final.ipynb

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    "from Py6S import *\n",
    "from osgeo import gdal, ogr, osr\n",
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    "import cv2\n",
    "from sklearn.linear_model import LinearRegression"
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       "(array([0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1. ]), range(0, 61, 10))"
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    "aot_range = np.linspace(0.1, 1, 10)  \n",
    "sza_range = range(0, 61, 10)\n",
    "aot_range, sza_range"
   ]
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    "sza_range = np.array([0,6,12,24,35.2,48,54,60])\n",
    "saa_range = np.linspace(0, 72, 6)\n",
    "vza_range = np.linspace(0,180, 12)\n",
    "wvl_range = np.array([0.47,0.66,2.1]) * 1000\n",
    "aot_range = np.array([0,0.25,0.5,1.,1.5,1.95])\n",
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      "10337\n",
      "10338\n",
      "10339\n",
      "10340\n",
      "10341\n",
      "10342\n",
      "10343\n",
      "10344\n",
      "10345\n",
      "10346\n",
      "10347\n",
      "10348\n",
      "10349\n",
      "10350\n",
      "10351\n",
      "10352\n",
      "10353\n",
      "10354\n",
      "10355\n",
      "10356\n",
      "10357\n",
      "10358\n",
      "10359\n",
      "10360\n",
      "10361\n",
      "10362\n",
      "10363\n",
      "10364\n",
      "10365\n",
      "10366\n",
      "10367\n",
      "10368\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "res = []\n",
    "i = 0\n",
    "\n",
    "for sza in sza_range:\n",
    "    for saa in saa_range:\n",
    "        for vza in vza_range:\n",
    "            for wvl in wvl_range:\n",
    "                for aot in aot_range:\n",
    "                    s = SixS()\n",
    "                    s.atmos_profile = AtmosProfile.PredefinedType(\n",
    "                        AtmosProfile.MidlatitudeSummer)\n",
    "                    s.aero_profile = AeroProfile.Urban # 所研究的区域是城市\n",
    "                    s.geometry.solar_a = saa\n",
    "                    s.geometry.solar_z = sza\n",
    "                    s.wavelength = Wavelength(wvl/1000)\n",
    "                    s.aot550 = aot\n",
    "                    s.geometry.view_a = vza\n",
    "                    #s.ground_reflectance = GroundReflectance.HomogeneousLambertian([0,.1,.2])\n",
    "                    #wavelengths, results = SixSHelpers.Wavelengths.run_modis(s, output_name=\"aot550\")\n",
    "                    s.run()\n",
    "                    res.append([s.outputs.values])\n",
    "                    #print(len(res))                \n",
    "# Plot these results, with the y axis label set to \"Pixel Radiance\"\n",
    "#SixSHelpers.Wavelengths.plot_wavelengths(wavelengths, results, \"\")\n",
    "                    #s.run()\n",
    "                    #print(s.outputs.values)\n",
    "                    #print(s.outputs.extract_aot(['0:2:3']))\n",
    "\n",
    "#for saa in saa_range:\n",
    "#    for sza in sza_range:\n",
    "        # 设置参数 \n",
    "        #s.aot550 = aot\n",
    "#        s.geometry.solar_z = sza\n",
    "#        s.geometry.solar_a = saa\n",
    "        \n",
    "        # 运行6S并存储结果\n",
    "        #s.run()\n",
    "        #i += 1\n",
    "        #res.append(s.outputs.write_output_file(\"lut\" + str(i)+\".txt\"))\n",
    "        "
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "aot = []\n",
    "rest = []\n",
    "for val in res:\n",
    "    aot.append(val[0][\"aot550\"])\n",
    "    rest2 = np.array([val[0][\"solar_a\"],val[0][\"solar_z\"]-  \n",
    "                      val[0][\"view_z\"], val[0][\"view_a\"],\n",
    "                      val[0][\"pixel_radiance\"], \n",
    "                      val[0][\"apparent_reflectance\"], \n",
