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GF-1 WFV与Landsat-8 OLI和Sentinel-2A MSI遥感图像光谱信息转换研究

杨天鹏 闫文佳 张远

杨天鹏, 闫文佳, 张远. GF-1 WFV与Landsat-8 OLI和Sentinel-2A MSI遥感图像光谱信息转换研究[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2017, (6): 136-146. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2017.06.013
引用本文: 杨天鹏, 闫文佳, 张远. GF-1 WFV与Landsat-8 OLI和Sentinel-2A MSI遥感图像光谱信息转换研究[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2017, (6): 136-146. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2017.06.013
YANG Tian-peng, YAN Wen-jia, ZHANG Yuan. Conversion study on multi-spectral information of remote sensing images GF-1 WFV, Landsat-8 OLI and Sentinel-2A MSI[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2017, (6): 136-146. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2017.06.013
Citation: YANG Tian-peng, YAN Wen-jia, ZHANG Yuan. Conversion study on multi-spectral information of remote sensing images GF-1 WFV, Landsat-8 OLI and Sentinel-2A MSI[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2017, (6): 136-146. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2017.06.013

GF-1 WFV与Landsat-8 OLI和Sentinel-2A MSI遥感图像光谱信息转换研究

doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2017.06.013
基金项目: 

国家自然科学基金 41571410

上海市自然科学基金 15ZR1411800

详细信息
    作者简介:

    杨天鹏, 男, 硕士研究生, 研究方向为GIS与遥感应用.E-mail:932032777@qq.com

    通讯作者:

    张远, 男, 博士, 副教授, 研究方向为生态遥感.E-mail:yzhang@geo.ecnu.edu.cn

  • 中图分类号: TP732

Conversion study on multi-spectral information of remote sensing images GF-1 WFV, Landsat-8 OLI and Sentinel-2A MSI

  • 摘要: 地表环境的宏观动态监测研究中,受卫星回归周期及天气的影响,单颗卫星难以获取长期、连续的光学遥感数据,因此,定量分析多平台遥感数据的光谱信息关系是十分必要的.本研究基于两组同日过境的无云卫星影像(GF-1与Landsat-8和Sentinel-2A),结合地面调查数据,进行了不同传感器影像间对应波段的光谱信息对比,并通过统计回归分析获得了两组卫星对应波段(蓝、绿、红和近红外)的反射率转换方程.研究结果显示,GF-1与Landsat-8和GF-1与Sentinel-2A对应波段的反射率都具有很强的相关性,得到的转换方程能够对上述三种卫星数据间对应波段的光谱信息实现高精度的转换.本研究能够实现同日多光谱遥感数据的光谱信息转换及协同应用,并为区域资源环境的长期定量遥感监测提供技术支持.
  • 图  1  研究区域图

    Fig.  1  Study areas

    图  2  用于对比的遥感图像以及研究区典型地物类型

    Fig.  2  Remote sensing images for comparison and typical land covers in study areas

    图  3  TOA反射率和BOA反射率对比散点图

    注: a、b、c、d分别指代蓝、绿、红、近红外波段

    Fig.  3  Scatter plots of TOA and BOA reflectance comparison

    图  4  传感器光谱响应曲线

    Fig.  4  Spectral response curves of GF-1, Landsat-8 and Sentinel-2A

    图  5  Landsat-8 OLI和Sentinel-2A MSI的转换值与GF-1的观测值对比验证结果图

    Fig.  5  The results of Landsat-8 OLI and Sentinel-2A MSI conversion value contrast with the observed values of GF-1

    表  1  GF-1、Landsat-8及Sentinel-2A卫星参数表

    Tab.  1  System parameters of GF-1, Landsat-8 and Sentinel-2A

    卫星 分辨率/m 重访周期/d 幅宽/km 波段数 传感器
    GF-1 16 4(有侧摆) 800(4台相机) 4 WFV2; WFV3
    Landsat-8 30 16 185 9 OLI
    Sentinel-2A 10 10(双星5) 290 13 MSI
    对应波段及波长范围/${\mu}$m} 地方时间 轨道号
    B1(Blue): B2(Green): B3(Red): B4(NIR): WFV2: 2014/09/08 WFV3: 2016/08/22 WFV2: WFV:
    0.450$\sim$0.520 0.520$\sim$0.590 0.630$\sim$0.690 0.770$\sim$0.890 11:01 11:30 P594R87 P595R87
    B2(Blue): B3(Green): B4(Red): B5(NIR): 2014/09/08 10:28 P119R31
    0.450$\sim$0.520 0.520$\sim$0.590 0.630$\sim$0.690 0.770$\sim$0.890
    B2(Blue): B3(Green): B4(Red): B8(NIR): 2016/08/22 10:38 相对轨道: 绝对轨道:
    0.430$\sim$0.550 0.515$\sim$0.605 0.623$\sim$0.702 0.765$\sim$0.920 R089 R00609
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    表  2  GF-1 WFV与Landsat-8 OLI和Sentinel-2A MSI的光谱转换方程

    Tab.  2  Equations for spectrally conversing Landsat-8 OLI to GF-1 WFV2 and Sentinel-2 MSI to GF-1 WFV3

    传感器 波段 TOA反射率转换方程 BOA反射率转换方程
    WFV2与OLI $y=1.141\;0x+0.021\;7$ $y=1.219\;1x-0.013\;6$
    绿 $y=1.125\;4x+0.023\;2$ $y=1.086\;9x-0.009\;3$
    $y=1.054\;9x+0.019\;9$ $y=0.953\;9x-0.001\;3 $
    近红外 $y=1.025\;3x+0.058\;2$ $y=0.947\;7x+0.029\;6 $
    WFV3与MSI $y=0.374\;3x+0.017\;9$ $y=0.709\;5x-0.007\;5$
    绿 $y=0.396\;9x+0.010\;1$ $y=0.760\;7x+0.001\;3$
    $y=0.414\;4x+0.013\;4$ $y=0.827\;7x+0.010\;3$
    近红外 $y=0.360\;0x+0.040\;2$ $y=0.722\;6x+0.044\;8$
    下载: 导出CSV
  • [1] 徐涵秋, 刘智才, 郭燕滨. GF-1 PMS与ZY-3 MUX传感器NDVI数据的对比分析[J].农业工程学报, 2016(8):148-154. doi:  10.11975/j.issn.1002-6819.2016.08.021
    [2] VAN LEEWEN W J D, ORR B J, MARSH S E, et al. Multi-sensor NDVI data continuity:Uncertainties and implications for vegetation monitoring applications[J]. Remote Sensing of Environment, 2006, 100(1):67-81. doi:  10.1016/j.rse.2005.10.002
    [3] 贾玉秋, 李冰, 程永政, 等.基于GF-1与Landsat-8多光谱遥感影像的玉米LAI反演比较[J].农业工程学报, 2015(9):173-179. doi:  10.11975/j.issn.1002-6819.2015.09.027
    [4] 苏涛, 冯绍元, 徐英. IRS-P6 LISS-3和Landsat-5 TM两种多光谱传感器影像数据的对比分析[J].遥感技术与应用, 2012, 27(6):887-895. doi:  10.11873/j.issn.1004-0323.2012.6.887
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    [13] 徐建华.计量地理学[M].北京:高等教育出版社, 2014.
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  • 收稿日期:  2017-01-13
  • 刊出日期:  2017-11-25

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