Github项目

特别提醒：本文所有操作所需时间都很长，因此在自己电脑上操作的朋友记得将睡眠模式关闭。

一、数据下载

1. 打开网址：

  • [USGS](EarthExplorer (usgs.gov)) ；

2. 选择数据集：

3. 选择地区：

  • 点击最下方红框中的陕西省即可选择；
  • 该步骤如果搜索不到国内的省份，要么是省份的英文写错了，要么是需要科学上网。

4. 选择日期和云度：


5. 选择其他参数（可选）：

6. 生成结果：

7. 选择图像：

  • 对每一页都做相同操作，可以看到图中的纸箱子 icon 变成了绿色，表示选定；

8. 生成下载链接：

9. 安装下载器：


  • 要安装该软件，还需要安装 java 10 64bit ，安装方法请自行百度；
  • 配好 java 的环境变量后，就可以安装该软件了；

10. 提交下载链接：





11. 通过软件下载：

  • 打开 bda 软件；
  • 登录账号；
  • 在打开的 Open Order 窗口选择你的下载申请，若该窗口关闭，可在 File 菜单栏打开；
  • 选择你的目标 order ；
  • 点击 Begin Download 进行下载；
  • 所下载的文件在 bda 软件的安装目录下；
  • 一般晚上 1 点下载速度较快且连接稳定；
  • 如果下载失败，出现了 error ，不要点击 Redownload ，该操作会删除下载失败的文件。此时应先下载完其他文件，最后重启 bda ，Select 错误的部分点击 Begin Download 即可继续下载；
  • 当 error 发生后还有一种可行的方法就是不去管它，有时候 bda 软件会自动重新接续下载；
  • 重启 bda 不成功，可能是因为它在后台运行，需要先打开资源管理器关闭它的进程。

二、数据介绍

1. 文件介绍

以 S2AMSIL1C20190122T025021N0208_R132T50RNV_20190122T065329.zip 为例：

  1. S2A：表示 Sentinel-2A 卫星；
  2. MSL：表示多光谱数据；
  3. L1C：表示产品等级为 L1C 级别，该级别只经过了几何校正，L2A 级别产品还经过了辐射校正，但该级别需要用户自己处理；
  4. 20190122T025021：表示数据获取时间，即 2019 年 1 月 22 日凌晨 2 点 50 分 21 秒，该时间为格林威治时间，比北京时间提前 8 个小时；
  5. N0208_R132：处理基线编号与相对轨道编号；
  6. T50RNV：拼接域编号；
  7. 20190122T065329：估计是产品生成的时间；

2. 卫星介绍

S2A S2A S2B S2B
Band Number Band name Central wavelength (nm) Bandwidth (nm) Central wavelength (nm) Bandwidth (nm) Spatial resolution (m)
1 Coastal aerosol 443.9 27 442.3 45 60
2 Blue 496.6 98 492.1 98 10
3 Green 560.0 45 559 46 10
4 Red 664.5 38 665 39 10
5 Vegetation Red Edge 703.9 19 703.8 20 20
6 Vegetation Red Edge 740.2 18 739.1 18 20
7 Vegetation Red Edge 782.5 28 779.7 28 20
8 NIR 835.1 145 833 133 10
8A Narrow NIR 864.8 33 864 32 20
9 Water vapour 945.0 26 943.2 27 60
10 SWIR – Cirrus 1373.5 75 1376.9 76 60
11 SWIR 1613.7 143 1610.4 141 20
12 SWIR 2202.4 242 2185.7 238 20

三、数据显示与处理

1. 软件下载：

  • 打开网址下载图像处理工具：[SNAP](SNAP Download – STEP (esa.int)) ；
  • 还需下载大气校正工具：[Sen2Cor](Sen2Cor – STEP (esa.int)) ；

2. 软件安装：

  • SNAP 无脑下一步，需要 Python 环境的用户请注意软件支持的版本；
  • Sen2Cor 加压即可，如果想要在任意文件夹下使用该工具，需要将其添加入系统环境变量；

