根据 Landsat 数据创建多维栅格
在您使用多维栅格数据可视化更改之前，需要将单个影像文件转换为多维堆栈。 您将根据 1990 至 2010 年间在智利的丘基卡马塔铜矿上方采集的 Landsat 影像创建多维镶嵌数据集。
创建工程并访问数据
首先，您将下载压缩 zip 文件，该文件包含在本教程中将使用的数据。
- 下载教程数据。
- 在计算机上找到已下载的 Chuquicamata_imagery.zip 压缩文件夹，然后将其提取至所选位置，例如 Documents 文件夹。
注：
开始下载前，根据 Web 浏览器的不同，系统可能会提示您选择文件的位置。 大多数浏览器将默认下载到计算机的 Downloads 文件夹下。
接下来，您将使用地图模板创建新的 ArcGIS Pro 工程。
- 启动 ArcGIS Pro。 如果收到系统提示，请使用您获得许可的 ArcGIS 组织帐户登录。
注：
如果您没有 ArcGIS Pro 的访问权限或者 ArcGIS 组织帐户，请参阅软件访问权限选项。
- 在新建工程下，选择地图。
- 在新建工程窗口中，对于名称，输入 Chuquicamata mine。 或者，对于位置，单击浏览并选择所需位置。
- 单击确定。
随即将创建新工程。 您需将工程连接到已下载的数据。
- 单击功能区上的视图选项卡。 在窗口组中，单击目录窗格。
- 在目录窗格中，展开文件夹。 右键单击文件夹并选择添加文件夹连接。
随即出现添加文件夹连接窗口。
- 浏览到您存储已下载数据的位置。 选择提取的 Chuquicamata_imagery 文件夹，然后单击确定。
文件夹将添加到工程。
- 在目录窗格中，展开 Chuquicamata_imagery 文件夹。
文件夹包含五个子文件夹，每个子文件夹都对应您将使用的五个 Landsat 专题制图仪 (TM) 级别 1 地形校正影像中的一个。 这些影像采集于 1990 年、1995 年、2000 年、2005 年和 2010 年。
注：
专题制图仪设备自 1982 年开始搭载于 Landsat 4 和 5，并于 2013 年停止使用。 Landsat 级别 1 地形产品 (L1TP) 包含表面反射率值。 该产品包括辐射、几何和精度校正，并使用数字高程模型 (DEM) 校正地形地貌。 有关详细信息，请参阅 Landsat 4-5 Thematic Mapper Collection 1 产品。
- 展开其中一个子文件夹。
单个的 Landsat TM 影像由多个文件组成，其中包括多个表面反射率光谱波段 (sr_band) 和一些质量保证文件 (qa)。 根据 Landsat 4-5 Thematic Mapper 所述，波段对应于电磁波谱的以下部分：
- sr_band1：蓝色
- sr_band2：绿色
- sr_band3：红色
- sr_band4：近红外
- sr_band5：短波红外 1
- sr_band7：短波红外 2
注：
波段 6 不可用。 波段 6 是热波段，通常不与表面反射波段一起使用。
创建空镶嵌数据集
您的数据包含很多栅格图像。 要将这些图像放在单个数据集中，您需要创建将多个栅格文件显示为一个镶嵌的镶嵌数据集。 创建镶嵌数据集时，最初是一个空容器，您可以稍后将栅格图像添加到该容器中。 目前，您将使用地理处理工具创建空镶嵌数据集。
- 在功能区的窗口组中，单击地理处理。
将出现地理处理窗格。
- 在地理处理窗格中，搜索创建镶嵌数据集。 在结果列表中，单击创建镶嵌数据集以将其打开。
您将在工程地理数据库中创建镶嵌数据集。
- 在创建镶嵌数据集工具参数中，对于输出位置，单击浏览按钮。
输出位置窗口随即出现。
- 在工程下，单击数据库。 选择 Chuquicamata mine.gdb，然后单击确定。
- 对于镶嵌数据集名称，键入 Chuquicamata_Landsat。
接下来，为镶嵌数据集选择坐标系。 您将选择 WGS 1984 UTM Zone 19S 坐标系，此坐标系适用于丘基卡马塔矿所在的智利地区。
