7-专题：基于环境小卫星的湖泊水质遥感监测
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• 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
ENVI/IDL
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
• 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
ENVI/IDL
数据预 处理
叶绿素 反演
成果后 期处理 及应用
ENVI/IDL
2、数据预处理
ENVI/IDL
图像预处理流程
HJ1B-CCD1原始数据
数据读取
辐射定标
环境小卫星数据处理补 丁
几何校正
基准影像
大气校正
波谱响应函数
太湖区裁剪
太湖矢量数据
太湖水面HJ1B-CCD1数据
ENVI/IDL
2.1 数据读取和定标
• 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%。
ENVI/IDL
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。 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。
• 基本参数设置
ENVI/IDL
2.3 大气校正（五、FLAASH多光谱参数设置）
•
多光谱参数设置
ENVI/IDL
2.3 大气校正（六、FLAASH高级参数设置）
•
高级参数设置
ENVI/IDL
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
ENVI/IDL
- 国产卫星数据的处理
- 预处理流程的安排
- 数据处理各个环节在ENVI下的操作及参数选择 - 定量遥感技术实现
ENVI/IDL
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”
ENVI/IDL
3、叶绿素反演
ENVI/IDL
叶绿素反演
• 本环节最重要的是地面实测点与
ENVI/IDL
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
- FLAASH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
• 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
ENVI/IDL
4、成果后处理及应用
ENVI/IDL
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。
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。
ENVI/IDL
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
ENVI/IDL
2.3 大气校正——（三、FLAASH大气校正）
•
数据准备
- 数据是经过定标后的辐射亮度（辐射率）数据，单
• FLAASH对图像文件有以下几个要求：
位是：（μ 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： ENVI标准栅格格式 文件，且是BIP或者BIL。
- 波谱范围：400－2500nm
ENVI/IDL
2.3 大气校正（四、FLAASH基本参数设置）
• 添加图例
- Overlay->Annotation
ENVI/IDL
专题总结
• 该专题从原始的HJ1B-CCD数据开始，在ENVI下经
过一系列数据预处理，得到具有正确地理坐标和 真实光谱信息的太湖水面数据，结合数学模型和 定量遥感技术，反演太湖叶绿素浓度。得到太湖 叶绿素浓度成果图。
• 掌握知识：
• 在波段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
ENVI/IDL
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Baidu Nhomakorabea图
ENVI/IDL
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
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 ：www.secmep.cn
• 环境小卫星的读取补丁下载地址：
http://bbs.esrichinabj.cn/ESRI/viewthread.php?tid=75575
• TM数据下载地址为：
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。
ENVI/IDL
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
ENVI/IDL
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
专题三：基于环境小卫 星的湖泊水质遥感监测
ENVI/IDL
1、专题背景
ENVI/IDL
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
http://datamirror.csdb.cn/index.jsp
• 大气校正用到的环境小卫星数据波谱响应函数下
载地址： http://www.cresda.com/n16/n1115/n1522/n2118 /index.html
ENVI/IDL
进入专题
• 数据：
- “17-基于环境小卫星的湖泊水质遥感监测”
• 安装环境小卫星数据读取和定标补丁
- ENVI_HJ1A1B_Tools.sav文件放在
home\ITT\IDL\IDL80\products\envi48 \save_add目录下
• 数据读取和定标
- 主菜单->File->Open
External File-
>HJ-1A/1B Tools
ENVI/IDL
ENVI/IDL
处理流程
数 据 预 处 理
HJ1B-CCD1原始数据
数据读取 辐射定标 几何校正 大气校正 太湖区裁剪
环境小卫星数据 处理补丁
基准影像 波谱响应函数 太湖矢量数据
星上点与地面实测点建模 叶 绿 素 浓 度 反 演
模型修正
模型应用于图像
叶绿素浓度分布图
结果分析
ENVI/IDL
流程说明
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。
ENVI/IDL
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
星上点与地面实测点建模
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
模型修正
模型应用于图像
ENVI/IDL
