渊江苏省工程勘测研究院有限责任公司袁扬州
225000冤
摘要院地表温度是监测地球资源环境动态变化的重要指标袁精确定量反演陆面温度并分析温度变化趋势对旱
灾预报尧农作物产量估算尧生态环境变化及区域规划等人们的生产生活方面具有重要研究意义遥利用卫星遥感资料进行面状区域地表温度的同步快速获取已成为目前遥感定量研究中的重要任务之一遥本文选取长三角05年全年46幅8天合成的地表温度产品数据MYD11A2袁基于MODIS数据温度产品会涉及到云污染而导致数据缺失的问题袁引入HANTS方法进行去云处理袁为地表温度与下垫面关系时空分析奠定基础遥
关键词院MYD11A2曰投影变换曰傅立叶变换曰HANTS去云处理
文献标识码院B
中图分类号院P23;X87DOI:10郾3969/j.issn.1001-0270.2018.03.23
MethodofCloudEliminatingviaHantsBasedonMODISData
ZhaoPei袁YeRui-feng袁WangGuang-yan袁ZhengYa-yun
Abstract:Landsurfacetemperatureisoneimportantindexformonitoringdynamicoftheearthresourceandenvironment郾PreciseandquantificationalretrievalofLSTandanalysisonthetrendhasgreatmeaningforresearchonpredictionofdrought,estimationofcropoutput,dynamicofenvironment,fromsatelliteshasbecomeoneofthemostimportantmissionsinthecurrentresearchofquantificationalcityplanningandaspectofpeople爷sotheractivity郾ObtainingLSTofareasynchronouslyviaRSdatumRS郾Inthisthesisthewhole2005-yeareight-daycompositingLSTproductsMYD11A2datumoftheduetocloudpollution,soHantsmethodisintroducedtoeliminatecloud,basedonwhichthecouldbeanalyzedsmoothly郾Series
收稿日期院2017-12-29
(JiangsuEngineeringExploration&SurveyingInstituteCo郾Ltd郾,Yangzhou225000,China)
Yangtzeriverdeltaregion,totally46breadthsMODIStemperatureproductinvolvingdatalostproblemsrelationshipbetweenthetrendoftemperatureandvariousunderlayfromspatialandtemporalaspects
KeyWord:MYD11A2;ProjectionChange;FFT;CloudEliminatingViaharmonicAnalysisofTime
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遥感与航空摄影知识窗口影像1
MODIS传感器及其数据
光学遥MODIS感仪器卫星袁是当该传前感世器界搭上载新在一EOS代系列野图谱卫合星一中的冶的
TERRA地方时上和AQUA午10颐30上和遥TERRA夜间22卫颐30星过由境北袁向又南称上运行午袁每日星遥
AQUA1由南向北运行袁每日地方时下午13颐30和凌晨步颐30近过极境轨袁圆形也称轨下道午遥星MODIS遥两个系列上尧下卫午星星轨分道别为以太MOD阳同和MYD命名其温度产品袁共有七类遥本文所用数据为MODIS下午星八天合成温度产品MYD11A2袁与上午星内容和处理过程相同遥
