首先推导了粗糙洋面双向偏振反射模型pBRDF(Bidirectional Polarized Reflectance Distribution Function),并将其与SOSVRT(Successive Order of Scattering Radiative Transfer)矢量辐射传输模式耦合,建立了海洋—大气耦合的矢量辐射传输模式,并对该耦合模式的模拟结果与前人模拟结果进行对比,验证了该耦合模式的可靠性与有效性。不同大气和洋面状态、不同高度的主平面内辐射强度和偏振度的模拟结果表明:pBRDF模型可以很好地模拟不同风速下洋面的偏振反射分布特征;洋面在特定角度具有很高的偏振度,并对大气顶的偏振辐射有很大影响。因此,该耦合模式可以更准确地处理辐射光谱在海洋—大气两种介质间的传输问题,对矢量辐射传输、大气遥感问题的研究有重要意义。
空报数据和漏报数据是高时空分辨率卫星降水产品误差的重要表现形式,研究漏报和空报数据的特征对于改进降水反演算法、提高卫星降水数据的质量具有重要意义。通过对2009年6~8月中国区域内的CMORPH卫星数据(Climate Prediction Center Morphing)与观测站点逐小时降水数据分析,发现CMOPRH数据中的漏报数据和空报数据存在以下特征:①CMORPH数据中空报数据远远高于漏报数据,导致CMORPH数据模拟的降水面积要高于实际降水面,表明空报数据对CMORPH精度的影响要大于漏报数据;②当降水量小于5 mm时,CMORPH的空报率随着降水量的升高呈现出非线性的下降趋势,经过二次项拟合之后的相关系数达到0.99以上;③CMORPH中空报降水数据的面积与总降水面积之间存在很强的正相关性,二者在6~8月的相关系数分别达到0.9133、0.9474和0.9482,因此可以通过CMORPH数据的总降水面积对空报降水面积进行估算;④从CMORPH空报率的空间分布上看,我国东南沿海以及东北地区的空报率较低,而西北、青藏高原地区的空报率最高。
以中亚五国和新疆为研究区域,选取近30 a的遥感数据,结合地面观测资料,基于SEBS模型,反演逐日实际蒸散发量。结果表明:2005年生长季,中亚地区蒸散发量为9 741.03×108 m3,新疆地区蒸散发量为2 168.68×108 m3;其蒸散发在1980、1990和2005年5~9月年际变化量分别为8 960.64×108、9 134.37×108、9 085×108 m3。通过研究区降水量和新疆地区水平衡分析,模型反演的蒸散发量值较为合理,定量提出了区域水循环中参与蒸发过程的水量变化,揭示了干旱区区域蒸散发过程的变化规律。
草地不仅是畜牧业的生产基地,而且是生态安全屏障保护和牧民生活与草原文化传承的基础,具有生态、生产和生活功能。然而,草地日益退化导致的生态经济问题越来越突出。因此,实时、准确地监测草地的退化具有重要意义。根据所测定的各种地面植被的光谱数据,分析了三江源中东部典型草原区常见草种的光谱特性;利用一阶微分法、连续统去除法和归一化微分比的方法对草地植被光谱反射曲线进行了处理,提取了典型草地植被的光谱特征;通过光谱分析法能准确识别藏嵩草和小嵩草优势种,取得了较好的精度。为高光谱遥感草地监测提供了有力依据。
海水的复介电常数是计算海面发射率的重要输入参数之一。迄今为止,已经发布了许多经典的海水复介电常数计算模型,并被广泛应用在星载微波海洋遥感领域。首先回顾了经典的海水微波复介电常数模型,指出了它们的主要性能特点和彼此之间的差异;接着,使用卫星观测数据以及相匹配的大气海洋环境产品,通过比对模型计算亮温和卫星实测亮温,分析了当前5个海水微波复介电常数模型的计算准确度。结果表明：Fastem5中的海水微波复介电常数模型计算准确度相对较高,运行速度较快。
