Google Earth Engine (GEE) ——Earth Engine Explorer (EE Explorer)使用最全解析（8000字长文）

Google 地球引擎简介

Earth Engine Explorer (EE Explorer) 是一个轻量级地理空间图像数据查看器，可以访问Earth Engine Data Catalog 中提供的大量全球和区域数据集。它允许快速查看数据，并能够在地球上的任何地方进行缩放和平移、调整可视化设置以及对数据进行分层以检查随时间的变化。

本教程将介绍 EE Explorer 应用程序的使用，包括：

• 如何在数据目录中查找数据
• 向工作区添加数据
• 界面功能说明
• 如何定制数据可视化

本教程的目标是让您能够使用 EE Explorer，激发您发现和查看新数据，并提供一个起点来想象您可以如何使用其他更强大的 Earth Engine 平台工具来扩展您的探索，以回答有关影响地球的当前状态和持续变化。

地球引擎探索者

按照此链接 ( https://explorer.earthengine.google.com ) 将您带到 EE Explorer 应用程序。EE Explorer 由集成的数据目录和工作区组成。工作区是您查看数据的地方，数据目录是您发现数据并将其导入工作区的地方。这两个组件的共同点是一组用于在数据目录和工作区之间切换的按钮以及一个搜索栏，您可以在其中按关键字和位置名称查找数据集和地点。按照上面的链接，您将进入工作区，如下图所示。这是我们将在本课中花费大部分时间的地方，但在开始之前，我们需要一些数据。让我们看看数据目录。

数据目录

数据目录列出了可用于在 Earth Engine 中查看和分析的数据集。数据的子集可用于在 EE Explorer 中显示。

• 单击 EE Explorer 应用程序右上角的数据目录按钮。

在数据目录页面上，您将看到一个流行标签列表，链接到应用了这些标签的数据集。下面是各种数据类型和多天镶嵌图的列表，包括一些可用数据集的简要描述和直接链接。要访问其他数据集，请使用页面顶部的搜索栏。

• 单击一些流行的标签以查看它们包含哪些类型的数据集。
  • 例如，toa会显示一个描述“大气层顶部反射率”的数据集列表。
  • 单击usgs会显示来自USGS的数据集列表，包括来自 Landsat、MODIS 的数据集以及从它们派生的产品。
• 在数据目录页面上，单击32 天标签以显示所有 32 天马赛克。
• 选择Landsat 8 Collection 1 Tier 1 32-Day NDWI Composite以打开其详细信息页面，如下所示。

此页面显示有关所选数据集的详细信息，包括其名称、简要说明、示例图像以及可用日期、提供商名称和该数据集的任何标签等信息。还有一个蓝色的在工作区中打开按钮可用于将数据集添加到当前工作区（更多内容见下文）。

您可以通过单击浏览器的“返回”按钮两次或单击右上角的“数据目录”按钮返回到“数据目录”页面。

工作区

工作区是您在 EE Explorer 中管理和可视化数据集的地方。

• 单击任意 EE Explorer 页面右上角的“工作区”按钮。

在工作区页面上，您将在右侧看到地图，在左侧看到用于数据图层列表的空间。除非您已经向工作区添加了数据集，否则您的数据列表将为空，并且地图将显示 Google 地图地形图层，如上所示。作为导航 Google 地图界面的提醒，以下几点提供了一些基础知识。

• 平移：
  • 右键或左键单击 + 按住 + 拖动。
• 缩放：
  • 按钮：使用 [+] 和 [-] 按钮放大和缩小。
  • 指针：双击左键放大，双击缩小。
  • 鼠标滚轮：通过滚动鼠标滚轮放大和缩小。您计算机的鼠标设置将决定向前和向后滚动的操作。
  • 触摸屏/触控板：两指展开放大，收缩缩小。

