当前位置:   article > 正文

GEE计算遥感生态指数(RSEI)--Landsat 8为例_gee里function remove_water(img)

gee里function remove_water(img)

目录

RSEI原理

湿度指标(Wet)

绿度指标(NDVI)

热度指标(LST)

干度指标(NDBSI)

Landsat-8波段

归一化(normalization)

主成分分析( PCA ) 

PCA-->RSEI

Wet、NDVI、LST、NDBSI、PCA、RSEI之间的关系

代码

运行结果

感谢


RSEI原理

RSEI是一个完全基于遥感技术,以自然因子为主的遥感生态指数(RSEI) 来对城市的生态状况进行快速监测与评价的方法,由徐涵秋.城市遥感生态指数的创建及其应用[J].生态学报,2013,33(24):7853-7862.中提出。

该指数利用主成分分析技术集成了植被指数、湿度分量、地表温度和建筑指数等 4 个评价指标,它们分别代表了绿度、湿度、热度和干度等 4 大生态要素。

湿度指标(Wet)

WET = c1 B1 + c2 B2 + c3 B3 + c4 B4 + c5 B5 + c6 B6

B1-B6 分别代表蓝波段、绿波段、红波段、近红波段、中红外波段 1、中红外波段 2;

c1~c6是传感器参数。由于传感器的类型不同,参数也相应有所不同。

其中,TM 传感器,c1 ~ c6 分 别 为 0.0315、0.2021、0.3012、0.1594、-0.6806、-0.6109;

OLI 传感器,c1 ~ c6 分别为 0.1511、 0.1973、 0.3283、 0.3407、-0.7117、 -0.4559。

Landsat 8上携带的是陆地成像仪(Operational Land Imager ,OLI)

绿度指标(NDVI)

NDVI=(NIR-Red)/(NIR+Red)

热度指标(LST)

直接计算有点麻烦,故直接采用 MODIS 的LST,利用以下公式

LST = ( LST_Day_1km + LST_Night_1km )/ 2

补充:现在才知道 Landsat 也有LST产品,且分辨率为30m,但是不改代码了,如何分辨率改为30m,下面代码的研究区太大了,会有点问题

LANDSAT/LC08/C02/T1_L2

 介绍:

https://developers.google.com/earth-engine/datasets/catalog/LANDSAT_LC08_C02_T1_L2icon-default.png?t=LA92https://developers.google.com/earth-engine/datasets/catalog/LANDSAT_LC08_C02_T1_L2

 

干度指标(NDBSI)

  IBI 是建筑指数

  SI为土壤指数

Landsat-8波段

徐涵秋使用的是Landsat-7 ETM+遥感影像,但是本文采用的是Landsat-8遥感影像为例

归一化(normalization)

先使用ee.Reducer.minMax求出该幅遥感影像的最大值和最小值

在使用unitScale(low, high)使输入值的范围[低,高]变为[0,1]

主成分分析PCA ) 

PCA就是一个有损的降维算法。

具体的请看代码的英文注释,不敢讲,请自行百度理解。

推荐

GEE主成分分析全流程Google earth engine如何进行主成分分析https://mp.weixin.qq.com/s/spi10OeHDRo6VpIrrpvYHA

PCA-->RSEI

Wet、NDVI、LST、NDBSI、PCA、RSEI之间的关系

在 PC1 中,代表绿度的 NDVI 和代表湿度的 Wet 指标呈正值,说明它们对生态系统起 正面的贡献,而代表热度和干度的 LST、NDBSI 则呈负值,这与实际情况相符。

综合来看,以 NDVI 为代表的植被和以 NDBSI 为代表的建筑用地对城市生态的影响力最大,且 NDVI 大 于 NDBSI。NDBSI 所代表的建筑不透水面对城市地表温度LST具有正相关关系

