基于ETM数据地表温度反演实验单通道算法操作文档

基于ETM数据煤田火区地表温度反演的研究实验操作步骤与流程算法：单通道算法，其公式为s=-11Lsensor+2+3+ （1）=c2LsensorTsensor24c1Lsensor+-1-1 （2）=-Lsensor+Tsensor （3）Lsensor=Lmin+Lmax-LminQDNQmax （4）Tsensor=K2ln1+K1L （5）K1=666.09mWcm-2sr-1um-1, K2=1282.71K1=0.14712-0.1558+1.1234 （6） 2=-1.18362-0.3761-0.5289 （7） 3=-0.04552+1.8719-0.3907 （8） =0.177e+0.339 （9） e=0.6108*exp17.270-.3+0-273*RH （10）先来说明单通道算法公式（1）中，Lsensor，1，2，3等这些参数的计算过程，地表比辐射率的计算过程稍后在说明。（1）对于1，2，3的计算，只要查阅资料得知相对湿度RH，与温度0后，就可以算出大气中水蒸汽的含量，进而可以根据公式算出1，2，3。（2）对于Lsensor的计算，也就是辐射校正的过程，主要目的在于把影像中像元的灰度值转化成辐亮度Lsensor，公式（4）中的Lmin，Lmax，Qmax在影像头文件中可以找到，QDN就是所要进行校正的影像。在ENVI中的操作如下：Basic toolsband math ,然后点开出现如下左侧对话框：对于ETM数据热红外波段高增益就是Lsensor=3.2+9.45QDN255然后点ok出现如下右侧对话框：选择b1为需要校正的波段指定输出文件夹点ok即可。（3）辐射校正完了进行大气校正。（特别注意：对于TM/ETM数据，大气校正的波段不能包含第六波段，大气校正之前需要把辐射校正完后的数据的BSQ格式转成BIL/BIP格式，完后还需要对影像各波段的波长中心值wavelength进行编辑。）如果是单波段数据需要先进行波段叠加（layer stacking）具体操作如下：Basic toolslayer stacking,全部选中所有的波段，指定输出文件夹点ok即可。完了进行格式转换，如下：Basic toolsconvert data (BSQ,BIL,BIP),选择波段叠加后的影像，点击ok后出现： 指定输出文件夹点击ok即可。 对输入数据进行头文件编辑，主要是对波长wavelenth（即每一波段的波长中心值）和波长宽度fwhm（每一波段的波长范围）的编辑。不是高光谱数据可以不对fwhm进行编辑。（envifileEdit Envi Header）完后可以进行大气校正（使用的是FLAASH）envispectralflaash,出现如下对话框：该对话框分三部分，上面主要为输入输出文件夹的设定，中间部分包含影像中心坐标，传感器类型，卫星飞行时间，下面部分主要是大气模型与气溶胶模型的反演，对于多光谱数据可以不做光谱打磨（spectral polishing）和高级设置（advanced settings）具体不在此说明，各项参数设置完后点击apply即可。（4）进行Tsensor的计算，Basic toolsband math输入公式后如下左侧图，指定b1,如下右图，b1就是辐射定标后的波段Lsensor最后指定文件夹输出即可。（5）计算，公式（2）中c1，c2，都是常数，再利用波段运算就可得到:Basic toolsband math,如下图左侧，指定b1与b2的波段如下右图：其中b1为Lsensor波段，b2为Tsensor波段指定输出文件夹就好。（6）计算，公式（3）中涉及到的已经全部为已知量，再利用波段运算就好。Basic toolsband math，如下图左侧，指定b1,b2和b3的波段如下右图:其中b1为Lsensor波段，b2为Tsensor波段B3为波段，指定输出文件夹就可以得到波段。下面主要介绍地表比辐射率的计算过程：在文中我们主要通过归一化植被指数阈值法(NDVITHM)来确定比辐射率首先计算一副影像的NDVI，计算公式如下：NDVI=4-34+3（1）在此之前需要对该景ETM影像的3,4波段进行表观反射率的计算（注意：不能用辐射校正后的数据，应该使用原始数据来计算表观反射率）具体操作如下：Basic ToolsPreprocessingCalibration UtilitiesLandsat Calibration后出现如下对话框，分别选择3波段与4波段，点击ok之后，出现下面对话框：传感器类型，飞行时间及太阳高度角都可以在头文件中找到。如上红色椭圆处都设置好了后，点击Edit Calibration Parameters按钮，出现如下对话框：点击ok，指定输出文件夹就完成了对3波段的表观反射率计算，4波段的操作同上。（2）完后，运用波段运算进行NDVI的计算，如下左图，指定b1,b2波段后如下右图（b1为4波段，b2为3波段），点击ok就可得到NDVI的影像如下：在影像上点击右键，再点击Quick statistics,就有如下统计图：（3）根据上图及NDVI所占的百分比，可以确定出NDVImin，NDVImax，在根据如下公式计算植被覆盖度：=NDVI-NDVIminNDVImax-NDVImin2对于本文而言，NDVImin=-0.01，NDVImax=0.4，再用波段运算计算，如下左图所示，指定b1波段（b1为ndvi波段）如下右图，输出可得到波段。（4）计算完后，可根据如下公式计算地表比辐射率：=0.9625+0.061v-0.0461v2利用波段运算计算地表比辐射率，如下左图，指定B1（B1就是上面的波段）后如下右图所示，输出可得到波段：到此，单通道算法公式中所有的参数都已经确定。下面利用波段运算，按照单通道算法的公式，进行地表温度的反演：本文中为0.4877，1,2和3分别为1.0824，-0.9938，0.5114.波段运算如下图所示， 指定b1,b2,b3,b4,各个波段（b1为波段，b2为波段，b3为Lsensor波段，b