基于GDAL庫的LINUX環(huán)境下的FY-3D和FY-4A遙感數(shù)據(jù)處理

王燕婷

摘要

基于GDAL庫的功能和其開源、可對柵格空間數(shù)據(jù)操作的特點(diǎn)，將GDAL與C++語言的完美結(jié)合，可極大得發(fā)揮其在開發(fā)遙感圖像處理軟件中的優(yōu)勢，并可跨平臺應(yīng)用于不同操作系統(tǒng)下的遙感圖像數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)中。本文介紹了最新一代的氣象衛(wèi)星風(fēng)云三號D星極軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)特點(diǎn)及格式和風(fēng)云四號A星靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)特點(diǎn)及格式，以及以FY-3D和FY-4A官網(wǎng)發(fā)布數(shù)據(jù)為例，詳細(xì)講述了如何利用GDAL庫和c++語言，對HDF5和NETCDF格式的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行通道合成、植被指數(shù)計(jì)算等遙感圖像處理的實(shí)現(xiàn)，為遙感軟件的開發(fā)提供了參考。

【關(guān)鍵詞】遙感圖像處理 GDAL 風(fēng)云三號D星風(fēng)云四號A星 通道合成 植被指數(shù)

1概論

根據(jù)氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)的背景特點(diǎn)以及GDAL的上述優(yōu)點(diǎn)，本文利用GDAL來對FY-3D和FY-4的預(yù)處理后數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取、解析和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，以及基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)通道合成、植被指數(shù)計(jì)算等遙感數(shù)據(jù)的處理。

2軟件架構(gòu)

HDF格式和NetCDF格式，均是用于存儲氣象科學(xué)的網(wǎng)絡(luò)通用數(shù)據(jù)格式，其中HDF是美國國家高級計(jì)算機(jī)中心為了滿足科研領(lǐng)域需要而開發(fā)出的一種高效存儲科學(xué)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式，可包含多種類型數(shù)據(jù)，如柵格圖像數(shù)據(jù)、科學(xué)數(shù)據(jù)集、信息說明等，因此一個(gè)HDF圖像文件數(shù)據(jù)，可方便的查取其地理定位、軌道參數(shù)、柵格圖像數(shù)據(jù);而NetCDF是由美國大學(xué)大氣研究協(xié)會unidata項(xiàng)目科學(xué)家針對氣象科學(xué)數(shù)據(jù)特點(diǎn)開發(fā)的一種可以通用的資料存儲格式，能夠存儲海量的面向陣列數(shù)據(jù)，可支持生成、訪問和共享科學(xué)數(shù)據(jù)，且與平臺無關(guān)，可在不同平臺下傳輸。

因此，要在Linux操作系統(tǒng)下用GDAL庫讀取和處理風(fēng)云三號和風(fēng)云四號的氣象衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，需要安裝GDAL庫之后，基于GDAL原有功能基礎(chǔ)上，按照其代碼規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行功能擴(kuò)展，集成HDF庫和NetCDF庫并重新發(fā)布GDAL版本，才能進(jìn)行HDF格式和NetCDF格式文件的讀寫操作，這樣就能方便得把HDF和NetCDF中的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為其他通用的柵格數(shù)據(jù)格式，如Geotiff等，方便進(jìn)一步數(shù)據(jù)的應(yīng)用于處理。

2.1框架搭建

以GDAL和C++編程語言的結(jié)合應(yīng)用，設(shè)計(jì)出本軟件的程序框架，采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷脒M(jìn)行框架的搭建，新建了用于讀取風(fēng)三HDF數(shù)據(jù)的GDALHDFData類，用于讀取風(fēng)四NetCDF數(shù)據(jù)的GDALNetCDFData類，用于圖像處理的ImageProcess類，以及用于植被指數(shù)計(jì)算的數(shù)據(jù)處理NDVIProcess類。

（1） GDALHDFData類：包含各種成員函數(shù)，用于打開風(fēng)云三號MERSI載荷的數(shù)據(jù)，包括各種數(shù)據(jù)集、文件屬性等，實(shí)現(xiàn)分塊讀取和格式轉(zhuǎn)換等操作;

（2） GDALNetCDF類：包含各種成員函數(shù)，用于打開風(fēng)云四號AGRI成像儀載荷的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，包括各種數(shù)據(jù)集、文件屬性等，實(shí)現(xiàn)分塊讀取和格式轉(zhuǎn)換等操作;

