Google Earth Engine (GEE) ——Earth Engine Explorer (EE Explorer)使用最全解析（8000字長文）

Google 地球引擎簡介

Earth Engine Explorer (EE Explorer) 是一個輕量級地理空間圖像資料檢視器，可以通路Earth Engine Data Catalog 中提供的大量全球和區域資料集。它允許快速檢視資料，并能夠在地球上的任何地方進行縮放和平移、調整可視化設定以及對資料進行分層以檢查随時間的變化。

本教程将介紹 EE Explorer 應用程式的使用，包括：

• 如何在資料目錄中查找資料
• 向工作區添加資料
• 界面功能說明
• 如何定制資料可視化

本教程的目标是讓您能夠使用 EE Explorer，激發您發現和檢視新資料，并提供一個起點來想象您可以如何使用其他更強大的 Earth Engine 平台工具來擴充您的探索，以回答有關影響地球的目前狀态和持續變化。

教程内容

• 地球引擎探索者
• 資料目錄
• 工作區
• 管理資料層
  • 添加資料層
  • 圖層可見性
  • 調整資料層日期
  • 添加多個圖層
  • 重複資料集
  • 重新排序圖層
  • 删除圖層
• 設定可視化參數
  • 資料帶顯示
  • 單波段灰階
    • 三波段真彩
    • 三帶假色
  • 對比度、亮度和不透明度
    • 資料範圍
    • 伽瑪
    • 不透明度
  • 調色闆
  • 可視化随時間的變化
• 需要注意的事項
• 下一步是什麼
• 給我們回報？

地球引擎探索者

按照此連結 ( https://explorer.earthengine.google.com ) 将您帶到 EE Explorer 應用程式。EE Explorer 由內建的資料目錄和工作區組成。工作區是您檢視資料的地方，資料目錄是您發現資料并将其導入工作區的地方。這兩個元件的共同點是一組用于在資料目錄和工作區之間切換的按鈕以及一個搜尋欄，您可以在其中按關鍵字和位置名稱查找資料集和地點。按照上面的連結，您将進入工作區，如下圖所示。這是我們将在本課中花費大部分時間的地方，但在開始之前，我們需要一些資料。讓我們看看資料目錄。

資料目錄

資料目錄列出了可用于在 Earth Engine 中檢視和分析的資料集。資料的子集可用于在 EE Explorer 中顯示。

• 單擊 EE Explorer 應用程式右上角的資料目錄按鈕。

在資料目錄頁面上，您将看到一個流行标簽清單，連結到應用了這些标簽的資料集。下面是各種資料類型和多天鑲嵌圖的清單，包括一些可用資料集的簡要描述和直接連結。要通路其他資料集，請使用頁面頂部的搜尋欄。

• 單擊一些流行的标簽以檢視它們包含哪些類型的資料集。
  • 例如，toa會顯示一個描述“大氣層頂部反射率”的資料集清單。
  • 單擊usgs會顯示來自USGS的資料集清單，包括來自 Landsat、MODIS 的資料集以及從它們派生的産品。
• 在資料目錄頁面上，單擊32 天标簽以顯示所有 32 天馬賽克。
• 選擇Landsat 8 Collection 1 Tier 1 32-Day NDWI Composite以打開其詳細資訊頁面，如下所示。

此頁面顯示有關所選資料集的詳細資訊，包括其名稱、簡要說明、示例圖像以及可用日期、提供商名稱和該資料集的任何标簽等資訊。還有一個藍色的在工作區中打開按鈕可用于将資料集添加到目前工作區（更多内容見下文）。

您可以通過單擊浏覽器的“傳回”按鈕兩次或單擊右上角的“資料目錄”按鈕傳回到“資料目錄”頁面。

工作區

工作區是您在 EE Explorer 中管理和可視化資料集的地方。

• 單擊任意 EE Explorer 頁面右上角的“工作區”按鈕。

 在工作區頁面上，您将在右側看到地圖，在左側看到用于資料圖層清單的空間。除非您已經向工作區添加了資料集，否則您的資料清單将為空，并且地圖将顯示 Google 地圖地形圖層，如上所示。作為導航 Google 地圖界面的提醒，以下幾點提供了一些基礎知識。

