[MODIS数据处理#1]利用MRT工具预处理MODIS数据——以MOD16、MOD13为例

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

文中涉及的部分MODIS数据处理方法仅适用于MODIS二级以上产品
上一篇文章MODIS数据处理#0中，我们利用Chrono的资源嗅探功能批量下载MODIS数据。至此，已经得到了一系列的MODIS产品数据，文件后缀为.hdf。本文内容主要有：
• hdf文件转换工具选择
• HEG安装步骤
• MRT批处理框架
• 以MOD16、MOD13数据集为例，初识栅格

一、hdf转换工具选择
在导入ArcGIS进行分析之前，需要对数据集进行预处理，包括提取、重投影、镶嵌、重采样等操作，这些可以用MRT工具来批量完成。经过此步，可以将数据集（.hdf）中的某一类数据提取为栅格文件（.tif），便于导入Arcmap。
但就在我整理这篇文章的时候，发现官网早些已经将MRT工具退役并暂停了下载（https://lpdaac.usgs.gov/news/we-are-preparing-retirement-downloadable-modis-reprojection-tool-mrt-and-mrtswath-tool/）

取而代之的是HEG工具。下载页面：https://newsroom.gsfc.nasa.gov/sdptoolkit/HEG/HEGDownload.html实际体验下来，HEG和MRT提供的参数选项基本一致，新增的batch run也没有想象的那么好用。而相比之下，MRT的界面排版更加清晰。且网络上有大量的操作步骤、批处理代码可以参考学习。对HEG工具感兴趣的建议移步文末的推荐阅读。下文只贴了张HEG的安装步骤图。对hdf文件的操作还是基于“旧的”MRT工具进行，文末附有MRT网盘链接。

二、HEG工具安装教程
HEG和之前的MRT工具功能相近，并且都基于JAVA，因此在安装前请确认JAVA环境有无。下为官网提供的Windows环境HEG安装说明。（https://newsroom.gsfc.nasa.gov/sdptoolkit/HEG/HEG215/HEGInstallation215.html）：首先确认电脑是否安装了java，如无，请自行安装。解压下载后的安装包hegWINv2.14_FullCyg（由于版本号可能有一定差别），双击文件夹中的install.bat。
具体步骤参考下图，照着dos窗口的提示来，不会出什么问题。Java路径根据自己电脑的情况填写，我这里填的是C:/Program Files (x86)/Java/jre8/bin。安装中的路径都是绝对路径，并且要用 / 左斜杠。

在HEG的安装目录下双击“HEGTool.bat”进入HEG图形化界面。

三、MRT批处理框架
MODIS产品有许多类，大都是通过MODIS传感器获取的波段经过不同种算法合成来的。而“数据集”这一称呼则是由于一个.hdf文件中包含多种数据。以MOD13植被指数数据集为例，其包含以下数据（波段）。1、MRT几个实用的功能
MRT的主要作用是把数据集中的单个波段提取出来，从hdf文件转换为tif文件。同时，还具有下列功能：
— 镶嵌：将不同区块的数据进行拼接
— 重投影：将MODIS数据投影到新的坐标系
— 重采样：将高分辨率遥感影像提取至低分辨率影像
2、MRT批量处理hdf文件的机制
以上所提及的功能都可以在MRT批量进行，通过基于Dos系统的批处理脚本（后缀.bat）来实现。将待处理的MODIS数据（.hdf）、MRT参数设置文件（.prm）、批处理脚本（.bat）放置在一个文件夹中。运行.bat后，系统就会根据脚本的命令批量执行MRT中的各个功能，从而实现将.hdf文件按设置转换为.tif文件。
下图是MRT批处理中需要包含的文件，红圈为处理前的hdf数据集，绿圈为处理后的tif栅格。
MODIS批量重投影脚本代码参考下图，使用时需要设置MRT的安装路径（E:/MODISTOOLS/MRT/data)以及文件夹中prm文件的名字（et1001.prm）。安装路径请查看自己电脑高级设置里的环境变量。.prm文件可以由MRT工具导出，里面记录有转换时各项参数的设置。详细步骤可参考推荐阅读。重投影脚本文件执行完成后，还会生成一个名为resample.log的日志文件。

四、以MOD16、MOD13数据集为例，初识栅格
至此，我们已经完成了导入ArcGIS前的预处理。接下来以MOD16全球蒸散发数据集为例，初始栅格文件，并了解其中每一个像素对应的数值代表的含义。
下图是MOD16A3数据集的官方介绍，是5类数据的集合，时间分辨率为年，空间分辨率为500m。其中，ET用来反映地面的总蒸散量，常用的单位是蒸散强度（mm/d）。
注意！ET蒸散量栅格导入ArcGIS中，某一像素对应的值并不能代表其蒸散量。需要进行单位换算，官网中对于MOD16A3的说明如下图。
ET的单位换算公式如下：
ET = Value * Scale Factor，单位kg/m²/year
= Value * Scale Factor / 一年的总天数，单位 mm/d
其中，Value代表栅格数据中某一像素对应的值，可在ArcGIS中通过打开栅格的属性表字段查看。
笔者认为官方应该是出于统一数据类型（Data Type）为整数型（integer）考虑，大多数MODIS数据介绍中都有比例因子（Scale Factor）这么个参数，这样整数型值与比例因子相乘也就得到了浮点型值。对于MOD13中的NDVI和EVI数据来说，由于其上限为1，为了保持数据以整数型存储的统一性，比例因子被设置为0.0001，而值的上限则为10000。
将ET栅格导入Arcmap后如下，栅格数据的图像是默认通过颜色映射来显示的。在内容列表一栏可以看到当前栅格的色彩映射表，下图中就是用黑色到白色映射到7~32766来反映数据的空间分布。
但由于ET数据中对于某些区域（裸地、水体、冰雪覆盖等）只进行区分而不计算，而是用特殊值将这些区域区分开。因此，上图栅格中值为32762~32766的像素实际上并无蒸散发数据（no data）。不同数据集特殊值对应的说明可以在官网相关介绍页面查看。栅格默认的显示方式是拉伸，切换为唯一值显示后，可以更清晰看到ET栅格中的特殊值分布。正是因为特殊值远大于其他值，所以默认拉伸方式显示，只会看到黑、白两色。

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[1]MRT(MODIS Reprojection Tool) 下载及安装教程https://blog.csdn.net/gisboygogogo/article/details/75784080
[2]下载安装运行HEG处理modis数据,投影转换
https://wenku.baidu.com/view/091deb4bfbd6195f312b3169a45177232e60e412.html
[3]MRT(MODIS Reprojection Tool)安装、影像批量拼接、重投影和格式转换
https://blog.csdn.net/suiluochenghu/article/details/79648980