定量遥感地表温度反演

1、遥感数字影像处理作业 # 222遥感数字影像处理作业 222遥感数字影像处理作业 /122遥感数字影像处理作品名称：黄河三角洲地表温度反演姓名+学号:小组成绩：一、概述1、作业背景：地表温度是很多环境模型的一个重要参数，在大气与地表的能量与物质交 换，天气预报，全球洋流循环，气候变化等研究领域有重要的应用。利用热红外 遥感可以得到大范围的地表温度面状信息， 与传统的地表温度测量方式相比，具 有快速、便捷、测量范围大、信息连续等特点，因此利用热红外遥感数据反演地 面温度得到了广泛的应用2、作业意义：黄河三角洲是黄河携带大量泥沙在渤海凹陷处沉积形成的冲积平原，位处黄河入海口处的黄河三角洲自然保护区

2、正是以保护河口湿地生态系统和珍稀、濒危鸟类为主的湿地类型保护区。以利津为顶点，北到徒骇河口，南到小清河口，呈 扇状三角形，面积5,450平方公里。地面平坦，在海拔10公尺以下。向东撒开 的扇状地形，海拔高程低于15米，面积达5450平方公里。三角洲属，温带季风 性气候。四季分明，光照充足，区内自然资源丰富。黄河口湿地生态旅游区占地23万亩，都处在黄河三角洲之内，地貌以芦苇 沼泽，湿地为主，其次为河口滩地，带翅碱蓬盐滩湿地，灌丛疏林湿地以及人工 槐林湿地等。集自然景观与人文景观为一体， 既有沧海桑田的神奇与壮阔，又有 黄龙入海的壮观和长河落日的静美，是人们休闲、度假、观光科普的最佳场所。二、数据

3、介绍数据来自地理空间数据云，Landsat 4-5 TM （陆地卫星4、5号，1982年发 射后运行至今，携带有TM传感器）的相关遥感影像作为研究数据，研究黄河三 角洲温度分布状况。实验数据：2010年9月11号黄河三角洲图像（中心经度：118.8878W，中 心纬度：37.4815n）三、基本概念及技术流程图3.1、基本概念:遥感数字影像处理作业 /322遥感数字影像处理作业 # /322、辐射定标：指建立遥感传感器的数字量化输出值DN与其所对应视场中辐射亮度值之间的定量关系。、大气校正：消除遥感图像中由大气散射引起的辐射误差的处理过程。、NDV：植被覆盖指数。应用于检测植被生长状态、植被覆

4、盖度和消除部分辐 射误差等。、密度分割：密度分割是一种用于影像密度分层显示的彩色增强技术。原理是将具有连续色调的单色影像按一定密度范围分割成若干等级，经分层设色显示出一种新彩色影像。常用于航空像片、多光谱扫描影像和热红外扫描影像等单色影 像的彩色增强。3.2、技术流程:实验流程：完整流程涉及Landsat TM的数据读取、辐射定标、反演模型、 遥感反演过程、反演结果验证等软件功能：主要采用ENVI主模块中的Landsat TM数据读取、辐射定标、波 段运算、结果统计分析等。该方法需要进行大气校正，消除大气层对地表辐射能 量的影响，这就需要从卫星观测得到的热辐射能量中扣除大气层的辐射分量，并利用

5、热红外波段（Band6）范围内的地表发射率作为参数，反演出地表的真实温 度。3.3、技术路线（1）Landsat TM数据预处理：数据读取、辐射定标。（2）相关辅助数据的确定与查找：大气上行辐射以及下行辐射，采用数据 当天的大气透过率信息等。（3）采用大气校正法利用Landsat TM Band 6进行地表温度反演；首先获 取地表比辐射率值；其次，计算黑体在热红外波段的辐射亮度；最后，利用普朗 克公式的反函数反演出整个研究区域的地表温度分布情况。3.4、技术流程图遥感数字影像处理作业 /422遥感数字影像处理作业 /422Lanttsai TP数据n可见充数擔定标 堆T外数抿京标工程区矢量数據

