高精度的辐射传输计算是保证短波红外卫星遥感反演CO2精度的重要因素之一。地球大气散射辐射一般是偏振的,传统的标量辐射传输模式计算精度无法满足需求;特别是针对美国OCO-2(Orbiting Carbon Observatory-2)、中国TanSat(全球二氧化碳监测科学实验卫星)等跟踪主平面仪器,矢量的辐射传输模式更为必要。在二氧化碳监测卫星的目标模式下,卫星观测角度变化较大,平行平面大气假设不再适用,需要采用伪球面近似以提高精度。本文对适用短波红外CO2反演的辐射传输模式进行总结。首先介绍了基于不同辐射传输方程数值解法的多种辐射传输模式发展概况。针对CO2反演对权重函数的需求,线性化模式可以提供解析权重函数和更为稳定高效的计算方案。接着,简要总结各种线性化矢量辐射传输模式,并进一步分析比较几种CO2反演中常用矢量模式的异同。最后,讨论CO2高精度反演对模式速度的需求和加速优化计算的必要性,对辐射传输加速算法研究现状进行总结。
面对雷达遥感多模式、多极化和高分辨率等发展趋势,结合考古学对空间技术的迫切需求,从雷达遥感工作特性出发,阐述了雷达遥感考古的机理。在回顾雷达遥感考古取得成就的基础上,围绕考古目标探测与发现、监测与诊断等现实需求,提出了一种适应于考古研究的雷达遥感实施框架;并对当前所面临的科学问题及研究内容进行了深入探索与分析。应用实践认为以项目实施为牵引,建立典型示范案例地,开展雷达遥感机理、方法与模型等考古适应性研究刻不容缓,并可着实推进我国文明探源与遗产地可持续化发展。
从永久散射体(PS,Persistent Scatterer)和分布式目标(DS,Distributed Scatterer)机理出发,以四川都江堰世界文化遗产地为例,利用2008~2010年的23幅ENVISAT ASAR图像提取了PS候选点和DS候选区;选取4个样本研究两者时空分布模式,并结合阴影叠掩图和土地分类图对所提取的相干目标进行了分析。实验结果表明,使用振幅离散度阈值法提取的PS候选点总体表现为高相干,主要分布在城区,且在水体和叠掩区有少量分布;设定了提取DS候选区的识别原则提取DS候选区,并确定相干系数数据集最佳的计算窗口大小为7×35。DS候选点主要分布在裸露地表和耕地等区域,其相干性在时间序列上抖动,揭示了人类活动和季节变换对其的影响。利用PS和DS时空分布模式及特性,可有效实现两者相干目标的区分与辨识。
近年来可见光—近红外反射光谱已被广泛应用于估算土壤全氮含量,为大范围区域土壤全氮含量获取提供了一种快速、有效的方法。基于实验室测定的三江源区146个表层土壤(0~30 cm)样品的反射光谱数据(350~2 500 nm)与全氮含量数据;利用偏最小二乘回归(PLSR)和反向传播神经网络(BPNN)两种模型方法与光谱反射率(REF)及其4种数学预处理变换相结合,分别建立分土壤类型样本和总体样本全氮估算模型;评估利用可见光—近红外光谱技术预测三江源区土壤全氮含量的能力。结果表明:BPNN模型的R 2cal R2val及验证RPD的平均值分别为0.87、0.81与2.28;而PLSR模型则相应为0.75、0.72和1.95;表明BPNN模型预测能力整体上要优于PLSR模型。BPNN与光谱各种形式的结合均具有良好、或接近良好预测全氮的能力;而PLSR与REF、倒数对数(Log(1/R))及波段深度(BD)的结合仅少部分具有良好估算能力、大部分则为粗略估算能力,一阶微分(FDR)和二阶微分(SDR)估算精度均较低,尤其是SDR(R2<0.5,RPD=1.10~1.27)均不具备估算能力。总体样本所建模型稳定性好于分土壤类型,分土壤类型建模差异性明显;此外,总体来看,BPNN模型比PLSR建模精度高、模型稳定性好,但PLSR模型可操作性强于BPNN模型。
