遥感地学分析实验报告.docx

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华南农业大学课程设计实验报告

实验项目名称：

基于环境小卫星的湖泊水质遥感监测实验项目性质：

课程设计

计划学时：

两周

所属课程名称：

遥感地学分析课程设计开设时间：

2013-2014学年第二学期实验课指导教师：

王建芳

学号

姓名

专业

地理

信息系统

2班

成绩

实验题目

华农校园地理信息系统

教师评价

评价指标：

l实验过程中的态度及出勤情况； 优

√

良

□

中

□

差

□

l软件操作、应用的熟练程度； 优

√

良

□

中

□

差

□

l实验过程中动手能力和解决问题的能力；优

√

良

□

中

□

差

□

l实验报告撰写是否符合规范； 优

√

良

□

中

□

差

□

l实验报告的质量高低； 优

√

良

□

中

□

差

□

评语

教师签名

王建芳

一、实验目的

根据环境小卫星CCD数据，反演太湖的叶绿素a浓度，并且初步掌握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、反演结果验证等操作技能及原理。

二、实验要求

根据环境小卫星CCD数据特点及太湖水质反演技术要求，先对环境小卫星CCD数据进行数据预处理，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。

3、实验操作步骤

（1）预处理

1、安装环境小卫星数据处理补丁：

将ENVI_HJ1A1B_Tools.sav补丁放在C:

\Program

Files\ITT\IDL\IDL80\products\envi48\save_add目录下。

（若ENVI安装目录不是在

C盘，则将补丁放入安装目录下的IDL\IDL80\products\envi48\save_add中）

2、数据读取和定标：

主菜单->File->OpenExternalFile->HJ-1A/1BTools，打开环境小卫星数据读取补丁。

在HJ-1A/1BToolsV2.0面板中，选择CCD，点击InputXML输入原始数据的.xml文件，点击OutputPath设置数据的输出路径，勾选“Calibration”“LayerStacking”两个选项，单击Apply按钮。

3、几何校正（图像配准）：

下面以TM作为基准影像对环境小卫星图像进行图像配准。

（1）打开基准影像TM_baseimage.img。

（2）选择主菜单-> Map-> Registration ->Automatic Registration：

Image toImage，选择基准影像第4波段作为匹配波段（TM_baseimage.img）。

（3）选择被配准影像HJ1B-CCD1-20091006-Cal-sub.img第4波段作为被配准波段。

（注：

在提示是否选择手动选择的同名点时候，选择否。

）

（4）选择控制点，并调整控制点，直到总的RMSError小于1个像素时，完成控制点的选择。

点击GroundControlPointsSelection上的File->SaveGCPstoASCII，保存控制点。

（5）在GroundControlPointsSelection面板上，选择Options->WarpFile（AsImageMap），选择校正文件。

在校正参数面板中，投影参数默认，

（6）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重采样方法选择NearestNeighbor（保持图像辐射值不变）

（7）选择输出路径和文件名HJ1B-CCD1-20091006-Cal-sub-jz.img，单击OK按钮

（8）打开校正后的影像和基准影像，在显示校正后影像的窗口中，右键选择

GeographicLink命令，选择显示图像的两个窗口，打开十字光标查看校正结果。

（注：

对于RMS高的点，可以直接删除，选择此行，按Delete按钮；也可以在两个影

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，本实验中，水域中的点由于没有固定参照物，所以均删除，湖岸线的点，RMS高的可删除或者更新到正确位置。

）

4、大气校正：

（1）制作波谱曲线

主菜单Windoe->StartNewPlotWindow，打开ENVIPlotWindow面板，在波谱绘制窗口中，选择File->InputData->ASCII，导入“681_HJ1ACCD1.txt”文本文件。

如图，在绘制窗口生成了4条曲线，选择Edit->DataParameters，编辑每条线的名称为b1，b2，b3，b4，便于区分。

选择File->SavePlotAs->SpectralLibrary，在OutputPlotstoSpectral

Library面板中，单击SelectAllItems，单击OK。

在OutputSpectralLibrary面板中，有输出曲线相关参数设置，这里按默认，选择输出路径和文件名“HJ1B-CCD1光谱响应.sli”，单击OK，将波谱曲线保存为波谱库文件。