  要更改地图背景，请使用地图右上角的按钮选择地图视图或卫星视图。选择地图视图时，地图按钮下方将出现一个复选框，用于打开/关闭地形而不是路线图视图。选择卫星时，卫星按钮下方将出现一个复选框，允许您打开/关闭标签（边界、国家、城市、水体等）。 现在让我们查看工作区中的一些数据。

管理数据层

添加数据层

• 单击数据目录按钮返回到数据目录页面。
• 在搜索栏中搜索MCD43A4.006 MODIS Nadir BRDF-Adjusted Reflectance。
• 单击结果以显示其详细信息。它是 16 天内最佳像素的 MODIS 反射率镶嵌图。
• 在数据集详细信息页面上，单击蓝色的在工作区中打开按钮。这将带您进入工作区，数据集显示为图层。
• 或者，您可以跳过详细信息页面并通过单击数据集名称旁边的“在工作区中打开”链接直接从数据目录打开工作区中的图层。

添加数据后，您会看到数据集覆盖在谷歌地图基础图层上，数据集名称添加到数据列表中，图层的可视化设置对话框打开并附加在数据集名称的右侧。

• 现在关闭图层设置对话框 - 我们稍后会重新访问它。
• 平移和缩放地图以了解控件。
• 尽可能放大您选择的位置以查看数据集的最大分辨率。我们在这个例子中使用的 MODIS 数据只有中等分辨率（每个像素在一边是 500 米；请注意，这个 MODIS 数据使用正弦投影，当显示在地理画布上时会产生平行四边形像素）。
• 将视图框设置为以感兴趣位置为中心的区域比例尺，最好是在土地覆盖类型上具有某种多样性的区域比例尺。请注意，本教程将显示来自美国的示例。

图层可见性

• 单击数据层名称右侧的可见性按钮（眼睛图标），关闭数据层的可见性。您将看到显示的 Google 地图地形视图。
• 再次单击可见性按钮（眼睛图标）使数据图层再次在地图上可见。

请注意，某些数据集只能以特定缩放级别显示。例如，如果您一直放大到具有 Landsat 8 数据集的全局视图，它将在地图上不可见。别担心，它没有坏！地图顶部会出现一个黄色条，表示您需要放大才能查看数据。另请注意，由于质量屏蔽和缺少观察，某些数据集包含缺失数据。代表这些数据的像素设置为 100% 透明，允许谷歌地图基础层显示出来。

调整数据层日期

添加的层通常默认为最近的时间表示。您可以通过图层的可视化设置对话框调整显示的日期。

• 点击Data列表中的MCD43A4层名称，调出Layer Settings，如下图。
• 通过拖动时间滑块或单击日期单元格来更改数据显示的日期。请注意，地图将根据这些操作自动更新。
• 要返回更远的时间，或选择特定日期范围，请单击时间滑块下方的跳转到日期链接，然后使用日历界面选择日期。尝试选择不同的季节以查看地图的更显着变化。
• 选择要使用的日期范围后，单击“保存”按钮保存图层设置。如果您希望返回之前的设置，请单击取消按钮。如果不保存就关闭图层设置，图层显示属性将恢复到以前的状态。

添加多个图层

通过添加其他数据集，您可以一次查看地图上的多个数据图层。要添加其他数据集，请返回到数据目录并简单地选择另一个数据集。您可以通过以下三种方式之一访问数据目录：

1. 单击右上角按钮栏中的数据目录按钮。
2. 单击数据层列表右上角的“+”按钮。
3. 单击数据图层列表底部的添加数据链接。

尽管很诱人，但请避免使用搜索栏，因为它会返回许多与 EE Explorer 不兼容的结果（只能通过 Earth Engine 访问）。对于在数据名称后面带有“在工作区中打开”或在其描述页面中在工作区中打开按钮的数据集，单击链接将其作为附加层添加到工作区数据列表中。新数据层将出现在数据列表和地图中当前数据层的上方。有关更改图层顺序的信息，请参见下文。