以黄土高原半干旱区定西为试验区,利用Radarsat-2/SAR和MODIS数据,将由MODIS NDVI估算的植被含水量(VWC)应用到微波散射Water-Cloud模型中校正植被的影响。采用交叉极化(VV/VH)组合方案对植被覆盖下土壤水分的反演进行初步探讨,结果表明:在植被影响校正前,模型反演土壤水分值出现明显低估现象;校正植被影响后,相关系数R由0.13提高到0.44,且通过α=0.01的显著性检验,标准差SD由5.02降低到4.30,有效提高了模型反演土壤水分的准确度。卫星反演的研究区土壤含水量大部分介于10%~30%之间,与实地考察情况一致,较好地反映出区域土壤湿度分布信息。表明,光学和微波协同遥感反演对于提高农田土壤水分遥感反演精度具有较大的应用潜力。
基于2014年8月15日的Landsat 8影像,通过劈窗算法反演西安中心城区地表温度,定量测算热岛中心范围。估算多种地表能量分量,分析热环境格局与地表能量分量的关系。结果表明:(1)西安中心城区城市热岛集中分布在人口、居住、商业密集区、经济技术开发区以及植被覆盖较差的区域;(2)感热、波文比与地表温度呈正相关,人为热与温度呈不显著正相关,净辐射、潜热与地表温度呈显著负相关;(3)城市热岛的地表能量结构中感热与潜热差异是构成城市热岛差异的主要原因。
植被含水量是影响植物生长的主要限制因子之一,也是衡量植被生理状态和形态结构的重要参数。应用遥感技术定量估测植被含水量,对于农业旱情监测\,作物产量估计和科学研究具有重要意义。基于2012年黑河生态水文遥感试验期间获得的6景ASTER遥感数据和同步观测的研究区生物量观测数据集,选取NDVI、RVI、SAVI和MSAVI 4种植被指数分别与单位面积内植被含水量的关系进行比较分析,建立了不同植被指数的植被含水量反演模型,并对反演结果进行了验证。研究结果表明：4种植被指数均与实测的植被含水量有较高的相关性(R2>0.846),利用MSAVI反演的植被含水量精度略优于其他3种指数,其均方根误差(RMSE)在0.794 kg/m2内。模型较为可靠,可以为大范围获取植被含水量信息提供有效方法。
植被净第一生产力(NPP)作为反映植被固碳能力的重要指标,在全球CO2浓度上升的背景下,成为研究全球及区域生态系统对气候环境变化响应的热点之一。基于Landsat TM/ETM+遥感影像数据,采用改进的CASA模型,估算得到武汉市2001~2010年空间分辨率为30 m的冬季NPP,并对其进行时空变化分析。研究结果表明:武汉市过去10 a冬季平均NPP为8.55 gC/m2·m。2001~2010年武汉市冬季NPP整体呈现波动上升的趋势,各区域具有不同的增长速率,其中以江夏区最快,而各植被类型中灌木林具有最快的增长速率和最高的平均NPP。武汉市冬季NPP均呈现从三环区域向四周增大的空间分布特征,过去10 a武汉市冬季NPP最高的区域由黄陂区转移到了江夏区。
为了探索遥感卫星影像和无人机调查在实际遥感面积估算中的调查效果和适用性,以广东省阳春市晚稻为例,采用卫星影像与无人机调查结果相结合,使用两种面积估算方法进行2013年晚稻种植面积估算。实验结果表明,比估计和回归估计方法的估算结果分别为22 501.1 hm2和22 781.1 hm2,二者的CV分别为8.84%和1.03%。研究结果表明:①无人机调查可获得高质量的面积测量信息；②优化后的样本能够支持面积估算过程,但其理论意义需要更进一步地讨论与证明；③卫星数据与无人机调查数据相结合的方法可以提供满足统计精度要求的面积测量结果,具有良好的应用前景。
城市热岛效应(Urban Heat Island,UHI)越来越受关注,城市冠层之间的辐射传输和交换受到周围建筑物阻挡,是城市热岛现象产生的重要原因之一。天空开阔度是描述天空被建筑物阻挡程度的形态学参数,经常被用于城市热岛现象研究中。以澳大利亚Adelaide中心城区为研究区,基于高分辨率的3D建筑物数据计算天空开阔度(SVFs ),并与鱼眼技术方法计算的SVF fish-eye值进行对比,在此基础上分析了不同季节、不同时刻的SVFs 与城市热岛强度之间的相关关系。结果表明:SVFs与SVF fish-eye非常吻合,二者之间的相关系数为0.97;SVF和UHII(城市热岛效应强度)在无雨天气下的夜间都呈显著线性负相关,在夏季、秋季和冬季的中午附近,两者呈明显的线性正相关,而在春季的中午附近,两者的线性正相关不明显;对于晴天、阴天和雨天3种天气来说,SVF和UHII在夜晚的负相关性差别不大;在白天,晴天的正相关性大于阴天和雨天。
