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国土资源遥感  2021, Vol. 33 Issue (2): 85-92    DOI: 10.6046/gtzyyg.2020186
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历史平均值法用于MODIS影像像元云补偿——以甘肃省为例
陈宝林1(), 张斌才2, 吴静1(), 李纯斌1, 常秀红1
1.甘肃农业大学资源与环境学院,兰州 730070
2.甘肃省基础地理信息中心,兰州 730030
Historical average method used in MODIS image pixel cloud compensation: Exemplified by Gansu Province
CHEN Baolin1(), ZHANG Bincai2, WU Jing1(), LI Chunbin1, CHANG Xiuhong1
1. College of Resources and Environmental Sciences, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China
2. Gansu Geomatic Information Center, Lanzhou 730030, China
全文: PDF(4484 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

卫星过境时云或雾的存在使得部分遥感影像存在阴影,从而直接影响影像质量以及地物信息的提取、判读及识别。首先对甘肃省2017年MODIS11A1数据进行统计,结果显示2017年的MOD11A1数据像元值存在很大程度的缺失,主要表现为遥感影像难以穿透云雾的遮挡而获取地物信息,从而使得影像像元值为0; 基于物候节气为时间段探索对数据缺失值进行补偿,提出了历史平均值法; 采用历史平均值法对数据进行补偿之后发现像元的有效利用率得到了大幅度的提升,影像信息基本反映了真实的地物信息,补偿结果满足了遥感影像的需求。

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陈宝林
张斌才
吴静
李纯斌
常秀红
关键词 像元云补偿MODIS数据物候历史平均值法    
Abstract

When a satellite is in transit, the presence of clouds or fog will cause shadows on some remote sensing images, and this accordingly directly affects the quality of image and the extraction, interpretation and recognition of the feature information. The authors firstly counted the data of 2017 MODIS11A1 in Gansu Province, and found that the data pixels values of 2017 MODIS11A1 are void to a large extent. Mainly because it is difficult for the remote sensing image to penetrate the cloud to obtain the feature information, the image pixel value is 0. Then the authors explored and compensated the missing value based on the phenological solar term as the time period, proposing the method of historical average value. After using the historical average method to compensate the data, the authors found that the effective utilization ratio of pixels could be greatly improved. The image information basically reflects the real feature information, and the compensation result can meet the demand of remote sensing images.