3. 大气校正：

  • 将所有数据文件进行解压，放入一个单独的文件夹 Sentinel-2 中；
  • 打开 cmd ；
  • 进入 Sen2Cor 文件夹（如果添加了环境变量可跳过该步骤）；
  • 输入命令：for /D %s in (D:\Documentation\Project\Sentinel-2\S2A_MSIL1C*) do L2A_process --resolution=10 %s ，其中 --resolution=10 表示处理分辨率为 10 的图像；D:\Documentation\Project\Sentinel-2\S2A_MSIL1C* 表示所下载的数据集的位置；
  • 如果需要处理 S2B 星的数据，仅需要将上述操作中的 S2A_MSIL1C* 改为 S2B_MSIL1C* 即可。
  • 等待系统处理即可；

4. 导出 TIFF ：

  • 创建一个 Python 环境；

  • 下载 gdal (注意版本须与 python 版本匹配);

  • 将其放入你的 python 环境中的 Scripts 文件夹中（推荐使用虚拟环境）；

  • 在 Terminal 中激活你的 python （通常是在同一目录下执行 activate.bat 文件）；

  • 在 Terminal 中输入：pip install GDAL-xxxxxx ，注意是你自己的 GDAL 版本；

  • 按需配置其他环境（例如 numpy 等）；

  • 使用下述代码进行批处理：

    from osgeo import gdal
import os
import numpy as np
from osgeo import gdal, osr, ogr
import glob
# os.environ['CPL_ZIP_ENCODING'] = 'UTF-8'def S2tif(filename):# 打开栅格数据集print(filename)root_ds = gdal.Open(filename)# print(type(root_ds))# 返回结果是一个list，list中的每个元素是一个tuple，每个tuple中包含了对数据集的路径，元数据等的描述信息# tuple中的第一个元素描述的是数据子集的全路径ds_list = root_ds.GetSubDatasets()  # 获取子数据集。该数据以数据集形式存储且以子数据集形式组织visual_ds = gdal.Open(ds_list[0][0])  # 打开第1个数据子集的路径。ds_list有4个子集，内部前段是路径，后段是数据信息# print(visual_ds)print(f'打开数据为：{ds_list[0][1]}')# print(f'投影信息：{visual_ds.GetProjection()}')# print(f'栅格波段数：{visual_ds.RasterCount}')# print(f'栅格列数（宽度）：{visual_ds.RasterXSize}')# print(f'栅格行数（高度）：{visual_ds.RasterYSize}')visual_arr = visual_ds.ReadAsArray()  # 将数据集中的数据读取为ndarray# 创建.tif文件band_count = visual_ds.RasterCount  # 波段数xsize = visual_ds.RasterXSizeysize = visual_ds.RasterYSizeout_tif_name = filename.split(".SAFE")[0] + ".tif"driver = gdal.GetDriverByName("GTiff")out_tif = driver.Create(out_tif_name, xsize, ysize, band_count, gdal.GDT_Float32)out_tif.SetProjection(visual_ds.GetProjection())  # 设置投影坐标out_tif.SetGeoTransform(visual_ds.GetGeoTransform())for index, band in enumerate(visual_arr):band = np.array([band])for i in range(len(band[:])):# 数据写出out_tif.GetRasterBand(index + 1).WriteArray(band[i])  # 将每个波段的数据写入内存，此时没有写入硬盘out_tif.FlushCache()  # 最终将数据写入硬盘out_tif = None  # 注意必须关闭tif文件if __name__ == "__main__":from osgeo import gdalSAFE_Path = (r'D:\Documentation\Project\Grassland ecology\Sentinel2_pretreatment\data')data_list = glob.glob(SAFE_Path + "\\*.SAFE")for i in range(len(data_list)):data_path = data_list[i]filename = data_path + "\\MTD_MSIL2A.xml"S2tif(filename)print(data_path + "-----转tif成功")print("----转换结束----")

  • 代码中第 17 行是取第一个数据子集（band 2、3、4、8），要使用其他 band 须自行更改（第 18 行代码可以查看每个数据子集的信息）；

  • 由于读取子数据集时，gdal 工具会将波段进行重组，导致波段的顺序与原数据集（sentinel-2 原始数据集）的波段顺序不同，因此可以通过 gdalinfo [文件名或子数据集名] 来获取重组后波段的顺序结构，方法如下：

