遥感地学分析实验报告

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

2、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 FilesITTIDLIDL80productsenvi48save_ad

3、d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

4、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 to 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

5、Points Selection上的File->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

6、像的窗口中，右键选择Geographic 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->AS

7、CII，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->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 Spectral Library 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

8、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 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

9、： 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

10、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 Fi

11、le，打开taihu-vector.evf,（2）在Available 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 t

12、o one ROI，单击OK，将矢量转为一个ROI，（4）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

13、-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V

14、ariables to Bands Pairings 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；These point 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

15、像中 。4）在ROI TOOL中，选择 File->Output ROIs 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

16、，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，与最临近的像素点匹配，输出该点的经纬度坐标。环境小卫星的空间分辨率是30米，换算成经纬度在几秒的范围。将相应的BNIR/BRED值导入Excel表中，与实测值一一对应。（3）模型参数反演有了实测的叶绿素a含量值与BNIR/BRED值的对应表，在 Excel 中选BNIR/BRED值与叶绿素 a 实测值绘制散点图。在散点图上选中散点，单击右键->添加趋势线，打开设置趋势线格式面板，勾选线性，显示公式，显示R平方值。点击“关闭”按钮，线性回归方程和R方值在散点图上显示。 得到反演模型为： y=0.0422x + 0.01

17、71，R2=0.7929。（4）叶绿素反演 有了参数a和b，反演模型可表达为：Chla= 0.0422* BNIR/BRED +0.0171 使用Basic Tool->Band math，在 Enter an expression下面输入表达式： 0.0422*b1 + 0.0171，单击 Add to List，单击 OK，在Variables to Bands Pairings面板中，选择b1为 b4/b3的图像，设置输出路径和文件名，单击 OK，计算得到叶绿素反演图。 反演结果输出在display 中，选择Tools->Color Mapping->ENVI Color Tables，将结果以彩色方式显示。 （3） 结果图示例：4、 实验总结 本人对遥感方面的实验并不是很熟悉，幸亏有知道书才能按照步骤完成实验。在实验过程中，本人加深了对遥感基础原理的认识以及巩固了本学期所学的内容。在这个实验中，由于软件版本不同以及实验资料有出入等原因，有一些步骤与实际有一点脱离，需要自己研究ENVI软件的差别和用法，在此过程中帮助了我进一步熟悉软件的用法