山区地形效应对微波辐射特征与土壤水分反演的影响—以青藏高原地区为例

采用星载微波辐射计AMSR-E的低频C波段(6.925GHz),改进了山区微波辐射传输方程,以中国青藏高原地区为例,研究山区可能产生的多种地形效应对微波辐射特征以及土壤水分反演的影响。结果表明,地形效应使得垂直极化亮温最多衰减达到16K,水平极化的亮温最大增强了18K,土壤水分在地形的影响下将被高估超过最大允许误差4%。最后,利用地形效应模拟模型计算的山区地表有效发射率,为山区土壤水分的反演提出了可行的地形校正方法。     

地形辐射校正在极化SAR影像分类中的应用

由于SAR斜距成像几何方式及地形起伏的影响,原始SAR影像存在透视收缩、叠掩、阴影等严重的几何畸变和辐射畸变。其中,叠掩区具有强烈的后向散射回波,在极化SAR影像的分类研究中容易造成林地与居民地等地物混分,降低分类的精度。针对该问题,本文研究一种地形辐射校正方法,引入投影角计算后向散射系数γ0,有效地解决了地形起伏造成的辐射畸变问题。选取一景全极化Radarsat-2影像进行实验验证,分别对地形辐射校正前后的极化SAR影像进行了复Wishart监督分类。通过对分类结果的比较,表明经本文地形辐射校正方法处理后,极化SAR影像的分类精度得到了改善。     

变角度下主被动微波遥感联合降尺度方法

被动微波遥感土壤水分空间分辨率低,无法满足干旱监测、洪水预测以及灌溉管理等区域水利和农业等行业应用需求。中国在民用空间基础设施中规划论证的"陆地水资源卫星"搭载了雷达和辐射计主被动一体化微波载荷,通过主被动联合降尺度可以获取高分辨率(～5 km)的土壤水分,但其采用了一维合成孔径技术,主被动微波传感器观测的地面入射角是变化的,这给土壤水分反演及降尺度带来诸多挑战。本文从主被动微波遥感的物理机理和谱分析两种角度出发,利用闪电河流域的航空飞行试验数据,分析研究了基于主被动微波观测时间序列回归分析和基于谱分析的降尺度算法在辐射计和雷达入射角不同时的适用性。结果表明,在辐射计入射角度22.5°—27.5°时,基于主被动微波观测时间序列回归分析方法在27.5°时降尺度的结果最好,V极化和H极化的RMSE分别为7.57 K和7.46 K。基于谱分析方法在辐射计入射角度为22.5°和25°时得到的降尺度结果较好,V极化和H极化的最小RMSE分别为7.13 K和6.61 K,比基于主被动微波观测时间序列回归分析方法分别降低了0.44 K和0.85 K。基于主被动时间序列观测回归分析的降尺度方法,依赖于主被动微波观测的时间序列观测,当时序观测较短时,可能会因为回归分析的不稳定对降尺度结果造成较大的影响,而基于谱分析的降尺度方法则不需要依赖于长时间的时序观测。     

玉米不同生长期微波辐射特性研究

针对当前微波传感器监测植被生长信息的实验方案不完善的问题,该文重新设计实验方案,主要研究玉米长高过程中微波辐射特性及叶面积指数的微波反演。研究结果表明:随着观测角度和页面指数(LAI)的增大,V和H极化的亮温都有明显变化;微波植被指数随观测角度和LAI的变化都有明显规律;测量方位对玉米的微波辐射特性有明显的影响作用;频率6.6GHz和观测角度为60°时,可利用归一化极化差植被指数(MPDI)进行较好的LAI反演。     

