高分1(GF1)、高分2(GF2)卫星数据大气校正

KEYWORDS：GF1，GF2，RSD，大气校正，遥感软件

0. RSD大气校正

RSD是李国春教授团队开发的一款遥感数处理软件。其大气校正模块是参照USGS LaSRC大气校正流程，使用VC++重新改写并在Windows平台实现的内置大气校正功能。

1. 原理与方法

RSD大气校正是应用6SV大气辐射模型原理实现的RSD遥感平台内置软件功能。其对Landsat8 OLI大气校正部分延续了LaSRC的校正流程，使用了包括逐日的大气可降水、臭氧资料，自行反演气溶胶、使用短波蓝光（0.433~0.450）海岸气溶胶波段等技术。增加了逐日辅助数据不可用时使用逐月平均气候资料替代的补充预案，以保证RSD对Landsat8 OLI的大气校正的可靠运行且处理质量基本达到USGS LaSRC的精度水平。

对高分1(GF1)、高分2(GF2)卫星数据的处理不同于Landsat8 OLI，由于这两种卫星数据缺少一些与Landsat8 OLI的对应通道，RSD的内置大气校正功能进行了下述调整：依照6SV模型原理对分子光学厚度系数、臭氧传输系数、水气传输系数和其它气体传输系数等大气参数进行了修正，使用RSD 系统的DEM进行气压修正。继续使用自身数据反演气溶胶，由于通道的减少重新改造了气溶胶反演（继续使用LaSRC辅助数据的通道比）程序。虽然丢失了Landsat8的短波蓝光气溶胶通道，但与单一的气溶胶模型大气校正方案比较优势依然显著。其它还包括一些气溶胶与表面反射率迭代解耦以及角度修正等方法和技术细节，待RSD的通用大气校正部分成熟发布时逐步介绍。

2. 使用体验

只需点击下述菜单命令即可开始GF2MSS数据的正射校正和大气校正（归并了两种处理）。

图1 启动RSD GF2大气校正

对GF1 WFV、GF1 MSS和GF4 PMS的大气校正都有相应的菜单命令，过程不再重复。

①速度体验

在一个非常低端的台式机（使用AMDA10 7700，16G RAM，低于RMB2000-2017年价格-的系统）上，完全未优化及未开GPU和多线程情况下运行时间5分钟。其中大气校正用时3分钟，正射校正用时2分钟。预期的业务应用性能目标是对GF2 MSS处理正射校正和大气校正两项操作在3分钟左右完成，和其它一些同类软件相比优势明显，速度差异几乎达到了一个数量级（欢迎下载软件体验）。

②质量评价

a) 目视

图2 GF2 MSS 大气校正前图像

不得不说我国的GF2卫星数据质量非常棒！

图3 GF2 MSS 大气校正后图像

人眼观察本来就不够客观，并且受图像合成拉伸影响。尤其该数据集为9月份的辽宁西南部，秋高气爽、天高云淡，大气中水汽和气溶胶含量比较少，肉眼看不出差异。

下面两个图（图4、5）可以看出水汽、气溶胶含量大气校正前后对比的目视效果。

图4 南方地区水汽含量大时大气校正前

图5 南方地区水汽含量大时大气校正后

b) 光谱变化

下图（图6、7）为图1、2 GF2 MSS数据大气校正前后的光谱比较，红线为大气校正后，蓝线为大气校正前。单位：SR*10000

图6 GF2 MSS 大气校正前后光谱变化——浓密植被的山林

图7 GF2 MSS 大气校正前后光谱变化——裸土（收割后的农田）

c) 定量评估

大气校正效果评价的困难之处是没有办法检验，MODIS、LaSRC产品是公认比较靠谱的，所以我们用一个LaSRC产品和一个RSD做的同一数据集产品进行了比较，由于数据级别不同，进行了必要的投影变换和重采样。

下面（图8、9）是一个美国境内的L8 LaSRC产品与对应L1PT使用RSD进行大气校正结果的比较。

图8 USGS L8 LaSRC产品与RSD对同数据集大气校正结果比较（1通道）

图9 USGS L8 LaSRC产品与RSD对同数据集大气校正结果比较（2通道）

上述两个图中，1、2通道蓝光是大气校正的主要目标，可见USGS L8LaSRC产品与RSD校正结果相关系数达0.99，全部像元的距离均方根仅46，这是一个有单位的数（为反射率的1000倍），说明整体的反射率平均差异不大于千分之5。

再看受大气影响很小的7通道的情况。

图10 USGS L8 LaSRC产品与RSD对同数据集大气校正结果比较（7通道）

这里出现了一个有趣的现象，7通道受大气状况影响小，误差还大于1%，为什么误差反而变大呢？分析表明这些误差主要是由投影变换和像元重定位引入的，大气校正部分基本没有误差。

当然了，抄袭也好引进也好，同样的数据、同样的辅助数据和同样的算法，RSD计算的L8 反射率和USGS L8 LaSRC产品就是应该一模一样，要是不一样那才是出问题了。无论如何，一个重要的事实是：RSD的L8大气校正产品能够代表USGS L8 LaSRC的产品精度，可以做为美国境外遥感数据大气校正精度的参照标准。

为什么不直接使用USGS L8LaSRC产品做比较标准呢？原因是USGS不提供这个数据的美国境外产品服务，这还是今年（2018年5月）中美贸易战还没正式开打的状态，天知道以后会怎么发展。

RSD 对GF1、GF2、GF4的大气校正精度也非常理想，和L8一比较就一目了然了。除GF1、2、4外，RSD通用的大气校正算法近期即可发放。RSD的大气校正精度和其它软件的大气校正精度还希望由广大的领域科学家们给出中肯的评价。

3. 结论

总结一下，RSD的GF1、2、4卫星数据大气校正有以下优势：

1. 有较高的精度保证，水汽、臭氧、高程等参数有实时的和空间场分布的特征，相比于一个数据集使用一个单一数据的情况，校正质量有显著提高。RSD大气校正程序自己反演气溶胶数据比使用单一的气溶胶模型也有较大的精度提高。

2. 操作简单，一键完成大气校正，不需要操作人员进行复杂的参数输入。通常一些遥感数据大气校正方法(包括6S，这里指软件) 都需要输入一些参数，RSD根据数据时间、地理位置和辅助数据自行决定使用大气校正参数。

3. 处理速度快，试验表明RSD大气校正的处理速度显著高于其它大多数软件。高分卫星的L1A 级数据附带进行了正射校正。只需稍稍小等，正射和大气校正就完成了。再也不会有是不是需要大气校正的问题了。现在的问题是，为什么不进行大气校正呢？

4. RSD是免费的。你不必担心破解、D版和授权到期等问题。

 

 

RSD下载地址:https://pan.baidu.com/s/1T-LBvaD_zVCwJsGf_hCyCg，下载SetupRsd2.1.3（或以上）和RsdMisc.rar（辅助数据）。更多的辅助数据在：https://pan.baidu.com/s/1o9g5NAE

 

这是一个百度云盘的地址，随着时间推移软件更新可能失效，请加QQ群136965427咨询软件使用和更新等情况。