    "                      val[0][\"background_reflectance\"]])\n",
    "    rest.append(rest2)\n",
    "aot = np.array(aot)\n",
    "rest = np.array(rest)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 23,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "np.save(\"lut-aot.npy\", aot)\n",
    "np.save(\"lut-rest.npy\", rest)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 39,
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "data": {
      "text/plain": [
       "0.7508318021151938"
      ]
     },
     "execution_count": 39,
     "metadata": {},
     "output_type": "execute_result"
    }
   ],
   "source": [
    "model = LinearRegression()\n",
    "model.fit(rest, aot)\n",
    "model.coef_, model.intercept_\n",
    "model.score(rest, aot)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 2,
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "data": {
      "text/plain": [
       "0.9943815734690854"
      ]
     },
     "execution_count": 2,
     "metadata": {},
     "output_type": "execute_result"
    }
   ],
   "source": [
    "from sklearn.svm import SVR\n",
    "from sklearn.preprocessing import StandardScaler\n",
    "from sklearn.model_selection import train_test_split\n",
    "import numpy as np\n",
    "scaler = StandardScaler()\n",
    "rest = np.load(\"./lut-rest.npy\")\n",
    "aot = np.load(\"./lut-aot.npy\")\n",
    "scaler.fit(rest)\n",
    "rest_scale = scaler.transform(rest)\n",
    "svr = SVR(kernel=\"rbf\", degree=2, C=10, epsilon=0.1)\n",
    "svr.fit(rest_scale, aot)\n",
    "svr.score(rest_scale, aot)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 3,
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "Complete red aod.\n",
      "Complete blue aod.\n",
      "MOD021KM.A2011181.0325.061.2017324101641_5cloud-clip22.tif extracts aot completed\n",
      "Complete red aod.\n",
      "Complete blue aod.\n",
      "MOD021KM.A2012182.0200.061.2017334143411_5cloud-clip22.tif extracts aot completed\n",
      "Complete red aod.\n",
      "Complete blue aod.\n",
      "MOD021KM.A2013181.0305.061.2017299063350_5cloud-clip22.tif extracts aot completed\n",
      "Complete red aod.\n",
      "Complete blue aod.\n",
      "MOD021KM.A2014181.0235.061.2017312140235_5cloud-clip22.tif extracts aot completed\n",
      "Complete red aod.\n",
      "Complete blue aod.\n",
      "MOD021KM.A2016182.0220.061.2017326170448_5cloud-clip22.tif extracts aot completed\n",
      "Complete red aod.\n",
      "Complete blue aod.\n",
      "MOD021KM.A2017181.0325.061.2017315065028_5cloud-clip22.tif extracts aot completed\n",
      "Complete red aod.\n",
      "Complete blue aod.\n",
      "MOD021KM.A2018181.0255.061.2018181133528_5cloud-clip22.tif extracts aot completed\n",
      "Complete red aod.\n",
      "Complete blue aod.\n",
      "MOD021KM.A2019181.0225.061.2019181131027_5cloud-clip22.tif extracts aot completed\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "# 经过几何校正的数据, 它包含了没有被后续读取的太阳和传感器的角度信息\n",
    "import os\n",
    "hdf_path = \"./hdf-output/\" \n",
    "folder_path = \"./cloud-clip/\"\n",
    "\n",
    "for fname in os.listdir(folder_path):\n",
    "    if fname.startswith(\"M\") == False or fname[-4:] != \".tif\":\n",
    "        continue\n",
    "    elif fname.find(\"A2015\") != -1 or fname.find(\"A2012182.0335\") != -1:\n",
    "        continue # 这两块数据有缺失\n",
    "    solar_a = gdal.Open(\n",
    "        hdf_path + fname[:-18] + \"_18.tif\")\n",
    "    solar_a = solar_a.GetRasterBand(1).ReadAsArray() / 200\n",
    "    solar_z = gdal.Open(\n",
    "        hdf_path + fname[:-18] + \"_19.tif\")\n",
    "    solar_z = solar_z.GetRasterBand(1).ReadAsArray() / 200\n",
    "    view_a = gdal.Open(\n",
    "        hdf_path + fname[:-18] + \"_16.tif\")\n",
    "    view_a = view_a.GetRasterBand(1).ReadAsArray() / 200\n",
    "    view_z = gdal.Open(\n",