（2）FLAASH大气校正

1）主菜单Spectral->FLAASH打开FLAASH大气校正模块；

2）点击InputRadianceImage，选择BIL格式的环境小卫星数据HJ1B-CCD1-20091006-Cal-sub-jz.img，在RadianceScaleFactors面板中选择Usesinglescalefactorforallbands，由于定标的辐射量数据与FLAASH的辐射亮度的单位相差10倍，所以在此Singlescalefactor选择默认：

10，单击OK。

3）设置输出文件及路径设置

4）传感器基本信息设置：

成像中心点经纬度、传感器高度、成像区域平均高度、成像时间，设置，这些都可以从数据头文件中读取HJ1B-CCD1-451-76-20091006-L20000180174.XML

5）大气模型，选择Mid-Latitude Summer，气溶胶模型，选择 Rural，气溶胶反演方

法选择None，能见度给40km。

（6）单击MultispectralSetting按钮，在FilterFunctionFile导入之前做好的光谱响应曲线“HJ1B-CCD1光谱响应”，单击OK;

（7）单击AdvancedSettings，在高级设置中，TileSize默认的是Cashsize的大小，

手动改为100Mb，单击OK；

（8）设置好后，在大气校正模块面板中，单击Apply。

（9）大气校正完成后，检查大气校正的结果，分别加载校正前后的图像，将两幅影像进行地理链接，移动

到植被区域（植被的波谱曲线比较特殊），在影像上右键，选择ZProfile（Spectrum）打开光谱曲线窗

口，显示两幅图像同一位置的光谱曲线图

5、太湖区裁剪

（1）显示大气校正后的图像HJ1B-CCD1-20091006-Cal-sub-jz-ref.img，在image窗口选择Overlay->Vectors，打开VectorParameters面板，选择File->OpenVectorFile，打开taihu-vector.evf,

（2）在AvailableVectorsList面板中选择该矢量文件，点击LoadSelected，选择显示图像的Display，单击OK，矢量叠加在影像上

（3）在AvailableVectorsList面板中，选择File->ExportLayerstoROI，在SelectDataFiletoAssociatewithnewROI面板中，选择HJ1B-FLAASH，单击OK，在ExportEVFLayerstoROI中，选择ConvertallrecordsofanEVFlayertooneROI，单击OK，将矢量转为一个ROI，

（4）在图像窗口，选择Overlay->RegionofInterest，打开ROI面板，太湖区ROI显示在图像上，在ROITool面板中，选择File->SubsetDataviaROIs，在SelectInputFiletoSubsetviaROI面板中，选择HJ1B-FLAASH，单击OK,

（5）在SpatialSubsetviaROIParameters面板中选择太湖ROI，MaskpixelsoutsideofROI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。

（2）叶绿素反演

在前人研究的基础上，选择较成熟的算法即波段比值法（BNIR/BRED）来进行模型的建立：

（1）整理采样点实测数据

这一步需要结合实地调查数据，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，以下格式：

（2）获取采样星上数据

1）使用BasicTool->Bandmath，在Enteranexpression下面输入表达式：

float（b4）

/b3，单击AddtoList，单击OK，在VariablestoBandsPairings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，计算得到比值图像。

2）在display中显示比值图像，选择 overlay->Region Of Interest 打开ROI

Tool。

3）在ROITool中，选择ROI_Type->InputPointsfromASCII，选择文本格式的

“实地调查数据反演点.txt”。

x：

选择经度；y：

选择纬度；These pointcomprise：

IndividualPoints。

设置好投影信息后，单击OK这样将实地调查的点位置信息加载到图像中。

4）在ROITOOL中，选择File->OutputROIstoASCII。

选择b4/b3的图像，在OutputROIstoASCIIParameters面板中，选择ROI点，单击EditOutputASCIIForm，在输出内容设置面板中（如下图），选择ID、经纬度（GeoLocation）、和波段像元值（BandValues）。

这样就将水面调查点与BNIR/BRED对应的值导出来了，如下：

我们会发现，导出来的经纬度与输入实测点的经纬度不完全一致，这是因为一般影

像中像元的坐标是取中心点的经纬度，而我们实测的点位不一定恰好对应着影像像元的中心点，所以当输入的经纬度与影像上单个像元的经纬度不一致时，就会采用就近原则，与最临