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基于6S模型的Landsat7遥感影像大气校正.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.89M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    基于 6S 模型的 Landsat7 遥感影像大气校正 测绘学院硕研 2014-3 孙钦佩 140231032 随着遥感技术不断发展,定量遥感的需求日益增长,大气辐射校 正的作用日显重要。遥感影像成像过程中容易受到大气吸收、散射的 影响,如何去除大气的影响成为辐射校正的关键。6S 辐射传输模型能 够准确地模拟电磁波与大气作用的过程,经过多年发展,已被广泛应 用于大气辐射校正领域。对于一个遥感系统而言,由于受到大气的影 响,即使系统在正常工作的条件下,它所获取的数据仍然带有辐射误 差。大气中的分子、气溶胶与电磁波相互作用使电磁波在大气中传播 时部分能量产生衰减。同时,由于程辐射的作用,一部分能量被大气散 射后进入遥感器,增加了入射的能量,而这部分能量不带有任何地表 信息。在图像上通常表现为暗淡,降低了图像的对比度。因此,遥感得 到的反射率在未经过大气校正的条件下是不准确的。对于一些需要地 表反射率信息的遥感应用而言,大气的影响不可忽略。例如从水体或 植被中提取生物量信息(如水体中的悬浮泥沙、温度、叶绿素 a;植被 的叶面指数、叶绿素等)时,就必须扣除大气的影响。如果数据未经过 大气校正,那么数据中一些重要成分的反射率的微小差别就可能丢 失。地物的光谱曲线就会受到大气干扰,直接影响对生物量信息的判 断,可能导致巨大的损失。 一、实验目的 加深对 6S 模型原理的理解，掌握 6S 软件的使用方法与步骤，能 够利用该软件进行 Landsat7 影像的大气校正。 1
    二、6S 模型基本原理 太阳辐射进入大气层入射到地面，而地面对太阳辐射的反射也要 经过大气才能被遥感传感器接收。在没有大气存在时，传感器接收到 的辐射亮度，只与太阳辐射到地面的辐射照度和地面反射率有关。由 于大气的存在，电磁辐射在太阳—目标物—传感器系统的传输过程中 受到大气分子、水汽、气溶胶和尘粒等吸收、散射和折射等影响，原 信号的强度被减弱；同时大气的散射光也有一部分直接或经过地物反 射进入传感器，这两部分辐射又增强了信号，但却是没用的。假设陆 地表面为均匀朗伯体、大气垂直均匀变化的条件下，卫星传感器所接 收的大气层表观反射率可表示为：   S  V  V ） （ T  ( ) (  , , S , S , V V t ) T (  V 1/()   t S ) 式中， 是传感器所接收到的大气顶部表观反射率；  、、 V V S 分 别为观测天顶角、太阳天顶角、太阳和传感器之间的方位角 T (  S )   e s  /  td (  S ) 是下行辐射总透射率； T (  V ) v  /   e  td (  V ) 是上行辐射总透过率； td  代表下行散射辐射透过率因子； ) ( s ( V td  ) 代表上行交叉辐射透过率因子。 e / v   、 e s   / 下行直射辐射和直接 透射到遥感器上行辐射，其中 s   cos( v  ), S  cos(  V ) 为太阳和卫星天顶 角的余弦值；  是大气的路径辐射项等效反射率； s 为地表反射率； S为大气下届的半球反射率；τ 为气溶胶光学厚度。 S 、、  T (  S ) 、 T (  V ) 为大气校正时需要求出的 4 个参数，由于 T (  、 ) S T (  V ) 在式中总是以乘积形式出现，因此可将它们作为一个整体 考虑 TS 、 (  、 ) S T (  V ) 取决于单次散射比 0 、、气溶胶光学厚度 和气 2
    溶胶散射相函数 P。在单次散射中近似中，路径辐射可以表示为： P  （ 0  0 4/( ）  ) ) ( , S , S , V m , V V V 其中  V m ( , , V S ) 是由于分子散射造成的路径辐射，和 0 分别是观 测方向和入射方向的余弦 三、实习仪器与数据 6S 程序包、ENVI 软件、Landsat7 影像 四、实验步骤 实验所采用的数据是山东省青岛市 2014 年 11 月 26 号的 Landsat7 数 据，由于 SLC（机载扫描行校正器）在 2003 年 5 月份出现了故障， 因此，2003 年以后的数据都有严重的条带问题。 影像如下图所示： 其中太阳天顶角是：60.7256，太阳方位角是 160.8972 3