2MYD11A2数据的处理
在进行地表温度与下垫面关系分析前袁
使MYD11A2用袁而且数部分数据由于据云的污质量染导致对分析数据结果缺失有还很不能大影直接
响袁因此必须进行预处理等操作以使数据更具可用性遥2郾1
MRT投影转换
本文数据来自美国地质勘测局网站咱1暂三角范围大小袁每一时段需要3个Tile数据袁袁根分据别长为h27v05线投影尧袁h28v05而目前和大h28v06部分软件遥MYD11A2包均不支投持影这为种正投弦影曲
格式遥另外袁MODIS数据文件所采取的HDF-EOS存储格式目前也没有得到广泛的支持遥这里利用MRT软件将MODIS影像重新投影为GeoTiff格式袁可在多平台上运行遥然后利用长三角地区的边界影像进行掩膜运算袁抠出研究区域如图2所示袁将全年的46幅LST影像影像合上为的数值一个文为件DN遥
值袁在分析研究前要转换成
真实值袁根据温度产品用户手册提供的转换系数为0为具有郾02袁偏实差际值意义为0袁的将真原实16值位无袁转换符公号整式为型院
计数值转换2郾2
LST=DN*0.02
时间序列谐波分析渊HANTS渊2.1冤
咱2暂冤去云处理
MOD11A2温度产品为八天平均合成数据袁单天
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技术圆园18年第3期温度反演时就利用了云掩膜技术处理袁受云污染的区域无数据或数值很低袁而八天合成产品不排除某一区域一直有云覆盖袁不能去除亚像元内残余云袁长时间云及云霾等的影响咱3暂异值袁这样就必须寻求另遥一另种外方法来还会有处理云数据出污现染奇区数据遥2郾2郾1
假HANTS定y算法序的数学列中N表的达
i是时间第i景图像对应象元数
值袁那么这个序列的周期模型能够通过傅立叶级数表示如下院
渊2.圆冤
其中棕j示频率袁a=2仔/N*j袁t是第i景图像获取的时间袁棕j表
j表示振幅遥φj表示相位袁即从零到N/2的值遥然后求取各傅立叶分量袁以单个谐波1频率为例袁用最小二乘法并对各分量求导尧求和得到院
渊2.猿冤
按照上式依次类推袁利用三个方程求得三个傅立叶分量遥更高频率谐波方法类似遥各傅立叶分量的物理意义院a0表示频率为零时的振幅渊零频率没有相位冤袁它作为附加项被写到总和的前面袁等于所有图像像元的平均值遥振幅aj表示在N/j时间跨度内的变化幅度袁相位φj为最大幅度对应的时相遥
假定用数据矢量y表示时间序列图像袁矢量a表示振幅袁则这个变换也可以通过傅立叶级数的矩阵矢量形式来表示院
y越Fa
渊2.4冤
假定观测值yi数f渊i=1噎N冤被时间序列的基本函
j表示渊t为冤渊院
j=1噎M<=N冤来定义袁则这个向量矩阵可以在公式2郾4的两边同时乘以F的转置矩阵FT和权重斜矩阵W可以求得
a越渊FTWF冤-1FTWy
渊2.5冤
圆园18年第3期影像技术遥感与航空摄影谐波序列函数分解法具有更大的灵活性袁允许不等时间间隔袁不等权重遥但它处理时间要比快速傅立叶变换长袁因为它包括几个矩阵相乘和一个矩阵
求逆袁而FFT仅包括单个矩阵相乘遥HANTS具体迭代细节可参见文献咱4暂遥
HANTS算法处理示意图如下院
图1HANTS处理示意图
如图1所示袁渊a冤为原始时间序列曲线图袁t0对应的数值明显与整个曲线走势图很不和谐袁在图像处HANTS算法重新拟合该值袁首先通过傅立叶变换求理时将该值代入运算会影响处理效果袁因此需要
运算拟合结果会更逼近原始序列袁达不到重构效果遥利用这三个谐波进行叠加拟合就得到t0对应的拟合值如图渊c冤所示袁新的数值与整条曲线走势相协调遥2郾2郾2
数据去云处理有专门的处理软件HANTS软件袁数据去云处理的软件实现
得各分量袁在这个过程中t0点数据被赋予权重0不参
加迭代运算袁这里取5个分量a0尧a1尧a2尧φ1和φ2共三条谐波如图渊b冤所示袁更高频率谐波对应的振幅很小袁信息量也小袁并且求取更高频率分量运算量大袁
通过用户操作界面输入周期尧频数尧容错误差等必要的参数袁创建批处理文件袁运行重构全年时间序列图像遥选取处理后第65天图像与原始图像对比分析遥
渊a冤处理前图像渊b冤处理后图像
图2处理前后效果对比