利用藏北高原那曲地区反照率地面观测资料分析了其日内、月均和季节变化特点,在此基础上,与同期的MODIS/Terra 反演结果进行了对比分析。结果表明:藏北那曲地区晴天地表反照率日内变化明显,主要表现为早晚高,变幅大,中午低,变幅小的“U”形变化特点。早晨太阳高度角低,反照率高,日内随着太阳高度角的增加反照率逐渐降低,下午14:00~15:00反照率达到日内最小值,之后随着太阳高度角的降低,反照率上升明显。夏季日内最高反照率出现在早晨8:00,其他季节则基本上在下午18:00。太阳高度角同样是影响地表反照率季节性变化的主要原因,两者呈极显著的反相关关系,相关系数为-0.91。冬季平均地表反照率最高,为0.28,其次是春秋两季,均为0.23,夏季最低,为0.19。MODIS/Terra 在上午12:00左右过境时反演的地表反照率与地面观测值之间存在很好的一致性,两者平均值都为0.22,相对误差9.60%,绝对误差和均方根误差(RMSE)均为0.02,而在13:00左右过境时,卫星反演值较观测值存在系统性偏小特点,平均偏小14.29%,相对误差为16.45%,绝对误差0.04,均方根误差0.05。此外,MODIS反演的地表反照率比地面观测值日际波动大。若不考虑积雪,冬夏两季地表反照率的空间差异小,而春秋两季空间差异较大,这主要与研究区地面植被类型及其季节性空间分布特征有关。
机载激光雷达(Light Detection And Ranging,LiDAR)技术对植被空间结构和地形的探测能力较强,在植被参数定量测量和反演方面具有显著优势。首先利用野外调查并结合高分辨率Geoeye-1影像数据,对黑河上游天涝池流域植被类型进行分类,提取研究区森林分布,然后结合0.5 m×0.5 m机载激光雷达(LiDAR)数据对森林结构参数(树高、冠幅、胸径和叶面积指数)进行反演,最后利用实际观测数据对反演结果进行验证。结果表明:机载激光雷达数据能够精确地反演森林结构参数,树高、冠幅、胸径和叶面积指数的实测值与估测值决定系数分别为0.98、0.84、0.57和0.73。本研究获得流域森林覆盖区域高精度树冠高度和叶面积指数空间分布图,同时分析了冠层高度和叶面积指数随高度的变化。本研究的结果为该流域分布式生态水文模型提供了重要的输入参数。
风云三号A星上搭载的中分辨率成像光谱仪(Medium Resolution Imaging Spectrometer)MERSI从2008年5月底开始对地球观测,其中5个波段250 m分辨率的数据包含了丰富的植被信息,在全球同类传感器数据中独具特色,在其基础上反演的陆表植被数据产品目前还不多见。利用2013年生长季在河北固城观测获取的冬小麦光谱数据,结合MERSI 250 m数据计算的NDVI值,建立二者NDVI之间的线性转换模型Y=1.1458X+0.1916；同时利用地物光谱NDVI与实测叶面积指数构建了NDVI-LAI指数模型Y=0.0899e4.459X；然后,利用MERSI 250 m数据反演出华北太行山前平原区冬小麦的叶面积指数,经与大田观测的叶面积指数以及同期MODIS的叶面积指数产品对比验证,结果表明:反演的MERSI-LAI与实际观测叶面积指数接近且具有很好的线性关系,其空间分布与MODIS的叶面积指数相近,但MODIS\|LAI数值明显偏小。
地表反照率是表征地球表面捕获太阳辐射能力的特征参量,是影响气候系统的关键因素。植被通过物理(反照率)和生物过程(蒸散)影响陆地区域的能量收支过程,进而调控区域气候特征,其中陆表植被的变化及其可能的反照率影响规律受到了研究者的重视。以北京地区为例,利用MODIS地表反照率产品,结合地表覆盖类型产品中的植被功能型数据,计算并分析了2008~2013年北京地区典型植被功能型差异对地表反照率时空分布的影响。结果表明:北京地区典型植被功能型共6种 ,按其平均地表反照率从大到小依次为:谷物作物、城市用地、灌丛、落叶阔叶林、常绿针叶林及水体。因不同植被功能型的分布及变化对地表反照率的时空分布有直接影响,北京地区平均地表反照率总体呈东高西低、南高北低趋势,秋季最小,冬季次之,春、夏较大,且2008~2013年地表反照率呈现变化量约为-0.79×10-3/a的缓慢减小趋势。
