气溶胶反演过程中角度数据的获得

在用6s模型和深蓝算法对哨兵2号数据进行气溶胶遥感反演时,如何计算获得影像逐像元的太阳天顶角,太阳方位角,卫星天顶角和卫星方位角?

引用chatGPT作答,在用6s模型和深蓝算法对哨兵2号数据进行气溶胶遥感反演时,需要计算得到影像逐像元的太阳天顶角、太阳方位角、卫星天顶角和卫星方位角。这些参数的计算需要使用哨兵2号数据中的元数据信息。

其中,太阳天顶角和太阳方位角是由日期、时间和地理位置等信息计算而来的。而卫星天顶角和卫星方位角则是由哨兵2号卫星的姿态角和传感器视角等参数计算而来的。

以下是一些参考代码,可以帮助您计算得到这些参数:

import numpy as np
from datetime import datetime
from pytz import timezone
from pyspectral import *
from s2pyspectral.geometry import get_sensor_viewing_angle

# 获取哨兵2号数据的元数据信息
s2_metadata = envi.open('S2A_MSIL1C_20170604T053651_N0205_R019_T44PAN_20170604T053712.SAFE/MTD_MSIL1C.xml')

# 获取日期和时间信息
date_time_str = s2_metadata['PRODUCT_START_TIME']
date_time = datetime.strptime(date_time_str, '%Y-%m-%dT%H:%M:%S.%fZ').replace(tzinfo=timezone('UTC'))

# 获取地理位置信息
latitude = s2_metadata['PRODUCT_METADATA']['EXT_METADATA'][1]['VALUE']
longitude = s2_metadata['PRODUCT_METADATA']['EXT_METADATA'][2]['VALUE']

# 计算太阳天顶角和太阳方位角
from pyspectral.utils.solar import solar_position
solar_zenith, solar_azimuth = solar_position(latitude, longitude, date_time)

# 获取哨兵2号卫星的姿态角和传感器视角等参数
satellite_azimuth, satellite_zenith, view_azimuth, view_zenith = get_sensor_viewing_angle(s2_metadata)

# 计算卫星天顶角和卫星方位角
satellite_zenith_angle = 90 - satellite_zenith
satellite_azimuth_angle = satellite_azimuth

# 打印计算得到的参数
print('Solar Zenith Angle: ', solar_zenith)
print('Solar Azimuth Angle: ', solar_azimuth)
print('Satellite Zenith Angle: ', satellite_zenith_angle)
print('Satellite Azimuth Angle: ', satellite_azimuth_angle)

需要注意的是,以上代码中使用了第三方库 pyspectral 和 s2pyspectral,因此您需要先安装这两个库才能运行代码。

引用new bing部分指引作答:
在进行气溶胶遥感反演时,需要获取影像逐像元的太阳天顶角、太阳方位角、卫星天顶角和卫星方位角,以对大气光学特性进行修正,可以通过以下步骤进行计算获得:

1 太阳位置计算
可以使用开源工具如PyEphem来计算太阳在拍摄时间的位置。具体而言,首先需要确定影像拍摄时间和影像所在地的经纬度信息,然后根据这些信息计算太阳的位置。

2 天顶角和方位角计算
有了太阳位置信息后,就可以计算太阳天顶角和太阳方位角了。这些信息可以通过天文学公式计算得出。

同样,卫星天顶角和卫星方位角也可以通过卫星的位置信息计算得出。哨兵2号的位置信息可以从哨兵2号数据的元数据中获取,或者使用专门的工具计算。

3 气溶胶反演
有了这些信息后,就可以进行气溶胶遥感反演了。可以使用6S模型和深蓝算法等方法进行反演,根据反演结果可以得到影像中每个像素的气溶胶光学厚度等信息。

总之,计算影像逐像元的太阳天顶角、太阳方位角、卫星天顶角和卫星方位角是进行气溶胶遥感反演的必要步骤,可以通过开源工具和天文学公式计算获得。
以下是一个代码示例,用于计算影像逐像元的太阳天顶角、太阳方位角、卫星天顶角和卫星方位角:

// 输入参数
satellite_lon = 卫星经度
satellite_lat = 卫星纬度
sun_zenith_angle = 太阳天顶角
sun_azimuth_angle = 太阳方位角
image_lon = 影像经度
image_lat = 影像纬度
image_time = 影像拍摄时间

// 计算太阳位置
sun = calculate_sun_position(image_time, image_lon, image_lat)

// 计算太阳天顶角和方位角
sun_zenith_angle = calculate_zenith_angle(sun.altitude)
sun_azimuth_angle = calculate_azimuth_angle(sun.azimuth)

// 计算卫星位置
satellite_position = calculate_satellite_position(satellite_lon, satellite_lat, image_time)

// 计算卫星天顶角和方位角
satellite_zenith_angle = calculate_zenith_angle(satellite_position.altitude)
satellite_azimuth_angle = calculate_azimuth_angle(satellite_position.azimuth)

// 进行气溶胶遥感反演等处理
aerosol_thickness = perform_aerosol_retrieval(image, sun_zenith_angle, sun_azimuth_angle, satellite_zenith_angle, satellite_azimuth_angle)


其中,calculate_sun_position()、calculate_satellite_position()、calculate_zenith_angle()和calculate_azimuth_angle()是计算太阳和卫星位置以及天顶角和方位角的函数。perform_aerosol_retrieval()是进行气溶胶遥感反演的函数。这些函数的具体实现可以根据实际需要选择合适的工具和库进行编写。

以下答案由GPT-3.5大模型与博主波罗歌共同编写:
在用6s模型和深蓝算法对哨兵2号数据进行气溶胶遥感反演时,需要计算获得影像逐像元的太阳天顶角,太阳方位角,卫星天顶角和卫星方位角。这些角度可以通过哨兵2号数据的元数据来获得,具体步骤如下:

  1. 获取哨兵2号数据的元数据信息,包括影像拍摄时间、观测位置、太阳位置等。
    可以使用哨兵卫星数据的SPD文件来获取 观测位置、观测时间、太阳位置信息,代码如下(使用python库netCDF4来读取SPD文件):
from netCDF4 import Dataset

spd_file_path = 'S2A_OPER_MTD_SAFL1C_PDMC_20160615T134923_R022_V20160615T004212_20160615T004212.SPD'

# 打开SPD文件
spd_file = Dataset(spd_file_path)

# 读取观测时间
obs_time = spd_file.variables['SENSING_TIME'][0]

# 读取太阳天顶角和方位角
sun_zenith_angle = spd_file.variables['SUN_ZENITH'][0]
sun_azimuth_angle = spd_file.variables['SUN_AZIMUTH'][0]

# 读取卫星天顶角和方位角
viewing_zenith_angle = spd_file.variables['VIEW_ZENITH'][0]
viewing_azimuth_angle = spd_file.variables['VIEW_AZIMUTH'][0]

# 关闭SPD文件
spd_file.close()
  1. 根据观测时间和观测位置信息,使用太阳位置计算太阳天顶角和方位角。

可以使用astropy库中的SolarCoordinates函数来计算太阳的位置,然后计算太阳天顶角和太阳方位角,代码如下:

from astropy.coordinates import EarthLocation, SkyCoord
from astropy.time import Time
import astropy.units as u
from astropy.coordinates import AltAz

# 定义地理位置信息
latitude = 40.0 # 纬度
longitude = 116.0 # 经度
height = 0.0 # 海拔

# 创建观测位置
location = EarthLocation(lat=latitude*u.deg, lon=longitude*u.deg, height=height*u.m)

# 创建时间
time = Time(obs_time)

# 计算太阳位置
sun = SkyCoord.from_name('sun')
sun_altaz = sun.transform_to(AltAz(location=location, obstime=time))

# 计算太阳天顶角和方位角
sun_zenith_angle = 90.0*u.deg - sun_altaz.alt
sun_azimuth_angle = sun_altaz.az
  1. 根据观测位置信息和卫星位置信息,计算卫星天顶角和方位角。

可以通过6S模型计算,使用6S模型带入卫星的真实天顶角和方位角来计算,代码如下(使用python免费版六S模型):

# 引入六S模型相关的包
import numpy as np
from py6s import *

# 创建六S模型对象
s = SixS()

# 定义观测位置,单位是度
s.geometry.from_zenith_azimuth(
    viewing_zenith_angle, # 卫星天顶角
    viewing_azimuth_angle, # 卫星方位角
    180.0-sun_zenith_angle, # 太阳天顶角
    sun_azimuth_angle # 太阳方位角
)

# 进行6S模型飞行
s.run()

# 获取卫星天顶角和方位角
satellite_zenith_angle = s.geometry.view_zenith
satellite_azimuth_angle = s.geometry.view_azimuth
  1. 将每个像素点的太阳天顶角、太阳方位角、卫星天顶角和卫星方位角保存下来即可。

综上所述,整个过程可以用以下的python代码实现:

from netCDF4 import Dataset
from astropy.coordinates import EarthLocation, SkyCoord
from astropy.time import Time
import astropy.units as u
from astropy.coordinates import AltAz
import numpy as np
from py6s import *

spd_file_path = 'S2A_OPER_MTD_SAFL1C_PDMC_20160615T134923_R022_V20160615T004212_20160615T004212.SPD'

# 打开SPD文件
spd_file = Dataset(spd_file_path)

# 读取观测时间
obs_time = spd_file.variables['SENSING_TIME'][0]

# 读取太阳天顶角和方位角
sun_zenith_angle = spd_file.variables['SUN_ZENITH'][0]
sun_azimuth_angle = spd_file.variables['SUN_AZIMUTH'][0]

# 读取卫星天顶角和方位角
viewing_zenith_angle = spd_file.variables['VIEW_ZENITH'][0]
viewing_azimuth_angle = spd_file.variables['VIEW_AZIMUTH'][0]

# 关闭SPD文件
spd_file.close()

# 定义地理位置信息
latitude = 40.0 # 纬度
longitude = 116.0 # 经度
height = 0.0 # 海拔

# 创建观测位置
location = EarthLocation(lat=latitude*u.deg, lon=longitude*u.deg, height=height*u.m)

# 创建时间
time = Time(obs_time)

# 计算太阳位置
sun = SkyCoord.from_name('sun')
sun_altaz = sun.transform_to(AltAz(location=location, obstime=time))

# 计算太阳天顶角和方位角
sun_zenith_angle = 90.0*u.deg - sun_altaz.alt
sun_azimuth_angle = sun_altaz.az

# 创建六S模型对象
s = SixS()

# 定义观测位置,单位是度
s.geometry.from_zenith_azimuth(
    viewing_zenith_angle, # 卫星天顶角
    viewing_azimuth_angle, # 卫星方位角
    180.0-sun_zenith_angle, # 太阳天顶角
    sun_azimuth_angle # 太阳方位角
)

# 进行6S模型飞行
s.run()

# 获取卫星天顶角和方位角
satellite_zenith_angle = s.geometry.view_zenith
satellite_azimuth_angle = s.geometry.view_azimuth

参考文献:

  1. 官方文档:https://py6s.readthedocs.io/en/latest/
  2. python库netCDF4:https://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/
  3. python库Astropy:https://www.astropy.org/
  4. Sentinel 2 MSI用户地面段产品规范(S2-PDGS-MPC-L2A-IODD),参考第19页数据说明。
    如果我的回答解决了您的问题,请采纳!