6、数据预处珪可见光 逅红外快速尢弦正NDVI计算执灯外谕用毎射左标地表比辐射率1L大气上行辐射热红夕卜減段辐射亮度值1地表真实温度反潼魁遥感数字影像处理作业 1522遥感数字影像处理作业 1522四、具体步骤4.1、打开数据选择后缀为MTL的文件Eriitei- Larudsdi M e La D机丘=ilendnei Latigat4-i IM 卜 2010010心沖 100910L导入后截图:加载后数据截图遥感数字影像处理作业 22遥感数字影像处理作业 224.2、数据辐射定标:遥感数字影像处理作业 1822遥感数字影像处理作业 1822遥感数字影像处理作业 /722处理后结果:HhEdiy

7、bi仙0TMcuonMata1JDTMcacmMataCBand 2)0TM間rmCBud 3)rTHon罰4)CTMcacmMetaCDud 5)DTMCal(IMMUCBaui TJ您 Map Info川 Available Bdnds List、File OptionsJ匚TM Ikta却 LG刃匚:-r TM htaT) C2 22QCF Mv InvgS-9 Qiny 3cl阳E ColorSelected SandTH Nta(LI 1500) L5121034.Dins S171 x 7081 Grti) LBSQ4.3、裁剪数据:定标后的数据需要进行影像裁剪处理， 选择需要分析

8、的区域。在谷歌地图上 确定研究范围的经纬度信息，在其他软件上将平面的经纬度信息转至相同投影面 上的数据，作为裁剪的标准。准备好 shipfile 格式数据：bapefile.dlhf2014/11/30 20:54酣sm7 KBi hapefile.prj2014/11/30 20；54PRJ文件1 KB_ Fapefile.sbn2014/11/30 20：MSBN文半1 KBlJ hapefile.sbK2OL4/1V3O 20:54SBX3Z4*1 KB, hopcfilciihp2014/11/30 20i54SHP4t232 KBt hapefile.shp2014/11/30 10

9、:54XML3ZB11 KB1 : hap efile .hx20L4/1V30 z0j54SHXS1KBhapefile.dbf2014/11/30 21:16DBF7 KBhapefile.evf2014/11/30EF文件24 KBQ Available Vectors ListI 冋Fiie Opti onsA.vai 1 aJbl c e c i ar L ayer s:Name Lay er： Rape file, shjFils： J ALangsatVS TMl需1 交件夹h 爼吐订电_一“Siz: 238, 7&t bytesRacocda: 8 14,701 aodasPr

10、oj : VTM, Zee 50 MttfrriDitxur- NAD 21At tributes Yesect Ml Layerst All LayersLoa.dl elec tedRemove Sele cted选择辐射定标好的影像 Select Data file to Ascchte with nevj RQIsSelect Inpixt File ；LS1E1034 O342DiaO9U_MIL. tst L5121034=0342010M11 MTL tKtFlc XnEorn a.ti on：FUe： F： iLsnpat4-5 mZ01 QQ3101 fust IhmM： C

11、HI 乂 ?OS1 ：E & SSQJSli: Floitis Point! L3S6,61Z4?4 byteFilt Tyt* : HNH StuiiudSentar Typt; Landsat T1iiyte Lltrder : lost Ccitel)Pj-oje.cti vtL:UTB, Z-oaie 50No (RPiMl:?0Dttun;TGk&4Wavfllengh:7.垢5 to2. 22Hicranetr5Upper Left Uarner: 1 1ec1-i，P Lj dIl：TNa.li u-nK = d.t CSur JT?v 3Q 臼：垢；43 20MShipfile

12、格式数据转换为ROI格式： Export EVF Layers to ROISelect conversion rhethad： C&Jivert all records uf au EVT layer W une ROH” . Convert each record & an EVF layer to a new KJI.遥感数字影像处理作业9忌22遥感数字影像处理作业9忌22裁剪:$ Vector Window #1; CursorQuefyI *1 旦！:Fflc Mode Edit Options- HelpHula： Cursor QjeryActi vi : *Lajer： h 1

13、 . rIur.“TFklunler of ten? selcl*dlStLaci AllCla&r All IvsniMikk pin* vutilde q DOI 7 丫* =帕承班匚4= 0- oooooaCutwi Result fa 3 File MpfioryOulpat Tilenvni CKdcxss -ICDinpratsI： QuiW CMueel裁剪完毕后对比:遥感数字影像处理作业 1 22遥感数字影像处理作业22 22对于红外波段数据的裁剪方法与上述方法相同4.4、可见光和近红外波段大气校正采用大气校正来消除遥感图像中由大气散射引起的辐射误差的处理过程。 QUick A

