专题基于环境小卫星的湖泊水质遥感监测

1、专题三：基于环境小卫星的湖泊水质遥感监测,1、专题背景,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。,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,专题概述,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 FLAA

2、SH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,处理流程,流程说明,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,数据获取说明,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：http:/bbs.esrichina- TM数据下载地址为： 大气校正用到的环境

3、小卫星数据波谱响应函数下载地址： ,进入专题,数据： “17-基于环境小卫星的湖泊水质遥感监测”,2、数据预处理,图像预处理流程,2.1 数据读取和定标,安装环境小卫星数据读取和定标补丁 ENVI_HJ1A1B_Tools.sav文件放在homeITTIDLIDL80productsenvi48save_add目录下 数据读取和定标 主菜单-File-Open External File-HJ-1A/1B Tools,2.2 几何校正（一、目的）,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

4、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(二、工程区裁剪）,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（三、图像配准）,以TM作为基准影像对环境小卫星图像进行图像配准,2.3 大气校正（一、概述）,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（二、制作波谱响应曲线）,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

5、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（三、FLAASH大气校正）,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（Edit Header）。 数据类型 支持四种数据类型：浮点型（floating）、长整型(long integer )、整型（integer）和无符号整型 (unsigned int)。数据存储类型： EN

6、VI标准栅格格式文件，且是BIP或者BIL。 波谱范围：0.42500m,2.3 大气校正（四、FLAASH基本参数设置）,基本参数设置,2.3 大气校正（五、FLAASH多光谱参数设置）,多光谱参数设置,2.3 大气校正（六、FLAASH高级参数设置）,高级参数设置,2.3 大气校正（七、结果检验）,结果检验 大气校正前后典型地物（植被）光谱曲线对比,2.4 裁剪太湖区,预处理的最后一步是用太湖区矢量数据对已经做过辐射定标、几何校正、大气校正的HJ-CCD数据进行不规则裁剪 太湖矢量数据： “16-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”,3、叶绿素反演,叶绿素反演,本环节

7、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,3.1 采样点实测数据整理,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,3.2 采样点星上数据获取,生成波段比值影像 Basic Tool-Bandmath，表达式：float(b4)/b3 在波段

8、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,3.3 模型参数反演,在Excel中选中BNIR/BRED值与叶绿素a实测值，绘制散点图,3.4 叶绿素反演,反演出的参数a和b，带入反演模型： Chla= 0.0422* BNIR/BRED+0.0171 叶绿素反演 Basic Tool-Bandmath，表达式：0.0422*b1 + 0.0171，设置b1为b4/b3图像 得到叶绿素反演图,4、成果后处理及应用,4.1 反演结果验证,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。 计算误差 误差在允许范围：反演和实测结果的代数差，实测值的百分比的30%。,4.2 反演结果制图输出,彩色显示 在display中，选择Tools-Color Mapping-ENVI Color Tables，将结果以彩色方式显示。 添加图例 Overlay-Annotation 注记面板中，打开工具Object-Color Ramp，鼠标在图中空白处点击，添加一个色带图例。,专题总结,该专题从原始的HJ1B-CCD数据开始，在E