为了对植被参数反演以及模型优化提供一定的参考,采用扩展傅立叶幅度灵敏度检验法(EFAST)对PROSAIL模型的各输入参数进行全局敏感性定量化分析,筛选出对模型结果影响最大的参数。结果表明：在红光波段,总敏感指数大于0.1的参数依次为Cab,Ns,Hspot和LAI,其中Cab的总敏感性指数最大为0.489,是在红光波段范围对PROSAIL模型模拟结果影响最显著的参数。在近红外波段,总敏感指数大于0.1的参数依次为LAI\,Cm\,ALA\,Ns和Hspot,LAI是近红外波段区域对PROSAIL模型模拟结果影响最大的参数,其总敏感性指数高达0.512。
在对洪河湿地植被地上生物量实地采样调查的基础上,利用准同步的TM数据建立了洪河湿地地上生物量遥感反演模型。主要研究了洪河湿地植被地上生物量的空间分布情况,并结合研究区的DEM分析生物量空间分布特征和高程的相关关系。并分析了不同生物量范围内,生物量与高程之间相关性存在差异的原因。研究表明:多元回归模型与其他模型相比拟合精度最高,决定系数为0.813,是洪河湿地地上生物量估算的精度最优模型;经估算得到2007年洪河湿地地上生物量主要集中分布于600~1 200 g/m2之间,总生物量为2.4856×108g,平均生物量为934.7105 g/m2。通过生物量与DEM的相关分析得到,在生物量值为0~600 g/m2的低生物量分布区域,生物量与高程之间存在较好的相关性,相关系数为0.79839;在生物量为600~1 200 g/m2和1 200 g/m2以上范围内,生物量与高程值之间相关性较弱。
层析技术对于垂直结构信息提取具有独特的优势,已被广泛应用于森林垂直结构参数提取\,混合环境分离等。极化相干层析(Polarization Coherence Tomography,PCT)是一种依靠先验知识基于干涉复相干通过傅立叶—勒让德展开式重建目标垂直结构的层析技术。单基线或双基线PCT技术依然可以获取森林垂直结构剖面,由于基线数量过少,很多学者对这一方法存在质疑。研究目的是分析单基线PCT技术提取森林垂直结构剖面的原理\,方法与目前存在的问题。具体方法如下:①应用森林模拟数据提取不同森林场景平均后向散射能量垂直分布;②采用PCT技术获取模拟场景尺度森林垂直结构剖面(相对反射率垂直分布);③分析平均后向散射能量垂直分布与森林垂直结构剖面的异同;④总结森林垂直结构剖面含义及物理意义。结果表明:PCT技术重建的森林垂直结构剖面能够近似表征平均后向散射能量垂直分布轮廓;不同极化方式其森林垂直结构剖面与平均后向散射能量垂直分布也不同;平均后向散射能量垂直分布包含更多的细节信息。
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)由于其特有的全天时、全天候成像及对农作物的穿透探测能力,已成为农作物信息获取的重要手段。该文建立基于Matrix Doubling 算法的玉米多阶散射模型,以全极化雷达遥感数据Radarsat-2为数据源进行模型验证,在模型基础上,根据玉米关键生长期的几何参数,分析了玉米的时域散射特征;玉米不同生长期由于结构上的差异,散射特征差别很大:在玉米出苗期,小角度情况下C波段VV-HV适用于土壤湿度的提取;在玉米成熟期,大角度情况下C波段HH-HV较适合玉米叶片含水量的分析。
以甘肃省张掖绿洲为研究区域,基于双角度、多光谱AATSR数据,利用土壤—植被线性混合辐射传输模型反演了张掖绿洲整个生长季的植被和土壤组分温度,并对AATSR不同观测角度间配准前后反演的组分温度结果进行了比较。结果表明:在利用双角度数据进行组分温度反演时,不同观测角度间的配准对反演结果的影响不容忽视。 进一步利用机载WIDAS观测数据反演的盈科附近植被与土壤组分温度及盈科站实测的地表辐射温度对AATSR数据反演得到的组分温度进行了验证,结果表明基于AATSR双角度数据和土壤—植被线性混合模型的结合反演得到的组分温度具有合理的时间和空间变化趋势,也能够较好地反映张掖绿洲植被生长以及组分温度的变化趋势。