    • 首先，打开并进入你所下载的 gdal 文件夹下的 Lib\site-packages\osgeo 目录；

    • 该目录下检查是否有一个 gdalinfo.exe 程序；

    • 在该目录下打开 cmd 命令行；

    • 输入 gdalinfo xxx/xxx.xml 查看数据信息，下面给出一个具体的例子以供参考：

      $ gdalinfo S2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFE/MTD_MSIL2A.xml
# 上面这行是我的输入，其中数据文件夹为 S2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFE
# 由于 gdalinfo 不能直接读取 S2A 的文件，因此应该读取 xml 文件：/MTD_MSIL2A.xml
# 程序支持写入相对或绝对路径，此处我是将数据文件放入了该目录下进行读取
# 下面是文件信息的输出：
Driver: SENTINEL2/Sentinel 2
Files: S2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFE/MTD_MSIL2A.xml
Size is 512, 512
Metadata:AOT_QUANTIFICATION_VALUE=1000.0AOT_QUANTIFICATION_VALUE_UNIT=noneAOT_RETRIEVAL_ACCURACY=0.0BOA_QUANTIFICATION_VALUE=10000BOA_QUANTIFICATION_VALUE_UNIT=noneCLOUD_COVERAGE_ASSESSMENT=1.049327CLOUD_SHADOW_PERCENTAGE=0.440092DARK_FEATURES_PERCENTAGE=30.990644DATATAKE_1_DATATAKE_SENSING_START=2021-02-02T03:29:41.024ZDATATAKE_1_DATATAKE_TYPE=INS-NOBSDATATAKE_1_ID=GS2A_20210202T032941_029330_N99.99DATATAKE_1_SENSING_ORBIT_DIRECTION=DESCENDINGDATATAKE_1_SENSING_ORBIT_NUMBER=18DATATAKE_1_SPACECRAFT_NAME=Sentinel-2ADEGRADED_ANC_DATA_PERCENTAGE=0.0DEGRADED_MSI_DATA_PERCENTAGE=0FOOTPRINT=POLYGON((108.8262199395114 34.3223655300343, 110.01937756706981 34.3377366079947, 110.03062458149692 33.347577738129736, 108.85113286341723 33.3327671075422, 108.8262199395114 34.3223655300343))FORMAT_CORRECTNESS=PASSEDGENERAL_QUALITY=PASSEDGENERATION_TIME=2021-12-10T13:10:28.715000ZGEOMETRIC_QUALITY=PASSEDHIGH_PROBA_CLOUDS_PERCENTAGE=0.061825MEDIUM_PROBA_CLOUDS_PERCENTAGE=0.484693NODATA_PIXEL_PERCENTAGE=0.000043NOT_VEGETATED_PERCENTAGE=47.824116PREVIEW_GEO_INFO=Not applicablePREVIEW_IMAGE_URL=Not applicablePROCESSING_BASELINE=99.99PROCESSING_LEVEL=Level-2APRODUCT_START_TIME=2021-02-02T03:29:41.024ZPRODUCT_STOP_TIME=2021-02-02T03:29:41.024ZPRODUCT_TYPE=S2MSI2APRODUCT_URI=S2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFERADIATIVE_TRANSFER_ACCURACY=0.0RADIOMETRIC_QUALITY=PASSEDREFLECTANCE_CONVERSION_U=1.03080315559675SATURATED_DEFECTIVE_PIXEL_PERCENTAGE=0.000000SENSOR_QUALITY=PASSEDSNOW_ICE_PERCENTAGE=0.002857SPECIAL_VALUE_NODATA=0SPECIAL_VALUE_SATURATED=65535THIN_CIRRUS_PERCENTAGE=0.502809UNCLASSIFIED_PERCENTAGE=10.570553VEGETATION_PERCENTAGE=6.625548WATER_PERCENTAGE=2.496857WATER_VAPOUR_RETRIEVAL_ACCURACY=0.0WVP_QUANTIFICATION_VALUE=1000.0WVP_QUANTIFICATION_VALUE_UNIT=cm
Subdatasets:SUBDATASET_1_NAME=SENTINEL2_L2A:S2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFE/MTD_MSIL2A.xml:10m:EPSG_32649SUBDATASET_1_DESC=Bands B2, B3, B4, B8 with 10m resolution, UTM 49N# 上述两行，第一行是子数据的位置信息，第二行是子数据的波段信息SUBDATASET_2_NAME=SENTINEL2_L2A:S2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFE/MTD_MSIL2A.xml:20m:EPSG_32649SUBDATASET_2_DESC=Bands B5, B6, B7, B8A, B11, B12, AOT, CLD, SCL, SNW, WVP with 20m resolution, UTM 49NSUBDATASET_3_NAME=SENTINEL2_L2A:S2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFE/MTD_MSIL2A.xml:60m:EPSG_32649SUBDATASET_3_DESC=Bands B1, B9, AOT, CLD, SCL, SNW, WVP with 60m resolution, UTM 49NSUBDATASET_4_NAME=SENTINEL2_L2A:S2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFE/MTD_MSIL2A.xml:TCI:EPSG_32649SUBDATASET_4_DESC=True color image, UTM 49N
Corner Coordinates:
Upper Left  (    0.0,    0.0)
Lower Left  (    0.0,  512.0)
Upper Right (  512.0,    0.0)
Lower Right (  512.0,  512.0)
Center      (  256.0,  256.0)