• 平移：
  • 右鍵或左鍵單擊 + 按住 + 拖動。
• 縮放：
  • 按鈕：使用 [+] 和 [-] 按鈕放大和縮小。
  • 指針：輕按兩下左鍵放大，輕按兩下縮小。
  • 滑鼠滾輪：通過滾動滑鼠滾輪放大和縮小。您計算機的滑鼠設定将決定向前和向後滾動的操作。
  • 觸摸屏/觸控闆：兩指展開放大，收縮縮小。

  要更改地圖背景，請使用地圖右上角的按鈕選擇地圖視圖或衛星視圖。選擇地圖視圖時，地圖按鈕下方将出現一個複選框，用于打開/關閉地形而不是路線圖視圖。選擇衛星時，衛星按鈕下方将出現一個複選框，允許您打開/關閉标簽（邊界、國家、城市、水體等）。

  現在讓我們檢視工作區中的一些資料。

管理資料層

添加資料層

• 單擊資料目錄按鈕傳回到資料目錄頁面。
• 在搜尋欄中搜尋MCD43A4.006 MODIS Nadir BRDF-Adjusted Reflectance。
• 單擊結果以顯示其詳細資訊。它是 16 天内最佳像素的 MODIS 反射率鑲嵌圖。
• 在資料集詳細資訊頁面上，單擊藍色的在工作區中打開按鈕。這将帶您進入工作區，資料集顯示為圖層。
• 或者，您可以跳過詳細資訊頁面并通過單擊資料集名稱旁邊的“在工作區中打開”連結直接從資料目錄打開工作區中的圖層。

添加資料後，您會看到資料集覆寫在谷歌地圖基礎圖層上，資料集名稱添加到資料清單中，圖層的可視化設定對話框打開并附加在資料集名稱的右側。

• 現在關閉圖層設定對話框 - 我們稍後會重新通路它。
• 平移和縮放地圖以了解控件。
• 盡可能放大您選擇的位置以檢視資料集的最大分辨率。我們在這個例子中使用的 MODIS 資料隻有中等分辨率（每個像素在一邊是 500 米；請注意，這個 MODIS 資料使用正弦投影，當顯示在地理畫布上時會産生平行四邊形像素）。
• 将視圖框設定為以感興趣位置為中心的區域比例尺，最好是在土地覆寫類型上具有某種多樣性的區域比例尺。請注意，本教程将顯示來自美國的示例。

圖層可見性

• 單擊資料層名稱右側的可見性按鈕（眼睛圖示），關閉資料層的可見性。您将看到顯示的 Google 地圖地形視圖。
• 再次單擊可見性按鈕（眼睛圖示）使資料圖層再次在地圖上可見。

請注意，某些資料集隻能以特定縮放級别顯示。例如，如果您一直放大到具有 Landsat 8 資料集的全局視圖，它将在地圖上不可見。别擔心，它沒有壞！地圖頂部會出現一個黃色條，表示您需要放大才能檢視資料。另請注意，由于品質屏蔽和缺少觀察，某些資料集包含缺失資料。代表這些資料的像素設定為 100% 透明，允許谷歌地圖基礎層顯示出來。

調整資料層日期

添加的層通常預設為最近的時間表示。您可以通過圖層的可視化設定對話框調整顯示的日期。

• 點選Data清單中的MCD43A4層名稱，調出Layer Settings，如下圖。
• 通過拖動時間滑塊或單擊日期單元格來更改資料顯示的日期。請注意，地圖将根據這些操作自動更新。
• 要傳回更遠的時間，或選擇特定日期範圍，請單擊時間滑塊下方的跳轉到日期連結，然後使用月曆界面選擇日期。嘗試選擇不同的季節以檢視地圖的更顯着變化。
• 選擇要使用的日期範圍後，單擊“儲存”按鈕儲存圖層設定。如果您希望傳回之前的設定，請單擊取消按鈕。如果不儲存就關閉圖層設定，圖層顯示屬性将恢複到以前的狀态。