RSEI 即为所建的遥感生态指数,其值介于[0,1]之间。RSEI 值越接近 1,生态越好,反之,生态越差。

好好品一下这个话:为使 PC1 大的数值代表好的生态条件,可进一步用 1 减 去 PC1,获得初始的生态指数 RSEI0

PC1的值大,不代表生态好,PC1小的值,也不代表生态不好。只有RSEI0 = 1 - PC1才能代表生态

代码

  1. // roi和table不是一个geometry,运行的话,注意一下
  2. var roi = table.geometry().bounds()
  3. Map.centerObject(roi, 5);
  4. function remove_water(img) {
  5. var year = img.get('year')
  6. // jrc_year: JRC Yearly Water Classification History, v1.3
  7. var Mask = jrc_year.filterMetadata('year', 'equals', year)
  8. .filterBounds(roi)
  9. .first()
  10. .select('waterClass')
  11. .reproject('EPSG:4326',null,1000)
  12. // 掩膜掉大片永久水体
  13. .eq(3)
  14. // 此时Mask中value值有10 , masked,把masked转化为 0
  15. Mask = Mask.unmask(0).not()
  16. return img.updateMask(Mask)
  17. }
  18. function removeCloud(image){
  19. var qa = image.select('BQA')
  20. var cloudMask = qa.bitwiseAnd(1 << 4).eq(0)
  21. var cloudShadowMask = qa.bitwiseAnd(1 << 8).eq(0)
  22. var valid = cloudMask.and(cloudShadowMask)
  23. return image.updateMask(valid)
  24. }
  25. var L8 = ee.ImageCollection('LANDSAT/LC08/C01/T1_TOA')
  26. .filterBounds(roi)
  27. .filterDate('2014-01-01', '2019-12-31')
  28. .filterMetadata('CLOUD_COVER', 'less_than',50)
  29. .map(function(image){
  30. return image.set('year', ee.Image(image).date().get('year'))
  31. })
  32. .map(removeCloud)
  33. var L8imgList = ee.List([])
  34. for(var a = 2014; a < 2020; a++){
  35. var img = L8.filterMetadata('year', 'equals', a).median().clip(roi)
  36. var L8img = img.set('year', a)
  37. L8imgList = L8imgList.add(L8img)
  38. }
  39. var L8imgCol = ee.ImageCollection(L8imgList)
  40. .map(function(img){
  41. return img.clip(roi)
  42. })
  43. .map(remove_water)
  44. L8imgCol = L8imgCol.map(function(img){
  45. // Wet
  46. var Wet = img.expression('B*(0.1509) + G*(0.1973) + R*(0.3279) + NIR*(0.3406) + SWIR1*(-0.7112) + SWIR2*(-0.4572)',{
  47. 'B': img.select(['B2']),
  48. 'G': img.select(['B3']),
  49. 'R': img.select(['B4']),
  50. 'NIR': img.select(['B5']),
  51. 'SWIR1': img.select(['B6']),
  52. 'SWIR2': img.select(['B7'])
  53. })
  54. img = img.addBands(Wet.rename('WET'))
  55. // NDVI
  56. var ndvi = img.normalizedDifference(['B5', 'B4']);
  57. img = img.addBands(ndvi.rename('NDVI'))
  58. // lst 直接采用MODIS产品,表示看不懂 LST 公式
  59. var lst = ee.ImageCollection('MODIS/006/MOD11A1').map(function(img){
  60. return img.clip(roi)
  61. })
  62. .filterDate('2014-01-01', '2019-12-31')
  63. var year = img.get('year')
  64. lst=lst.filterDate(ee.String(year).cat('-01-01'),ee.String(year).cat('-12-31')).select(['LST_Day_1km', 'LST_Night_1km']);
  65. // reproject主要是为了确保分辨率为1000
  66. var img_mean=lst.mean().reproject('EPSG:4326',null,1000);
  67. //print(img_mean.projection().nominalScale())
  68. img_mean = img_mean.expression('((Day + Night) / 2)',{
  69. 'Day': img_mean.select(['LST_Day_1km']),
  70. 'Night': img_mean.select(['LST_Night_1km']),
  71. })
  72. img = img.addBands(img_mean.rename('LST'))
  73. // ndbsi = ( ibi + si ) / 2
  74. var ibi = img.expression('(2 * SWIR1 / (SWIR1 + NIR) - (NIR / (NIR + RED) + GREEN / (GREEN + SWIR1))) / (2 * SWIR1 / (SWIR1 + NIR) + (NIR / (NIR + RED) + GREEN / (GREEN + SWIR1)))', {
  75. 'SWIR1': img.select('B6'),
  76. 'NIR': img.select('B5'),
  77. 'RED': img.select('B4'),
  78. 'GREEN': img.select('B3')
  79. })
  80. var si = img.expression('((SWIR1 + RED) - (NIR + BLUE)) / ((SWIR1 + RED) + (NIR + BLUE))', {
  81. 'SWIR1': img.select('B6'),
  82. 'NIR': img.select('B5'),
  83. 'RED': img.select('B4'),
  84. 'BLUE': img.select('B2')
  85. })
  86. var ndbsi = (ibi.add(si)).divide(2)
  87. return img.addBands(ndbsi.rename('NDBSI'))
  88. })
  89. var bandNames = ['NDVI', "NDBSI", "WET", "LST"]
  90. L8imgCol = L8imgCol.select(bandNames)
  91. // 归一化
  92. var img_normalize = function(img){
  93. var minMax = img.reduceRegion({
  94. reducer:ee.Reducer.minMax(),
  95. geometry: roi,
  96. scale: 1000,
  97. maxPixels: 10e13,
  98. })
  99. var year = img.get('year')
  100. var normalize = ee.ImageCollection.fromImages(
  101. img.bandNames().map(function(name){
  102. name = ee.String(name);
  103. var band = img.select(name);
  104. return band.unitScale(ee.Number(minMax.get(name.cat('_min'))), ee.Number(minMax.get(name.cat('_max'))));
  105. })
  106. ).toBands().rename(img.bandNames()).set('year', year);
  107. return normalize;
  108. }