为了解决机载InSAR DEM中水体和阴影区域质量不佳需要区分修复的问题,提出一种综合利用机载InSAR数据源自动提取水体和阴影并加以识别的方法。首先基于InSAR DEM进行粗差点检测,利用粗差点作为种子点在SAR图像中区域生长,提取完整的水体和阴影区域;然后利用沿斜距向高程差和雷达俯角构造约束条件自动识别两者。通过对实测的机载高分辨率InSAR数据进行处理,水体阴影的识别率达到92%以上,其中水体和地形阴影的识别较好,而受制于DEM内在噪声等因素的影响,由树木造成的小块阴影容易造成误分。
通过Landsat卫星影像分别获取了杭州市1989、2000和2010年的城市空间扩张、地表温度及作为主要地表参数的建筑用地和植被的信息,用以研究杭州市城市扩展及其城市热环境变化。结果表明:在21 a间,杭州市建成区范围有了大幅扩展,且城市热岛区域的空间变化与建成区的空间扩展变化基本一致。研究还发现杭州市区的特高温区面积比例在逐渐减小,城市热岛比例指数(URI)从0.78降至0.71,表明城市热岛效应有一定缓解。建筑用地比例的减小与建筑用地密度的下降是城市热岛得以缓解的主要原因。定量分析表明建筑用地的升温效应要强于植被的降温效应。总的看来,杭州市的城市热岛效应现象在整个研究时段内虽有一定的改善,但仍一直处于较强烈的状态。
断裂带、断层等地质构造属于地质薄弱区,由于侵蚀等作用会形成线状地貌,表现出线性构造(lineament),可以通过遥感影像上的色调变化进行解译,进而了解断裂的空间展布,推测矿产资源的地下分布、判断地质稳定性。利用线段追踪法(Segment Tracing Algorithm,STA),首先以某一遥感像素为中心分若干个方向在给定大小的搜索窗口内搜索像素值的连续性,然后对连续性好的像素应用地质统计学按一定的阈值判定其是否为线素,再根据像素值在该方向上的变化进行脊谷判定,进而按照一定距离和角度标准把判别为山谷的像素连接成线性构造,最后将重复的线素删除,从而实现遥感影像的线性构造识别。从该方法在个旧锡矿遥感影像(DEM)的应用来看,STA识别的线性构造和实测断裂(层)的走向能较好的吻合,与实测断裂(层)之间的对应关系较好,但在线素连接上需要给定人为设置的参数,还需要进一步改进算法。
大范围的农作物长势监测可以为农业政策的制订和粮食贸易提供决策依据,也是农作物产量估测的必要前提。遥感估算的作物生物量是评价作物长势的主要群体特征指标,在大范围上开展作物长势监测时,不同区域的作物因为所处的物候阶段不同而导致生物量存在差异,这种差异与因作物长势状况差别而产生的差异混合在一起,增加了长势监测结果的不确定性。以中国河南、山东两省为研究区,以MODIS 250 m NDVI产品数据为主要数据源,结合改进的CASA模型实现了区域内冬小麦生物量的估算,结合冬小麦生长过程特征进行了典型物候期的监测。在此基础上,分析了扬花期前后物候差异对冬小麦生物量估算的影响,研究其特定物候阶段的变化规律,从而实现了生物量的物候归一化,初步探索了如何消除大区域物候差异对作物长势监测与评估的影响。
城市化过程使得土地利用、地表植被覆盖发生着显著的变化,如何定量化描述城市化对植被物候的影响越来越受到各方的关注。基于京津唐地区2001~2006年NDVI时间序列影像,得出了京津唐地区植被物候空间分布格局,计算出北京、天津、唐山3个核心城市城区的距离变量与平均植被物候,并分析了城市化对植被物候指标的影响趋势。结果表明:①2001~2006年,北京城市化使得城区及离城区较近的地方植被生长开始时间提前、结束时间推后、生长季周期变长、NDVI振幅减小;②天津和唐山的城市化使得城区及离城区较近的地方植被生长开始时间延后、结束时间提前、生长季周期变短\,NDVI振幅减小;③城市化对植被物候的影响与该地区城市扩张类型存在相关性关系。
