悬沙水体光谱反射率与质量浓度、粒径的相关关系

根据实验室测得的和野外现场实测的悬沙质量浓度、粒度与光谱数据,分析了不同质量浓度的悬沙水体和同一质量浓度不同粒径大小的悬沙水体的光谱特征,选取了质量浓度的敏感波段,建立光谱反射率与质量浓度、粒径之间的关系模型.分析结果表明:不同质量浓度的悬沙水体光谱反射率具有双峰特征;同一质量浓度的悬沙水体,随着粒径的减小,光谱反射率逐渐增大,粒径大小与反射率呈反比关系;光谱反射率、质量浓度和粒径的指数关系模型能较好地反映三者的关系.     

悬浮泥沙浓度遥感反演模型研究

对实验室固定粒径的悬浮泥沙水体的反射率光谱特征进行了分析,选取反射率的敏感波段,建立了遥感反射率和悬浮泥沙浓度的遥感反演模型;同时,又利用野外现场实测的光谱反射率和悬浮泥沙中值粒径,建立受粒径影响的悬浮泥沙浓度反演模型。结果表明,主成分模型的反演效果最好,其次是幂指数模型,而线性模型的反演效果较差。     

基于高光谱的射阳河口悬浮泥沙浓度定量反演研究

通过提取高光谱遥感信息,对射阳河口悬浮泥沙浓度与实测光谱及Hyperion影像光谱反射率进行了相关性分析,结果表明：射阳河口含沙水体对实测光谱反射率的敏感波段为898～904nm,对光谱分辨率为10nm的Hyperion影像敏感波段正好位于896nm处,以此构建的指数模型,其相关指数达到0．89。模型的检验显示,相对根均方差值为38．78％,表明单波段896nm对预测射阳河口的悬沙质量浓度具有良好的精度。由于试验取样时间与Hyperion影像的成像时间相匹配,此时水流场较稳定,河口水体中的泥沙运移与扩散规律与影像解译结果相似,即：近岸悬沙质量浓度高,远海浓度低;河口南侧由于属于淤长性海岸,悬沙质量浓度比北侧高。研究结果为利用高光谱分析技术构建海洋悬沙含量的定量反演模型提供了可靠依据,也为海洋水体其他物质成分的定量反演奠定了基础。     

基于机载高光谱的长江口北港悬沙浓度反演

机载高光谱遥感是悬沙浓度反演的重要方法。针对高光谱悬沙浓度反演中敏感波段和反演方法的确定,以机载高光谱影像为数据源,采用相关性分析法确定单波段模型和双波段组合模型的敏感波段,并基于敏感波段构建单变量回归模型,确定最佳反演模型并获取长江口北港区域的悬沙浓度空间分布特征。结果发现,基于归一化差值指数(NDWI)构建的二次多项式模型为最佳反演模型,精度上优于其他5种常用的反演模型;且长江口北港区域的悬沙浓度与水下地形基本上呈倒数关系。相较于基于多光谱卫星影像进行遥感反演,本文的结果表明高光谱影像的精细化光谱能够更为准确地表达含沙水体的光谱信息变化,在复杂的水环境反演研究中具有重要的应用价值。     

胶州湾海域海水浊度和悬浮物粒径分布及遥感反演模型

为拓展无人机搭载多光谱相机在海上应用的广度和精度,利用2021年1月、3—7月共6个航次的胶州湾海域现场观测数据,采用多种数理统计方法,开展了海水浊度和悬浮物粒径时空分布特征及基于多光谱数据的遥感反演研究。浊度和悬浮物粒径的分析结果表明,胶州湾湾内海域表层浊度冬季偏低,春夏季高,特别是5月浊度最高,是春季水华暴发浮游植物大量繁殖的结果。胶州湾悬浮颗粒以极细砂为主;悬浮物粒径冬季较粗、春季较细、夏季最小,与水动力条件的季节变化密切相关。将多光谱数据计算得到的不同波段离水辐照度反射率与浊度和悬浮物粒径分别进行相关性分析,结果显示红光波段(660～680nm)的辐照度反射率对浊度和粒径参数最敏感。基于红光波段的波段组合构建了多种函数类型的浊度反演模型,基于450和660 nm处的离水辐照度反射率构建的多项式模型反演效果最好,预测浊度与实测浊度的相关系数为0.82,预测浊度的均方根误差为1.448 FTU。通过基于红光波段的波段组合以及后向散射系数分别构建平均粒径的反演模型,基于555和660 nm处的离水辐照度反射率构建的多项式模型对平均粒径有较好的预测效果,预测结果的均方根误差为0.051...     