重复数据集

您还可以将相同的数据集添加两次，作为工作区中的两个单独图层。这样做的一个原因是查看同一数据集的两个不同时间片，以查看随时间的变化。有关更多信息，请参阅下面的可视化随时间变化的部分。

重新排序图层

当您的地图上有多个数据集可见时，列在数据列表顶部的数据集将绘制在其下方的数据集之上。要更改顺序，请左键单击 + 按住 + 拖动数据列表中数据集名称左侧的图层句柄。请注意，在下面的示例图像中，已添加 SRTM 数字高程数据版本 4 数据集。尝试添加新图层并通过对图层重新排序并使用可见性图标交替可见性来更改图层可见性。

删除图层

• 单击数据列表中的数据层名称以显示层设置对话框。
• 单击垃圾箱按钮，该图层将从您的数据列表和地图中删除。

现在您了解了基础知识，让我们探索一些您可以在 EE Explorer 工作区中执行的更强大的操作。在下面的部分中，我们将重新调整图层的可视化参数并可视化随时间的变化。

设置可视化参数

在“图层设置”对话框中，您将看到“可视化参数”下拉列表。每个数据集都有不同的默认值，但您可以修改它们以更改数据集的可视化方式。

• 确保 MCD43A4 层设置对话框已打开。
• 如果未展开可视化参数，请通过单击部分标题来展开。

数据带显示

数据可以被视为单波段灰度、单波段伪彩色和三波段 RGB。

• 单波段显示对于查看单个连续变量（如海拔、植被指数（如 NDVI）或降水量）非常有用。
• 三波段显示对于查看图像数据很有用，其中三个选定波段中的每一个都分别分配给红色 (R)、绿色 (G) 和蓝色 (B) 颜色的渐变。RGB 空间中波段的混合导致最终显示颜色。以这种方式实现自然色和假色可视化。

单波段灰度

一些数据只有单波段，将默认为单波段显示。多波段数据将默认为三波段显示，但您可以选择仅以灰度显示单个波段。请注意，您也可以将单波段数据显示为三波段 RGB 显示，但地图外观不会改变。为了演示对单个波段的可视化，让我们尝试使用高程图层，然后尝试查看多波段 MCD43A4 天底反射数据的单个波段。

• 使用前面提到的方法之一访问数据目录并搜索 SRTM 数字高程数据版本 4 数据集并将其添加到您的工作区。数据将出现在数据列表和地图的顶部。您所看到的是海拔高度，表示为从黑色（低海拔）到白色（高海拔）的颜色渐变。
• 如果还没有打开图层设置。请注意，默认情况下激活 1 个波段（灰度）单选按钮，表示此数据集只有 1 个波段 - 单击波段选择器下拉列表进行验证。

• 关闭图层设置对话框，然后将 MCD43A4 最低点反射率数据移动到数据列表的顶部或更改图层的可见性，使其显示在地图上。
• 单击其名称以显示图层设置。请注意，此数据集默认显示为三波段 RGB，表示它是多波段栅格。但是，您可以通过激活 1 波段（灰度）单选开关来选择将单个波段视为灰度。
• 激活 1 波段（灰度）单选开关。
• 单击波段选择下拉菜单并选择一个不同的波段以显示为灰度。
• 选择新波段后单击保存按钮，您将看到地图显示从彩色变为灰度。您选择的波段现在表示为从黑色（低反射率）到白色（高反射率）的颜色渐变。

请注意，您可以通过单击应用按钮来预览更改，这将更改地图以反映您的更改，同时保持图层设置对话框打开并准备好进行调整。

三波段真彩

让我们再次使用 MCD43A4 数据来了解三波段显示，以及更改不同波段的颜色分配。

• 确保 MCD43A4 图层是列表中的第一个数据集并且可见。
• 单击其名称以显示图层设置并确保激活 3 波段 (RGB) 单选开关。
• 单击红色、绿色和蓝色的波段选择器下拉菜单，注意分配给每种颜色的波段名称。

