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landsat 遥感影像地表温度反演教程

来源:年旅网
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(LC8LGN00)为例。 同时需提前查询影像的基本信息(详见下表)

标识 日期 采集时间 中心经度 中心纬度 LC8LGN00 2016/7/26 3:26:56 …… …… …… …… …… 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LC8LGN02_MTL_Thermal,单击Spectral Subset选择Thermal Infrared1(),打开Radiometric Calibration面板。

(2)多光谱数据辐射定标

选择要校正的多光谱数据“LC8LGN02_MTL_MultiSpectral” Scale factor 不能改变,否则后续计算会报错。保持默认1即因为后续需要对多光谱数据进行大气校正,可直接单击可。 Apply Flaash 进行辐射定标。 Settings,如下图。

2、大气校正

注意与热红外数据辐射定标是的差别,设置后Scale factor值为。 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,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“”中找到,具体名称:DATE_ACQUIRED = 2013-05-12;SCENE_CENTER_TIME = 02:55:;

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\\

把它重新指向:..\\Program Files\\Exelis\\ENVI51\\resource\\filterfuncs\\ 注:这是因为版本的一个小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 和 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 = 和NDVIS = ,且有,当某个像元的NDVI大于时,FV取值为1;当NDVI小于,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 *1+(b1 lt *0+(b1 ge and b1 le *(/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,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 = + - εbuilding = + -

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)*+(b1 gt 0 and b1 lt * + *b2 - *b2*b2)+(b1 ge * + *b2 - *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(TS) + (1-ε)L↓]·τ + L↑

这里,ε为地表辐射率,TS为地表真实温度,B(TS)为普朗克定律推到得到的黑体在TS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(TS)为:

B(TS) = [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7月26日格林尼治时间时间03:26,平均气温 ℃,气压 MP,相对湿度%,Landsat 8 OLI影像,影像中心的经纬度为: N, 重庆属中纬得到下图参数图: 度夏季天气

大气在热红外波段的透过率τ为,

大气向上辐射亮度L↑为 W/(m2·sr·μm), 大气向下辐射亮辐射亮度L↓为(m2·sr·μm)。 选择基于精确信息数据 Landsat 8 数据,波段10 利用ENVI主菜单->Basic Tools->Band Math,在公式输入栏中输入: ((1-b1)*7,52)/(*b1) b1:60m分辨率的地表比辐射率值; b2:表示热红外波段的辐射定标值。

得到了温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度值。 5、反演地表温度

在获取温度为TS的黑体在热红外波段的辐射亮度后,根据普朗克公式的反函数,求得地表真实温度TS:

TS = K2/ln(K1/ B(TS)+ 1)

对于landsat 8,K1 = W/(m2·sr·μm),K2 = K。

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

()/alog(b1 +1)-273

b1:温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度值。 得到真实的地表温度值,单位是摄氏度。

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