添加多個圖層

通過添加其他資料集，您可以一次檢視地圖上的多個資料圖層。要添加其他資料集，請傳回到資料目錄并簡單地選擇另一個資料集。您可以通過以下三種方式之一通路資料目錄：

1. 單擊右上角按鈕欄中的資料目錄按鈕。
2. 單擊資料層清單右上角的“+”按鈕。
3. 單擊資料圖層清單底部的添加資料連結。

盡管很誘人，但請避免使用搜尋欄，因為它會傳回許多與 EE Explorer 不相容的結果（隻能通過 Earth Engine 通路）。對于在資料名稱後面帶有“在工作區中打開”或在其描述頁面中在工作區中打開按鈕的資料集，單擊連結将其作為附加層添加到工作區資料清單中。新資料層将出現在資料清單和地圖中目前資料層的上方。有關更改圖層順序的資訊，請參見下文。

重複資料集

您還可以将相同的資料集添加兩次，作為工作區中的兩個單獨圖層。這樣做的一個原因是檢視同一資料集的兩個不同時間片，以檢視随時間的變化。有關更多資訊，請參閱下面的可視化随時間變化的部分。

重新排序圖層

當您的地圖上有多個資料集可見時，列在資料清單頂部的資料集将繪制在其下方的資料集之上。要更改順序，請左鍵單擊 + 按住 + 拖動資料清單中資料集名稱左側的圖層句柄。請注意，在下面的示例圖像中，已添加 SRTM 數字高程資料版本 4 資料集。嘗試添加新圖層并通過對圖層重新排序并使用可見性圖示交替可見性來更改圖層可見性。

删除圖層

• 單擊資料清單中的資料層名稱以顯示層設定對話框。
• 單擊垃圾箱按鈕，該圖層将從您的資料清單和地圖中删除。

現在您了解了基礎知識，讓我們探索一些您可以在 EE Explorer 工作區中執行的更強大的操作。在下面的部分中，我們将重新調整圖層的可視化參數并可視化随時間的變化。

設定可視化參數

在“圖層設定”對話框中，您将看到“可視化參數”下拉清單。每個資料集都有不同的預設值，但您可以修改它們以更改資料集的可視化方式。

• 確定 MCD43A4 層設定對話框已打開。
• 如果未展開可視化參數，請通過單擊部分标題來展開。

資料帶顯示

資料可以被視為單波段灰階、單波段僞彩色和三波段 RGB。

• 單波段顯示對于檢視單個連續變量（如海拔、植被指數（如 NDVI）或降水量）非常有用。
• 三波段顯示對于檢視圖像資料很有用，其中三個標明波段中的每一個都分别配置設定給紅色 (R)、綠色 (G) 和藍色 (B) 顔色的漸變。RGB 空間中波段的混合導緻最終顯示顔色。以這種方式實作自然色和假色可視化。

單波段灰階

一些資料隻有單波段，将預設為單波段顯示。多波段資料将預設為三波段顯示，但您可以選擇僅以灰階顯示單個波段。請注意，您也可以将單波段資料顯示為三波段 RGB 顯示，但地圖外觀不會改變。為了示範對單個波段的可視化，讓我們嘗試使用高程圖層，然後嘗試檢視多波段 MCD43A4 天底反射資料的單個波段。

• 使用前面提到的方法之一通路資料目錄并搜尋 SRTM 數字高程資料版本 4 資料集并将其添加到您的工作區。資料将出現在資料清單和地圖的頂部。您所看到的是海拔高度，表示為從黑色（低海拔）到白色（高海拔）的顔色漸變。
• 如果還沒有打開圖層設定。請注意，預設情況下激活 1 個波段（灰階）單選按鈕，表示此資料集隻有 1 個波段 - 單擊波段選擇器下拉清單進行驗證。

• 關閉圖層設定對話框，然後将 MCD43A4 最低點反射率資料移動到資料清單的頂部或更改圖層的可見性，使其顯示在地圖上。
• 單擊其名稱以顯示圖層設定。請注意，此資料集預設顯示為三波段 RGB，表示它是多波段栅格。但是，您可以通過激活 1 波段（灰階）單選開關來選擇将單個波段視為灰階。
• 激活 1 波段（灰階）單選開關。
• 單擊波段選擇下拉菜單并選擇一個不同的波段以顯示為灰階。
• 選擇新波段後單擊儲存按鈕，您将看到地圖顯示從彩色變為灰階。您選擇的波段現在表示為從黑色（低反射率）到白色（高反射率）的顔色漸變。