14、tmospheric Correctioi Input FileFil* Inon-fushediitii aol fush.c.d.1. n.g.b i. 4.0 ei j ig2Fik; FALia;4-5 TM20100910处理让GjDinra： 2164 k 3607 就 6 3S6Size： Floating Point 187,333,152 lytes. Filr Tyr : EWa 盅应M-d；Host 辽:r14):UTUj Zone SO War th-30 Miters:WS-84:0. 485 * 2 22 Hi ernbtrECorner: 3670,1T90pli

15、 on.： Apli. al M-a.zlc ResultStn lor 30 21:43:19 2014StnsQr Typ;THByte Qr-irProj ecti on.PiKelDttumWav414n;thUpper Laft D=:cir iSubs tFullSp*etrftl Subt 6/6 BanisSelect IIask Sanddul电 Sel(ectedLOK - | C.lQUick AtmiO-sphencCorrection Para met c.5 esnsor TLsJidLs 生t. TM bDll切壮t Re suit to 5 F lieMemor

16、yEnter Oiitpnt Filmamp Choose匚|亡皿工化nF: VLaitgs at4_5 T M 201OOS1Q Sth +里 Iku ai zuj aa zhenQK11QueueCancvl4.5、地表比辐射率值计算（1） NDVI指数计算：利用TM3 4波段的象元DN值利用公式:NDVI=（ NIR - R）/（ NIR + R）elect Input Flit. ku 応 suj i 砂 zheng fushdingbi aal fushtdingbiao“iji辽MDVL Calculation Input File叵些上File Informatifn；File?

17、 F ALangsit4-5 TMV2C10M10外锂“曲 Bims： 21S4 x 36C7 k E BSQJSirs： FloLtinc Foint 1BT, 333,15? bytas.File Typ电.EHVI StandirdSsnsor Typt: Linds at TLIBytt Qrdr ; Hoi-t CTnltl)PrQjaction : UTH. Ione 30 NorthPixel ； 30 MattrsVatun : HG5-魂Iffaveleagth ； 0.455 ts 2,WE Micr?RtersUpp 晋 Left Corner 36TO, 1790Dee

18、 crip ti on.； Applied 业 ResultEnn Nov 30 21：43:19 2014Spa.iiaJ. SubsetTull SeeingOKCane elFFreicus处理后结果:L T1-1匚i1.0li3nd Njimber15二am IE EWEBand IKia-2,200000E . L曰匚sun岂:h 、JLq.d日三血14-5 TM、作 dl/XNI卩JL h uujj Dins； Fill ScetiK (7005E4B puits)Il?an Stqy/1 r H4L53 r Pq-7i?Hl fa to Band 1 Bir;-Q rC 1411

19、DM 2+2ri030 -Z + .1E 5BB2 -2.171765 -2,15767 -2.143529 -2.129412 -2,11523-t -2.1D1L?7 -2.087059 *2.0721 -2. J. Jb24r.ooooUhCQCDo,ooco0,0000U.O0D0CJ10QD r,CDOO DDDDD O.OODfl O.DDDCLlCDC3蠱 c j r c LD.DCOOD.DDQOU,QCOQ0,0000 .DOOO D.OCOU o.ocoa O-OCQCI J.DCUO .OCDDO.DCDO遥感数字影像处理作业22 22遥感数字影像处理作业 徂 22由上统

20、计可以看出，NDVI计算结果最小值为-2.2，最大值为14(2)植被覆盖度计算植被覆盖度采用的是混合像元分解法，将整幅影像的地类大致分为水 体、植被和建筑。利用Ba nd Math计，根据上步操作中计算出来的 NDVI指数输入公式：(b1 It 0.0)*0+(b1 ge 0 and bl le 1.4)*(b1 - 0.0”(1.4-0.0) bl:表示获取的NDVI值。计算结果如下图所示：Band MathPrvi ous Band. Nith.qhs :Cb球 0.7l+(bl It O.O)W+(bl ge 0 and| ReEtsire | Clar |an电磊卩广日百22 on：O

21、K Cancel Help处理结果如下:FiIf Owflfly Erhflirrp 低 Wtrdnw2Bdiid Mdth :ibljtO.7yl+(Ll：l0.0)-0-(blcje-一 巨回T2Zo3mA =(2)地表比辐射率：根据前人研究，将遥感影像分为水体、城镇和自然表面3种类型。本次实习采 用：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吕估算则 根据下公式中计算 利用Band Math计算输入公式：(b1 le 0)*0.995+(b1 gt 0 and bl It 0.7)*(0.9589+0.086*b2-0.0671*b2A2)+(b1ge0.7)*(0.

