基于环境小卫星的湖泊水质遥感监测.docx

专题二：基于环境小卫星的湖泊水质遥感监测一、实验内容利用环境小卫星CCD-1B 图像反演太湖叶绿素a 浓度，整个实验涉及到环境小卫星的数据读取、辐射定标、几何校正、大气校正、反演模型的建立、遥感反演过程、反演结果验证等内容。二、实验要求先对环境小卫星CCD 数据进行数据预处理：数据读取、辐射定标、几何校正、大气校正、太湖区裁剪， 利用波段比值法对实测的叶绿素a 浓度数据建立反演模型，将模型应用于太湖水面区域影像，反演出整个太湖区的叶绿素a 浓度。三、实验过程1、数据预处理 (1) 安装环境小卫星数据处理补丁 ENVI_HJ1A1B_Tools.sav补丁放在homeITTIDLIDL80productsenvi48save_add目录下。 （2）数据读取和定标 主菜单-File-Open External File-HJ-1A/1B Tools，打开环境小卫星数据读取补丁。在HJ-1A/1B Tools V3.0 面板中，选择CCD，点击Input File 输入“1-环境小卫星数据HJ1B-CCD1-451-76-20091006-L20000180174180174”文件夹中的.xml 文件，点OutputPath设置数据的输出路径，勾选“Calibration”“Layer Stacking”两个选项单击Apply 按钮。2、工程区裁剪 （1）打开HJ1B-CCD1-451-76-20091006-L20000180174_Calbrated_LayerStacking.img（2）主菜单-File-Save File As-ENVI Standard，弹出New File Builder 面板（3）在New File Builder 面板中，单击Import File，弹出的Create New File InputFile 面板，（4） 在Create New File Input File 面板中，选中Select Input File 列表中的裁剪数据，单击Spatial Subset 按钮，（5） 在Select Spatial Subset 面板中，单击Image，弹出Subset by Image 对话框（6） 在Subset by Image 对话框中，按住鼠标左键拖动图像中的红色矩形框确定裁 区域，裁剪出包括太湖区域的一部分，单击OK，（7） 在Select Spatial Subset 面板中，可以看到裁剪区域信息，单击OK，（8） 在Create New File Input File 对话框中，单击OK，（9） 在New File Builder，设置输出文件名HJ1B-CCD1-20091006-Cal-sub.img及路径，单击OK。3、图像配准 （1） 打开基准影像TM_baseimage.img。（2） 选择主菜单- Map- Registration -Automatic Registration：Image to Image，选择基准影像（TM_baseimage.img）的波段4。（3） 选择被配准影像HJ1B-CCD1-20091006-Cal-sub.img。选择band4 作为匹配波段，打开Automatic Registration Parameters面板。（4）在Automatic Registration Parameters 面板中，设置如下图中的参数，单击OK。（5） 点击Ground Control Points Selection 面板中的Show list 按钮，显示所有控制点，选择Image to Image GCP List 上的Options-Order Points by Error，按照RMS 值由高到低排序。（6） 删除RMS 高的点，在影像的ZOOM 窗口上，将十字光标定位到正确的位置，再点击Updata 按钮进行微调，删除湖岸线RMS 高的点。（7） 当把误差较大的点调整完之后，选择Options-Order Points by Error，按照点序重新排列，一个个浏览点的选择是否合适并做出调整。（8） 调整控制点，直到总的RMS Error 小于1 个像素时，完成控制点的选择。点击GroundControl Points Selection 上的File-Save GCPs to ASCII，保存控制点。（10） 在Ground Control Points Selection 面板上，选择Options-Warp File （As Image Map）选择校正文件，（11） 在校正参数面板中，投影参数默认，（12） 在X 和Y 的像元大小输入30 米，按回车，图像输出大小自动更改（13） 重采样方法选择Nearest Neighbor（14） 选择输出路径和文件名HJ1B-CCD1-20091006-Cal-sub-jz.img，单击OK 按钮4、大气校正 （1） 选择主菜单Basic Tools-Convert Data （ BSQ、BIL 、BIP ）， 选择已经经过配准的HJ1B-CCD1-20091006-Cal-sub-jz.img，在Convert File Parameters 中，Output Interleave 选择BIL，选择Convert In Place：yes，单击OK。 （2） 主菜单Spectral-FLAASH 打开FLAASH 大气校正模块；（3） 点击Input Radiance Image，选择BIL 格式的环境小卫星数据HJ1B-CCD1-20091006-Cal-sub-jz.img，在Radiance Scale Factors 面板中选择Use single scale factor for all bands，由于定标的辐射量数据与FLAASH 的辐射亮度的单位相差10 倍，在此Single scale factor 选择10，单击OK；（4） 设置输出文件及路径设置，FLAASH 大气校正参数设置如下：（16） 单击Multispectral Setting 按钮，在Filter Function File 导入之前做好的光谱响应曲线“环境1B 星CCD1 光谱响应.sli”，单击OK;（17） 单击Advanced Settings，在高级设置中，Tile Size 默认的是Cash size 的大小，手动改为100Mb，单击OK；（18） 设置好后，在大气校正模块面板中，单击Apply。5、太湖区裁剪（1） 显示大气校正后的图像，在窗口选择Overlay-Vectors，打开VectorParameters 面板，选择File-Open Vector File，打开taihu-vector.evf。（2） 在Available Vectors List 面板中选择该矢量文件，点击Load Selected，选择显示图像的Display，单击OK。（3） 在Available Vectors List 面板中，选择File-Export Layers to ROI，在Select Data File toAssociate with new ROI 面板中，选择大气校正后的图像，单击OK，在Export EVF Layers to ROI 中，选择Convert all records of an EVF layer to one ROI，单击OK。（4） 在图像窗口，选择Overlay-Region of Interest，打开ROI 面板，在ROI Tool 面板中，选择File-Subset Data via ROIs，在Select Input File to Subset via ROI 面板中，选择大气校正后的图像，单击OK。（5）在Spatial Subset via ROI Parameters 面板中选择太湖ROI，Mask pixels outside of ROI选择Yes。（6）设置输出路径及文件名HJ1B-CCD1-20091006-Cal-sub-jz-ref-taihu.img，单击OK。6、叶绿素反演 （1） 整理采样点实测数据将水面调查点与实测叶绿素浓度在空间上一一对应起来。实地调查数据包括：水面调查点的经纬度、叶绿素含量。以四列形式保存为.txt 和Excel 文件（2）获取采样星上数据a、Basic Tool-Bandmath，在Enter an expression输入：float(b4)/b3，单击Add to List，单击OK，在Variables to Bands Pairings 面板中，选择第3、4 波段为对应的b3、b4，设置输出路径和文件名，单击OK，得到比值图像。b、在display 中显示比值图像，选择overlay-Region Of Interest 打开ROI Tool。c、在ROI Tool 中，选择ROI_Type-Input Points from ASCII，选择文本格式的实地调查数据反演点.txt，单击OK，将实地调查的点位置信息加载到图像中。d、在ROI TOOL 中，选择File-Output ROIs to ASCII。选择b4/b3 的图像，在Output ROIs to ASCII Parameters 面板中，选择ROI 点，单击Edit Output ASCII Form，在输出内容设置面板中（如下图），选择ID、经纬度（Geo Location）、和波段像元值（Band Values） 将水面调查点与BNIR/BRED 对应的值导出来:.7、模型参数反演（1）在Excel 中选中BNIR/BRED 值与叶绿素a 实测值，绘制散点图。 在散点图上选中散点，单击右键-添加趋势线，打开设置趋势线格式面板，勾选线性，显示公式，显示R 平方值。点击“关闭”按钮，线性回归方程和R 方值在散点图上显示。得到反演模型为：y=0.0347x + 0.0214，R2=0.7068、叶绿素反演（1）选择Basic Tool-Bandmath，在Enter an expression输入：0.0347*b1 + 0.0214，单击Add to List，单击OK，在Var