（3） ImageProcess類：包含各種不同通道作為參數(shù)作為圖像處理的函數(shù);

（4） NDVIProcess類：包含利用讀取的通道數(shù)據(jù)作為植被指數(shù)計(jì)算處理的函數(shù);

2.2 Linux環(huán)境下支持HDF和NetCDF庫的GDAL開源庫安裝

默認(rèn)的GDAL庫并不包含對MODIS數(shù)據(jù)、風(fēng)三數(shù)據(jù)和風(fēng)四數(shù)據(jù)的支持，需要在gdal原有功能基礎(chǔ)上，按照其代碼規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行功能擴(kuò)展，集成HDF4、HDF5、netcdf庫并重新編譯發(fā)布。方法如下：

（1）下載針對HDF4、HDF5和NetCDF的Iinux環(huán)境下的源碼，安裝hdf4的庫libdf.a、libmthdf.a和libudport.a.hdf5的庫libhdf5.a、libhdf5.so和libhdf5_ hI.a，以及NetCDF的庫libnetcdf.a和libnetcdf.SO.

（2）安裝GDAL庫，修改配置文件nmake.opt，修改有關(guān)HDF4、HDF5和NetCDF的配置

HDF4_ PLUGIN= No

HDF4 DIR= /user/MODIS/LIB

HDF4 LIB= /user/MODIS/LIB/lib/libdf.a/user/MODIS/LIB/lib/libmfhdfa

HDF5 PLUGIN= No

HDF5__ DIR= /user/MERSI/LIB

HDF5__ LIB= /user/MERSI/LIB/lib/libhdf5

NETCDF PLUGIN= No

NETCDF_SETTrNG= yes

NETCDF LIB=/user/FY4/LIB/lib/libnetcdf.a

NETCDF INC DIR= /user/FY4/LIB/include

（3）運(yùn)行l(wèi)inux環(huán)境下的配置，加載HDF4、HDF5和NetCDF之后，再編譯安裝。

（4）在linux環(huán)境下，輸入gdalinfoformats的命令，查看是否配置好支持HDF4、HDF5和NETCDF的庫，如果均為yes，則證明有了這些庫的支持。

3處理功能設(shè)計(jì)

3.1風(fēng)三數(shù)據(jù)讀取與顯示

FY-3DMERSI載荷的Ll數(shù)據(jù)為HDF格式，以1000M分辨率的數(shù)據(jù)為例， 其文件名為：FY3D MERSI GBAL11 20180121 0330 1000M MS.HDF，當(dāng)中含有多個(gè)子數(shù)據(jù)集，如要獲取某一指定的子數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)，分為兩步，一是打開文件獲取子數(shù)據(jù)名列表;二是根據(jù)第一步獲得的列表，選擇打開指定數(shù)據(jù)集，核心代碼如下：

3.2風(fēng)四數(shù)據(jù)讀取與顯示

FY-4A的AGRI載荷的L2產(chǎn)品為NETCDF格式，以云檢測數(shù)據(jù)為例，其文件名 為FY4A- AGRI--_N_ DISK 1047E L2-CLM- MULT_NOM_ 20180204234500 20180204235959_ 4000M_VOOOl.ne，一個(gè)NETCDF數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集包含維、變量和屬性三種描述類型，每種類型都會被分配一個(gè)名字和一個(gè)ID，用ID來識別不同數(shù)據(jù)集。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1通道合成結(jié)果

由于FY-3D星為最新一代極軌衛(wèi)星，是顆下午星，MERSI-H載荷每5分鐘一個(gè)數(shù)據(jù)，而每軌數(shù)據(jù)間有重疊區(qū)域，因此在進(jìn)行3-2-1通道的真彩色合成前.需要對每個(gè)5分鐘數(shù)據(jù)做投影，并按照最優(yōu)天頂角的原則進(jìn)行去重復(fù)，最后得到根據(jù)獲取的三個(gè)通道數(shù)據(jù)進(jìn)行的合成顯示。

5結(jié)論

本文的亮點(diǎn)在于在統(tǒng)一的開發(fā)平臺庫中可實(shí)現(xiàn)多種衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的處理，并將不同來源和格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為常用的通用的遙感數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)了批量化的處理，供后續(xù)處理應(yīng)用打下了基礎(chǔ)，大大提高了工作效率。

參考文獻(xiàn)

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