使用Google Earth Engine计算并下载NDVI、EVI、RVI、DVI和SAVI

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本文介绍了如何使用Google Earth Engine(GEE)计算和下载NDVI、EVI、RVI、DVI和SAVI指数。通过在GEE平台上定义区域和时间范围,加载Landsat 8图像集,应用特定函数计算指数,并将结果导出到Google Drive,用户可以进行地表覆盖和植被状况的研究。注意遵循GEE的使用条款和资源限制。

Google Earth Engine(GEE)是一个强大的云平台,用于存储、分析和可视化地理空间数据。它提供了大量的遥感数据和图像处理功能,使用户能够进行各种地球观测研究。本文将介绍如何使用GEE计算和下载NDVI、EVI、RVI、DVI和SAVI指数,并提供相应的源代码。

首先,我们需要登录到Google Earth Engine平台。登录后,我们可以在GEE代码编辑器中编写和运行我们的代码。以下是计算和下载这些指数的示例代码:

// 设置区域和时间范围
var region = ee.Geometry.Rectangle([xmin, ymin, xmax, ymax]<
<think>我们注意到用户要求使用地形因子、距离因子(包括NDVIRVI等)作为自变量,重金属含量作为因变量。由于在之前的对话中,用户提到需要做多元线性回归随机森林模型,且特别提到了最小二乘回归(实际上多元线性回归通常就是用最小二乘法求解的)。因此,我们将实现两个模型:多元线性回归(最小二乘)随机森林回归。步骤:1.数据准备:假设我们有一个DataFrame,包含以下列:地形因子(例如高程、坡度等)、距离因子(例如到污染源的距离)以及各种植被指数(NDVI,RVI,EVI,OSAVI,SAVI,GNDVI重金属含量。2.我们将这些特征组合成自变量X,重金属含量作为因变量y。3.数据预处理:标准化(对于线性回归很重要,因为要比较系数;随机森林可以不标准化,但为了公平比较,我们统一先标准化)。4.划分训练集测试集。5.训练多元线性回归模型随机森林回归模型。6.在测试集上评估两个模型,计算RMSE。注意:用户之前提到的引用[1][2]中,提到遥感影像需要辐射定标。但我们的代码假设用户已经完成了这些预处理,因为我们的输入是已经计算好的指数。代码结构:-导入必要的库-读取数据-定义自变量因变量-数据标准化-划分训练集测试集-训练线性回归模型评估-训练随机森林模型评估-输出结果由于用户要求最小二乘回归,而线性回归模型默认就是最小二乘法,所以我们将线性回归模型作为最小二乘回归。注意:如果数据量不大,可以考虑使用交叉验证,但用户没有明确要求,我们使用简单的一次性划分。我们将使用sklearn库。以下是完整的代码示例:</think> 以下是根据您的要求实现的Python代码,用于建立地形因子、遥感指数与重金属含量之间的多元线性回归、最小二乘回归随机森林模型: ```python import numpy as np import pandas as pd import matplotlib.pyplot as plt from sklearn.linear_model import LinearRegression from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor from sklearn.metrics import r2_score, mean_squared_error from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.preprocessing import StandardScaler # 加载数据 - 假设数据文件包含以下列: # ['elevation', 'slope', 'aspect', 'distance', 'NDVI', 'RVI', 'EVI', 'OSAVI', 'SAVI', 'GNDVI', 'heavy_metal'] # 根据引用[1],确保遥感数据已进行辐射定标处理 data = pd.read_csv('your_dataset.csv') # 替换为您的数据文件路径 # 特征标签定义 features = ['elevation', 'slope', 'aspect', 'distance', 'NDVI', 'RVI', 'EVI', 'OSAVI', 'SAVI', 'GNDVI'] target = 'heavy_metal' X = data[features] y = data[target] # 数据标准化 - 确保不同尺度特征同等重要 scaler = StandardScaler() X_scaled = scaler.fit_transform(X) # 划分训练集测试集 (80%训练,20%测试) X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X_scaled, y, test_size=0.2, random_state=42) # ===== 多元线性回归模型(最小二乘回归) ===== print("\n===== 多元线性回归(最小二乘)模型 =====") mlr = LinearRegression() mlr.fit(X_train, y_train) # 预测与评估 y_pred_mlr = mlr.predict(X_test) r2_mlr = r2_score(y_test, y_pred_mlr) rmse_mlr = np.sqrt(mean_squared_error(y_test, y_pred_mlr)) print(f"R²: {r2_mlr:.4f}") print(f"RMSE: {rmse_mlr:.4f}") print("回归系数:") for feature, coef in zip(features, mlr.coef_): print(f"{feature}: {coef:.6f}") print(f"截距: {mlr.intercept_:.6f}") # ===== 随机森林模型 ===== print("\n===== 随机森林模型 =====") rf = RandomForestRegressor(n_estimators=100, random_state=42) rf.fit(X_train, y_train) # 预测与评估 y_pred_rf = rf.predict(X_test) r2_rf = r2_score(y_test, y_pred_rf) rmse_rf = np.sqrt(mean_squared_error(y_test, y_pred_rf)) print(f"R²: {r2_rf:.4f}") print(f"RMSE: {rmse_rf:.4f}") # 特征重要性可视化 importances = rf.feature_importances_ sorted_idx = np.argsort(importances)[::-1] plt.figure(figsize=(10, 6)) plt.bar(range(len(features)), importances[sorted_idx], align='center') plt.xticks(range(len(features)), np.array(features)[sorted_idx], rotation=45) plt.xlabel("特征") plt.ylabel("重要性得分") plt.title("随机森林特征重要性排序") plt.tight_layout() plt.savefig('feature_importance.png', dpi=300) plt.close() # ===== 模型性能对比 ===== results = pd.DataFrame({ '模型': ['多元线性回归(最小二乘)', '随机森林'], 'R²': [r2_mlr, r2_rf], 'RMSE': [rmse_mlr, rmse_rf] }) print("\n===== 模型性能对比 =====") print(results) ``` ### 代码说明: 1. **数据准备**: - 自变量包括地形因子(高程elevation、坡度slope、坡向aspect)、距离因子(distance)遥感指数($NDVI$、$RVI$、$EVI$、$OSAVI$、$SAVI$、$GNDVI$) - 因变量为重金属含量(heavy_metal) - 确保遥感指数已进行辐射定标处理,如引用[1]所述 2. **数据处理**: - 使用`StandardScaler`进行数据标准化:$x_{\text{scaled}} = \frac{x - \mu}{\sigma}$ - 划分训练集(80%)测试集(20%) 3. **多元线性回归(最小二乘)**: - 模型公式:$Y = \beta_0 + \beta_1X_1 + \beta_2X_2 + \cdots + \beta_kX_k$ - 最小二乘估计:$\min \sum_{i=1}^n (y_i - \hat{y}_i)^2$ - 输出决定系数$R^2$均方根误差$RMSE$ 4. **随机森林回归**: - 基于多棵决策树的集成模型:$\hat{y} = \frac{1}{B} \sum_{b=1}^B T_b(x)$ - 输出特征重要性排序,有助于识别关键影响因素 5. **评估指标**: - $R^2$(决定系数):$R^2 = 1 - \frac{\sum_{i=1}^n (y_i - \hat{y}_i)^2}{\sum_{i=1}^n (y_i - \bar{y})^2}$ - $RMSE$(均方根误差):$\sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i=1}^n (y_i - \hat{y}_i)^2}$ ### 使用注意事项: 1. 在实际应用中,确保遥感影像已进行辐射定标处理,如引用[1]所述: $$ \text{band}_{\text{calibrated}} = \text{band} \times A + B $$ 其中$A$为乘法因子(如Landsat8为$2.75 \times 10^{-5}$),$B$为加法因子(如-0.2) 2. 不同植被类型的指数与重金属关系可能存在差异,如引用[2]所述: > "不同植被类型的LA I与植被指数的函数关系会有所差异,在使用时需要重新调整、拟合" 3. 如果模型性能不佳,可考虑: - 检查特征间相关性(`X.corr()`) - 尝试特征工程(如交互项、多项式特征) - 进行交叉验证优化超参数
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