- 对于坐标系，请单击选择坐标系按钮。
随即显示坐标系窗口。
- 在搜索框中输入 WGS 1984 UTM Zone 19S，然后按 Enter 键。
- 展开投影坐标系、UTM、WGS 1984 和南半球。 选择 WGS 1984 UTM Zone 19S。
- 单击确定。
接下来，您将指定产品定义。 产品定义可以控制数据添加到镶嵌数据集的方式以及默认显示方式。 您将选择适合 Landsat TM 数据的产品定义。
- 对于产品定义，选择 Landsat TM 和 ETM+。
- 展开产品属性。
与您的数据关联的六个光谱波段具有一些建议名称。 要完全匹配 USGS 站点上针对 Landsat 4-5 专题制图仪列出的描述，您将对一些波段进行重命名。
- 更改以下波段名称：
- 对于 NearInfrared_1，输入 Near Infrared。
- 对于 NearInfrared_2，输入 Short-wave Infrared 1。
- 对于 MidInfrared，输入 Short-wave Infrared 2。
- 单击运行。
空的镶嵌数据集创建并添加到地图。 地图将缩放到选择的坐标系的覆盖区域，但没有显示数据。
添加图像至镶嵌数据集
接下来，您将使用五个 Landsat 影像填充空镶嵌数据集。
- 在地理处理窗格的底部，单击目录选项卡。
- 在目录窗格中，展开数据库，然后展开 Chuquicamata mine.gdb。
创建的镶嵌数据集将存储在此位置。
- 右键单击 Chuquicamata_Landsat，然后选择添加栅格。
地理处理窗格随即显示，显示将栅格添加到镶嵌数据集工具。 默认情况下，Chuquicamata_Landsat 数据集是输入数据集。
您将设置栅格类型和地理处理模板以反映正在处理的影像类型。
- 对于栅格类型，选择 Landsat 4-5 TM。 对于处理模板，选择表面反射率。
接下来，您将选择影像添加到镶嵌数据集。
- 对于输入数据，选择文件夹。 单击浏览按钮。
- 在输入数据窗口中，单击工程下的文件夹。 选择 Chuquicamata_imagery 文件夹。
- 单击确定。
输入数据参数下列出了文件夹。 文件夹中的所有栅格图像都将添加到镶嵌数据集中。
- 展开栅格处理。 选中计算统计数据。
- 展开镶嵌后处理。 选中更新概视图
- 单击运行。
片刻之后，镶嵌数据集已使用影像填充。 您将缩放至图层范围以更好地查看。
- 在内容窗格中的 Chuquicamata_Landsat 镶嵌数据集下，右键单击 Footprint 并选择缩放至图层。
地图将缩放至影像的范围。
注：
Footprint 图层（亮绿色）表示各个影像所占的范围。
尽管您添加的文件夹包含多个图像，但看起来只有一个图像显示在地图上。 图像描绘了相同的位置，但在不同的时间，因此它们重叠。 要了解有关添加到图层的影像的详细信息，可查看属性表。
- 在内容窗格中的 Chuquicamata_Landsat 镶嵌数据集下，右键单击 Footprint 并选择属性表。
属性表随即出现。
共有五个影像，一个主要 类别和四个概视图类别。 五个主要影像是当前的 Landsat 影像。 概视图类似于镶嵌数据集的栅格金字塔：它们是降低分辨率的概视图影像，为了提高镶嵌的显示速度而生成。
尽管表中只有五个主要图像，但每个图像都是多光谱图像。 这意味着每个影像都是由六个光谱波段组成，且每个波段实际上都是独立的栅格。 镶嵌数据集模板因此将属于同一影像的所有波段分组到一起。 所有工作均由栅格函数在后台完成。
ProductName 字段将表面反射率作为影像信息类型列出。 如果滚动到属性表的右侧，您还会看到一个名为 Acquisition Date 的字段，其中列出了采集影像的日期和时间。
- 关闭属性表。
- 在内容窗格中，右键单击 Chuquicamata_Landsat，然后选择属性。 在图层属性窗口中，单击源选项卡。