江苏近岸海域HJ CCD影像悬浮泥沙遥感反演

基于2012~2014年期间江苏近岸海域实测遥感反射率、悬浮泥沙浓度及HJ CCD数据,建立该海域HJ CCD影像悬浮泥沙遥感反演模型。通过研究水体实测反射光谱特征,确定对悬浮泥沙浓度变化的敏感波段,并与悬浮泥沙浓度进行函数拟合分析。结果表明:将HJ CCD Band3的等效遥感反射率、HJ CCD Band3与Band2等效遥感反射率的比值分别作为敏感因子,并采用对数函数模拟低值区、指数函数模拟高值区获得的叠加模型表现最为突出。通过卫星应用发现,第2、3波段比值模型的遥感反演结果与实际情况相符,可有效削弱大气校正、表观反射率到遥感反射率的转换方法以及HJ CCD辐射分辨率较低等一系列问题的干扰,为江苏近岸海域HJ CCD悬浮泥沙遥感反演的最优模型。     

基于GF-1号的舟山近岸悬浮泥沙浓度反演研究

文章利用舟山近岸实测光谱数据和国产卫星GF-1号宽视场成像仪(WFV)遥感数据,反演该海域悬浮泥沙浓度。结果表明:(1)线性模型和二次模型相比,二次模型的精确度略高于线性模型,但对于悬沙低浓度区,反演误差过大,故线性模型更适用于舟山近岸水体悬浮泥沙浓度反演;(2)GF-1号B2和B3是悬沙浓度变化的敏感波段,B3/B2波段组合的线性模型反演效果较好;(3)GF-1号遥感数据能够较理想地实现定量反演近岸水体的悬浮物。     

一种改进的地理加权回归模型水深反演方法

利用多光谱卫星遥感影像反演浅海水深是水深测量的一种重要方式。提出一种基于主成分分析的地理加权回归模型(PCA-GWR),采用WorldView-2多光谱卫星遥感影像数据,对经过数学变换后的波段反射率数据先进行主成分分析,将得到第一主成分量进行地理加权回归分析,并与双波段比值模型、多波段线性模型和地理加权回归模型(GWR)的水深反演结果进行比较。结果显示,各个反演模型反演水深值与实测水深值的相关系数r均大于0.75,其中PCA-GWR模型水深反演结果最好,r为0.96、RMSE为1.56 m、MAE为1.06 m。研究表明,PCA-GWR模型可有效去除数据变换后的冗余信息,降低数据空间非平稳性,具有较高的反演精度与可靠性,适用于浅海水深反演。     

应用Hyperion图像监测渤海海冰

对所获取的2008年冬季的辽东湾西岸海域含有海冰的Hyperion高光谱图像进行了大气校正,得到了反射率图像。用ISODATA(Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique)聚类分析方法对反射率图像进行计算机自动分类,并结合实测的同时期的海冰反射率光谱确定了不同海冰类型的分布范围。根据不同类型海冰的厚度特征,得到了海冰厚度分级分布图和海冰厚度图。结果表明,Hyperion图像可以区分光谱有区别的冰型,无法区分浮冰和固定冰,可以更清晰地显示出海冰的光谱反射率,与实测光谱曲线更加相似,优于MODIS多光谱图像。同时,用主成分分析方法对海冰Hyperion图像进行了分析。海冰Hyperion图像中,各个波段之间的相关系数都较大,光谱维信息冗余度较大,其中30波段贡献率最高。     

基于北京一号影像的射阳河口无机氮磷营养盐监测研究

通过在射阳河口现场采集光谱和水样,将实测光谱重采样为北京一号的波段反射率并与可溶性无机氮（DIN）和可溶性无机磷（DIP）浓度作相关性分析,结果表明,北京一号的近红外和红波段与DIN和DIP浓度呈强烈的正相关,这反映了沉积物的再悬浮作用是该海域营养盐的重要来源,波段组合因子中与DIN、DIP浓度相关性高的主要是由近红外波段与绿波段以及红波段与绿波段的比值或差值构成的因子,其相关性高于单波段因子。最终选择因子F10（3,1）的三次多项式模型作为该海域DIN、DIP浓度定量反演模型。模型相对浓度较高的样本组（DIN≥200g/L,DIP≥20g/L）的预测精度分别为73.69%和73.45%,而该海域DIN、DIP浓度的均值远远超过了上述阈值,影像反演结果也与实际情况高度吻合,反映了模型在该海域的实际应用价值。     