Key wordspixel cloud compensation    MODIS data    phenology    historical average method
收稿日期: 2020-06-29      出版日期: 2021-07-21
ZTFLH:  TP79  
基金资助:甘肃农业大学科技创新基金-学科建设基金项目“基于时序数据的撂荒地时空演变研究——以靖远县为例”(GAU-XKJS-2018-208);国家自然科学基金项目“基于定量遥感的中国草地综合顺序分类”(31760693)
通讯作者: 吴静
作者简介: 陈宝林(1992-),男,硕士研究生,主要研究方向为草地生态遥感方向。Email: 1071435709@qq.com
引用本文:   
陈宝林, 张斌才, 吴静, 李纯斌, 常秀红. 历史平均值法用于MODIS影像像元云补偿——以甘肃省为例[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(2): 85-92.
CHEN Baolin, ZHANG Bincai, WU Jing, LI Chunbin, CHANG Xiuhong. Historical average method used in MODIS image pixel cloud compensation: Exemplified by Gansu Province. Remote Sensing for Land & Resources, 2021, 33(2): 85-92.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/gtzyyg.2020186      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2021/V33/I2/85
Fig.1  MOD11A1数据2017年白天像元0值频次分布矩阵
补偿日期 历史倒推日期 天数/d
7月22日 7月21日—7月7日 15
8月7日 8月6日—7月23日 15
12月7日 12月6日—11月22日 15
12月22日 12月21日—12月7日 15
Tab.1  补偿日期和倒推日期对照表
Fig.2  2017年白天像元0值频次分布图
Fig.3  2017年夜晚像元0值频次分布图
分组 频数 频次 频率占比/%
[12, 22) 10 572 0.001 3 0.13
[22, 32) 617 292 0.077 7 7.77
[32, 42) 2 877 563 0.362 1 36.21
[42, 52) 2 955 995 0.372 0 37.20
[52, 62) 984 602 0.123 9 12.39
[62, 72) 337 720 0.042 5 4.25
[72, 82) 161 548 0.020 3 2.03
[82, 92) 1 108 0.000 1 0.01
Tab.2  2017年第一季度白天像元0值频次表
分组 频数 频次 频率占比/%
[21, 29) 103 402 0.013 0 1.30
[29, 37) 1 964 503 0.247 2 24.72
[37, 45) 1 835 778 0.231 0 23.10
[45, 53) 1 354 006 0.170 4 17.04
[53, 61) 1 522 202 0.191 6 19.16
[61, 69) 1 084 127 0.136 4 13.64
[69, 77) 81 586 0.010 3 1.03
[77, 85) 796 0.000 1 0.01
Tab.3  2017年第二季度白天像元0值频次表
分组 频数 频次 频率占比/%
[15, 24) 146 725 0.018 5 1.85
[24, 33) 1 619 402 0.203 8 20.38
[33, 42) 1 732 082 0.218 0 21.80
[42, 51) 2 066 245 0.260 0 26.00
[51, 60) 1 785 154 0.224 6 22.46
[60, 69) 507 425 0.063 9 6.39
[69, 78) 88 382 0.011 1 1.11
[78, 87) 985 0.000 1 0.01
Tab.4  2017年第三季度白天像元0值频次表
分组 频数 频次 频率/%
[7, 18) 322 566 0.040 6 4.06
[18, 29) 2 269 339 0.285 6 28.56
[29, 40) 3 434 661 0.432 2 43.22
[40, 51) 1 179 477 0.148 4 14.84
[51, 62) 368 578 0.046 4 4.64
[62, 73) 237 699 0.029 9 2.99
[73, 84) 133 716 0.016 8 1.68
[84, 95) 364 0 0.00
Tab.5  2017年第四季度白天像元0值频次表
Fig.4  2017年7月22日白天MOD11A1影像
Fig.5  2017年8月7日白天MOD11A1影像
Fig.6  2017年12月7日白天MOD11A1影像
Fig.7  2017年12月22日白天MOD11A1影像
日序 计数 总和 面积/km2 有效率/%
203 2 531 348 378 405 182.57 21.50
202 2 368 814 278 405 182.57 50.24
201 2 423 193 694 405 182.57 11.95
200 2 545 753 663 405 182.57 46.50
199 2 718 665 682 405 182.57 41.07
198 2 653 974 347 405 182.57 60.12
197 2 978 1 255 053 405 182.57 77.44
196 2 838 1 320 322 405 182.57 81.46
195 2 415 1 057 740 405 182.57 65.26
194 2 974 1 308 302 405 182.57 80.72
193 2 759 1 375 674 405 182.57 84.88
192 3 222 1 523 888 405 182.57 94.02
191 2 907 1 429 619 405 182.57 88.21
190 3 220 1 407 309 405 182.57 86.83
189 2 853 731 947 405 182.57 45.16
188 3 075 876 454 405 182.57 54.08
Tab.6  甘肃省2017年大暑及大暑前15 d白天像元有效率
时序 计数 总和 面积/km2 有效率/%
219 2 855 601 287 405 182.57 37.10
218 1 901 33 086 405 182.57 2.04
217 2 952 779 269 405 182.57 48.08
216 2 948 1 201 664 405 182.57 74.14
215 2 774 1 385 533 405 182.57 85.49
214 2 767 1 160 029 405 182.57 71.57
213 2 632 401 541 405 182.57 24.78
212 2 205 695 001 405 182.57 42.88
211 2 806 1 260 641 405 182.57 77.78
210 3 151 1 248 408 405 182.57 77.03
209 3 239 923 336 405 182.57 56.97
208 3 155 528 727 405 182.57 32.62
207 2 371 213 090 405 182.57 13.15
206 3 261 969 773 405 182.57 59.84
205 2 648 818 067 405 182.57 50.48
204 2 231 400 203 405 182.57 24.69
Tab.7  甘肃省2017年立秋及立秋前15 d白天像元有效率
日序 计数 总和 面积/km2 有效率/%
341 1 588 1 080 286 405 182.57 66.65
340 1 767 1 348 375 405 182.57 83.20
339 1 809 985 589 405 182.57 60.81
338 1 917 1 497 206 405 182.57 92.38
337 1 950 1 220 635 405 182.57 75.31
336 1 859 824 622 405 182.57 50.88
335 1 711 954 975 405 182.57 58.92
334 1 906 1 202 159 405 182.57 74.17
333 1 697 630 519 405 182.57 38.90
332 1 877 708 268 405 182.57 43.70
331 1 705 1 119 378 405 182.57 69.07
330 1 803 1 076 381 405 182.57 66.41
329 1 866 1 509 007 405 182.57 93.11
328 1 642 1 180 172 405 182.57 72.82
327 1 906 964 057 405 182.57 59.48
326 1 763 640 681 405 182.57 39.53
Tab.8  甘肃省2017年大雪及大雪前15 d白天像元有效率
日序 计数 总和 面积/km2 有效率/%
356 1 715 929 390 405 182.57 57.34
355 2 011 1 182 920 405 182.57 72.99
354 1 902 1 537 141 405 182.57 94.84
353 1 810 1 301 081 405 182.57 80.28
352 1 822 1 065 853 405 182.57 65.76
351 1 631 841 357 405 182.57 51.91
350 1 904 1 022 746 405 182.57 63.10
349 2 015 854 672 405 182.57 52.73
348 1 746 190 581 405 182.57 11.76
347 1 886 395 101 405 182.57 24.38
346 1 841 854 947 405 182.57 52.75
345 1 860 853 712 405 182.57 52.67
344 1 752 1 131 642 405 182.57 69.82
343 1 736 1 211 673 405 182.57 74.76
342 1 774 549 763 405 182.57 33.92
341 1 588 1 080 286 405 182.57 66.65
Tab.9  甘肃省2017年冬至及冬至前15 d白天像元有效率
Fig.8  2017年大暑节气影像补偿图(白天)
Fig.9  2017年立秋节气影像补偿图(白天)
Fig.10  2017年大雪节气影像补偿图(白天)
Fig.11  2017年冬至节气影像补偿图(白天)
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