GPM降水计划是继TRMM之后新一代全球卫星降水产品,其核心观测平台已于2014年2月28日发射,卫星群目前由10颗卫星组成,未来还有可能继续扩充。但目前国内还缺少专门介绍GPM计划及其产品的最新文章。新一代GPM降水产品分为4级,与以往的卫星降水产品相比具有更高的精度、更大的覆盖范围、更高时空分辨率,能够提供全球范围基于微波的3 h以内以及基于微波红外IMERG算法的30 min的雨雪数据产品,有利于促进水文、气象、农业和灾害等学科的研究和应用。与着重观测热带亚热带地区降水的TRMM相比,GPM能够更加精确地捕捉微量降水(<0.5 mm·h-1)和固态降水,这两种类型降水的观测对中高纬度地区和高原地区具有重要意义。对GPM计划的核心观测平台、算法产品、地面验证和应用前景等进行了阐述,有利于GPM产品在国内的应用和推广。
在给出端元的物理、代数和几何学解释基础上,对现有端元提取算法从算法设计机理出发,分为基于几何学、基于统计学和信号检测理论以及空间和光谱相结合三大类,并进一步对基于几何学的端元提取算法从技术处理手段差异细分为基于距离、体积、投影变换和最优化4种情况。结合端元提取算法分类,针对算法缺陷及改进思路,介绍了常见端元提取算法PPI、N-FINDR、UOSP、VCA、ICA、NMF和AMEE研究进展。最后,结合解混理论进展和工程应用实际,从技术综合和性能优化的角度指出了端元提取算法的研究展望。
以黑河流域上游和中游为研究区,针对MTSAT\|1R卫星数据,运用MODTRAN 4.0及晴空状态下的TIGR大气廓线数据,发展了根据地表比辐射率、大气水汽含量、传感器观测角度分组模拟的分裂窗算法,进行地表温度反演。分析了传感器噪声、地表比辐射率和大气水汽含量3个参数对该算法的影响,并结合模拟数据、地面观测数据及MODIS地表温度产品,对反演结果进行分析评价。结果表明:当传感器垂直观测或大气水汽含量小于2.5 g/cm2时,反演精度在1 K以内;反演结果与地面观测数据对比差异较小,在阿柔站RMSE为3.7 K(日)/1.4 K(夜),在盈科站RMSE为2.4 K(日)/2.0 K(夜);与MODIS地表温度产品比较,空间分布呈现出一致性。总之,分组分裂窗算法能较好地用于MTSAT\|1R卫星数据进行地表温度反演。
光谱定量遥感已成为土壤盐渍化大尺度调查的有效手段之一,但黄河三角洲地区盐渍化土壤的光谱响应特征尚未明确。以黄河三角洲野外测定土壤体积含水率、电导率为例,应用遗传偏最小二乘法(GA-PLS)在小样本集条件下提取盐渍土壤的水分—盐分的光谱响应特征,利用蒙特卡罗方法随机模拟结果表明:在不同土壤水盐含量条件下,GA-PLS方法所提取的光谱特征具有鲁棒性,含水率模型稳定在23个波段变量,即响应特征为365~425,500~515,720~740,755~765与955~965 nm;土壤电导率模型的特征集数目为20个波段变量,特征为370~385,405~425\,500~535,650~660,755~760与1 030~1 050 nm。实验在不同预处理模型下,GA-PLS算法所建立水盐光谱模型较PLSR模型均显示出更高的精度。其中,包络线预处理方法与GA-PLS算法相结合效果最优,其水分光谱模型测试集拟合精度(R2),预测残差平方和(PRSS)与残差预测方差(RPD)分别为0.88,9.36与15.80;土壤光谱模型测试集精度R2,PRSS与RPD分别为0.71,15.68与13.76。
以MODIS雪盖、风云静止卫星降水、GLDAS气温等多源数据,作为传统SRM模型的输入参数,构建多源遥感驱动的SRM融雪径流模型,并在缺资料地区——青藏高原的年楚河流域进行融雪过程的径流模拟。研究表明融雪后期的瞬时降雪很大程度上影响了插值后积雪覆盖率的精度,在插值的时候考虑降水和气温,排除瞬时积雪干扰,改进线性插值获得每天的积雪覆盖率,可以提高模型模拟精度;遥感驱动的SRM模型在缺资料地区年楚河适用性较好,Nash\|Sutcliffe系数(NSE)达到0.681,体积差(Dv)为-0.17%,均方根误差(RMSE)为9.678,模型模拟的精度较高。研究结果可为高寒地区生态水文模型研究提供重要参考,同时可为SRM模型在其他流域尤其是缺资料地区融雪径流计算中的应用提供有效支撑。
