基于landsat8影像的RSEI自然生态环境监测（2）---指标计算

1、四大生态指标的构建（使用波段运算band math工具）：

1）绿度指标-NDVI：
NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)=(B5-B4)/(B5+B4)
 
2）湿度指标-Wet：
Wet=0.1509 * B2+0.1973 * B3+0.3279 * B4+0.3406 * B8-0.7112 * B11-0.4572 * B12
 
3）干度指标-NDBSI：
SI=((B11 * 1.0+B4)-(B8+B2))/((B11 * 1.0+B4)+(B8+B2))
IBI=((2.0 * B11/(B11+B8))-(B8/(B8+b4)+B3/(B3+B11)))/((2.0 * B11/(B11+B8))+(B8/(B8+B4)+B3/(B3+B11)))
NDBSI=(SI+IBI)/2
（注：B2-Blue，B3-Green，B4-Red，B8-NIR，B11-SWIR1，B12-SWIR2）
 
4）温度指标-LST：
目前，地表温度反演算法主要有三种：大气校正法（也称为辐射传输方程：Radiative Transfer Equation—RTE）、单通道算法（single-channel algorithm）分裂窗算法（split window algorithm）。
大气校正法基本原理：首先估计大气对地表热辐射的影响, 然后把这部分大气影响从卫星传感器所观测到的热辐射总量中减去, 从而得到地表热辐射强度, 再把这一热辐射强度转化为相应的地表温度。
  ①使用热红外波段进行辐射定标
  ②计算NDVI
  ③计算计算植被覆盖度
   选择band math工具，输入计算公式：(b1 gt 0.7) * 1+(b1 lt 0.05) * 0+(b1 ge 0.05 and b1 le 0.7) * ((b1-0.05)/(0.7-0.05))，并选择NDVI的输出结果作为公式的应用数据。
  ④计算地表比辐射率
   输入公式0.004 * b1+0.986。
  ⑤计算得到同温度下的黑体辐射亮度图像
   输入公式：(b2-0.75-0.9 * (1-b1) * 1.29)/(0.9 * b1)，b1选择地表比辐射率图像，b2选择热红外辐射亮度图像。
  ⑥计算计算得到地表温度图像（单位为℃）
   输入公式：(1321.08)/alog(774.89/b1+1)-273, b1为同温度下的黑体辐射亮度图像。得出地表温度影像图，通过Change Color Table 把遥感影像调成热度显示色彩以便观察。可以通过Cursor Value 查看地表温度信息。
P.S.
使用band math时，注意公式格式与浮点型，可以用float()或*1.0，记得所有乘号为 *。
每个指标的统计分析数据（e.g.,最大值最小值、协方差等都可以通过statics—compute statics来计算，并通过view statics files来打开生成的.sta文件查看统计结果）

2、进行各指标的归一化

有两种方法：
1）使用toolbox中的stretch data，将数值范围设置为[0,1];
2）首先用/Statistics/Compute Statistics工具统计直方图，获取最小值和最大值。一般情况下会取一个置信区间，比如2%或5%。然后利用Band Math工具进行归一化，公式如下：(b1 lt min) * 0+(b1 ge min and b1 le max) * (b1-min)/(max-min)+(b1 gt max) * 1。操作较为复杂，而且当归一化多波段数据时，只能逐个波段处理。

3、各指标合成

使用toolbox中的layer stacking，选择相应的指标图像进行波段组合。

4、主成分分析

使用envi classic 中的Transforms—Principal Components—Forward PCRotation—Compute New Statistics and Rotate。

这里需要注意第三个红框中的选项，如果选择no，则不会弹出特征值、累计贡献率的对话框，选择yes则会弹出相应的结果。

5、再次归一化

对主成分分析得到的结果再次进行归一化，使得数据范围为[0,1]。

6、裁剪出图

在计算机条件允许的情况下，最好把图像裁剪放到最后一步，可以避免过程中许多环节错误的发生。

7、分级统计/分层设色

可以使用ARCGIS中的空间分析—重分类来完成。

8、结果举例

参考

如何利用envi 5.1 进行遥感影像的辐射定标
https://jingyan.baidu.com/article/b7001fe18395ea0e7282ddbf.html
如何利用 envi 5.1 Landsat8 大气校正
https://jingyan.baidu.com/article/fec7a1e5ebfe3f1190b4e7af.html
如何利用envi 5.1 进行landsat 8地表温度反演
https://jingyan.baidu.com/article/b7001fe183f8ea0e7382dd52.html
波段合成layer stacking
https://jingyan.baidu.com/article/7e440953d3c06d2fc1e2ef51.html
主成分分析
https://jingyan.baidu.com/article/647f0115d141ab7f2148a8aa.html
RESI计算流程
https://blog.csdn.net/weixin_43238426/article/details/90143984?tdsourcetag=s_pctim_aiomsg
Arcgis中进行数据重分类
https://wenku.baidu.com/view/ccf3064bdf80d4d8d15abe23482fb4daa58d1dbd.html