      $ gdalinfo SENTINEL2_L2A:S2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFE/MTD_MSIL2A.xml:10m:EPSG_32649
# 上面一行代码的作用是获取第一个子数据集的信息，子数据集的位置在上一节代码中有注释
ERROR 1: PROJ: proj_create_from_database: Cannot find proj.db
ERROR 1: PROJ: proj_create: no database context specified
ERROR 1: PROJ: proj_create: no database context specified
ERROR 1: PROJ: proj_create: no database context specified
ERROR 1: PROJ: proj_create: no database context specified
Driver: SENTINEL2/Sentinel 2
Files: S2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFE/MTD_MSIL2A.xmlS2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFE/GRANULE/L2A_T49SCT_A029330_20210202T032944/MTD_TL.xmlS2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFE/GRANULE/L2A_T49SCT_A029330_20210202T032944/IMG_DATA/R10m/T49SCT_20210202T032941_B04_10m.jp2S2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFE/GRANULE/L2A_T49SCT_A029330_20210202T032944/IMG_DATA/R10m/T49SCT_20210202T032941_B03_10m.jp2S2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFE/GRANULE/L2A_T49SCT_A029330_20210202T032944/IMG_DATA/R10m/T49SCT_20210202T032941_B02_10m.jp2S2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFE/GRANULE/L2A_T49SCT_A029330_20210202T032944/IMG_DATA/R10m/T49SCT_20210202T032941_B08_10m.jp2
# 上面的输出结果显示了波段重组后的信息
Size is 10980, 10980
Origin = (300000.000000000000000,3800040.000000000000000)
Pixel Size = (10.000000000000000,-10.000000000000000)
Metadata:AOT_QUANTIFICATION_VALUE=1000.0AOT_QUANTIFICATION_VALUE_UNIT=noneAOT_RETRIEVAL_ACCURACY=0.0BOA_QUANTIFICATION_VALUE=10000BOA_QUANTIFICATION_VALUE_UNIT=noneCLOUD_COVERAGE_ASSESSMENT=1.049327CLOUD_SHADOW_PERCENTAGE=0.440092DARK_FEATURES_PERCENTAGE=30.990644DATATAKE_1_DATATAKE_SENSING_START=2021-02-02T03:29:41.024ZDATATAKE_1_DATATAKE_TYPE=INS-NOBSDATATAKE_1_ID=GS2A_20210202T032941_029330_N99.99DATATAKE_1_SENSING_ORBIT_DIRECTION=DESCENDINGDATATAKE_1_SENSING_ORBIT_NUMBER=18DATATAKE_1_SPACECRAFT_NAME=Sentinel-2ADEGRADED_ANC_DATA_PERCENTAGE=0.0DEGRADED_MSI_DATA_PERCENTAGE=0FORMAT_CORRECTNESS=PASSEDGENERAL_QUALITY=PASSEDGENERATION_TIME=2021-12-10T13:10:28.715000ZGEOMETRIC_QUALITY=PASSEDHIGH_PROBA_CLOUDS_PERCENTAGE=0.061825MEDIUM_PROBA_CLOUDS_PERCENTAGE=0.484693NODATA_PIXEL_PERCENTAGE=0.000043NOT_VEGETATED_PERCENTAGE=47.824116PREVIEW_GEO_INFO=Not applicablePREVIEW_IMAGE_URL=Not