Landsat8遥感数据大气校正

LaSRC（Landsat 8 Surface Reflectance Code）是USGS专门为Landsat8数据设计的大气校正程序，被认为是最精确的Landsat8 OLI大气校正，最近更新为2017年12月。LaSRC有很大的技术改进包括短波蓝光的应用和使用逐日的大气环境辅助数据（lasrc_product_guide.pdf）。但USGS仅提供美国境内的LaSRC产品，对境外提供的Landsat8数据多为L1T或者L1TP，也无法使用LaSRC进行大气校正。

RSD（Remote Sensing Desktop，李国春教授设计的通用遥感数据处理平台）引进了LaSRC模型内核代码，重写了全部流程管理代码，在Windows环境下实现了对Landsat8 OLI L1T、L1TP的大气校正。通过对相同数据集的RSD L8大气校正处理结果和来自美国USGS LaSRC产品的全部像素的完全比较，显示二者差异（可能来自像元重定位）微小可以忽略不计。是可以完全信赖的Landsat8 OLI 表面反射率（SurfaceReflectance）产品。

RSD对L8 OLI的大气校正使用“一键式”操作，自动读取数据集、分析QA（质量控制）数据、查找相关辅助数据并进行大气校正操作。通常情况下，RSD使用当日臭氧含量、大气可降水和一些其它气候参数进行大气校正，这些辅助数据可以通过更新RSD的辅助数据库来完成。在数据库更新不及时时（没有当日大气臭氧含量和大气可降水），RSD自动使用该地区大气臭氧含量和大气可降水历年气候平均值代替当日数据，大气校正可以继续进行并同样可以获得可靠的校正产品。

 

1 Landsat8 OLI大气校正

 

先看一个例子。

启动RSD，大气校正使用图1菜单命令，点击Landsat8 TIF反射+大气校正菜单命令，打开一个Landsat8 的TXT格式的属性文件。

 

图1 开始Landsat8大气校正的菜单命令

点击此菜单命令，稍等一会儿，就得到了校正结果，见图2。

 

图2 Landsat8 大气校正结果

 

进行大气校正都需要输入一些附加的信息，RSD也同样需要输入一些必需的辅助信息，只是RSD已经完成了必要数据准备，所以操作能够如此快捷简单。

1.1 大气校正方法

RSD引进了USGS的专门为Landsat8设计的大气校正程序LaSRC。首先引进了LaSRC的核心校正代码并使之适应Windows窗口环境，改造和重写了属性文件解析、辅助文件导入以及全部I/O部分代码，使之在Windows环境顺利运行。

1.2 准备数据

待校正的 Landsat8数据通常为L1T或者L1TP数据，都是通常能够下载的L8数据，属性文件通常都是一个TXT文件，除了各个通道数据文件外还有一个QA文件以供使用。

RSD 大气校正需要一些辅助数据。RSD有一个注册的RsdMisc的路径。该路径中有一个名为LaSRC_AUX的文件目录。文件目录中包含：

图3 RsdMisc目录下的LaSRC_AUX目录内容

其中 LDCMLUT 目录包括：

 

图4 RsdMisc目录下的LaSRC_AUX目录中LDCMLUT目录内容

LADS目录包括了一些年份的目录，从2013到2017年，每个年份目录中都是逐日的辅助数据文件，例如：

（注：随时保持最新，现在最新数据更新到2019年8月底——2019年9月4日修改）

图5 LaSRC的逐日辅助数据

 

这些辅助数据按逐日为LaSRC模型提供大气校正辅助数据，所以有LaSRC模型才有如此高的大气校正精度。

上述辅助数据可以从网盘 https://pan.baidu.com/s/1o9g5NAE下载，下载后数据按照上述路径存放在RsdMisc目录中。（可参照网盘的文件目录结构）

注意：

         1. 由于辅助数据较多可以选择需要校正数据的日期选择下载，只要路径正确RSD就自动查找。

         2. 不下载这些辅助数据也可以正确进行大气校正。不下载逐日数据可能对大气校正结果精度有些影响，不下载其它辅助数据不影响校正精度。

         3. 没有QA文件也可以正确进行大气校正，除对云、阴影和水体有一些影响外，不影响陆面的大气校正结果。

小结：RSD可以根据地理位置和数据时间使用内建的查找表等必要数据，在没有外来辅助输入信息时照样可以进行较高精度的大气校正。就是说这些辅助数据没有也行，有了更好。

1.3 开始校正

准备好辅助数据时，按照图1的菜单命令直接就可以进行大气校正。

没有找到辅助数据时提示是否继续，没有逐日的辅助数据时系统提示输入一个局地的大气可降水和臭氧含量。

1.4 校正结果

         1. 校正结果见图2 ，通道1~7是表面反射率（SurfaceReflectance），第8个通道是通道9的表观反射率（TOA），PAN通道不参加大气校正。

         2. 校正结果是放大了10000的整型数据。

 

2 RSD的L8 OLI 大气校正结果与LaSRC产品比较

由于LaSRC没有中国境内产品，比较数据来自美国，下载了同日的未经大气校正的L1TP产品和大气校正后的LaSRC产品。对L1TP产品用RSD进行了大气校正后，与LaSRC产品进行了对比。两种数据集由于分区不同，重叠区只有一部分。

下面是使用RSD校正的Landsat8数据与USGS LaSRC产品的光谱曲线比较。

 

图6 RSD 大气校正与USGSLaSRC产品比较

 

由图6下方的光谱曲线可见二者非常吻合（大部分区域都完全重叠看不出是两条线）。

 

下面是使用RSD校正的Landsat8数据与USGS LaSRC产品的数据的散点图比较。

 

图7 RSD 大气校正与USGSLaSRC产品比较（1通道）

 

 

图8 RSD 大气校正与USGSLaSRC产品比较（5通道）

 

比较的结论是：RSD的L8 OLI大气校正结果精度基本上达到了USGS LaSRC产品水平。

3 亮温计算

长波通道（Landsat8的10、11通道）亮温计算算是LaSRC 的一个附加福利吧。

（1）在图1点击Landsat8TIF长波亮温，打开文件即可直接计算通道10、11长波亮温。

（2）长波亮温计算结果是放大了10倍的整型值。

4. 软件更新

RSD软件包比以前小了，将一些辅助数据分离了出来。https://pan.baidu.com/s/1o9g5NAE里有一个DEM和一个Vector的目录，希望将这两个目录中所有文件下载后放在你的RsdMisc 目录里面，没有这些数据RSD有些功能会受到影响，比如正射校正等。

 

更新的软件包网盘链接：https://pan.baidu.com/s/1T-LBvaD_zVCwJsGf_hCyCg。

辅助数据下载网盘链接：https://pan.baidu.com/s/1o9g5NAE。

这种网盘地址可能会变，加QQ群 136965427 随时关注RSD软件更新和技术问题的讨论。