测量方位与土壤对玉米微波辐射特性的影响分析

微波具有穿透性,相对于可见光与红外探测器而言,微波探测器不仅能反映叶片层植被信息,还能反映较深层木质生物信息。笔者利用6.6 GHz与18.7 GHz被动微波辐射计对夏季玉米进行了不同角度(0°~60°每5°一个间隔)、不同极化(V与H极化)及不同方位(顺垄、垂直垄、垄向45°)的微波辐射特性观测试验。试验中玉米从幼苗到抽穗共分8期进行了测量,每期都利用LAI-3000实地获得了LAI数据,以此代表植被的生长状态。研究结果表明,随着观测角度和LAI的增大,V和H极化的亮温都有明显变化;微波植被指数随观测角度和LAI的变化都有明显规律;测量方位对玉米的微波辐射特性有明显的影响;土壤对植被的微波辐射影响随植被的长高而减弱。     

DEM辅助的卫星光学遥感影像山体阴影检测与地形辐射校正

提出一种结合DEM的山体阴影检测与地形辐射校正方法。首先对卫星影像多波段信息用特征法进行阴影检测,然后结合DEM数据用模型法进行山体背阴面检测以及投影区域检测,将3个结果综合分析,按照形成原因将阴影检测结果分为8类,最后结合太阳入射角信息,利用信息匹配的阴影补偿法和地形辐射校正物理模型,进行卫星光学遥感影像辐射校正。试验证明该方法能恢复山体阴影区的信息,并且有效降低地形效应的影响。     

机载L波段主被动一体化微波探测仪辐射计定标

遥感试验是进行遥感原理的验证、遥感模型与反演方法的发展、遥感产品的真实性检验,推动卫星计划的论证实施及其观测在地球系统科学中应用的重要途径。在闪电河流域水循环与能量平衡遥感综合试验中,利用机载L波段主被动一体化微波探测仪开展了以土壤水分为首要目标的大型航空遥感试验。其中,被动探测部分即微波辐射计采用微带天线,辅以机械扫描方式进行多角度成像观测。为有效支撑微波辐射计数据的处理及定量反演,必须对机载微波辐射计进行实时定标,本文采用分步定标法进行辐射亮温的定标,即在实验室对定标链路中的噪声源进行定标,得出对应的辐射亮温;飞行试验中,利用该两个参考点得到辐射计输出电压和亮温的关系,同时选取试验区域附近的水体作为外定标参考点,进行定标方程的修正。结果表明,机载辐射亮温与地面参考点(草地)模拟亮温比较吻合,二者对比结果显示均方根误差最小为0.93 K (2018-09-26,H极化),无偏均方根误差最小为0.96 K (2018-09-24,V极化),有效支撑了国产L波段微波辐射计相关卫星计划的论证以及后续的定量反演与降尺度等相关研究工作的开展。     

全极化微波辐射计对环境参数敏感性分析

为衡量全极化微波辐射计各通道对不同环境参数的探测能力,在构建全极化微波辐射传输正演模型的基础上,采用敏感性分析的方法,在固定背景场条件下,对全极化微波辐射计不同频率、各极化通道亮温对海面风速、海面风向、海面温度、大气水汽含量和云中液态水含量等重要环境参数的敏感度进行了分析和量化计算,对正演模型仿真亮温、星载全极化微波辐射计Wind Sat实测亮温相对于真实背景场参数、NCEP分析场资料和TAO/TRITON浮标实测海面风场数据的敏感性进行了分析。分析结果验证了全极化微波辐射计对海面风场的观测能力,衡量了上述重要环境参数对星载全极化微波辐射计各通道的单独影响程度,为中国自主研制全极化微波辐射计时通道指标设计、环境参数反演通道选取及算法提供支持。     

星载微波辐射计交叉定标中陆面目标辐射亮温计算模型

从被动微波辐射计在轨辐射定标的角度出发, 选取亚马逊雨林作为高温地面目标, 利用DMSPF13-SSM/I数据和NCEP数据对研究区19—89GHz辐射特性进行分析。研究发现, 利用辐射亮温稳定的热带雨林作为地面目标, 对19—89GHz的频段, 微波辐射亮温计算精度可以达到1K以内; 对于6和10GHz这样的低频通道, 撒哈拉沙漠是一个可供选择的地面目标, 根据所建立的亮温计算模型, 利用数值预报分析场NCEP数据作为输入, 其亮温计算精度在2K以内。     

基于Radarsat-2数据的星载SAR正射校正和地形辐射校正方法研究

地形对雷达影像的几何和辐射特性都有强烈的影响.对雷达影像进行定量分析和参数提取之前,必须对SAR影像进行精确的几何校正和辐射校正,消除地形的影响.基于RD定位模型和数字高程模型建立一种正射校正和地形辐射校正(TRC)方法.通过试验,从定性和定量两方面评价正射校正和地形辐射校正结果的有效性.比较基于投影角和基于局部入射角...     

