MODIS数据火点提取方法

全栈程序员-站长 • 2022年5月20日下午11:00 • 未分类 • 阅读 43

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

MODIS数据火点提取
【数据准备】
所需数据：MODIS02数据
注意下载1KM的数据（因为需要用到红外波段，而红外波段的空间分辨率较低）
网站：https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/search/imageViewer

这里我们需要用的是Terra数据，点击Select a Sensor – MODIS:Terra,选择MOD021KM。

选择所需的TIME时间范围，点击ADD DATE。

点击LOCATION位置范围，右侧有不同的位置选择方式，标明需要哪个位置范围的影像。

点击IMAGES，查看筛选结果（右下角标明影像的地理范围），点击右侧对话框的Files进行下载。

这里写图片描述
【计算亮度温度值】
ENVI系统默认对MODIS数据进行定标，所以通过File->Open As-EOS->MODIS打开的是经过定标的数据集，分别是反射率（reflectance）、辐射率（radiance）以及发射率（Emissive），热红外数据被自动定标为发射率，而有时候我们需要用到热红外波段的辐射亮度数据（如计算亮度温度），所以需要读取原始的热红外数据DN值，进行手动定标。下面介绍读取原始DN值和手动定标为辐射亮度值的过程。
（1）原始热红外数据集的读取
ENVI EX打开File->Open As->Generic formats->HDF4，选择hdf文件，选择发射率数据集，点击OK，选择数据存储方式BSQ，点击OK。

打开的是热红外原始数据集，第20-36波段，共16个波段，分别是：20、21、22、23、24、25、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36波段。
这里写图片描述
（2）辐射亮度定标
打开/Raster Management/Data-Specific Utilities/View HDF Dataset Attributes，选择原始的hdf数据，点击OK，选择相应的热红外数据集：Earth View 1KM Emissive Bands Scaled Integers，点击OK，得到一个文件说明面板：
这里写图片描述
radiance_scales，和radiance_offset这两项参数代表波段的增益和偏移量，是辐射定标的系数。比如要计算31波段的辐射亮度，读取到scales为0.00084002，offsets为1577.33972168，带入MODIS辐射定标的通用公式：Radiance=scales*(DN-offsets)，即可以得到该波段的辐射亮度，单位见说明面板下方。单位容易换算错，一定要注意。
打开/Band Algebra/Band Math工具，输入公式：0.00084002*(B31-1577.33972168)，（B31是第31波段的DN值），点击OK，选择第31波段数据为B31，设置路径和文件名，点击OK。得到的结果就是31波段的辐射亮度。
这里写图片描述
同样的方法可以得到其他任意波段的辐射亮度。算出21、31波段的辐射亮度。
（3）计算波段21、31的亮度温度值
亮温是指辐射出与观测物体相等辐射能量的黑体温度，可以根据普朗克公式计算得到，MODIS第i波段的亮度温度Ti由下式计算：
这里写图片描述
其中 i是波段i的中心波长。
针对MODIS的第31,21波段,其值可分别取31=11.28,21=3.959m；
C1和C2是常量,C1=1.19104356×10-16W·m2,C2=1.4387685×104m·K.
由于需要注意单位转化问题，为了便于计算，可将该式进行简化，设K2=C2/ i,K1=C1/ i^5。则上式可转化为：
这里写图片描述
对于31波段，K1=729.54163436, K2=1304.41387;
对于21波段,K1=122461.38, K2=3634.17;
【火点提取】
采用如下筛选规则：
T4>Mean(T4)+3*StdDev(T4)
AND
T4-T11>Mean(T4-T11)+3*StdDev(T4-T11)
由于结果中火点像素数很少，不便观察，因此对结果做了一个膨胀（在ENVI CLASSIC中点击Filter-Convolutions and Morphology-Morphology-Dilate），得到结果如图，红色表示火点：

并计算CDI归一化云检测指数，进行去云处理：

CDI大于0即为云。
提取结果如图：白色为云和水体。

去云后的火点提取数据为：
白色为从上一步火点中剔除的云，红色为火点

下载MOD14温度异常数据并进行对比（左图为我们的结果，右图为modis温度异常数据图）
这里写图片描述
可以看到火点与温度异常点分布较为一致，但是仍有一些温度正常但被划分为火点的像素。