中国海洋卫星遥感技术进展

新中国成立70年来，中国在海洋卫星遥感技术领域取得了丰硕成果。中国制定了长远的自主海洋卫星发展规划，构建了海洋水色、海洋动力环境和海洋监视监测三大系列的海洋卫星，逐步形成了以中国自主卫星为主导的海洋空间监测网，在中国海洋资源与环境监测、海洋防灾减灾、海洋安全管理等方面发挥了重要作用。本文回顾了中国在海洋水色、海洋微波(海洋动力环境)卫星遥感技术的发展历程，重点介绍了中国在海洋卫星遥感技术领域所取得的新成果，并对中国海洋卫星遥感技术的未来发展进行了展望。     

海冰密集度卫星遥感反演研究进展

海冰密集度是海冰的重要参数之一,在冰区导航、海上作业、海冰模式验证和气候模型改进等方面具有重要意义。卫星遥感具有覆盖范围广、重访周期短、成本相对低等优势,已成为获取海冰密集度的主要观测手段。本文从主被动微波遥感和光学遥感的角度,回顾了现阶段海冰密集度卫星遥感反演研究进展情况,包括海冰监测传感器、海冰密集度反演算法和海冰密集度产品等。结果表明,被动微波遥感是目前获取海冰密集度的主要方式,已发展出许多成熟的业务化算法;主动微波遥感数据已成为制作冰情图的主要数据源,海冰密集度反演算法由合成孔径雷达SAR（Synthetic Aperture Radar）图像分类向深度学习算法发展;光学遥感海冰密集度算法较为成熟,但受限于云层和夜晚限制,其反演结果多用于其他海冰密集度产品的验证。受传感器硬件限制,3种观测手段各有其长处与不足。为获得高精度、高时空分辨率的海冰密集度数据,开展多源数据融合研究是解决传感器性能瓶颈的有效手段。大数据时代,基于深度学习的海冰密集度卫星遥感反演技术快速发展,需要深度融入海冰密集度卫星遥感领域知识。海冰密集度卫星遥感反演应着力于海冰预报服务,致力于提高我国的海冰预报能力。     

海草的卫星遥感研究进展

海草、沙滩、砾石以及淤泥等不同底质类型对光谱的反射率不同,通过卫星遥感检测反射率的变化可以鉴别海草等底质类型。由于海草体内含有叶绿素a、叶绿素b以及花青素和叶黄素等色素,通过检测这些色素的光谱可以对海草分布以及生存状态进行卫星遥感检测。主要从多光谱、高光谱等角度对近岸光学浅水中海草的卫星遥感以及国内对海草和水体生物光学研究状况等方面进行阐述,并对未来的研究趋势进行展望。     

The application of hyperspectral remote sensing to coast environment investigation

Requirements for monitoring the coastal zone environment are first summarized. Then the application of hyperspectral remote sensing to coast environment investigation is introduced, such as the classification of coast beaches and bottom matter, target recognition, mine detection, oil spill identification and ocean color remote sensing. Finally, what is needed to follow on in application of hyperspectral remote sensing to coast environment is recommended.     

空间分辨率对水深遥感反演的影响分析

遥感水深反演中空间分辨率的影响是一个重要的科学问题。本文使用东岛的QuickBird和WorldView-2多光谱影像及实测水深点进行实验研究,实验使用了原始空间分辨率（2.4/2m）以及4种降空间分辨率（4m,8m,16m和32m）的影像,使用相同的水深控制点开展水深遥感反演,并对水深反演结果使用相同的检查点进行精度验证。实验结果表明,随着空间分辨率由2.4/2m降低至4m,8m和16m,水深遥感反演的精度呈现出逐渐提高的趋势,进一步降低空间分辨率则会导致水深反演精度下降。当影像空间分辨率为16m时,水深反演结果误差最小且与实测水深值相关性最高,此时两景影像的水深反演平均相对误差分别21.2%和13.1%,相对于最大值分别降低了14.7%和2.9%;平均绝对误差分别为2.0m和1.4m,相对于最大值分别降低了1.0m和0.5m。本文研究结果为水深遥感反演研究与应用中遥感数据的选择提供了参考。     

