style="width:6.47993in;height:5.77346in" />遥感影像N 值 本文是学习GB-T 30115-2013 卫星遥感影像植被指数产品规范. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们
本标准规定了光学卫星遥感影像陆地植被指数产品的级别划分、生产流程和质量评价方法。
本标准适用于光学卫星遥感影像陆地植被指数产品的生产、质量评价和数据交换过程。
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 13989 国家基本比例尺地形图分幅和编号
GB/T 14950—2009 摄影测量与遥感术语
GB/T 15968 遥感影像平面图制作规范
GB/T 14950—2009界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
辐射通量 radiant flux
在单位时间内通过某一面积的辐射能。
3.2
辐射亮度 radiance
单位投影面积、单位立体角上的辐射通量。
3.3
表观辐亮度 apparent radiance
遥感器入瞳处观测到的辐射亮度。
3.4
数字灰度值 digital number
由遥感器各波段获取的反射或辐射能量量化而成的灰度等级。
注：无量纲，取值范围随遥感器量化等级的不同而不同。
3.5
辐射校正 radiometric correction
对由于外界因素，数据获取和传输系统产生的系统的、随机的辐射失真或畸变进行的校正。
[GB/T 14950—2009,定义5.195]
3.6
表观反射率 apparent reflectance
表观辐亮度与无大气水平场景绝对白体假设下遥感器应获得入瞳辐亮度之间的比值。
GB/T 30115—2013
3.7
辐射定标 radiometric calibration
根据遥感器定标方程和定标系数，将其记录的量化数字灰度值转换成对应视场表观辐亮度的过程。
3.8
大气校正 atmospheric correction
消除或减弱遥感影像在获取时因大气传输中的吸收或散射作用引起的辐射畸变。
注：改写GB/T 14950—2009,定义5.191。
3.9
地表反射率 surface reflectance
地物表面反射能量与到达地物表面的入射能量的比值。
3.10
二向性反射率分布函数 bidirectional reflectance
distribution function
描述物体表面微小面积元上特定方向反射光辐亮度与特定方向入射光辐照度比值的函数。
3.11
植被指数 vegetation index
一种利用遥感影像不同谱段数据的线性或非线性组合而形成的能反映绿色植物的生长状况和分布
的特征指数。
注：改写GB/T 14950—2009,定义5.201。
3.12
植被指数产品 vegetation index product
由遥感影像数据生产的植被指数数据及其元数据文件、质量评价数据、像元可信度文件等一系列数
据产品的统称。
3.13
植被指数合成 vegetation index compositing
按照一定规则，从一段时间的多个植被指数数据中，选择或计算出一个植被指数的过程。
3.14
植被指数合成期 vegetation index compositing period
用于实施植被指数合成的时间段，多以日、周、旬、月计。
3.15
多日植被指数 multi-day compositing vegetation
index
植被指数合成的结果，用来表征合成期内植被指数的平均状态。
3.16
植被指数合成方法 vegetation index compositing
algorithm
植被指数合成过程中，选择或计算多日植被指数的方法。
注：常见的植被指数合成方法有最大值合成、有限视角最大值合成、BRDF
合成等。
3.17
植被指数级别 level of vegetation index
根据计算所采用的反射率数据对植被指数进行的划分。
注：包括大气层顶植被指数和大气层底植被指数。
GB/T 30115—2013
3.18
大气层顶植被指数 top of atmosphere vegetation
index
利用大气层顶表观反射率计算得到的植被指数。
3.19
大气层底植被指数 bottom of atmosphere vegetation
index
利用经过大气校正的地表反射率计算得到的植被指数。
下列缩略语适用于本文件。
BOA 大气层底(Bottom of Atmosphere)
BOAVI 大气层底植被指数(Bottom of Atmosphere Vegetation Index)
BRDF 二向性反射率分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution
Function)
CV-MVC 有限视角最大值合成(Constraint View Angle Maximum Value
Compositing)
DN 数字灰度值(Digital Number)
MVC 最大值合成(Maximum Value Compositing)
TOA 大气层顶(Top of Atmosphere)
TOAVI 大气层顶植被指数(Top of Atmosphere Vegetation Index)
VI 植被指数(Vegetation Index)
下列符号适用于本文件。
PBOA 地表反射率(Surface Reflectance)
PTOA 表观反射率(Apparent Reflectance)
光学卫星遥感影像陆地植被指数产品的基本要求如下：
a) 陆地植被指数产品的平面坐标系和投影系统执行GB/T 15968 的相关规定；
b) 陆地植被指数产品的分幅和编号，执行GB/T 13989 的相关规定。
对于不同种类的植被指数(如：归一化差值植被指数、垂直植被指数等),根据其用于计算的反射率
数据所属的辐射校正阶段来划分级别。
依据是否进行了大气校正，反射率数据可以分为表观反射率和地表反射率，相应地植被指数分为两
个级别，即大气层顶植被指数(TOAVI,
也可称表观植被指数)和大气层底植被指数(BOAVI, 也可称冠
层植被指数),见图1。
陆地植被指数产品的生产和应用应明确指明植被指数级别。
GB/T 30115—2013
style="width:6.47993in;height:5.77346in" />遥感影像N 值
辐射定标
表观辐亮度!