請注意，您可以通過單擊應用按鈕來預覽更改，這将更改地圖以反映您的更改，同時保持圖層設定對話框打開并準備好進行調整。

三波段真彩

讓我們再次使用 MCD43A4 資料來了解三波段顯示，以及更改不同波段的顔色配置設定。

• 確定 MCD43A4 圖層是清單中的第一個資料集并且可見。
• 單擊其名稱以顯示圖層設定并確定激活 3 波段 (RGB) 單選開關。
• 單擊紅色、綠色和藍色的波段選擇器下拉菜單，注意配置設定給每種顔色的波段名稱。

• 確定天底反射帶 1、4 和 3 分别配置設定給紅色、綠色和藍色，然後單擊儲存按鈕。地圖顯示應該顯示土地覆寫，因為它對我們對世界的顔色解釋很自然。

如果您通路該層的資料描述頁面，您将看到這三個波段與特定波長範圍内的反射率相關。在這種情況下，波段 1 表示電磁波譜藍色部分的反射強度，綠色範圍中的 4 和紅色範圍中的 3。例如，将紅色、綠色和藍色反射帶與紅色、綠色和藍色顯示顔色配對将産生與我們的眼睛在平面上觀看風景時所看到的非常相似的自然彩色圖像。

自然色很好，因為它很熟悉，但是将我們肉眼可見範圍之外的反射帶配置設定給 RGB 顔色使我們能夠以全新的方式“看到”風景。這些類型的資料表示被稱為假彩色合成。它們通常包括電磁波譜的可見光、近紅外 (NIR) 和短波 (SWIR) 範圍的表示。假彩色顯示可以突出景觀間和景觀内的特征類型對比度，改善圖像解釋的某些方面。為了示範，讓我們可視化“标準”假色複合材料，其中 NIR、紅色和綠色反射帶被配置設定為分别顯示紅色、綠色和藍色。

• 打開 MCD43A4 資料層設定對話框。
• 確定 3 波段 (RGB) 無線電切換處于活動狀态。
• 将 Red、Green 和 Blue Band Selector 下拉菜單分别設定為 Nadir 反射帶 2、1 和 4。
• 單擊儲存按鈕将更改應用到地圖圖層顯示并關閉圖層設定。您應該會看到植被顔色從綠色變為紅色的戲劇性變化。

對比度、亮度和不透明度

資料範圍

可以使用範圍（最小值和最大值）和伽瑪參數調整圖像的對比度和亮度。資料的可視化要求為每個顯示的波段在 0 到 255 之間縮放給定的值範圍。range 參數允許您調整要顯示的值的範圍。定義的最小值将繪制為 0，最大值為 255，定義的最小值和最大值範圍内的所有資料值都将線性縮放。最小和最大範圍之外的資料設定為 0 或 255，具體取決于它們是小于還是大于提供的範圍。讓我們嘗試為植被區域添加更多對比度，以更好地區分植被覆寫的細微差異。

• 使用上一節中應用的“标準”假彩色顯示，前往美國東部。
• 打開圖層設定并将範圍參數設定為最小值：2000 和最大值：5500。
• 單擊“儲存”按鈕應用新設定。

您現在應該看到更大的對比度 - 紅色區域看起來不那麼飽和。我們縮小了可見光資料範圍，誇大了紅色高反射率與近紅外低反射率的差距。

伽瑪

Gamma 表示一個值和用來表示它的亮度之間的關系。粗略地說，增加 gamma 會增加可視化範圍中間值的強度。它調整圖像亮度和對比度。

• 使用上面調整的資料範圍，再次打開圖層設定并嘗試将 Gamma 設定為較低的值，例如 0.75。
• 應用更改，您會注意到對比度進一步增加。

不透明度

不透明是缺乏透明度的條件。它的等級從 0 到 1，其中 0 是透明的，1 是不透明的。它有助于保持頂層資料層的某些可見性，同時還顯示來自底層的資訊。在下面的示例中，不透明度已設定為 0.6，它隐約地顯示了底層的 Google Maps 地形圖層。通過此資料視圖，可以确定哪些州在圖像的給定時間段内（在本例中為 5 月 23 日）具有最大的植被響應。

