利用環(huán)境小衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演湖泊水質(zhì)參數(shù)

練習數(shù)據(jù)下載：http://115.eom/file/dpffpou3#操作手冊下載：http://115.eom/file/bexxetfl#懸浮物、葉綠素a、有色可溶性有機物等是水質(zhì)監(jiān)測的重要參數(shù)，這些水質(zhì)參數(shù)濃度的變化，會引起水體生物光學特性和水面反射率的改變，利用遙感技術(shù)，根據(jù)水體光譜特性與水質(zhì)參數(shù)濃度間的關(guān)系，反演水質(zhì)參數(shù)，可以實現(xiàn)湖泊水質(zhì)的高頻、大范圍、準實時監(jiān)測。目前利用遙感技術(shù)可反演的水質(zhì)參數(shù)包括：葉綠素a（Chl-a）、懸浮物（TSM）、有色可溶性有機物（CDOM）透明度（SD）、溶解氧（DO）、水表溫度（TS）、總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸鹽（CODMn）、電導率、海水鹽度、含沙量等。太湖是中國第三大淡水湖，也是富營養(yǎng)化比較嚴重的湖泊之一。本課堂詳細介紹了利用環(huán)境小衛(wèi)星圖像反演太湖葉綠素a濃度的完整流程，課堂內(nèi)容涉及環(huán)境小衛(wèi)星的數(shù)據(jù)讀取、輻射定標、幾何校正、大氣校正、反演模型的建立、遙感反演過程、反演結(jié)果驗證等內(nèi)容。除了使用ENVI主模塊功能外，還需要用到FLAASH大氣校正擴展模塊、IDL開發(fā)的環(huán)境小衛(wèi)星數(shù)據(jù)讀取補丁、Exeel相關(guān)功能。處理流程介紹葉綠素a濃度目前有很多的模型，在大氣糾正效果較好的前提下，比值植被指數(shù)和歸一化植被指數(shù)能夠較好的反演不同水體的葉綠素濃度（李云梅等），如下表1所示。表1葉綠素a濃度監(jiān)測模型多Chla=aX+b0.8960光比值植被指數(shù)Chla=aln(X)0.8953譜-b數(shù)X=HJ3/HJ4Chla=aebX0.8834據(jù)Chla=aXb0.8868模Chla=aX2+型歸化植被指bX+e0.8950

Chla=aX+b0.8840X=NDVIChla=aX+b0.8840X=NDVIChla=aln(X)-b0.8873本課堂采用的是：Chla=aX+b模型根據(jù)環(huán)境小衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)特點及太湖水質(zhì)反演技術(shù)要求，采用的技術(shù)路線為：先對環(huán)境小衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預處理：數(shù)據(jù)讀取、輻射定標、幾何校正、大氣校正、太湖區(qū)裁剪，利用波段比值法對實測的葉綠素a濃度數(shù)據(jù)建立反演模型，將模型應(yīng)用于太湖水面區(qū)域影像，反演出整個太湖區(qū)的葉綠素a濃度。流程說明：一、圖像獲取本專題用到的環(huán)境小衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是可以在環(huán)保部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心免費下載獲取，根據(jù)水體中葉綠素a濃度的季節(jié)變化情況，夏季和秋季（6月-11月）水體中的葉綠素a濃度較高，故本專題選擇了影像質(zhì)量良好的2009年10月6日的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源。注：環(huán)境小衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)原始下載地址：二、數(shù)據(jù)讀取和定標網(wǎng)上免費獲取的HJ-1衛(wèi)星CCD的分發(fā)格式為Geotiff，每一個波段為一個Geotiff文件，并提供一個元數(shù)據(jù)說明（.XML）?？梢砸来未蜷_每個波段，并用元數(shù)據(jù)說明中提供的定標參數(shù)用BandMath工具進行手動定標，再用Layerstcaking功能將4個波段的圖像合成為一個多波段的數(shù)據(jù)文件。本課程中用的是環(huán)境小衛(wèi)星的讀取補丁，直接讀取CCD數(shù)據(jù)，輸出結(jié)果為一個多波段的ENVI標準柵格文件，并帶有中心波長等信息，可直接輸出定標結(jié)果（輻射亮度）。三、幾何校正環(huán)境小衛(wèi)星L2級數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的幾何校正，為了跟野外實測數(shù)據(jù)匹配，還需要進一步的校正。本專題中幾何校正是以TM數(shù)據(jù)（美國NASA公布的L2級數(shù)據(jù)，能很好的與GPS匹配）為參考數(shù)據(jù)，對環(huán)境小衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行幾何校正（圖像配準），目的是讓野外實測數(shù)據(jù)能準確定位到影像上。。注：TM數(shù)據(jù)原始下載地址為：/index.jsp四、大氣校正對于環(huán)境小衛(wèi)星數(shù)據(jù)，提供光譜響應(yīng)函數(shù)即可FLAASH大氣校正模塊中進行大氣校正。注：波譜響應(yīng)函數(shù)原始下載地址：/n16/n1115/n1522/n2118/index.html五、反演將野外調(diào)查點數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)值建立一一對應(yīng)關(guān)系，之后在Excel中完成模型建立、模型驗證，將得到的反演模型應(yīng)用到整個圖像中。圖1流程圖葉董督務(wù)七注：本課堂的數(shù)據(jù)和詳細操作文檔均提供免費下載，供學習使用，歡迎學習體驗。圖1流程圖葉董督務(wù)七下載地址：練習數(shù)據(jù)下載：http://115.