地表温度(LST)是全球变化的过程参数,应用HJ-1B-RS热红外数据,采用辐射传输法(RTE)、覃志豪单窗算法(Qins’)和普适性单通道算法(JM&S)对南京市地表温度进行反演。结果表明:3种算法均能较好地反映南京地区的地表温度趋势。RTE反演精度最高,与MODIS地温产品的差值多集中在2.1 K左右;Qins’的反演结果略低,温差多集中在3.87 K左右;而JM&S的结果明显偏低,温差多集中在5.96 K左右。结合土地利用类型图对地表温度进行分析,RTE温度结果中,温度最高的建设用地与温度最低的水体的温度相差4.1 K;Qins’温度结果中建设用地与水体的温度相差4.38 K;JM&S温度结果中建设用地与水体的温度相差2.15 K。RTE和Qins’更能体现不同土地利用类型之间的温度差异及对城市热岛的贡献。
在高度计绝对定标实验中,利用差分GPS(Differential GPS,DGPS)浮标进行现场海面高测量得到的海面高(Sea Surface Height,SSH)序列之中,除了包含有由风浪引起的高频噪声外,还包括了仪器误差造成的影响。前者可通过低通滤波方式消除,而后者由于是全频段的白噪声,不能通过低通滤波的方式消除。通过研究奇异谱分析(Singular Spectrum Analysis,SSA)的方法,确定了嵌入维数和截断长度的选取准则,并对其进行仿真,验证了该方法在消除海面高序列的仪器误差噪声中的有效性,同时也验证了嵌入维数和截断长度选取准则的有效性。最后,利用该方法处理了某次DGPS浮标实验获得的海面高序列,处理结果与原始序列相比较为平滑,且在精度上有一定的改善,验证了奇异谱分析方法的有效性。
利用2008~2011年的ENVISAT/ASAR 全球监测模式(GM)数据,采用时间序列变化检测算法,估算地表相对土壤水分,并利用Van Genuchten方法将相对土壤水分转换为绝对土壤水分,最终获得研究区内的土壤体积含水量。利用阿柔冻融观测站2008~2011年10 cm土壤水分数据验证,均方根误差为0.11 cm3/cm3;利用八宝河流域无线传感器网络的36个WATERNET节点2013~2014年的4 cm体积含水量月均值进行空间分布的间接比较检验,估算月均值的均方根误差在0.03~0.11 cm3/cm3的节点有19个,在0.11~0.16 cm3/cm3的节点有15个,大于0.16 cm3/cm3的有2个。另外考虑遥感数据和算法(暂未考虑土壤容重、土壤残余含水量的不确定性)对估算结果的影响,体积含水量最大估计误差范围为0.03~0.12 cm3/cm3,研究区内91.77%的像元小于0.06 cm3/cm3。
利用角反射器进行SAR图像辐射定标是一种简单、实用、精度较高的绝对定标方法。其关键技术包括角反射器响应测量、天线方向图拟合和定标常数确定。针对机载分米级高分SAR影像定标问题,在同一场景中布设了30和10 cm两组三面角反射器,依据雷达中心入射角估计值、均方根误差和变异系数等指标,分析了已有的两种角反射器响应测量方法,即峰值法和积分法的适用性,并提出了一种新的天线方向图拟合方法。最后给出了两种方法对高分辨率SAR辐射定标的适用性结论。