表测反射率P rox
儿何校正
大气校正
地表反集率P rn
TOAV]
大气层顶植被指数
BOAVI
大气层底植被指数
图 1 植被指数级别划分
植被指数计算总体流程见图2。
style="width:8.20069in;height:6.38681in" />
style="width:0.16662in" />
图 2 植 被 指 数 计 算 总 体
流 程
GB/T 30115—2013
用来计算植被指数的光学卫星遥感影像数据，
一般情况下不应做辐射增强处理。
除影像数据外，还应准备观测几何条件和水陆、云、冰雪、阴影等掩膜数据。
对遥感影像各波段数据(DN
值)进行辐射定标。辐射定标根据遥感器的定标公式及各波段定标系
数进行。
辐射定标公式的一般形式为：
L=a ·DN+b ……………… ……… (1)
式中：
L - 表观辐亮度，单位为瓦每平方米球面度微米(W ·m⁻² · sr⁻1 · μm);
a 、b— 定标系数。
遥感器不同波段各有其定标系数。
特别要注意的是，随着遥感器的老化和功能衰退，定标系数会有所改变。
根据式(1)所得 L, 按式(2)计算得到表观反射率pToA:
style="width:1.85999in;height:0.66682in" /> (2)
式中：
proʌ—— 表观反射率(无量纲);
L 表观辐亮度，单位为瓦每平方米球面度微米(W ·m² · sr⁻¹ · μm⁻');
d — 日地距离(以天文单位计);
E 。— 卫星的波段平均太阳辐照度，单位为瓦每平方米微米(W ·m⁻² · μm⁻¹);
根据遥感器成像机理和观测区域的地形特点，采用几何纠正或正射投影方法对表观反射率影像进
行地理编码(转换到标准的地理空间基准之中)。
根据掩膜文件判断并标记出水、云、冰雪、阴影等像元，供植被指数计算时进行像元选择与质量
评价：
a) 若为海洋或内陆水域像元，不计算 VI 值，用表 A. 1
规定的无效值填充，并在质量标记中标记 为"由于其他原因无法使用",见附录 B
中的2 bit～4 bit;
b) 若为云、冰雪、阴影像元，计算 VI
值，并在质量标记文件中标记，见附录B 中的9 bit～13 bit。
GB/T 30115—2013
对于判别为陆地的像元，采用经几何校正的表观反射率数据(7.4)计算大气层顶植被指数。
常见植被指数计算公式参见附录C。
大气校正方法可以根据遥感器特性、地表覆盖和气象参数等条件进行选择。所选择的大气校正方
法应能基本消除大气瑞利散射、水汽吸收和气溶胶的影响，
一般应为基于大气辐射传输模型的方法。
大气校正过程中，需记录像元的具体校正内容，包括是否采用气溶胶气候学、气溶胶浓度、是否做大
气邻近效应校正和是否采用基于 BRDF
的大气校正等，用于后阶段质量评价使用。具体记录内容见附
录 B 中的5 bit～8 bit。
对于判别为陆地的像元，采用地表反射率数据(7.7)计算大气层底植被指数。
常见植被指数计算公式参见附录 C。
对于计算得到的大气层顶植被指数与大气层底植被指数，根据各植被指数的合理取值范围，进行合
理性检查。
植被指数的合理取值范围应根据具体植被指数的类型确定，可参见附录 C。
对于不符合取值范围的像元，用表A.1
规定的无效值填充，并在质量标记中标记为"由于其他原因
无法使用”,见附录 B 中的2 bit～4 bit。
植被指数产品质量评价的具体步骤如下：
a)
从质量标记文件和观测几何条件文件提取大气校正状况、云覆盖、阴影和太阳-
目标地物-遥感
器几何位置等信息，根据表1给出各项具体评分，评分总和为该像元的质量评价分值；
b) 植被指数质量等级划分为7级：高质量、较高质量、
一般质量、较低质量、低质量、原始数据缺失
和由于其他原因无法使用，划分方式如表2所示；
c) 按各像元评定所属质量等级，在质量标记中标记，见附录B 中的2 bit～4
bit。
表 1 植被指数质量评价的参数与分值
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表 2 植被指数质量等级
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植被指数有效性划分为4个等级，分别为：
a) 已经生产 VI,质量好；