applicablePROCESSING_BASELINE=99.99PROCESSING_LEVEL=Level-2APRODUCT_START_TIME=2021-02-02T03:29:41.024ZPRODUCT_STOP_TIME=2021-02-02T03:29:41.024ZPRODUCT_TYPE=S2MSI2APRODUCT_URI=S2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFERADIATIVE_TRANSFER_ACCURACY=0.0RADIOMETRIC_QUALITY=PASSEDREFLECTANCE_CONVERSION_U=1.03080315559675SATURATED_DEFECTIVE_PIXEL_PERCENTAGE=0.000000SENSOR_QUALITY=PASSEDSNOW_ICE_PERCENTAGE=0.002857SPECIAL_VALUE_NODATA=0SPECIAL_VALUE_SATURATED=65535THIN_CIRRUS_PERCENTAGE=0.502809UNCLASSIFIED_PERCENTAGE=10.570553VEGETATION_PERCENTAGE=6.625548WATER_PERCENTAGE=2.496857WATER_VAPOUR_RETRIEVAL_ACCURACY=0.0WVP_QUANTIFICATION_VALUE=1000.0WVP_QUANTIFICATION_VALUE_UNIT=cm
Image Structure Metadata:COMPRESSION=JPEG2000
Corner Coordinates:
Upper Left  (  300000.000, 3800040.000)
Lower Left  (  300000.000, 3690240.000)
Upper Right (  409800.000, 3800040.000)
Lower Right (  409800.000, 3690240.000)
Center      (  354900.000, 3745140.000)
# 下面的代码详细介绍了波段重组后各波段的信息
Band 1 Block=128x128 Type=UInt16, ColorInterp=RedDescription = B4, central wavelength 665 nmOverviews: 5490x5490, 2745x2745, 1373x1373, 687x687, 344x344Metadata:BANDNAME=B4BANDWIDTH=30BANDWIDTH_UNIT=nmSOLAR_IRRADIANCE=1512.06SOLAR_IRRADIANCE_UNIT=W/m2/umWAVELENGTH=665WAVELENGTH_UNIT=nm
Band 2 Block=128x128 Type=UInt16, ColorInterp=GreenDescription = B3, central wavelength 560 nmOverviews: 5490x5490, 2745x2745, 1373x1373, 687x687, 344x344Metadata:BANDNAME=B3BANDWIDTH=35BANDWIDTH_UNIT=nmSOLAR_IRRADIANCE=1823.24SOLAR_IRRADIANCE_UNIT=W/m2/umWAVELENGTH=560WAVELENGTH_UNIT=nm
Band 3 Block=128x128 Type=UInt16, ColorInterp=BlueDescription = B2, central wavelength 490 nmOverviews: 5490x5490, 2745x2745, 1373x1373, 687x687, 344x344Metadata:BANDNAME=B2BANDWIDTH=65BANDWIDTH_UNIT=nmSOLAR_IRRADIANCE=1959.66SOLAR_IRRADIANCE_UNIT=W/m2/umWAVELENGTH=490WAVELENGTH_UNIT=nm
Band 4 Block=128x128 Type=UInt16, ColorInterp=UndefinedDescription = B8, central wavelength 842 nmOverviews: 5490x5490, 2745x2745, 1373x1373, 687x687, 344x344Metadata:BANDNAME=B8BANDWIDTH=115BANDWIDTH_UNIT=nmSOLAR_IRRADIANCE=1041.63SOLAR_IRRADIANCE_UNIT=W/m2/umWAVELENGTH=842WAVELENGTH_UNIT=nm

      $ gdalinfo SENTINEL2_L2A:S2A_MSIL2A_20210202T032941_N9999_R018_T49SCT_20211210T131028.SAFE/MTD_MSIL2A.xml:20m:EPSG_32649
ERROR 1: PROJ: proj_create_from_database: Cannot find proj.db
Driver: SENTINEL2/Sentinel 2
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ERROR 1: PROJ: proj_create: no database context specified
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  • rgb 图像展示：

    • 通过改变代码中的子数据集以及 gdalinfo 工具查询的信息可以获取 Sentinel-2 数据集的不同波段。

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