  109. var imgNorcol = L8imgCol.map(img_normalize);
  110. // 主成分
  111. var pca = function(img){
  112. var bandNames = img.bandNames();
  113. var region = roi;
  114. var year = img.get('year')
  115. // Mean center the data to enable a faster covariance reducer
  116. // and an SD stretch of the principal components.
  117. var meanDict = img.reduceRegion({
  118. reducer: ee.Reducer.mean(),
  119. geometry: region,
  120. scale: 1000,
  121. maxPixels: 10e13
  122. });
  123. var means = ee.Image.constant(meanDict.values(bandNames));
  124. var centered = img.subtract(means).set('year', year);
  125. // This helper function returns a list of new band names.
  126. var getNewBandNames = function(prefix, bandNames){
  127. var seq = ee.List.sequence(1, 4);
  128. //var seq = ee.List.sequence(1, bandNames.length());
  129. return seq.map(function(n){
  130. return ee.String(prefix).cat(ee.Number(n).int());
  131. });
  132. };
  133. // This function accepts mean centered imagery, a scale and
  134. // a region in which to perform the analysis. It returns the
  135. // Principal Components (PC) in the region as a new image.
  136. var getPrincipalComponents = function(centered, scale, region){
  137. var year = centered.get('year')
  138. var arrays = centered.toArray();
  139. // Compute the covariance of the bands within the region.
  140. var covar = arrays.reduceRegion({
  141. reducer: ee.Reducer.centeredCovariance(),
  142. geometry: region,
  143. scale: scale,
  144. bestEffort:true,
  145. maxPixels: 10e13
  146. });
  147. // Get the 'array' covariance result and cast to an array.
  148. // This represents the band-to-band covariance within the region.
  149. var covarArray = ee.Array(covar.get('array'));
  150. // Perform an eigen analysis and slice apart the values and vectors.
  151. var eigens = covarArray.eigen();
  152. // This is a P-length vector of Eigenvalues.
  153. var eigenValues = eigens.slice(1, 0, 1);
  154. // This is a PxP matrix with eigenvectors in rows.
  155. var eigenVectors = eigens.slice(1, 1);
  156. // Convert the array image to 2D arrays for matrix computations.
  157. var arrayImage = arrays.toArray(1)
  158. // Left multiply the image array by the matrix of eigenvectors.
  159. var principalComponents = ee.Image(eigenVectors).matrixMultiply(arrayImage);
  160. // Turn the square roots of the Eigenvalues into a P-band image.
  161. var sdImage = ee.Image(eigenValues.sqrt())
  162. .arrayProject([0]).arrayFlatten([getNewBandNames('SD',bandNames)]);
  163. // Turn the PCs into a P-band image, normalized by SD.
  164. return principalComponents
  165. // Throw out an an unneeded dimension, [[]] -> [].
  166. .arrayProject([0])
  167. // Make the one band array image a multi-band image, [] -> image.
  168. .arrayFlatten([getNewBandNames('PC', bandNames)])
  169. // Normalize the PCs by their SDs.
  170. .divide(sdImage)
  171. .set('year', year);
  172. }
  173. // Get the PCs at the specified scale and in the specified region
  174. img = getPrincipalComponents(centered, 1000, region);
  175. return img;
  176. };
  177. var PCA_imgcol = imgNorcol.map(pca)
  178. Map.addLayer(PCA_imgcol.first(), {"bands":["PC1"]}, 'pc1')
  179. // 利用PC1,计算RSEI,并归一化
  180. var RSEI_imgcol = PCA_imgcol.map(function(img){
  181. img = img.addBands(ee.Image(1).rename('constant'))
  182. var rsei = img.expression('constant - pc1' , {
  183. constant: img.select('constant'),
  184. pc1: img.select('PC1')
  185. })
  186. rsei = img_normalize(rsei)
  187. return img.addBands(rsei.rename('rsei'))
  188. })
  189. print(RSEI_imgcol)
  190. var visParam = {
  191. palette: 'FFFFFF, CE7E45, DF923D, F1B555, FCD163, 99B718, 74A901, 66A000, 529400,' +
  192. '3E8601, 207401, 056201, 004C00, 023B01, 012E01, 011D01, 011301'
  193. };
  194. Map.addLayer(RSEI_imgcol.first().select('rsei'), visParam, 'rsei')
  195. Map.addLayer(table, null, 'river_buffer')
  196. //var Foo = require('users/2210902141/RSEI:downloadModules.js');
  197. //Foo.foo(rsei_imgcol.first(), roi);

运行结果

感谢

遥感生态指数(RSEI)——四个指数的计算_系六九69的博客-CSDN博客_rsei

利用GEE逐年计算1990-2020年秦岭北麓遥感生态指数(RSEI)二 - 知乎https://zhuanlan.zhihu.com/p/347934313

声明:本文内容由网友自发贡献,不代表【wpsshop博客】立场,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有侵权的内容,请联系我们。转载请注明出处:https://www.wpsshop.cn/w/我家自动化/article/detail/455287?site
推荐阅读
相关标签
  

闽ICP备14008679号