其中的五个部分包含有关数据源、栅格、波段、波段统计信息和空间参考的信息。
- 关闭图层属性窗口。
添加多维信息
您已创建了镶嵌数据集，但是它还不是多维镶嵌数据集。 尽管其具有时间信息（属性表中的 AcquisitionDate 字段），但是多维镶嵌数据集需要关于数据集中所包含变量和维度的明确信息，才能完全可执行。 为此，您将为镶嵌数据集构建多维元数据。
- 在地理处理窗格中，单击后退按钮。
- 搜索并打开构建多维信息工具。
- 设置以下参数：
- 对于镶嵌数据集，选择 Chuquicamata_Landsat。
- 对于变量字段，选择 ProductName。
- 在变量信息下，对于变量名称，选择表面反射率。
- 对于描述，输入 Landsat 表面反射率。
- 在维度字段下，对于维度字段，选择 AcquisitionDate。
- 对于描述，输入采集日期。
- 单击运行。
工具运行完成时，不会对镶嵌数据集进行明显的修改。 您可以查看其属性以观察变化。
- 在内容窗格中，右键单击 Chuquicamata_Landsat，然后选择属性。 在图层属性窗口中，单击源。
在源选项卡中，多维信息部分现在可见。
- 展开多维信息。 在变量下，展开表面反射率和 StdTime。
表面反射率变量和 StdTime 维度信息已添加到镶嵌数据集中。
注：
尽管您已提供 Acquisition Date 字段作为维度，但是它作为 StdTime 列出。 这是由于 Acquisition Date 被识别为时间和日期字段，因此将作为标准时间值接收。 这可以防止多个时间维度被添加到单个多维数据集。
镶嵌数据集现在已标记为多维，并可用于多维分析和管理工具。 表面反射率 (StdTime = 5) 意味着此多维栅格允许您通过 5 个不同的时间点跟踪表面反射率变量的演变。
- 关闭图层属性窗口。
接下来，您将浏览多维栅格切片。
- 在内容窗格中，确保已选择 Chuquicamata_Landsat 图层。
- 在功能区中，单击多维选项卡。 在当前显示时间片组中，展开 StdTime 下拉菜单。
注：
多维选项卡仅在所选镶嵌数据集是多维时才可用。
StdTime 下拉列表包含从 1990 到 2010 年之间的 5 个日期。 每个日期对应于多维栅格的一个切片。 您可以选择其中任意一个并观察到地图更新至这个不同的切片。 在示例图像中，选择了 1990-02-15 切片。
- 在快速访问工具栏上单击保存按钮。
您已创建一个多维镶嵌数据集。 镶嵌数据集是一种数据管理解决方案，用于管理任意跨空间和时间的多个栅格。 接下来，您会将镶嵌数据集转换为功能强大的 CRF 格式。
使用多维 CRF
在之前，您使用五个 Landsat TM 图像创建了多维镶嵌数据集。 接下来，您将把镶嵌数据集转换为云栅格格式 (CRF)，并测量和可视化不断变化的丘基卡马铜矿。
CRF 是一种 Esri 本地文件格式，其针对存储标准和多维栅格数据进行了优化，以进行分布式计算。 还可以转置多维 CRF 数据集，以更快地进行时态分析，尤其是在处理多个剖切时。 ArcGIS Pro 中的所有多维分析工具都可以生成 CRF 输出，并且 CRF 为数据管理提供了更多选项。
将镶嵌数据集转换为 CRF
首先，您将把镶嵌数据集转换为 CRF。
- 在地理处理窗格中，单击后退按钮。 搜索并打开复制栅格工具。
- 在复制栅格工具中，对于输入栅格，选择 Chuquicamata_Landsat。
- 对于输出栅格数据集，单击浏览按钮。
- 在输出栅格数据集窗口中，单击文件夹，然后双击 Chuquicamata mine。 对于名称，输入 Chuquicamata_Landsat.crf。 单击保存。
默认选中将数据处理为多维的参数。 如果选中，构建多维转置参数将修改 CRF 中的存储结构，以在处理多个剖切时提高处理速度。 在本情况中，剖切数量很少，因此无需对其进行转置。 您无需选中此参数。