从两幅图像的对比可以发现袁处理前图像由于云污染袁经过云掩膜处理导致部分地区温度数据缺失袁a图中圈出的区域温度数据缺失袁其值为0袁经过图像重构后该区域数据得以恢复袁与检核数据基本吻合袁效果如右图所示袁另外原始图像中数据完好的
区域在处理后没受影响遥
3结论
MYD11A2数据利用ENVI软件无法读取其象元
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值袁而且温度值为八天合成值袁有很多渊下转第苑苑页冤
圆园18年第3期影像技术技术开发与研究角逐渐变大袁条纹则由粗变细袁由疏变密直至消失渊图2冤袁验证了X射线的干涉现象袁同时也解释了星卡在平行于滤线栅栅条方向畸变条纹的成因遥星卡铅条宽度沿径向由中心向外线性增加袁与滤线栅栅条叠加形成间隙及夹角袁X射线通过平行于固定滤线栅栅条方向较小间隙及夹角则发生干涉袁形成明0郾05冤袁在正交栅条方向未发生干涉显现袁图像细节未发生明显变化渊P=0郾083>0郾05冤遥摄影时活动滤线栅处于横向高速运动状态袁与星卡叠加未形成发生干涉现象所必需的相对稳定间隙及夹角袁图像细节未发生明显变化渊P=0郾157>0郾05冤遥在正交滤线栅栅条方向袁两种滤线栅与星卡所得图像在细节方面无显著差异渊P=0郾317>0郾05冤遥与无滤线栅时比较袁配置滤线栅时摄影图像黑化度减低袁是由滤线栅的自身特性决定遥栅比和栅密度是滤线栅的两个主要指标袁过效果越好袁同时对源射线的吸收增大咱4暂遥相同摄影渊上接第苑猿页冤象元由于云污染而数据缺失袁本文MYD11A2经过投影转换和时间序列图像重构等预对长三角地区05年全年46幅地表温度产品数据栅密度越大栅比则越大袁栅比越大袁对二次射线的滤暗相间的畸变条纹袁图像细节变化显著渊P=0郾00<
条件下袁配置滤线栅后袁探测器检测到的光量子减少袁导致图像黑化度减低遥综上袁星卡与不同滤线栅组合摄影袁在栅条正交方向以及活动滤线栅栅条平行方向星卡图像细节未发生显著变化袁在固定滤线栅栅条平行方向则发生X射线干涉形成畸变条纹袁DR图像质量研究提供了思路遥
可以利用此现象判断滤线栅类型袁同时为星卡用于
参考文献院咱1暂射卫生袁2011袁20渊2冤院243-244郾
咱1暂林海涛郾探讨影响DR图像质量因素及控制措施咱J暂郾中国辐
咱2暂李祥林袁李建平袁秦东京等郾医用诊断X线球管焦点性能检咱1暂渊5冤院943-946郾
咱1暂测装置的研制与应用咱J暂郾中国医学影像技术袁2010袁26咱3暂王春燕袁王福合郾X射线的发现及其早期研究咱J暂郾现代物理咱1暂知识袁2017渊1冤院30-34郾
咱4暂邹念强袁唐韶华郾影响平板探测器图像质量的因素及解决咱1暂方案咱J暂郾中国医学装备袁2016袁13渊12冤院17-20郾
参考文献院咱1暂http://edcaac郾usgs郾gov/modis/dataproducts郾asp
咱2暂RoerinkGJ,MenentiM郾ReconstructingcloudfreeNDVI咱1暂tionalJournalofRemoteSensing,2000,21渊9冤:1911-1917郾咱1暂中国科学院遥感应用研究所袁2004.
处理袁利用HANTS算法进行时间序列重构这一部分比较复杂袁涉及原理尧数学表达和软件的理解与
咱1暂compositesusingFourieranalysisoftimeseries咱J暂郾Interna-咱3暂张峰郾作物长势遥感监测的定量指标和提取方法研究咱D暂郾咱4暂VerhoefW,MenentiM,AzzaliS.Acolourcompositeof
应用袁该方法能够很好的去除云的干扰遥对完成预处理后的数据利用ENVI软件选取感兴趣区进行温度值统计袁从时间维和空间维度上对各种地物进行分析遥
咱1暂NOAA-AVHRR-NDVIbasedontimeseriesanalysis咱J暂郾咱1暂InternationalJournalofRemoteSensing,1996,17(2):231-235郾
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