模型状态同化精度受多种方面因素的影响,针对状态同化中模型参数的不确定性问题,状态与参数同时估计为此提供了一种较好的解决方案,即在进行状态同化的过程中得到合理的参数估计值。在Lorenz-63模型的基础上构建状态与参数同时估计框架,比较分析增广集合卡尔曼滤波 (AEnKF,Augmented Ensemble Kalman Filter)、双重集合卡尔曼滤波(DEnKF,Dual Ensemble Kalman Filter)和同时优化与同化方法(SODA,Simultaneous Optimization and Data Assimilation)在集合数、观测误差和观测数不同时的参数和状态估计结果差异,由此探讨3种方法的优劣及适用性。研究结果表明:3种方法都能较好地估计模型的状态和参数,AEnKF的误差在集合数不大于20时最大,随着集合数增加降低的速率最小；3种方法的RMSE值随观测误差的增大而增大,但算法间差异不大；观测数变为1时3种方法的结果都变差,其中AEnKF最明显。
卫星遥感是获取DEM数据的重要手段,定量化和降低DEM数据误差是应用DEM数据的前提。在共线方程理论的基础上,模拟分析了DEM数据精度与内外方位元素之间的定量关系,以覆盖鄱阳湖地区的ALOS PRISM立体像对为研究数据,根据SRTM数据计算DEM误差,并求解影像内外方位元素误差。研究表明:影像角度误差是影响DEM误差的主要因素。消除角度元素误差后,DEM数据误差的均值由4.4 m降为0.2 m,标准差由7.7 m降为2.7 m。
针对野外无线传感器获取的时空数据的特点,总结常见的时空异常探测方法,提出了一种根据时间序列相似性度量时空邻域的时空异常探测方法,用于准确检测时空数据的异常情况。采用2012年7月15日黑河流域生态水文无线传感器观测网中13个观测节点的数据进行验证,结果表明:该算法能够有效地探测到无线传感器网络时空数据中的异常,并能识别由于灌溉或降雨造成的伪异常,对其他数据处理探索研究有一定指导意义。
耕地是重要的农业资源,如何利用遥感技术快速准确地提取耕地信息是目前研究的热点。利用2000年MODIS/EVI时间序列数据提取关中地区耕地资源信息。以不同地类的EVI时间序列数据年内变化差异为分类依据,采用时间序列谐波分析法对全年时间谱EVI数据进行重构分析,减少噪音对信息提取的影响。经最小噪声分离变换(MNF变换)、纯净像元指数(PPI)计算以及N维可视化工具进行人机交互选取植被、耕地、城镇和水体4种端元,基于线性光谱混合模型,获取该地区耕地资源分布信息。通过与同年1∶10万土地利用数据对比验证,本研究提取的耕地总体精度为83%。研究表明：基于时间序列谐波分析法对EVI数据进行重构,利用不同地类的特征差异,采用混合像元分解的方法,可以精确获取耕地资源定量信息。该方法可为长期、大范围、动态的耕地分布和变化遥感监测提供技术参考,同时为国土资源管理部门提供决策支持。
利用MODIS中5个光谱波段上不同云相态的特性,提出了一种基于BP神经网络的云相态检测方法。首先,分析了所选波段上不同云相态的特性,利用5个波段上光谱图像的反射率、亮温值和亮温差值构成4组特征数据作为输入层,隐层和输出层分别采用优化的传输函数。然后,利用3层前馈型BP神经网络对所选波段MODIS数据进行了云相态检测。最后,将两组测试数据用该BP神经网络算法进行云相态检测的结果与相应MOD06云相态数据进行了对比分析,结果表明该方法能很好地识别云相态,检测平均准确率达到86.11%,计算结果与标准结果平均相关性达到0.874的高度相关,且无需在计算前进行复杂的云和晴空分离处理。
真实性检验是利用现场观测数据或其他高质量遥感产品来获取待检验遥感产品精度的技术,是遥感产品制作及其应用的前提。通过分析均方根误差、平均绝对误差和平均相对误差等多种遥感产品精度评价统计量的适用性,确定了一套水色、水温遥感产品真实性检验流程。以中分辨率成像光谱仪(MODIS)海表温度(SST)遥感产品的真实性检验实例展示了文中确定的水色水温遥感产品真实性检验流程的可行性。分析结果表明待检验产品的分布规律(样本均值和标准偏差)对检验结果的统计量会产生一定的影响,平均值对平均相对误差的影响呈现高相关性。