3.1 采样点实测数据整理
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
ENVI/IDL
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
• 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
ENVI/IDL
数据预 处理
叶绿素 反演
成果后 期处理 及应用
ENVI/IDL
2、数据预处理
ENVI/IDL
图像预处理流程
HJ1B-CCD1原始数据
数据读取
辐射定标
环境小卫星数据处理补 丁
几何校正
基准影像
大气校正
波谱响应函数
太湖区裁剪
太湖矢量数据
太湖水面HJ1B-CCD1数据
ENVI/IDL
2.1 数据读取和定标
• 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%。
ENVI/IDL
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。 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。
• 基本参数设置
ENVI/IDL
2.3 大气校正（五、FLAASH多光谱参数设置）
•
多光谱参数设置
ENVI/IDL
2.3 大气校正（六、FLAASH高级参数设置）
•
高级参数设置
ENVI/IDL
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
ENVI/IDL
- 国产卫星数据的处理
- 预处理流程的安排
- 数据处理各个环节在ENVI下的操作及参数选择 - 定量遥感技术实现
ENVI/IDL
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”
ENVI/IDL
3、叶绿素反演
ENVI/IDL
叶绿素反演
• 本环节最重要的是地面实测点与
ENVI/IDL
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
- FLAASH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
• 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
ENVI/IDL
4、成果后处理及应用
ENVI/IDL
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。
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。
ENVI/IDL
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
ENVI/IDL
2.3 大气校正——（三、FLAASH大气校正）
•
数据准备
- 数据是经过定标后的辐射亮度（辐射率）数据，单
• FLAASH对图像文件有以下几个要求：
位是：（μ 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： ENVI标准栅格格式 文件，且是BIP或者BIL。
- 波谱范围：400－2500nm
ENVI/IDL
2.3 大气校正（四、FLAASH基本参数设置）
• 添加图例
- Overlay->Annotation
ENVI/IDL
专题总结
• 该专题从原始的HJ1B-CCD数据开始，在ENVI下经
过一系列数据预处理，得到具有正确地理坐标和 真实光谱信息的太湖水面数据，结合数学模型和 定量遥感技术，反演太湖叶绿素浓度。得到太湖 叶绿素浓度成果图。
• 掌握知识：
• 在波段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
ENVI/IDL
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Baidu Nhomakorabea图
ENVI/IDL
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
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 ：www.secmep.cn
• 环境小卫星的读取补丁下载地址：
http://bbs.esrichinabj.cn/ESRI/viewthread.php?tid=75575
• TM数据下载地址为：
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。
ENVI/IDL
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
ENVI/IDL
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
专题三：基于环境小卫 星的湖泊水质遥感监测
ENVI/IDL
1、专题背景
ENVI/IDL
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
http://datamirror.csdb.cn/index.jsp
• 大气校正用到的环境小卫星数据波谱响应函数下
载地址： http://www.cresda.com/n16/n1115/n1522/n2118 /index.html
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进入专题
• 数据：
- “17-基于环境小卫星的湖泊水质遥感监测”
• 安装环境小卫星数据读取和定标补丁
- ENVI_HJ1A1B_Tools.sav文件放在
home\ITT\IDL\IDL80\products\envi48 \save_add目录下
• 数据读取和定标
- 主菜单->File->Open
External File-
>HJ-1A/1B Tools
ENVI/IDL
ENVI/IDL
处理流程
数 据 预 处 理
HJ1B-CCD1原始数据
数据读取 辐射定标 几何校正 大气校正 太湖区裁剪
环境小卫星数据 处理补丁
基准影像 波谱响应函数 太湖矢量数据
星上点与地面实测点建模 叶 绿 素 浓 度 反 演
模型修正
模型应用于图像
叶绿素浓度分布图
结果分析
ENVI/IDL
流程说明
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。
ENVI/IDL
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
星上点与地面实测点建模
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
模型修正
模型应用于图像
ENVI/IDL
3.1 采样点实测数据整理