为探讨FLAASH大气校正模型对高程和大气模式参数的敏感性,以中纬度夏季和亚极地夏季大气模式过渡区的两景Landsat8 OLI遥感影像为基础,从高程、大气模式及其综合作用进行了对比分析。实验结果表明:①单景影像而言,FLAASH模型与高程和两种大气模式敏感性不强,各波段反射率平均值相差在0.21%以内;②在相邻两景影像重叠区,FLAASH模型与高程和大气模式敏感性明显加强,可见光波段反射率均值相差在0.5%~1.29%之间;③FLAASH模型能有效去除Landsat8影像的大气影响,并使图像信息增强,大气校正的作用效果在短波波段更加明显。
利用遥感手段,基于油菜种植生长期的MODIS\|NDVI 16 d合成数据,提取江苏省启东市2008~2009、2009~2010和2010~2011年3个生长季的冬季油菜种植面积。根据油菜生育期NDVI值的时相变化建立了NDVI时序曲线;利用阈值剔除非耕地数据后,对数据利用最小噪声分离(MNF)方法进行压缩处理,最后利用波谱角分类法确定油菜种植区的空间分布,计算油菜种植面积。计算结果与实际统计面积相比,精度达到90%以上,表明该方法作为一种快速油菜种植面积监测方法,具有较高的监测精度。
分形是局部和整体以某种方式相似的形。不同的土地类型作为一种地学特征反映在遥感图像上,其像元亮度—面积模式亦符合一定的分形理论。可以利用分形理论的求和法进行不同土地利用类型的划分,并且此方法可以在一定程度上弥补监督分类中地物样本量选取量影响分类结果的不足。以广州番禺区2003和2009年的土地利用类型划分为例,利用ETM/TM数据基于分形的方法将林地从植被背景中分离,将坑塘等从水体背景中分离,将未利用土地类型从整体背景中分离,分类精度分别达到94.6685%(2003年)、91.1384%(2009年),并探讨了该地区土地利用变化的相关问题。
Landsat 卫星遥感数据具有分辨率较高,数据积累时间长的特点,在探测地表覆盖变化和地物分类中得到广泛应用。首先,对获取的Landsat TM/ETM+时间序列数据进行了定量化处理,获取了三江平原七台河市1989~2012年时间序列Landsat地表反射率图像。其次,设计了林地指数和湿地指数,提取了三江平原七台河区域地物光谱和时序特征,同时设计构建了地表覆盖分类和植被地表类型变化探测的决策树算法,实现了1989~2012年七台河区域的植被地表覆盖变化的动态监测,提取了森林覆盖变化的空间分布与变化时间。最后,对七台河区域地表覆盖与植被地表类型变化进行了精度检验,分类总体精度达到90.04%,Kappa系数达0.88。研究结果表明:基于定量化的Landsat时间序列数据的分类算法能克服单时相影像分类的缺陷,实现区域地物自动分类和地表覆盖变化的动态监测。
为系统评价时序InSAR技术监测结果的精度和可靠性,进一步挖掘监测结果中隐藏的空间地理信息,利用两种时序InSAR技术对天津市及周边区域地表沉降情况进行监测,并基于水准数据测量结果、不同时序InSAR技术监测结果以及夜间灯光数据二次分析结果,研究了系统评价监测结果可靠性的方法,对监测结果进行了精度和可靠性的评价。在此基础上,基于ArcGIS空间插值与梯度分析方法,对研究区两个重点沉降区域进行了沉降梯度分析。研究结果表明:①研究区时序InSAR技术监测结果精度较高、可靠性较好;②重点沉降区域分布于天津市市区周边辖区,而市区相对比较稳定;③沉降梯度较大区域多分布于“沉降漏斗”的边缘,沉降梯度大小与沉降速率之间没有直接联系。
以国产高分辨率卫星高分一号作为数据源,应用Pansharp融合、HPF融合、Gram-Schmidt融合和SFIM融合4种方法对高分一号卫星2 m全色及8 m多光谱数据进行了融合试验,并对融合结果的空间信息融入度和光谱保真度进行了评价。选取标准差、熵及联合熵、平均梯度、相对偏差4种客观评价指标对融合结果进行了计算与分析。研究结果表明:对于高分一号卫星,4种方法均显著提高了影像的空间分辨率,同时较好地保留了影像的光谱信息,提高了影像的利用率。其中Pansharp融合综合表现最好,HPF方法边界最为清晰,SFIM方法的光谱保真度最高,Gram\|Schmidt融合在近红外波段效果最好。根据不同的研究目的,使用适宜的融合方法及参数,可以使高分一号卫星影像更好地为生产及科研工作服务。
