在 Global Mapper 中使用卫星数据

太阳照射地球时，会向地球辐射电磁波，其中一部分我们感知到的光就是电磁波。不同的材料、表面和特征会以不同的方式反射这种能量。最广为人知的电磁波是可见光——我们的眼睛能够感知并用来观察周围世界的光——其波长介于380纳米到720纳米之间。电磁波的完整光谱涵盖了许多波长，特定波长的能量会产生特定的效应或用于特定的用途。例如，紫外线（导致晒伤的光）的波长为300纳米到380纳米，而X射线的波长更短，仅为0.03纳米到300纳米。在光谱的另一端，微波辐射的波长约为1毫米到30厘米。

卫星数据是通过记录特定波长范围内反射和发射的电磁辐射而生成的。当绕地球运行的卫星飞越某一区域时，先进的传感器会记录地球表面发射和反射回太空的能量。最终，这些数据以栅格格式传输，每个像素代表一个不同的辐射反射率值。

卫星采集的数据将同一场景的反射能量按波长分割成不同的图像层。每个图像层称为一个波段，每个波段本身就是一个栅格图层，每个像素对应一个单独的值。Landsat 8 (OLI) 是常用的卫星数据源，它使用以下波段命名来区分不同波长电磁辐射的反射率。

来源：我的研究中最适合使用哪些 Landsat 光谱波段？

Landsat 8 和其他卫星采集的数据可以从美国地质调查局 (USGS) 托管的数据下载门户网站EarthExplorer下载。Global Mapper的在线数据源对话框在“影像”文件夹中包含指向 EarthExplorer 的直接链接。连接到此数据源将在 Web 浏览器中打开 USGS EarthExplorer 下载网站，并使用 Global Mapper 的当前屏幕边界作为数据下载的感兴趣区域，从而可以轻松查找和下载项目区域的卫星数据。

创建多光谱图像

将不同波段的数据组合成一个多光谱图层，可以展现区域的更多细节。在Global Mapper中，可以通过加载各个波段并将它们导出为单个多波段栅格图像来创建多光谱图像。 

为了从各个波段获得自然的色彩图像，需要在导出时将红、绿、蓝三个波段合并。这样得到的图像看起来自然，接近我们实际看到的该地区景观。 

将 Landsat 8 数据的红色、绿色和蓝色波段（波段 4、3、2）组合起来，生成自然色的卫星图像。 

对图像中显示的波段进行进一步处理可以揭示场景中的特定特征。将近红外、红色和绿色波段叠加起来，可以生成一种特殊的假彩色图像，通常称为彩色红外图像。由于已知健康植被中含有的叶绿素会反射近红外光，因此这种波段组合可用于识别健康植被。 

利用Landsat 8数据，导出波段5、4、3，生成近红外图像。图中红色​​区域表示植被健康区域。 

尽管图像显示仅使用三个波段的数据，但 Global Mapper 可以导出包含特定区域所有波段的多波段数据文件。它可以将七个常用波段导出到单个多波段文件中，并且可以在“图层选项”对话框中更改和配置波段顺序和显示方式。 

“波段设置”选项卡提供了许多针对常见卫星数据源的预定义波段组合。例如，伪彩色波段组合 6、5、4 可用于农业分析，因为它能清晰地将植被覆盖区域显示为绿色，将裸露的田地显示为粉色和洋红色。 

 

 

平底锅磨削

卫星数据的分辨率通常低于低空航空影像。上图所示的Landsat 8数据空间分辨率为30米，这意味着每个像素代表地表30米×30米的区域。Landsat卫星还采集分辨率为15米的全色波段数据，用于获取更宽波长范围的反射率数据。 

在全色锐化过程中，将更高分辨率的全色波段与自然色图像一起使用，以增强多光谱图像的细节水平和色彩。 

 

栅格计算

除了将波段值分层以生成显示场景中特定特征和材质的地图外，还可以将各个波段用于 Global Mapper 的栅格计算器，以提取更多信息。由于研究表明不同的表面和物体与电磁辐射的相互作用方式，因此可以利用来自多个波段的坐标像素的能量反射率值，应用公式来导出新的数据层。 

栅格计算器提供了许多预定义的常用计算公式，并针对源数据波段结构的变化提供了多种变体。它还允许用户输入自定义公式和数学表达式来创建新的栅格图层。 

在以下示例中，我们使用 Landsat 8 数据的绿光波段和近红外波段来计算某个区域的归一化差异水体指数 (NDWI)。该公式应用广泛，可用于检测环境中水体的存在，并可用于监测和评估脆弱湿地。 

Global Mapper 中选择的 Landsat 8 NDWI 公式正确地将这些波段命名为公式中的 B3 和 B5。

NDWI 使用 -1 到 +1 的数值范围来表示环境中是否存在水体。正值（蓝色）表示场景中的水体。 

了解不同波长的光如何与特定表面相互作用和反射，就能从免费获取的卫星数据中提取丰富的土地覆盖和地表类型信息。由于这些数据是基于像素的，因此可以利用 Global Mapper 提供的所有栅格分析工具来处理这些图层。 

如果您想探索 Global Mapper 中的卫星数据和其他工具，请立即下载 14 天免费试用版！如有任何疑问，请随时联系我们。

参考文献： 

我的研究最适合使用哪些 Landsat 光谱波段？，美国地质调查局，www.usgs.gov/faqs/what-are-best-landsat-spectral-bands-use-my-research?qt-news_science_products=0#qt-news_science_products。

Campbell, James B. 和 Randolph H. Wynne.遥感导论. 第五版, Guilford Press, 2011.