b) 已经生产VI,使用时要检查植被指数质量标记；
c) 已经生产VI,但很可能受云影响；
d) 未生产VI,由于其他原因。
植被指数有效性等级划分方法如下：
a)
查看质量标记中植被指数的质量等级，若植被指数质量为“高质量",则有效性等级定为“已生
产VI, 质量好”;
b)
若植被指数质量等级为"原始数据缺失"或者"由于其他原因无法使用",则有效性等级定为"未
生产VI,由于其他原因";
c)
若植被指数质量标记为有云，则有效性等级定为“已经生产VI,但很可能受云影响”;
d) 其余情况下有效性等级评为"已经生产
VI,使用时要检查植被指数质量标记"。
有效性评价完成后，将评价结果在质量标记文件中标记，见附录B 中的0～1
bit。
植被指数产品除记录植被指数本身外，还应记录：
a) 观测几何条件(观测天顶角、太阳天顶角、相对方位角);
b) 质量标记；
c) 用于描述植被指数数据源、数据质量、植被指数级别的元数据。
此外，亦可记录用于植被指数计算的波段反射率数据。
各文件的数据类型、有效值范围等信息见附录 A。
植被指数合成总体流程见图3。
输入数据包括单日植被指数数据文件、观测几何条件文件及质量标记文件。
选择 BRDF 合成时，还需要用于植被指数计算的地表反射率数据。
GB/T 30115—2013
style="width:8.52007in;height:4.54674in" />数据输入
单日植被指数/地表反射率
方法选择
公覆盖
观测几何条件
指数合成 合成植被指数
质量评价 水陆 云 冰雪 阴影
像元总可信度
植被指数合成产品
图 3 植被指数合成总体流程
将唯一的植被指数值作为植被指数合成值。
取所有植被指数中最大的值作为植被指数合成值。
8.3.3 有限视角最大值合成(CV-MVC)
在观测视角小于某一限值的多个植被指数数据中，选择视角最小的两个植被指数数据，取二者中的
大值作为植被指数合成值。
把遥感器在不同时间、不同视角获得的多个地表反射率归一化为某一方向(如垂直下视方向)的地
表反射率，然后计算植被指数作为合成值。
BRDF 合成常用的 BRDF 模式有 Walthall、Roujean 等模式，具体可参见附录
E。
BRDF 合成只适用于 BOAVI 的合成。
合成方法的选择可以参考以下原则：
a) 若合成期内无云观测的次数能够满足BRDF 合成，采用BRDF 合成；
b) 若 BRDF
合成失败，且无云观测的次数达2次以上(含),采用有限视角最大值合成(CV-MVC);
c) 若无云观测的次数只有1次，采用唯一值合成；
d) 若没有无云观测，采用最大值合成(MVC);
e) 若所有观测计算的植被指数都无效，用表 A.2 规定的无效值进行填充。
对于合成得到的植被指数，逐像元进行合理性检查。合成植被指数的合理取值范围应根据具体植
被指数算法的类型确定。
对于不符合取值范围的像元，用表 A.2
规定的无效值填充，并在质量标记中标记为"由于其他原因 无法使用",见附录 B
中的2 bit～4 bit。
GB/T 30115—2013
合成植被指数的质量标记包括植被指数质量、植被指数有效性和像元的状态信息(包括像元覆盖类
型和大气校正状况),此外，还应标记该像元所采用的植被指数合成方法，见附录B
中的14 bit～15 bit。
对于非 BRDF
合成的像元，从所选观测的植被指数质量标记文件中提取信息，直接进行合成数据
质量标记和像元总可信度评价；对于 BRDF
合成的像元，从参与合成的各观测植被指数质量标记文件
中提取信息，根据其平均数值或状态进行合成数据质量标记和像元总可信度评价。
像元总可信度划分为5个等级，等级值及其描述见表3,等级划分方法见图4。
表 3 植被指数合成产品像元总可信度
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style="width:7.24662in;height:9.26662in" />植被指数值
填充值
否
混合云
否
冰当
否
采用气济
胶气候学
否
气溶胶光学厚度小
是
阴影
否
观测天顶角
否
太阳天顶角
是
婪级值 - - 1
是
等级值=3
等级值=2
等级值=1
>45"
>75°
等级值=0
图 4 植被指数合成产品像元总可信度等级划分
GB/T 30115—2013