在无人机平台上采用低重叠方式成像能够大大提高数据获取效率,可满足包括应急救援和航空侦察等时效性要求很高的特殊领域应用需求。然而,此类影像具有重叠度低和旋转角大的特点,利用常规正射影像镶嵌的方法进行拼接往往带来较大的拼接误差。提出了基于ASIFT算法的低重叠图像配准方法,并对序列影像做光束法平差处理,得到最优变换矩阵后,结合多分辨率样条融合算法进行全景影像输出。实验结果表明:该方法可以获取足够数量稳定的匹配点对,较好地约束了序列影像之间的几何关系,得到的拼接影像无缝清晰,适应于低重叠度无人机影像的快速拼接。
航空校飞是中法海洋卫星(Chinese-French Oceanic SATellite,CFOSAT)散射计发射前需要完成的一项重要实验内容,它可以检验星载散射计的各项功能和性能,获取有效数据,是保障散射计在轨正常工作的重要环节。在本次校飞实验中,利用了回波模拟器对散射计进行地面系统测试及定标验证,探索了一种利用回波模拟器对星载散射计进行系统测试定标的方法。运用该方法对CFOSAT星载散射计进行全系统地面测试以及定标实验。回波模拟器提供给散射计标准的、已知的回波信号,散射计处理该信号后,获取系统参数并得到定标常数。校飞的实验结果验证回波模拟器对星载散射计地面测试和定标方法的可行性和准确性。
单Logistic函数曲线拟合法是NDVI时间序列重建及物候遥感中关键物候期划分的重要方法之一。虽然该方法不需要设定阈值或经验系数、较适应于不同环境区域的物候遥感监测,但是在山区NDVI噪音较大的情形下,其拟合精度仍会受到较大影响。选取秦岭中部山区为研究区,在分析了多年NDVI时间序列数据特征基础上,利用山区NDVI数据序列最大值相对于最小值更为稳定的特性,对传统单Logistic模型求解方法进行改进,采用更为稳定的参数构建模型以提高NDVI时间序列重建的精度。基于秦岭样区MODIS NDVI多年遥感数据,分别在保持植被生长季特征能力和保留高质量原始真值程度两方面对原方法与改进方法的计算结果进行比较。研究表明改进的方法在上述两个方面都具有更好的效果。在植被指数噪音较大的山区,改进的方法对NDVI时间序列重建表现出更好的适用性,可为复杂的山区物候遥感相关研究提供参考。
为实现全极化微波辐射计对海面风场的高精度测量,不但需要特殊的全极化定标基准,同时需要高稳定性的接收机系统。恒温控制是提高系统稳定性简单有效的途径之一。基于23.8 GHz的数字相关型全极化微波辐射计,考虑温度对于定标的影响,采用特殊的温控方案,设计出一套恒温控制系统,使辐射计工作在一种稳定的状态下。实验结果表明:通过恒温控制可以使辐射计工作维持在一种稳定的状态,从而可以简化定标过程,延长定标周期,同时保证定标精度的要求。
介绍了通过Matlab/Simulink建立干涉式微波辐射计系统仿真模型的方法。针对干涉式微波辐射计的基本构成单元——二元干涉仪,搭建了仿真模型,通过对辐射计随机噪声测量过程的模拟,实现了单通道全功率测量仿真及双通道干涉测量仿真,在时域范围内实现了对系统测量精度、灵敏度指标的定量化分析。
雪线作为区分积雪覆盖区与无雪区的边界线,是冰冻圈各要素中对气候变化最为敏感的指示器。利用去云后的MODIS积雪面积比例产品并结合DEM数据,通过雪线像元及其高度的提取、雪线高度场的建立,对青藏高原近12 a(2000~2011年)雪线高度的时空变化特征进行了分析。结果表明:青藏高原雪线高度的分布受地形的影响,高原内部的雪线高度明显高于周围山区;在近12 a中,青藏高原的雪线高度变化虽然没有明显的年际变化趋势(升高或者降低),但是体现出较高的年内和年际波动特征,特别是青藏高原的东部和南部地区由于受西南季风的影响,夏季雪线高度的年际变化尤为强烈。提出基于MODIS的雪线高度提取方法具有较好的应用潜力,能够适用于其他地方雪线高度的遥感监测。
