遥感地学分析实验报告.docx

1、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

2、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:ProgramFilesITTIDLIDL80productsenvi48save_add 目录下。（若 ENVI 安装

3、目录不是在C 盘，则将补丁放入安装目录下的 IDLIDL80productsenvi48save_add 中）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 V2.0 面板中，选择 CCD，点击 Input XML 输入原始数据的.xml 文件，点击 Output Path 设置数据的输出路径，勾选“Calibration”“Layer Stacking”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

4、） 打开基准影像 TM_baseimage.img。（2） 选择主菜单-Map-Registration-AutomaticRegistration：Imageto Image，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 RMS Error 小于 1 个像素时，完成控制点的选择。点击 Ground Control Points Selection 上的 Fi

5、le-Save GCPs to ASCII， 保存控制点。（5） 在 Ground Control Points Selection 面板上，选择 Options-Warp File （As Image Map），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Nearest Neighbor（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Geogr

6、aphic Link 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-Start New Plot Window，打开ENVI Plot Window 面板，在波谱绘制窗口中，选择File-Input Data-ASCII，导入“681_HJ1ACCD1.t

7、xt”文本文件。如图，在绘制窗口生成了4 条曲线，选择Edit-Data Parameters，编辑每条线的名称为b1，b2，b3，b4，便于区分。选择File-Save Plot As-Spectral Library，在Output Plots to SpectralLibrary 面板中，单击Select All Items，单击OK。在Output Spectral Library 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-F

8、LAASH 打开 FLAASH 大气校正模块；2） 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，所以在此 Single scale factor 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

9、时间，设置，这些都可以从数据头文件中读取 HJ1B-CCD1-451-76-20091006- L20000180174.XML5） 大气模型，选择 Mid-LatitudeSummer，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Multispectral Setting 按钮，在Filter Function File 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；（8） 设置

10、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Z Profile（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Vector Parameters 面板，选择File-Open Vector File，打开taihu-vector.evf,（2） 在A

11、vailable 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，矢量叠加在影像上（3） 在Available Vectors List 面板中，选择File-Export Layers to ROI，在Select Data File to Associate with new ROI面板中，选择HJ1B-FLAASH，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，将矢量转为一个ROI，（4）

12、 在图像窗口，选择Overlay-Region of Interest，打开ROI 面板，太湖区ROI 显示在图像上，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HJ1B-FLAASH，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.im

13、g，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 Basic Tool-Bandmath，在 Enter an expression 下面输入表达式：float(b4)/b3，单击 Add to List，单击 OK，在 Variables to Bands Pairings 面板中

14、，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-RegionOfInterest打开 ROITool。3） 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”。x：选择经度；y：选择纬度；Thesepoint comprise：Individual Points。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 ROI TOOL 中，选择 File-Output R

15、OIs 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）。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