landsat遥感影像地表温度反演教育教案(大气校正法)

基于辐射传输方程的Landsat数据地表温度反演教程

一、数据准备

Landsa 8遥感影像数据一景，本教程以重庆市2015年7月26日的=行列号为（128，049）影像（LC81280402016208LGN00）为例。

同时需提前查询影像的基本信息（详见下表）

注：基本信息在影像头文件中均可查询到，采集时间为格林尼治时间。

二、地表温度反演的总体流程

三、具体步骤

1、辐射定标

地表温度反演主要包括两部分，一是对热红外数据，二是多光谱数据进行辐射

定标。

（1）热红外数据辐射定标

选择Radiometric Correction/Radiometric Calibration。在File Selection

对话框中，选择数据LC81230322013132LGN02_MTL_Thermal，单击Spectral Subset选择Thermal Infrared1（10.9），打开Radiometric Calibration面板。

（2）多光谱数据辐射定标

Scale factor 不能改变，否则后续

计算会报错。保持默认1即可。

选择要校正的多光谱数据

“LC81230322013132LGN02_MTL_MultiSpectral”

进行辐射定标。

因为后续需要对多光谱数据进行大气校正，可直接单击Apply Flaash Settings，如下图。

注意与热红外数据辐射定标是的差

别，设置后Scale factor值为0.1。

2、大气校正

本教程选择Flaash 校正法。FLAASH Atmospheric Correction，双击此工具，打开辐射定标的数据，进行相关的参数设置进行大气校正。

注意：如果在多光谱数据辐射定标时Scale factor值忘记设置，可在本步骤中打开辐射定标数时设置single scale faceor 值为0.1，若已设置，则默认值为1即可。

1)Input Radiance Image：打开辐射定标结果数据；

2)设置输出反射率的路径，由于定标时候；

3)设置输出FLAASH校正文件的路径，最优状态：路径所在磁盘空间足够大；

4)中心点经纬度Scene Center Location：自动获取；

5)选择传感器类型：Landsat-8 OLI；其对应的传感器高度以及影像数据的分辨率自动读取；

6) 设置研究区域的地面高程数据；

7)影像生成时的飞行过境时间：在layer manager中的Lc8数据图层右键选择View Metadata，浏览time字段获取成像时间；

注：也可以从元文件“LC81230322013132LGN02_MTL.txt”中找到，具体名称：DATE_ACQUIRED = 2013-05-12；SCENE_CENTER_TIME =

02:55:26.6336980Z；

8) 大气模型参数选择：Sub-Arctic Summer（根据成像时间和纬度信息选择）；

9) 气溶胶模型Aerosol Model：Urban，气溶胶反演方法Aerosol Retrieval：2-band（K-T）；

10) 其他参数按照默认设置即可。

11) 多光谱参数设置中，

K-T反演选择默认模式：Defaults->Over-Land Retrieval standard （600:2100）

波谱响应函数：默认指向..

\Program Files\Exelis\ENVI51\classic\filt_func\landsat8_oli.sli

把它重新指向：..\Program Files\Exelis\ENVI51\resource\filterfuncs\landsat8_oli.sli

注：这是因为ENVI5.1版本的一个小bug，即Classic中的L8的波谱响应函数不正确，另外一个一劳永逸的方法是：将“\Exelis\ENVI51\resource\filterfuncs”中的Landsat8_oli.sli 和Landsat8_oli.hdr两个文件拷贝覆盖：“...\ENVI51\classic\filt_func”中的两个文件。

否则SWIR1波段大气校正后的结果全为0。见下图

12) 高级参数设置：根据内存大小设置Tile Size（Mb）：100(8g物理内存)，其他参数默认即可，详细见下图

经过FLAASH校正的影像基本去除了空气中水汽颗粒等因子的影响，植被的波谱曲线趋于正常。

3、地表比辐射率计算

（1）植被覆盖度计算

计算植被覆盖度Fv采用的是混合像元分解法，将整景影像的地类大致分为水体、植被和建筑，具体的计算公式如下：

FV = (NDVI- NDVIS)／(NDVIV - NDVIS)

其中，NDVI为归一化差异植被指数，取NDVIV = 0.70和NDVIS = 0.00，且有，当某个像元的NDVI大于0.70时，FV取值为1；当NDVI小于0.00，FV 取值为0。

利用ENVI主菜单->Basic Tools->Band Math，在公式输入栏中输入：

(b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.05)*0+(b1 ge 0.05 and b1 le 0.7)*((b1-0.05)/(0.7-0.05))

b1:选择NDVI图像

（2）地表比辐射率计算

根据前人的研究，将遥感影像分为水体、城镇和自然表面3种类型。本专题采取以下方法计算研究区地表比辐射率：水体像元的比辐射率赋值为0.995，自然表面和城镇像元的比辐射率估算则分别根据下式进行计算：

εsurface = 0.9625 + 0.0614FV - 0.0461FV2

εbuilding = 0.9589 + 0.086FV - 0.0671FV2

式中，εsurface和εbuilding分别代表自然表面像元和城镇像元的比辐射率。

利用ENVI主菜单->Basic Tools->Band Math，在公式输入栏中输入：

(b1 le 0)*0.995+(b1 gt 0 and b1 lt 0.7)*(0.9589 + 0.086*b2 -

0.0671*b2*b2)+(b1 ge 0.7)*(0.9625 + 0.0614*b2 - 0.0461*b2*b2)

b1：NDVI值；

b2：植被覆盖度值。

得到地表比辐射率数据。

4、计算相同温度下黑体的辐射亮度值

卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值Lλ由三部分组成：大气向上辐射亮度L ↑，地面的真实辐射亮度经过大气层之后到达卫星传感器的能量；大气向下辐射到达地面后反射的能量。卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值的表达式可写为（辐射传输方程）：

Lλ = [ε·B(T S) + (1-ε)L↓]·τ + L↑

这里，ε为地表辐射率，T S为地表真实温度，B(T S)为普朗克定律推到得到的黑体在T S的热辐射亮度，τ为大气在热红外波段的透过率。则温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度B(T S)为：

B(T S) = [Lλ - L↑- τ·(1-ε)L↓]/τ·ε

在NASA官网(/)中输入成影时间以及中心经纬度，则会提供上式中所需要的参数。本专题输入的数据是重庆市地区2016年