8-专题：基于环境小卫星的湖泊水质遥感监测

专题：基于环境小卫星的湖泊水质遥感监测,技术支持邮箱：ENVI-IDL技术支持热线：400-819-2881-7官方技术博客：,1、专题背景,太湖是中国第三大淡水湖，也是富营养化比较严重的湖泊之一。悬浮物、叶绿素a、有色可溶性有机物等是水质监测的重要参数。,专题背景,这些水质参数浓度的变化，会引起水体生物光学特性和水面反射率的改变，利用遥感技术，根据水体光谱特性与水质参数浓度间的关系，反演水质参数，可以实现湖泊水质的高频率、大范围、准实时监测,本专题详细介绍了利用环境小卫星CCD-1B图像反演太湖叶绿素a浓度的完整流程，涉及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。使用模块和工具：ENVI主模块FLAASH大气校正扩展模块IDL开发的环境小卫星数据读取补丁Excel相关功能,专题概述,处理流程,根据环境小卫星CCD数据特点及太湖水质反演技术要求，采用的技术路线为：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。,流程说明,环境小卫星CCD-1B数据，在环保部卫星环境应用中心免费下载获取，环境小卫星CCD数据下载地址：环境小卫星的读取补丁下载地址：,数据获取说明,数据：“4-专题：基于环境小卫星的湖泊水质遥感监测”,进入专题,2、数据预处理,图像预处理流程,安装环境小卫星数据读取和定标补丁HomeProgramFilesExelisENVI51Extensions目录下数据读取和定标主菜单-File-OpenAs-HJ-1A1B,2.1数据读取和定标,这一步是对环境数据进行几何校正，使其具有精确的地理信息，基准影像可以是地形图，也可以是已经过校正的其他中高分辨率影像，本专题中采用已经过校正的TM数据作为基准影像。目的是让环境小卫星影像拥有精确的坐标，可以与其他数据向匹配，如实测GPS数据。,2.2几何校正（一、目的）,由于整景数据范围非常大，而我们的工程区只是其中一小部分，所以在进行几何配准之前，将太湖以及周边区域裁剪出来。,2.2几何校正(二、工程区裁剪）,以TM作为基准影像对环境小卫星图像进行图像配准,2.2几何校正（三、图像配准）,获得地物真实的光谱信息是遥感反演的前提，大气校正可消除大气影响，还原地物的真实信息，是定量遥感数据预处理中必不可少的环节。,2.3大气校正（一、概述）,环境小卫星提供了波谱响应函数，以文本形式提供，第一列表示波长（nm），后面四列分别表示4个波段对应波长的波谱响应值。需要制作波谱曲线来描述波谱响应函数，用于大气校正,2.3大气校正（二、制作波谱响应曲线）,数据准备FLAASH对图像文件有以下几个要求：数据是经过定标后的辐射亮度（辐射率）数据，单位是：（W）/（cm2*nm*sr）。数据带有中心波长（wavelenth）值，如果是高光谱还必须有波段宽度（FWHM）,这两个参数都可以通过编辑头文件信息输入（EditHeader）。数据类型支持四种数据类型：浮点型（floating）、长整型(longinteger)、整型（integer）和无符号整型(unsignedint)。数据存储类型：ENVI标准栅格格式文件，且是BIP或者BIL。波谱范围：4002500nm,2.3大气校正（三、FLAASH大气校正）,基本参数设置,2.3大气校正（四、FLAASH基本参数设置）,多光谱参数设置,2.3大气校正（五、FLAASH多光谱参数设置）,高级参数设置,2.3大气校正（六、FLAASH高级参数设置）,结果检验大气校正前后典型地物（植被）光谱曲线对比,2.3大气校正（七、结果检验）,利用ENVIFX提供的面向对象图像分割工具，首先获得Shapefile，然后利用ENVI的矢量编辑功能获取太湖矢量文件。保存在“4-专题：基于环境小卫星的湖泊水质遥感监测3-大气校正太湖矢量数据”,2.4裁剪太湖区,利用获得的Shapefile进行图像裁剪太湖矢量数据：“4-专题：基于环境小卫星的湖泊水质遥感监测3-大气校正太湖矢量数据”,2.4裁剪太湖区,3、叶绿素反演,本环节最重要的是地面实测点与星上点的反演模型建立，涉及到定量遥感的知识。在前人研究了大量的算法和模型的基础上，本专题选择经验模型之一波段值模型（BNIR/BRED）来进行叶绿素的反演，做为示例。波段比值模型：Chla=a*（BNIR/BRED）+b,叶绿素反演,这一步需要整理实地调查数据，将水面调查点的空间位置及实测chla值一一对应。实测点归类反演点、验证点。按照标准格式：点号、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。,3.1采样点实测数据整理,生成波段比值影像BasicTool-Bandmath，表达式：float(b4)/b3在波段比值影像上导入采样点数据，将影像上对应位置的像素值导出,3.2采样点星上数据获取,在Excel中选中BNIR/BRED值与叶绿素a实测值，绘制散点图,3.3模型参数反演,反演出的参数a和b，带入反演模型：Chla=0.0417*BNIR/BRED+0.0167叶绿素反演BasicTool-Bandmath，表达式：0.0417*b1+0.0167设置b1为b4/b3图像得到叶绿素反演图。,3.4叶绿素反演,4、成果后处理及应用,将验证点对应的叶绿素反演值导出来，与验证点的实测值在Excel表中一一对应。同样可以进行反演模型建立，以R2对进行结果验证。,4.1反演结果验证,彩色显示在LayerManager中，右键选择RasterColorSlices，在弹出的对话框中设置颜色表，单击OK,将结果以彩色方式显示。制图输出启动32位envi，选择菜单FilePrint，调用ArcGIS的制图工具。如果没有安装ArcGIS，可以使用ENVIClassic的QuickMap。,4.2反演结果制图输出,该专题从原始的HJ1B-CCD数据开始，在ENV