- 单击运行。
该工具随即运行。 几分钟之后，新 CRF 将添加到地图中。
- 在内容窗格中，关闭 Chuquicamata_Landsat 镶嵌数据集图层，以仅显示新的 Chuquicamata_Landsat.crf 图层。 如有必要，单击 Chuquicamata_Landsat.crf 图层以将其选中。
- 在功能区上多维选项卡的数据管理组中，单击数据管理按钮以查看可用于管理 CRF 数据集的工具。
此菜单中有四个工具可供使用。 其中两个，转置和管理多维栅格仅对 CRF 数据集可用。
使用转置工具可以构建多维转置，从而可以在分析维度上的像素值时提高数据集的性能。 管理多维栅格工具允许您在现有的多维栅格中追加或删除变量和维度。
测量和格式化更改
现在，您的 CRF 多维栅格数据集已准备就绪，您将测量丘基卡马塔矿在 1990 年至 2010 年之间的增长情况。
- 单击功能区上的地图选项卡。 在查询组中，单击定位按钮。
定位窗格随即显示。 您将输入矿井的经度和纬度坐标。
- 在定位窗格的搜索框中，复制粘贴 68.9004325°W 22.2880568°S，然后按 Enter 键。
注：
或者，可以搜索关键字 Chuquicamata 并选择第一个结果。
地图随即缩放到坐标。
- 关闭查找窗格。
- 在地图下，将比例更改为 1:50,000。
地图将缩小，以便您可以看到大面积的铜矿。 图像默认显示为自然色合成显示，其中红色、绿色和蓝色波段与相应的通道一起显示，因此图像中的要素将按照人眼在现实生活中所看到的颜色进行渲染。
- 在内容窗格中，确保已选中 Chuquicamata_Landsat.crf。
- 在功能区中，单击多维选项卡。 在当前显示剖切组中，对于 StdTime，选择以 2010-04-27 开头的值。
该图层将在地图中更新。 矿区自 1990 年以来发生了变化和扩展。
- 在功能区上，将 StdTime 更改回以 1990-02-15 开头的值。
- 单击沿 StdTime 播放时间片按钮。
地图随多维栅格中的各剖切进行更新，从而创建动画。 您可以看到矿区是如何随时间变化的。
- 单击沿 StdTime 暂停时间片按钮可停止动画。 如有必要，将 StdTime 设置为 1990-02-15。
接下来，您将对主矿坑进行近似测量。
- 单击功能区上的地图选项卡。 在查询组中，单击测量按钮。
测量距离工具窗口随即显示。
- 在测量距离窗口中，将公制更改为公里。
- 在地图上，单击主矿坑的最南端点。 双击最北端点以获取测量值。
1990 年，主矿坑长约 3.5 公里。
- 在功能区中，单击多维选项卡。 在当前显示剖切组中，将 StdTime 更改为 2010-04-27。
- 再次测量矿坑的长度。
现在主矿坑长约 4 公里。 此外，在 1990 年至 2010 年之间出现或扩展了多个二级矿坑。
- 关闭测量距离工具。
- 在多维选项卡的当前显示剖切组中，将 StdTime 设置回 1990-02-15。
- 保存工程。
您以 Esri 本地多维格式创建了多维栅格图层，并通过视觉检查和测量观察到丘基卡马塔铜矿随时间的推移发生了扩展。 但是，多光谱影像所包含的不仅仅是肉眼所见内容。 接下来，您将使用不同的波段组合和波段比率提取其他信息。
增强光谱信息
接下来，您需要使用数据集的多光谱波段，以优化丘基卡马铜矿变化的可视化。
探索光谱信息
首先，您需要使用不同的波段组合并查看地图中不同点的光谱图。 目前，影像显示为使用红色、绿色和蓝色波段的自然彩色合成。 但是，可通过使用其他波段增强在影像中显示的信息，因为不同的电磁波谱段可以强调不同的要素。 您需要选择包含短波红外波段的波段组合。
- 在内容窗格中，对于 Chuquicamata_Landsat.crf，右键单击红色通道，然后选择短波红外 1。
- 将绿色通道更改为红色波段，并将蓝色通道更改为短波红外 2 波段。
