水色遥感应用
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海洋遥感应用技术实验指导书
测绘工程学院海洋技术系
2008-2
实验2 海洋水色遥感(应用篇)
--------------应用MODIS监测太湖水体叶绿素a浓度的研究
实验数据:
2003年10月28日 Aqua L1B 250m和500m数据(需要下载)
太湖矢量数据
目的和要求
1.经过前面的练习,大家应该对MODIS数据处理有了一定的认识,对海洋水色也有了一定的了解。通过本实验的联系,能够培养学生应用遥感技术解决实际问题的能力。。
2、本实验的基于“应用MODIS监测太湖水体叶绿素a浓度的研究”一文设计的,需要更加详尽的信息请阅读该文献。
内容
1、下载所需要的MODIS数据
2、采用矢量切图
3、提取叶绿素浓度
数据准备:
下载MODIS数据。我们知道在Terra和Aqua卫星上都搭载有MODIS传感器,在这里我们采用Aqua/MODIS数据。
采用2003年10月28日Aqua L1B数据,在大家自己在NASA网上下载,请同学们将250m和500m 的数据都下载下来。我们从文件的名字就可以看出来,和Terra/MODIS是不同的,一个是以MOD开头,另一个以MYD开头。
1、辐射定标
这一步是很多人在使用ENVI处理MODIS数据是最容易出现问题的地方。通常大部分文献都会类似这样写:
辐射定标的目的是得到像元反射率,计算公式为:R=Scales*(DN Offsets),
其中Scales为反射率缩放系数,DN为1B数据存储值,Offsets为反射率缩放截
距,R为所求反射率值。
如果不用ENVI直接打开HDF格式的方法打开MODIS L1B数据的话,通常默认是对打开的数据进行了辐射校正,所以不需要再做这一步。
大家可以通过以下步骤进行比较:
主菜单:File→Preferences,进入System Preferences对话框,选择Miscellaneous选项,将Auto-Correct ASTER/MODIS改成No。再用File→Open Image Files方法打开,看看是否和过去的是一样的。
如何比较是不是二者是否相同呢,我们可以通过在Image或者Scroll、Zoom窗口点击右键,Cursor Location/Value,会弹出一个窗口,看其中的Data项是整数还是浮点数。如果为整数,则说明没有进行辐射,反之如果为浮点型,则说明已经经过了辐射定标。
之所以出现这种情况,是因为为了节省存储数据的空间,将数据存成了整型,需要用2个字节。而如果存成浮点型需要4个字节,如果是双精度的话,需要8个字节,会占用很大的空间。大家可以注意一下原始的HDF文件,通常是170M左右,而进行了辐射定标和几何校正以后的文件,通常有600M以上。
2、几何校正和bow-tie校正
为了下面便于做大气校正,请大家对整幅影像进行几何校正和bow-tie校正。由于我们在前面的实验中已经学会了如何使用MODIS Georeference功能,所以在这里不再详细说明。
不过要补充一点的是:几何校正和bow-tie校正其实是两个步骤,但是在ENVI软件放在同一个步骤中,即使如此,还是在设置的过程中可以选择是否进行bow-tie校正。
请大家注意:我们下载了两个数据,都要分别做bow-tie校正。
3、大气校正
为了削弱大气影响,本实验采用基于图像的直方图最小值去除法对MODIS影像进行大气纠正,其基本思想是:假设大气程辐射所导致的反射率增值△r在一幅图像的有限面积内是一个常数。其值的大小只与波段有关,并且近似认为每一波段的反射率最小值r min就是△r。这样,将图像中每个像元的反射率值都减去本波段的r min,就可以粗略去除大气影响。
在ENVI中如何得到最小辐射率值呢?在Image或者Scroll、Zoom窗口点击右键→Quick Stats,会出现Statistics Results窗口,要看整个列表,而不是仅仅看min项。注意看DN和Npts,有时候会发现反射率(DN)尽然会出现负值,Npts是0。请大家认真思考应该如何选择最小值。
4、切图
通过太湖的矢量文件获得太湖的研究区域
打开矢量文件有两种方法:
方法一主菜单:File→Open Vector File
方法二主菜单: Vector→Open Vector File
请注意:我们所给的太湖边界矢量文件是shp格式的,在打开文件窗口需要修改文件类型成Shapefile (*.shp),进入Import Vector Files Parameters窗口以后,可以按照默认选项进行操作,点击OK进入下一步。请大家好好看看这个对话框中的选项。
进入Available Vector List对话框,选择输入的图层,点击Load Selected,可以显示该矢量。
在Vector Window的窗口,点击File→Export Active Layer to ROIs,进入Select Data File to Association with new ROIs窗口,选择要切图的文件。我们在前面的实验中已经做过了,在这里不再详细介绍。
5、建立模型
根据相关分析结果,选取250m数据的比值组合r2/r作为因子构建基于MODIS的叶绿素a浓度遥感监测模型。通过一元线性回归分析,建立模型如下:
C chl-a=79.386(r2/r1)-16.092 (公式1)
其中C chl-a为叶绿素a浓度值;r1、r2为MODIS 250m分辨率波段1、2的反射率。
由于500m和1000m数据没有与叶绿素a浓度高度相关的因子。因此对这两组数据进行多元回归建模尝试。对500m数据1~7波段与叶绿素a浓度采用Backward法进行多