基于2006年9月10日空间分辨率为30 m的TM影像与DEM数据,通过雪盖指数法自动提取积雪范围与目视解译结果进行对比,以粗糙度为度量,定性、定量分析影响其不确定性的地表覆被和地形因素。结果表明:①当NDSI阈值取0.57~0.72和0.4~0.8时,结果有明显差异,取0.57~0.72时漏分像元比0.4~0.8稍多,但是误分像元大幅减少;②同处于阴影区裸地的光谱曲线与积雪的光谱曲线相似,造成阴影区的积雪与裸地不能正确区分,此外处于阴影区域的植被由于反射率较低,使其NDSI刚好在阈值范围内,被误分为积雪;③半阴坡雪盖指数法提取积雪的不确定性最小,而阳坡、半阳坡雪盖指数法提取积雪的不确定性最大;④雪盖指数法提取积雪的不确定性随着坡度的增加呈下降趋势,即坡度越大不确定性越小。
对卫星微波遥感水成物辐射效应的理解在云参数反演以及数值预报中使用受云和降水影响卫星资料等诸多应用中都是十分重要的。使用快速辐射传输模式CRTM,通过中尺度数值模式WRF预报输出的水成物信息,分析了云水、雨水、冰、雪和霰5类水成物对卫星微波遥感的影响及水成物辐射效应给卫星微波观测计算带来的误差特征,设计敏感性试验研究了卫星微波遥感对水成物含量、有效粒子半径和垂直分布层次的敏感度。结果表明:卫星微波遥感在多个探测频率上受水成物的影响较大,云水和雨水的影响主要以增温为主,雨水的影响幅度要大于云水,在影响最大的AMSUA 2通道,云水和雨水的增温分别可达到8 K和17 K左右。冰、雪和霰散射效应对卫星微波遥感的影响则主要以降温为主;相比之下,霰的影响量级最大,雪次之,两种水成物对微波遥感影响最大的通道为AMUSB的2通道,可达到-18 K和-9 K左右,冰的作用微乎其微。卫星微波遥感探测通道对水成物含量的敏感与受水成物辐射效应影响对应一致。卫星微波遥感不受云水和冰水粒子有效半径变化的影响,对雨、雪和霰大降水粒子的有效粒子半径较为敏感。同时,敏感性和影响程度随探测频率的不同呈现出影响的复杂性。此外,卫星微波探测对水成物垂直分布层次的敏感性表现为对水成物敏感探测通道的变化,其中AMSUB 3~5通道对高层水物质,包括冰、雪和霰垂直廓线的变化最为敏感。
土地覆盖产品的生产是遥感领域的研究热点。全球范围土地覆盖产品因其在空间范围上的巨大尺度,生产周期较长,因此产品的时间跨度也很大,需要具有与之相对应的快速生成与更新技术,以提高产品的时间分辨率。使用MODIS历史土地覆盖产品和反射率产品,采用平均值显著性统计检验的思想,实现土地覆盖产品的快速更新。在MODIS条带号为h26v05的结果中选取宁夏自治区作为检验样区,通过目视检验和精度评价的方法对土地覆盖更新结果进行检验,总体精度为90.0290%。对水、混交林、草原、城市和建成区、裸地或低植被覆盖地变化的趋势和变化原因进行分析论证,表明采用平均值显著性统计检验的思想使用时序反射率产品对土地覆盖产品进行自动化快速更新是可行的。
支持向量机(SVM)分类在精度、泛化性、高维数据处理等方面都具有较强的优势,在遥感影像分类中也得到了广泛应用。由于遥感影像“同物异谱”和“异物同谱”现象的影响,结合纹理特征提高SVM分类精度已成为遥感应用研究的热点。但不同尺度的纹理特征突出的信息不一,在同一尺度上难以区分的地物在多尺度空间则更容易区分,因此,采用多尺度纹理特征进行SVM分类,并从分类样本和纹理特征的选取两个方面探讨SVM土地覆盖分类的方法。首先,以ALOS影像为例,通过灰度共生矩阵提取不同尺度、不同方向的几种纹理特征;然后在光谱分类结果基础上,借助地类特征曲线,选取有效的多尺度纹理特征,最后进行样本分层分类。样本分层分类是选取首层样本进行分类,再从“漏分和错分”地块中选取新样本加入到首层样本中,得到第二层样本并对整个影像进行分类;用同样的方法选出第三层样本或更高层样本进行分类,直到结果满意为止。结果表明:该方法比仅用光谱特征的SVM分类总精度提高了8.11%,Kappa系数增加了0.11。其中,纹理特征的引入使分类总精度提高了4.13%,且对纹理特征较明显的地类更有效;采用样本分层后的分类总精度进一步提高了3.98%,且各单一地类的精度也都有不同程度的提高。借助地类特征曲线选择合适的纹理特征具有一定的可行性,并且采用样本分层的方法能够提高SVM分类的精度。