• 确保天底反射带 1、4 和 3 分别分配给红色、绿色和蓝色，然后单击保存按钮。地图显示应该显示土地覆盖，因为它对我们对世界的颜色解释很自然。

如果您访问该层的数据描述页面，您将看到这三个波段与特定波长范围内的反射率相关。在这种情况下，波段 1 表示电磁波谱蓝色部分的反射强度，绿色范围中的 4 和红色范围中的 3。例如，将红色、绿色和蓝色反射带与红色、绿色和蓝色显示颜色配对将产生与我们的眼睛在平面上观看风景时所看到的非常相似的自然彩色图像。

自然色很好，因为它很熟悉，但是将我们肉眼可见范围之外的反射带分配给 RGB 颜色使我们能够以全新的方式“看到”风景。这些类型的数据表示被称为假彩色合成。它们通常包括电磁波谱的可见光、近红外 (NIR) 和短波 (SWIR) 范围的表示。假彩色显示可以突出景观间和景观内的特征类型对比度，改善图像解释的某些方面。为了演示，让我们可视化“标准”假色复合材料，其中 NIR、红色和绿色反射带被分配为分别显示红色、绿色和蓝色。

• 打开 MCD43A4 数据层设置对话框。
• 确保 3 波段 (RGB) 无线电切换处于活动状态。
• 将 Red、Green 和 Blue Band Selector 下拉菜单分别设置为 Nadir 反射带 2、1 和 4。
• 单击保存按钮将更改应用到地图图层显示并关闭图层设置。您应该会看到植被颜色从绿色变为红色的戏剧性变化。

对比度、亮度和不透明度

数据范围

可以使用范围（最小值和最大值）和伽玛参数调整图像的对比度和亮度。数据的可视化要求为每个显示的波段在 0 到 255 之间缩放给定的值范围。range 参数允许您调整要显示的值的范围。定义的最小值将绘制为 0，最大值为 255，定义的最小值和最大值范围内的所有数据值都将线性缩放。最小和最大范围之外的数据设置为 0 或 255，具体取决于它们是小于还是大于提供的范围。让我们尝试为植被区域添加更多对比度，以更好地区分植被覆盖的细微差异。

• 使用上一节中应用的“标准”假彩色显示，前往美国东部。
• 打开图层设置并将范围参数设置为最小值：2000 和最大值：5500。
• 单击“保存”按钮应用新设置。

您现在应该看到更大的对比度 - 红色区域看起来不那么饱和。我们缩小了可见光数据范围，夸大了红色高反射率与近红外低反射率的差距。

伽玛

Gamma 表示一个值和用来表示它的亮度之间的关系。粗略地说，增加 gamma 会增加可视化范围中间值的强度。它调整图像亮度和对比度。

• 使用上面调整的数据范围，再次打开图层设置并尝试将 Gamma 设置为较低的值，例如 0.75。
• 应用更改，您会注意到对比度进一步增加。

不透明度

不透明是缺乏透明度的条件。它的等级从 0 到 1，其中 0 是透明的，1 是不透明的。它有助于保持顶层数据层的某些可见性，同时还显示来自底层的信息。在下面的示例中，不透明度已设置为 0.6，它隐约地显示了底层的 Google Maps 地形图层。通过此数据视图，可以确定哪些州在图像的给定时间段内（在本例中为 5 月 23 日）具有最大的植被响应。

请注意，设置数据范围、伽玛和不透明度适用于三波段和单波段显示。

调色板

调色板允许您为数据集中的值范围分配颜色以进行单波段（灰度）显示。调色板是一系列十六进制颜色值。提供两个值明确地设置数据集定义的最小值和最大值的颜色，并且中间的所有值都映射到颜色渐变的线性插值。例如，SRTM 数字高程模型默认显示为灰色阴影，但我们可以用绿色阴影代替，其中最低海拔像素为黑色，最高海拔像素为绿色（“最低”和“最高”）由 Range 参数定义）。