针对基于多时相遥感影像、多种特征量提取多种作物种植结构在我国研究较少的现状,利用多时相Landsat8 OLI影像数据,根据温宿县不同作物的农事历,通过分析主要地物的光谱特征和归一化植被指数的时间变化信息,构建不同作物种植结构提取的决策树模型,实现了对温宿县多种作物种植结构信息的提取。结果表明:①水稻的最佳识别依据是5月20日影像的近红外波段和7月23日影像的NDVI值;棉花和春玉米的最佳识别依据是5月20日~9月9日影像的NDVI变化值;冬小麦—夏玉米和林果的最佳识别依据是5月20日~7月23日影像的NDVI变化值;②与单时相监督分类相比,多时相决策树法对多种作物种植结构的提取效果更理想,总体精度提高了7.90%,Kappa系数提高了0.10;③Landsat8 OLI影像数据分辨率高,成本低,获取方便,是农作物遥感的良好数据源。
以Landsat陆地资源卫星和中国科学院寒区旱区环境与工程研究所80年代冰川矢量编目数据为数据源,利用GIS空间分析方法,提取并分析了1972~2010年西藏卡若拉冰川面积变化特征。结果表明,近38 a来卡若拉冰川有不同程度的退缩,1972~1978年和1999~2010年这两个时间段变化过程较明显,退缩速率较大,尤其以冰川末端和东南坡面积变化最明显。结合冰川最近的浪卡子气象站气候要素分析,得出区域气温和降水都有升高趋势,但是气温的升高特别是冷季气温上升导致的冰雪消融超过了降水量增加的补给,是西藏卡若拉冰川退缩的主要原因。
卫星遥感技术已成为海冰监测的重要技术手段之一。介绍了应用EOS系列卫星、HY\|1B卫星和HJ\|1A/B卫星等遥感数据提取河北省近海海域海冰分布、海冰类型、海冰厚度等海冰信息的方法。重点研究了应用HJ\|1A/B卫星遥感数据进行海冰分类,及根据海冰类型与厚度的对应关系估算海冰厚度的方法,并以2013年1月17日的卫星遥感数据为例,提取海冰信息,制作相关海冰专题产品。结果表明:利用多种卫星遥感数据进行海冰监测,既可相互补充又能提高监测效率和准确率,制作更精细化的海冰监测产品,为河北海洋管理部门制定防灾减灾措施提供重要依据。
基于面向对象的影像分类技术与土地利用变化模型,选取处于剧烈变化环境下的东江流域为研究对象,对其1980~2008年的土地利用变化特征进行了研究。结果表明：(1)面向对象的遥感分类方法在SPOT5高分辨率遥感影像分类中具有较高的精度(总体精度达87.7%),可以有效避免“椒盐现象”发生;(2)1980~2008年东江流域的土地利用方式和空间格局发生了显著变化。耕地面积急剧减少了2 854.4 km2,流失的耕地主要转化为了林地、城镇建设用地;园地面积减少了667 km2,流失的园地主要转化为了林地;林地面积增加了1 988.7 km2,呈波动变化;草地面积比由4.9% 缩减为2.0%;水域面积先减少后增加;城镇用地呈快速增长趋势,年增长率高达186.23%。加强耕地保护和适度限制城镇用地增长对区域可持续发展至关重要。
各种卫星遥感数据在内陆水环境监测中得到日益广泛的应用并各具优势和不足。2013年4月发射的高分一号(GF\|1)卫星搭载的宽视场相机(WFV)为水环境监测提供了新的数据源。通过与Landsat8 OLI和HJ\|1 CCD对比,从辐射、光谱和空间3个方面客观评价GF\|1 WFV 的数据特征,并分析其在内陆水环境监测应用中的优缺点。结果表明:WFV在内陆水体区域的灰度级数和信噪比高于CCD但低于OLI 10 bit的量化等级足以满足水质参数反演的精度要求,在水体监测应用中WFV现有辐射定标系数需修正;WFV的波段数量和宽度与CCD基本一致,比OLI的少且宽,不能很好地捕捉内陆水体的光谱特征;WFV16 m的空间分辨率和800 km的幅宽,明显优于CCD和OLI。总之,WFV在大范围中小型内陆水体环境动态监测方面具有良好的应用前景。
图书馆在提供文献收集、整理和查阅等功能的基础上,开展了大量研究工作并发表了丰富的研究成果。对发表的文献进行信息挖掘,可为相关研究提供参考和借鉴。通过趋势线分析获取各个国家图书馆在不同时期的发文趋势,采用质心法可以刻画出全球图书馆国际发文数量随着时间变化其重心发生迁移的特征。分析结果显示,这两种方法成功地应用到了文献计量分析中,为文献计量学研究提供了新的方法。
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