請注意，設定資料範圍、伽瑪和不透明度适用于三波段和單波段顯示。

調色闆

調色闆允許您為資料集中的值範圍配置設定顔色以進行單波段（灰階）顯示。調色闆是一系列十六進制顔色值。提供兩個值明确地設定資料集定義的最小值和最大值的顔色，并且中間的所有值都映射到顔色漸變的線性插值。例如，SRTM 數字高程模型預設顯示為灰色陰影，但我們可以用綠色陰影代替，其中最低海拔像素為黑色，最高海拔像素為綠色（“最低”和“最高”）由 Range 參數定義）。

• 確定您的資料清單中有 SRTM 資料集并且它位于頂部。
• 打開圖層設定并激活調色闆單選開關。
• 使用 [+] 按鈕或編輯器圖示（鉛筆）選擇或輸入黑色和綠色來表示所選波段（000000、32cd32）的最小和最大資料值。
• 單擊應用按鈕，然後調整最小和最大範圍值，直到您對感興趣區域的拉伸感到滿意為止。

可以将其他顔色添加到調色闆中。嘗試使用此調色闆可視化 SRTM 高程：

000004、2c105c、711f81、b63679、ee605e、fdae78、fcfdbf、fdffe5

• 将上面的調色闆顔色清單複制并粘貼到調色闆編輯器（鉛筆圖示）中。
• 應用更改，然後調整最小和最大範圍值，直到您對感興趣區域的拉伸感到滿意為止。

可視化随時間的變化

您可以在 EE Explorer 中做的一件有趣的事情是可視化随時間的變化。為此，您需要将相同的資料集作為兩個單獨的圖層添加到您的工作區，然後将它們設定為顯示不同的時間片。下面的示例将向您展示如何可視化内華達州拉斯維加斯的快速城市擴張。

• 轉到您的工作區，在搜尋欄中搜尋“内華達州拉斯維加斯”，然後縮放到它。
• 從資料清單中删除（或關閉）所有圖層。
• 将 Landsat 5 TM Collection 1 Tier 1 32-Day TOA Reflectance Composite 資料集添加到您的工作區。
• 再次添加它作為第二個相同的層。
• 使用圖層設定，将頂部設定為：2011 年 8 月 13 日 - 2011 年 9 月 14 日，将底部設定為：1986 年 8 月 13 日 - 1986 年 9 月 14 日。
• 打開和關閉頂層的可見性，您将看到這座城市在 26 年期間的增長。

如您所見，在上面的兩張圖檔之間檢視時，2011 年的圖檔比 1986 年的圖檔具有更大的城市面積。請注意，在此示例中，我将顯示設定為 Landsat 5 波段 5、4、2/紅色、綠色、藍色分别的假彩色表示。這種表現增強了植被和貧瘠沙漠之間的對比。

下圖是日期到日期比較應用的一個實際示例。在這裡，來自 EE Explorer 的兩個螢幕剪輯被合并在一起并進行了注釋，以傳達有關 Landsat 記錄的土地覆寫變化的資訊。此示例顯示了 1984 年至 2011 年加拿大不列颠哥倫比亞省埃爾克福德附近露天煤礦和森林砍伐的擴張。

需要注意的事項

以下是您應該注意的 EE Explorer 和資料集可能不直覺的行為和特征的清單。

• Landsat 影像無法在全球範圍内檢視；您必須放大幾個級别。如果圖像未出現在地圖上，請查找頁面頂部的黃色條，訓示您需要放大。
• 每個資料集都來自在特定時間範圍内運作（或運作）的衛星。例如，Landsat 5 于 2011 年 11 月停止發送資料；Landsat 8 于 2013 年 6 月開始發送資料。
• 不同的衛星以不同的頻率通路地球上的同一地點。MODIS 圖像每天幾乎覆寫整個地球。Landsat 僅每 16 天通路一次同一地點。此外，地球上還有一些地方缺少某些衛星的資料。例如，由于采集任務和機載存儲限制，許多地方都缺少 Landsat 5 資料。
• 丢失的資料呈現為透明的 - 您可以看到 Google 地圖基礎層。
• 有些地方總是陰天，是以沒有清晰的圖像。某些資料集會将這些區域顯示為缺少資料。
• Landsat 7 的成像系統在 2003 年 5 月 31 日出現部分故障，導緻此後拍攝的每張 Landsat 7 圖像中都有長條的資料丢失，如下圖所示。這些可以通過使用 32 天的複合資料集來避免，該資料集随着時間的推移組合了多個圖像，是以可以填補缺失的空白。