该图层将在地图中更新。
粘土和碳酸盐矿物通常位于矿山附近的斑岩铜矿床。 这些类型的矿物在 2.2μm 左右处吸收率高，因此可以在 Landsat TM 数据的短波红外 2 波段中捕获，在短波红外 1 波段中捕获的波长下反射率高。 在之前创建的 RGB 合成中，颜色为浅粉色的区域意味着短波红外 1 波段中的反射率较高，这表示存在粘土和碳酸盐矿物。 这些较亮的像素点可能表示铜尾矿矿床所在的区域。
要进一步探索，需要使用影像信息窗格，通过在影像上移动指针查看光谱反射率信息。
- 单击功能区上的影像选项卡。 在工具组中，单击影像信息。
图像信息窗格随即出现。 感兴趣点部分中的默认设置为追踪光标选项，用于在地图影像中移动指针以查看每个波段指针所指的像素点的光谱反射率。 这也称为像素点的光谱图。
- 在地图上，将指针移动到矿业影像。
在影像信息窗格中观察指向的每个像素点的光谱图。
影像浅粉色区域的短波红外波段 1（以红色显示）反射率最高，而这些波段在影像深紫色区域中的反射率通常较低。
影像信息窗格还提供了有关像素点行和列值（影像 (X, Y)）的信息、像素点坐标（十进制）和源信息（源）。 光谱图中还指示了当前使用红色、绿色和蓝色通道显示的波段。
- 在功能区中，单击多维选项卡。 在当前显示剖切片组中，使用 StdTime 选项单击多维栅格图层中的所有剖切片，并观察如何针对不同日期渲染矿山。
多维栅格的作用是同时将所选的波段组合应用于所有剖切片，
计算波段比率
接下来，您将生成氧化铁波段比率来可视化其他信息。 波段比例（或索引）通过一个数学公式组合不同光谱波段。 生成的输出为新的栅格。 不同的波段比率用于高亮显示不同类型的要素和现象。
氧化铁比例一直用于识别与铜成矿关联的热液蚀变矿物（Pour & Hashim，2014 年）。 氧化铁波段比率使用电磁波谱中的红色和蓝色部分中的光谱反射率信息，因为氧化铁或氢氧化铁在 0.63-0.69μm（红色波段）下的反射率高，在 0.45-0.52μm（蓝色波段）下的吸收率高。
您将应用此氧化铁比率来确定是否有助于更好地区分丘基卡马塔铜矿的变化。 要生成氧化铁波段比率，您将使用栅格函数执行计算，以将计算直接应用于栅格像素值，无需保存新数据。
- 单击功能区上的影像选项卡。 在分析组中，单击栅格函数按钮。
随即显示栅格函数窗格。 要计算波段比率，您需要使用波段算术函数。
- 在搜索框中，输入 band。 在结果列表中的数学下，单击波段算术。
与地理处理工具一样，栅格函数需要输入参数。
- 在波段算术属性窗格中，对于栅格，选择 Chuquicamata_Landsat.crf。 对于方法，选择氧化铁。
对于波段索引，将显示一个提示，来指示氧化铁波段比率方程和所需的波段。 该工具已知氧化铁比率公式，但是您需要告知其要应用于的影像波段。
- 对于波段索引，输入 3 1。
波段索引 3 表示红色波段，波段索引 1 表示蓝色波段。 使用空格对其进行分隔。
- 单击新建图层。
新的多维图层即会添加到地图中。
您将使用 DRA 改善外观。
- 在功能区上，单击栅格图层选项卡。 在渲染组中，单击 DRA。
DRA 表示动态范围调整。 用于进行动态图层渲染拉伸，以提高对比度，从而优化结果可视化。
- 在功能区中，单击多维选项卡。 在当前显示剖切片组中，使用 StdTime 下拉列表单击多维栅格图层中的所有剖切片。
所有剖切片均已应用氧化铁波段比率以及 DRA 拉伸。
- 在内容窗格中，单击 Band Arithmetic_Chuquicamata_Landsat.crf 图层名称进行选择。 再次单击图层名称，然后将其重命名为 Iron Oxide。
可使用此波段比率区分哪些其他要素？
- 保存工程。
在本教程中，您使用 Landsat TM 影像创建了多维镶嵌数据集，将其转换为云栅格格式，并观察了丘基卡马塔铜矿随时间的变化。 您还更改了波段组合并生成了波段比率来进一步可视化变化。
您可以在教程库中找到更多教程。