基于土地利用数据的人口统计数据空间化方法,在处理过程中会出现同一土地利用类型下人口难以细分的情况,从而影响人口空间数据精度。引入夜间灯光信息并提出了一种基于夜间灯光强度对城镇居民地再分类的人口空间化方法,以改善人口空间数据精度。基于DMSP/OLS夜间灯光及土地利用数据,以长江中游4省为研究区进行方法试验。研究结果显示:利用夜间灯光数据对城镇居民地再分类后,各分区模型的调整R2都提高到了0.8以上,人口空间数据总体平均相对误差较重分类前降低了12.32%。说明该方法在提高传统人口数据空间化模型精度的基础上能够细化城镇居民地人口空间分布。
地表植被覆盖是描述区域生态系统的基础数据,也是全球及区域陆面过程、生态与水文众多模型中所需的重要地表参数。对于黑河下游额济纳绿洲,以Landsat 30 m分辨率为主的遥感影像难以真实提取下游绿洲河岸林植被覆盖信息,而高分辨率影像目标地物轮廓清晰、空间细节信息丰富,有利于干旱背景下景观破碎、异质性强的植被覆盖信息分类。基于黑河下游额济纳绿洲QuickBird影像,通过面向对象的分类方法提取耕地、胡杨、柽柳、草地和裸地等主要植被覆盖类型,分类总体精度和Kappa系数分别为84.71%和0.7986。结果表明:利用面向对象分类方法对高分辨率影像进行植被覆盖信息分类,分类结果较好,能够满足精度要求。
针对航摄时拍摄角度倾斜于地面而产生的倾斜影像的几何畸变问题,提出了一种基于空间变换的倾斜影像纠正方法。首先根据坐标转换数学模型和新影像的采样间隔,确定出新影像的大小和原影像在新影像中的坐标域;然后在新影像中判断并统计出在坐标域内的像素点,构成坐标域点集;最后推导了转换模型的反变换,建立了关于原影像图像坐标的线性方程组并进行了改进整理,求解方程组的解并转换成像素坐标后,利用最近邻插值获取到坐标域各点的灰度值,以实现影像的纠正。通过Matlab进行了实验,对倾斜影像纠正效果良好,较一般算法相比耗时更少,该研究提出的算法可用于倾斜影像的配准、拼接和建模等处理。
地基微波辐射计是被动微波遥感研究中进行地面实验的核心仪器。了解辐射计的观测原理以及实验方法对实验的设计和数据的分析具有重要意义。2007年遥感科学国家重点实验室购置了车载多频率微波辐射计,自仪器投入使用以来,获取了多种典型地表的微波辐射测量数据。基于车载多波段微波辐射计开展的地面观测实验为被动微波遥感地表参数反演算法的发展、辐射传输模型的验证等研究提供了重要的数据支持。详细介绍了车载多频率微波辐射计的配置、观测原理和定标方法,并结合地面实验,介绍了利用车载多频率微波辐射计进行实验的方法及数据的处理与应用。该研究对地基微波辐射计观测实验的设计与实施以及对辐射计数据的分析和使用有重要的参考价值。
采用训练字典的稀疏表示方法能反映信号的本质特征和内在结构。针对遥感多光谱图像和全色图像融合存在的光谱失真问题,提出了一种基于à trous小波和联合稀疏表示的融合方法。首先对多光谱图像进行IHS变换,然后对全色图像和变换后的多光谱亮度分量进行à trous小波变换,对其低频分量进行字典训练,采用联合稀疏表示模型进行分解得到公共成分和独特成分,最后对稀疏系数进行融合。通过对山区和城区不同场景的IKONOS遥感数据进行实验,融合结果不仅在空间分辨率得到了提高,并且光谱分辨率保持较好,目视判读和量化分析表明其多数性能优于目前常用的传统算法。
黑河流域生态水文WSN观测数据自动综汇系统于2012年7月正式发布。随着数据申请人数骤增,之前采用的权限管理模式、下载流程已经无法满足需求。针对黑河流域自动观测数据共享应用过程中的具体需求,将黑河计划数据管理中心下载系统与黑河流域生态水文WSN观测数据自动综汇下载系统进行对接,对下载系统的权限粒度、授权方式、数据生成及获取方式进行优化改进,极大地提高了数据共享效率,对于自动观测数据的在线共享具有重要意义。
甘公网安备 62010202000685号