面向对象技术是提高高分辨率图像分类精度的关键技术之一。针对eCognition的分形网络演化分割算法仅仅采用光谱特征和形状特征进行图像多尺度分割的不足,提出了将边缘特征引入其分割过程中,以提高多尺度分割的效果,来获得边缘平滑且分割对象与实际地物更加一致的分割结果,从而改善eCognition的分形网络演化分割方法中存在的过分割、欠分割和边缘粗糙等情况。通过实验,证明了引入边缘特征的分形网络演化分割方法提高了图像分割结果,减小了过分割和欠分割的产生,使得分割结果与实际地物更加一致。
提出了一种组合中间层特征(Middle Level Feature,MLF)和支持向量机(Support Vector Machine,〖JP2〗SVM)的全极化合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)监督地物分类方法。选择监督方法的目的是直接区分实际地物类别,中间层特征在非监督聚类结果中获取,用于跨越底层特征与地物类别间的语义鸿沟。统计以某像素为中心的特征支持区域内各“中间成分”的占比作为该像素的MLF。这里“中间成分”对应于基于底层极化特征得到的非监督聚类类别。在覆盖武汉地区的Radarsat\|2全极化数据上,与基于经典全极化特征的SVM监督分类方法进行了对比,研究了不同中间成分获取方法以及特征支持窗口对于分类性能的影响,结果显示:该方法有很好的性能并有进一步提升的空间。〖JP〗
决策树算法是一种非参数化、非线性的监督分类法。以2010年8月1日Landsat TM影像为基础遥感信息源,以内蒙古自治区赤峰市中部巴林右旗、林西县、克什克腾旗、翁牛特旗交汇处的区域为研究区,通过多次修改完善训练样本数据集,然后把6个原始波段和NDVI、主成分分析后的前3个主分量、常用8个纹理特征以及3个地形特征等共21个特征变量组合成5个不同特征变量组合,采用典型决策树算法C5.0进行了遥感影像分类实验,与最大似然分类结果进行对比。结果表明:C5.0决策树的分类结果优于最大似然结果,尤其是特征变量组合恰当的时候,能够有效利用相关辅助信息,因而最终的分类结果更能满足用户需求。
利用高分辨率遥感影像和GIS辅助数据,对高密度城区进行面向对象的土地利用覆被分类研究。使用NAIP高分辨率航空遥感影像,在多尺度影像分割的基础上,针对特定地物选择合适的影像分割参数。采用决策树方法建立高密度城市地区的分类规则,并结合该地区地籍图数据作为辅助数据,逐步进行高密度城市地区地物信息提取。利用辅助数据进行面向对象的遥感分类效果优于单纯依靠遥感影像进行的分类,且有效提取了道路和复杂的房屋等信息,得到了理想的分类结果,其总分类精度从常规面向对象方法的84.08%提高到89.79%。利用辅助数据进行遥感分类提高了高分辨率遥感影像的分类精度,说明了利用辅助数据进行遥感分类方法的有效性。
遥感方法用于油气勘探已有多年的历史。随着高光谱遥感技术的发展,高光谱遥感油气勘探近年来取得了很大的进展。简要介绍了高光谱油气勘探的基本原理和流程,重点讨论了烃渗漏引起地表烃异常、岩石矿物蚀变异常以及植被异常的高光谱响应机制,以及目前研究中存在的问题。归纳总结了目前用于油气勘探的高光谱影像数据类型及特点。高光谱遥感方法用于油气勘探,在高光谱异常响应机制、数据来源以及数据处理和分析方面还有许多问题有待解决,针对这些问题,提出了相应的解决思路。
长时间序列遥感数据集被广泛应用于全球或区域环境变化、植被动态变化、土地覆盖变化和植物生物物理参数反演等研究,受云、气溶胶、太阳高度角和地物二向反射等因素的影响,这些数据集本身存在很多噪声,限制了数据的深入分析和应用,因此,数据重建是应用前的重要工作。在总结归纳现有时间序列重建方法的基础上,综述了重建方法比较研究的成果,深入比较了常用重建方法对参数的设置要求,分析了目前对重建效果的评价方法以及存在的问题,同时对时间序列数据重建通用软件及其发展作了详细介绍。最后提出了时间序列重建以后的研究重点和发展方向,以期为长时间数据重建研究和应用提供帮助。
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