    1、输入 6S 模型参数 在利用 6S 软件进行大气校正时需要输入的主要参数有： （1）几何参数（geometrical parameters） 参数名称：igeom 取值范围：0-7 igeom=0：用户自己选择观测几何参数 所需参数有： 太阳天顶角（度） 太阳方位角（度） 卫星天顶角（度） 卫星方位角（度） 月（1-12）日（1-31） igeom=1-7 分别代表以下卫星的观测： igeom=1：Meteosat 卫星 所需参数有： 月 日 世界时（十进制） 列数 行数（图象最大尺度为 5000X2500 像素） igeom=2：GOES（东）卫星 所需参数有： 月 日 世界时（十进制） 列数 行数（图象最大尺度为 17000X12000 像素） igeom=3：GOES（西）卫星 所需参数有： 月 日 世界时（十进制） 列数 行数（图象最大尺度为 17000X12000 像素） 4
    igeom=4：AVHRR，下午 NOAA 卫星 所需参数有： 月 日 世界时（十进制） 列数（1-2048）经度 穿越赤道时间 igeom=5：AVHRR，上午 NOAA 卫星 所需参数有： 月 日 世界时（十进制） 列数（1-2048）经度 穿越赤道时间 igeom=6：HRV(SPOT) 所需参数有： 月 日 世界时（十进制） 经度 纬度 igeom=7：TM(LANDSAT) 所需参数有： 月 日 世界时（十进制） 经度 纬度 （2） 大气模式（atmospheric model） 参数名称：idatm 取值范围：0-9 idatm =0：无气体吸收 idatm =1：热带大气 idatm =2：中纬度夏大气 idatm =3：中纬度冬季 idatm =4：亚北极区夏季 5
    idatm =5：亚北极区冬季 idatm =6：美国标准大气（62 年） idatm =7：用户定义大气廓线（34 层无线电探空数据） 包括：高度（km ） 气压( mb ) 温度( k ) 水汽密度( g/m3) 臭 氧密度(g/m3) idatm =8：输入水汽和臭氧总含量 水汽( g/cm2 ) 臭氧 (cm-atm) idatm =9：读入无线电探空数据文件 （3）气溶胶类型参数 参数名称：iaer 取值范围：0-12 iaer=0: 无气溶胶 iaer=1: 大陆型气溶胶 iaer=2: 海洋型气溶胶 iaer=3: 城市气溶胶 iaer=5: 沙漠型气溶胶 iaer=6: 生物质燃烧型 iaer=7: 平流层模式 iaer=4: 用户自己输入以下四种粒子所占体积百分比（0-1） c(1) ： 灰尘 c(2) ：水溶型 c(3) ：海洋型 6
    c(4) ：烟灰 iaer=8-10：用户自己按照尺度分布类型定义气溶胶模型 iaer=8：多峰对数正态分布 iaer=9：改进的 gamma 分布 iaer=10：Junge 幂指数律分布 iaer=11：按太阳光度计测量结果定义气溶胶模型 需要输入参数有：粒子半径（µm） 粒径分布（d V / d (logr)， cm3/cm2/micron）和复折射指数的实部和虚部谱 iaer=12：利用事先计算的结果 给出文件名 （4）气溶胶含量参数（concentration） 参数限制：能见度必须大于 5 公里 参数名称：v 取值范围： v=能见度（公里） v=0：输入 550 纳米气溶胶光学厚度 taer55=550 纳米气溶胶光学厚度 v=-1：没有气溶胶 （5） 目标高度参数（altitude of target） 参数名称：xps 取值范围： xps >=0：目标在海平面高度 7
    xps < 0：绝对值代表目标高度（公里） （6） 传感器高度参数（sensor altitude） 参数名称：xpp 取值范围： xpp= -1000：卫星观测 xpp= 0：地面观测 -100< xpp <0：飞机观测，绝对值代表飞机相对于目标的高度（公里） 对于飞机观测，必须输入飞机和地面之间的水汽，臭氧含量和 550 纳 米气溶胶光学厚度，如无数据则输入负值，水汽和臭氧根据 62 年美 国标准大气内差，气溶胶则根据 2 公里指数廓线计算 （7） 光谱参数（spectral conditions） 参数限制：虽然在整个波段计算气体透射率和散射函数，但处理强吸 收波段吸收与散射的相互作用不精确，因此不适合强吸收 带 参数名称：iwave 取值范围：-2 – 70 iwave=-2 – +1， 用户自己定义光谱条件 iwave=-2：用户输入光谱范围的下限和上限（微米），滤光片函数为 1，输出文件中给出单色结果。 iwave=-1：单色计算，用户给出单色波长（微米） iwave=0：用户输入光谱范围的下限和上限（微米），滤光片函数为 1 8
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