卫星遥感监测人类活动所致海洋环境污染研究进展

随着沿海地区城市化及工业化快速发展,人类活动对近岸海洋造成了陆源、气源、海源三类源头污染,导致海洋环境质量下降。卫星遥感具有覆盖范围大、快速、准确的监测能力,是全球海洋环境动态监测与评价研究重要手段。从三种海洋环境污染源出发,辨析人类活动造成的不同种类污染及其监测指标,梳理国内外卫星遥感监测相关海洋环境污染研究,检视卫星遥感技术方法在这些海洋环境污染上的应用,发现（1）人类活动造成的海洋环境污染主要是海洋水质污染、海洋垃圾和微塑料、海洋大气污染沉降污染三种类型。（2）水质污染的遥感监测应用有效针对水质环境恶化、灾害的大面积沿海水质环境等常规现场监测方法无法满足的情况,而海洋垃圾与微塑料污染监测方法已经从遥感反演到机器学习,海洋大气污染沉降的遥感监测应用中需要更多大气污染参数以达到精确监测。（3）海洋环境污染卫星遥感监测仍然受到影像数据的分辨率限制,同时受海洋的立体性和流动性影响,因此未来研究应集中于立体化的海洋遥感探测技术,同时利用卫星、航空、船舶、岸基等多源、多时空的监测数据,将光学物理传感器与生物传感器相结合,构建海洋多源监测数据库,为政府及相关商业部门提供即时海洋管理依据,辅助完善海洋文明与海洋空间规划。     

水深可见光遥感方法研究进展

水深测量对于水利、航运、近海工程等具有重要作用。在总结国内外水体遥感测深主要方法和研究进展的基础上,对水深遥感反演中各类模型存在的问题进行了讨论。结果表明:理论解译模型模拟了光在水体内的辐射传输过程,水深反演精度较高,但模型计算需要大量的水体光学参数且计算过程烦琐;半理论半经验模型对理论解译模型进行了简化,所需水体光学参数少且具有较好的精度而被广为应用;统计相关模型通过直接建立遥感图像光谱值和实测水深之间的相关关系而获得水深数据,且计算相对简单,但由于实测水深值与遥感图像光谱值的事实相关性无法保证,使采用该类模型反演的水深结果有时并不理想。提高水深遥感反演精度,必须进一步加强遥感器研究,充分考虑水体中的溶解、悬浮物质等信息干扰,科学构建水深模型和大气校正模型。     

Photo-library method for mapping seagrass biomass

The creation of seagrass biomass maps by diving/snorkelling is time-consuming and expensive. This paper presents a method for estimating seagrass dry weight using a photo-library of classes of differing seagrass biomass. Field data were collected at seagrass beds in Ngederrak Reef, Palau, in 2006. Photos of 25 × 25 cm quadrats were taken prior to the collection the above-ground biomass for determination of biomass dry weight. Fifteen classes of seagrass biomass and substrate type were identified. The dry weight for each class of seagrass was measured in laboratory. A photo-library was created for biomass classification where each in situ quadrat photo is accompanied with seagrass dry weight of the sample and a photo of the sorted sample taken in laboratory. The photo-library of quadrats was then used to estimate seagrass biomass on photos gathered along 100 m long transects at 2 m intervals. This procedure was conducted by three different observers. The seagrass dry weight estimates were consistent between interpreters even if one of the interpreters had no experience in seagrass research. This approach allows quick collection of seagrass dry weight data over large areas. The method can be used for creating seagrass biomass maps by snorkelling/diving and/or for calibrating and validating biomass maps created by remote sensing.     

高光谱遥感技术在海洋研究的应用及展望

在分析高光谱遥感特点的基础上,从其在海洋应用的基础研究和在海洋与海岸带资源环境监测研究2个方面,论述了高光谱遥感在海水叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、污染物和表层水温、海冰、海岸带探测的应用和研究进展,最后本文提出了高光谱遥感在海洋研究中着重发展的几个问题:(1)建设海洋及海岸带要素的地物光谱数据库;(2)开展海洋遥感信息系统建设;(3)开展基于高光谱遥感数据的海洋系统光学特性提取模型的研究;(4)开展基于高光谱遥感数据的海陆系统交互作用的环境效应研究.     

变差函数及其在多波段机载成像光谱仪数据处理中的应用

遥感的空间信息反映一定范围内象元在空间上的关系，对成像光谱仪遥感数据而言，空间结构变代表一个局部区域中各象元之间光谱辐射能量的关联状态，在图像上反映为灰度变化，利用空间信息来开拓图像分析技术可获得遥感目标很高的正确识别率，变差函数是联系遥感目标和图像中空间变化特征的有用工具，实验变差函数的计算结果表明遥感目标种类与变差图之间的定量化空间关系，可以在成像光谱图像处理中发挥作用。