• 确保您的数据列表中有 SRTM 数据集并且它位于顶部。
• 打开图层设置并激活调色板单选开关。
• 使用 [+] 按钮或编辑器图标（铅笔）选择或输入黑色和绿色来表示所选波段（000000、32cd32）的最小和最大数据值。
• 单击应用按钮，然后调整最小和最大范围值，直到您对感兴趣区域的拉伸感到满意为止。

可以将其他颜色添加到调色板中。尝试使用此调色板可视化 SRTM 高程：

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

• 将上面的调色板颜色列表复制并粘贴到调色板编辑器（铅笔图标）中。
• 应用更改，然后调整最小和最大范围值，直到您对感兴趣区域的拉伸感到满意为止。

可视化随时间的变化

您可以在 EE Explorer 中做的一件有趣的事情是可视化随时间的变化。为此，您需要将相同的数据集作为两个单独的图层添加到您的工作区，然后将它们设置为显示不同的时间片。下面的示例将向您展示如何可视化内华达州拉斯维加斯的快速城市扩张。

• 转到您的工作区，在搜索栏中搜索“内华达州拉斯维加斯”，然后缩放到它。
• 从数据列表中删除（或关闭）所有图层。
• 将 Landsat 5 TM Collection 1 Tier 1 32-Day TOA Reflectance Composite 数据集添加到您的工作区。
• 再次添加它作为第二个相同的层。
• 使用图层设置，将顶部设置为：2011 年 8 月 13 日 - 2011 年 9 月 14 日，将底部设置为：1986 年 8 月 13 日 - 1986 年 9 月 14 日。
• 打开和关闭顶层的可见性，您将看到这座城市在 26 年期间的增长。

如您所见，在上面的两张图片之间查看时，2011 年的图片比 1986 年的图片具有更大的城市面积。请注意，在此示例中，我将显示设置为 Landsat 5 波段 5、4、2/红色、绿色、蓝色分别的假彩色表示。这种表现增强了植被和贫瘠沙漠之间的对比。

下图是日期到日期比较应用的一个实际示例。在这里，来自 EE Explorer 的两个屏幕剪辑被合并在一起并进行了注释，以传达有关 Landsat 记录的土地覆盖变化的信息。此示例显示了 1984 年至 2011 年加拿大不列颠哥伦比亚省埃尔克福德附近露天煤矿和森林砍伐的扩张。

需要注意的事项

以下是您应该注意的 EE Explorer 和数据集可能不直观的行为和特征的列表。

• Landsat 影像无法在全球范围内查看；您必须放大几个级别。如果图像未出现在地图上，请查找页面顶部的黄色条，指示您需要放大。
• 每个数据集都来自在特定时间范围内运行（或运行）的卫星。例如，Landsat 5 于 2011 年 11 月停止发送数据；Landsat 8 于 2013 年 6 月开始发送数据。
• 不同的卫星以不同的频率访问地球上的同一地点。MODIS 图像每天几乎覆盖整个地球。Landsat 仅每 16 天访问一次同一地点。此外，地球上还有一些地方缺少某些卫星的数据。例如，由于采集任务和机载存储限制，许多地方都缺少 Landsat 5 数据。
• 丢失的数据呈现为透明的 - 您可以看到 Google 地图基础层。
• 有些地方总是阴天，因此没有清晰的图像。某些数据集会将这些区域显示为缺少数据。
• Landsat 7 的成像系统在 2003 年 5 月 31 日出现部分故障，导致此后拍摄的每张 Landsat 7 图像中都有长条的数据丢失，如下图所示。这些可以通过使用 32 天的复合数据集来避免，该数据集随着时间的推移组合了多个图像，因此可以填补缺失的空白。