    "        hdf_path + fname[:-18] + \"_17.tif\")\n",
    "    view_z = view_z.GetRasterBand(1).ReadAsArray() / 200\n",
    "    band = gdal.Open(folder_path + fname)\n",
    "    blue_band = band.GetRasterBand(3).ReadAsArray() # 0.47um\n",
    "    red_band = band.GetRasterBand(1).ReadAsArray() # 0.66um\n",
    "    red_band_ref = band.GetRasterBand(8).ReadAsArray()/1000 # 0.47的表观反射率\n",
    "    blue_band_ref = band.GetRasterBand(10).ReadAsArray()/1000 # 0.66的表观反射率\n",
    "    swir_band = band.GetRasterBand(7).ReadAsArray() # 2.1um\n",
    "    swir_band_ref = band.GetRasterBand(14).ReadAsArray()/1000 # 2.1um\n",
    "    # 重采样\n",
    "    x, y = blue_band.shape\n",
    "    view_a = cv2.resize(view_a+0.0001, dsize=(y,x), \n",
    "                        interpolation=cv2.INTER_LINEAR)\n",
    "    solar_a = cv2.resize(solar_a+0.0001, dsize=(y,x), \n",
    "                         interpolation=cv2.INTER_LINEAR)\n",
    "    view_z = cv2.resize(view_z+0.0001, dsize=(y,x), \n",
    "                        interpolation=cv2.INTER_LINEAR)\n",
    "    solar_z = cv2.resize(solar_z+0.0001, dsize=(y,x), \n",
    "                         interpolation=cv2.INTER_LINEAR)\n",
    "    red_aot = swir_band_ref.copy()\n",
    "    blue_aot = swir_band_ref.copy()\n",
    "    para1 = np.array([solar_a[red_aot < 0.26], \n",
    "                     solar_z[red_aot < 0.26] - view_z[red_aot < 0.26], \n",
    "                     view_a[red_aot < 0.26], \n",
    "                     red_band[red_aot < 0.26], \n",
    "                     red_band_ref[red_aot < 0.26], \n",
    "                     swir_band_ref[red_aot < 0.26]/4])\n",
    "    para2 = np.array([solar_a[red_aot < 0.26], \n",
    "                     solar_z[red_aot < 0.26] - view_z[red_aot < 0.26], \n",
    "                     view_a[red_aot < 0.26], \n",
    "                     blue_band[red_aot < 0.26], \n",
    "                     blue_band_ref[red_aot < 0.26], \n",
    "                     swir_band_ref[red_aot < 0.26]/2])\n",
    "    para1 = para1.T\n",
    "    para2 = para2.T\n",
    "    red_aot[swir_band_ref < 0.26] = svr.predict(\n",
    "        scaler.transform(para1))\n",
    "    print(\"Complete red aod.\")\n",
    "    red_aot[swir_band_ref >= 0.26] = np.nan\n",
    "    red_aot[red_aot < 0] = np.nan\n",
    "    blue_aot[swir_band_ref < 0.26] = svr.predict(\n",
    "        scaler.transform(para2))\n",
    "    print(\"Complete blue aod.\")\n",
    "    blue_aot[swir_band_ref >= 0.26] = np.nan\n",
    "    blue_aot[blue_aot < 0] = np.nan\n",
    "    red_aot.reshape(x,y)\n",
    "    blue_aot.reshape(x,y)\n",
    "    out_ds = gdal.GetDriverByName(\"GTiff\").Create(\"./aot550/\"+fname, \n",
    "                                                  y,x,2,gdal.GDT_Float32)\n",
    "    out_red = out_ds.GetRasterBand(1)\n",
    "    out_red.WriteArray(red_aot)\n",
    "    out_blue = out_ds.GetRasterBand(2)\n",
    "    out_blue.WriteArray(blue_aot)\n",
    "    out_ds.SetGeoTransform(band.GetGeoTransform())\n",
    "    out_ds.SetProjection(band.GetProjection())\n",
    "    print(fname + \" extracts aot completed\")\n",
    "    out_ds.FlushCache()\n",
    "    out_ds = None\n",
    "    #nir_band = band.GetRasterBand()\n",
    "    "
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 11,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "out_ds.FlushCache()\n",
    "out_ds = None"
   ]
  }
 ],
 "metadata": {
  "kernelspec": {
   "display_name": "Python 3",
   "language": "python",
   "name": "python3"
  },
  "language_info": {
   "codemirror_mode": {
    "name": "ipython",
    "version": 3
   },
   "file_extension": ".py",
   "mimetype": "text/x-python",
   "name": "python",
   "nbconvert_exporter": "python",
   "pygments_lexer": "ipython3",
   "version": "3.8.18"
  }
 },
 "nbformat": 4,
 "nbformat_minor": 2
}