植被指数合成产品除记录多日植被指数本身外，还应记录：
a) 观测几何条件(观测天顶角、太阳天顶角、相对方位角);
b) 质 量 标 记 ；
c) 用于描述植被指数数据源、数据质量、植被指数级别的元数据；
d) 合成产品像元总可信度。
此外，亦可记录用于植被指数计算的波段反射率数据。
各文件的数据类型、有效值范围等信息见附录 A。
GB/T 30115—2013
(规范性附录)
植被指数产品组成
表 A.1 植被指数产品组成
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表 A.2 植被指数合成产品组成
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GB/T 30115—2013
(规范性附录)
植被指数质量标记文件
表 B.1 各比特位质量标记信息
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GB/T 30115—2013
(资料性附录)
常用植被指数
表 C.1 常用植被指数
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GB/T 30115—2013
表 C.1 ( 续 )
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GB/T 30115—2013
(规范性附录)
植被指数元数据文件数据项
植被指数元数据文件用于记录植被指数数据集总体信息，包括植被指数产品基本信息、总体质量信
息、文件名称、时间信息、地理位置信息和图幅接合表信息。具体元数据项见表D.1。
表 D.1 植被指数元数据文件数据项
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GB/T 30115—2013
表 D.1 ( 续 )
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GB/T 30115—2013
表 D.1 (续)
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style="width:3.1067in" />GB/T 30115—2013
(资料性附录)
常见 BRDF 模式
E. 1 Walthall 模式
Walthall等(1985)根据大量野外实验数据提出 Walthall
模式，该模式是一个经验模式，其表达
式为：
式中：
pa(0y,φs,φy)
θy
4s
4v
λ
aa、ba、cx
p(0v,4s,φv)=aa0&+b;0vcos(qv-φs)+ca … … … … … … … …( E. 1)
地表二向反射率；
— 卫星天顶角；
— 太阳方位角；
—— 卫星方位角；
— — 光谱波长；
—— 权重系数。
a; 用于描述BRDF 的大体曲率，b,
提供了一个依赖于卫星天顶角的线性相关，使其与式(E. 1) 右边
第一项相互作用以适应更多的地表形状。
aa、ba 和 ca 可以通过最小二乘拟合得到，c, 即星下点反射率。
E.2 Roujean 模式
Roujean 等(1992)将地表的二向反射率函数表示为：
p(0s,0v,φ)=k 。+kifi(0s,θy,φ)+k₂f₂(θs,θv,φ) … … … … … …(E.2)
式中：
0s — 太阳天顶角；
0y 观测天顶角；
φ — — 相对方位角：
ko、ki、k2— 与地表特征相关的系数。
f₁(θs,θy,φ) 函数用式(E.3) 表示：
style="width:6.28673in;height:0.59334in" />
style="width:9.47996in;height:0.58014in" />
f₂(0s,Ov,φ) 函数用式(E.4) 表示：
style="width:7.25999in;height:0.68662in" />
其中，5定义为：
cos5 =cos0scosθv+sin0ssinθycosp
… … … … …(E.4)
… … … … …(E.5)
更多内容 可以 GB-T 30115-2013 卫星遥感影像植被指数产品规范. 进一步学习