22、9625+0.0614*b2-0.0461*b2A2)。b1 ：表示获取的 NDVI值，b2：植被覆盖度值。 Band Math占1 h 初虫詰+】訊D迅3 X丄七D.T”Previots Band Math Expressions：M * o 7)ai+ Hi it n n)ia+iBi l d I HI |USm | RYtorIhur . . D4tEziter an exjressi on：GjI le 0)*0_395+ (bl gt 0 md bi It 0. 7 iAdW to ListI CvJihvl处理后结果:0 鴉 Card Math CblleO)*CWS- (blgt

23、OandblltC.- I g IRle_Oeiliy Enhaca Tootm Window遥感数字影像处理作业22 22遥感数字影像处理作业22 22遥感数字影像处理作业 於 224.6、大气参数获取卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值由三部分：大气向上辐射亮度，以及 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。地面的真实辐射亮度为同温度黑体的辐射亮度值与地物发射率的乘积。NASA官网()中获取大气参数获取，在上网址中输入成像时间以及中心经 纬度，查找下式中需要的参数。Dfte try鬥-mTdYZOiO-OS-11input LAC/LOH!47.411/ 119*997SXT

24、TICK i7 土、2L5 Spe st ralCurw fTw hnrlbootisxer 勻匸己二曲也 aTjEcsDUexeJser lMLLE urrace conii匸工口亠3urfac：=! eltit-ijd!? (km)一$99 .(IBOJSiitraififc pressu& cbj s-993 0005uzce :ejLfj芒工HUGE吃C ;-9S 。口口3urfaGe relative bumidi tv I); TM.QDDBand average itnophexic口u;0*69Exrectivs社味n upwixi&g e承曲鼻au*:2 + 55E f fe

25、et v=- bendErr d.3-xr.wf J.1 i n: 匸aid二曰 n匸u:3 - 97 Wf m 2 /s r / uje-aa -60 -40 -20020 iDMmi Tmpergtur? dESI) AP.-4V204&6& SOReI Hum dityGenerated fur; qijxrluD 口t tZOI+T1E.lOraP55.4S根据上图看出，大气在热红外波段的透过率为0.68，大气向上辐射亮度为2.55W/(m2 sr 卩m)，大气向下辐射亮度为 3.97W/(m2 sr 卩m) 利用Band Math计算b1：地表比辐射率值,b2：输入公式：(b2-2.

26、55-0.68*(1-b1)*3.97)/(0.68*b1) 热红外波段辐射定标志。获取的黑体在热红外波段的辐射亮度结果如下：4.7地表温度反演在获取热红外波段辐射亮度值以后根据普朗克公式的反函数，求得地表真实温度 T。对于 TM K1 =607.76W/(m2 sr 卩 m), K2 =1260.56K。利用 ENVI 中的 Ba nd Math,在公式栏中输入：(1260.56)/alog(607.76/b1+1) =1Xu 1282.71-ala(g-55G.= 旦 IFile Oveday Enhan 匚亡 Tools Window-一匸4电二Jrt . *3Statatk-s-上:=

27、.i yFills pheiM訓 flol * GL*曲 fl ylrand Nuimbc-rJtfi 口Fi lenaitie : ? : Langsnt-5 TMYes -温寞反債最终结果-旳D丄ms； Iu 11 S匸曰口3 (6r?06,236 toizitb 1Rrind 1Min19.772270nB4f.S113MvaaSt9V25.2753392.721R574.8Hi stogi ditiB&ttd 亠Bitl-m. 06111DN19.77227S 19.85J42639.93457530,015723 20.09607120.1700202A.25916320.34031720,421465 2U.50ZL1_ 20.563762SOOUOQOD Q 3 n o t 7LesE 6-6686111 日 d B R. tTyPercent .uul D.OOOt , 口(1口0 a,oooc o.oooc O.OUOL