基于SuperMap的全球晕渲图设计与制作

晕渲图的设计与制作一直是地学工作者研究的热点问题,使用晕渲图展示地形直观、形象、立体感强.目前有多种思路被提出用于改善晕渲图的显示效果,但是在制作小比例尺晕渲图时,仍然存在一些问题,如地形破碎导致难以把握地形宏观骨架,缺少海洋地形或海洋地形过于具体干扰到陆地要素表达,传统的DEM与山影数据叠加的模式使得美观与地形清晰无法兼得,这就需要重新对这些问题进行思考.本文以晕渲图的基本理论为出发点,采用地貌晕渲与分层设色相结合的方法,讨论全球范围的晕渲图制作过程中,不同显示比例尺下DEM分辨率配置技巧、海洋地形展示方法与地形可视化新思路.实验证明,该方法可以保证晕渲图在每级显示比例尺下都能展示出良好的地形效果,为中小比例尺晕渲图增强表现力提供了参考.     

地形模型数控雕刻技术研究与实现

针对传统的地形模型加工方法引起的地貌表达失真和加工效率低等问题,该文提出了基于数字高程模型的地形模型数控雕刻技术。采用地形图形特征化处理地貌特征失真和微地貌丢失问题,较好地表达了区域地貌特征;依据地貌特征优化雕刻参数匹配求解地形模型的精细雕刻和加工效率之间矛盾,实现了地形模型的精确表达和快速加工。生产实验结果表明,地形模型数控雕刻技术不仅解决了地貌特征表达问题,提升了地形模型的表达力,还实现了地形模型的快速成型。研究结果对地形模型的开发和应用具有重要的参考价值。     

An improved topographic correction model based on Minnaert

The uneven distribution of solar radiation due to topographic relief can significantly change the correlation between reflectance and other features such as biomass in rugged terrain regions. In this article, we use the transfer theory to improve the Minnaert approach. After comparing topographic correction methods for Landsat 8 Operational Land Imager (OLI) and EO-1 Advanced Land Imager (ALI) imagery acquired from the mountainous region in Beijing, China, we used visual inspection, statistical analysis, and correlation analysis to evaluate the algorithms and performance of the proposed Minnaert-E approach. The results indicate that corrections based on non-Lambertian methods have better performance than those based on the Lambertian assumption. The correction performances can be ranked as the Minnaert-E, followed by the Minnaert and the SCS+C corrections, and, finally, the C-HuangWei correction, which performed the worst. We found that the Minnaert-E approach can effectively weaken the influence of terrain relief on pixels and restore the true reflectance of the pixels in the relief area. Further analysis indicates that the Minnaert-E has a better effect on image processing where the slope gradient is restricted to less than 10° or between 30° and 43°.     

基于偏微分方程的小比例尺晕渲图地貌综合方法研究

基于高精度DEM数据的晕渲图中,破碎的地形细节破坏了晕渲法的立体塑造能力,但是采用传统的均值滤波法进行地貌综合时,在消除地形细节的同时,模糊了地貌特征。为了克服消除地形细节和保持地貌特征这一矛盾,利用偏微分方程各向异性的特点,采用基于经典总变分模型的偏微分方程法对地貌进行综合。实验结果证明偏微分方程法在综合地貌时能较好地保持地貌结构特征。     

影响黄土高原集水面积阈值的地形因子主成分分析

以ASTER GDEM为信息源、22个典型小流域为样区,分析黄土高原集水面积阈值与沟谷密度的关系,利用均值变点法确定最佳阈值,探讨了影响阈值的数字高程模型（digital elevation model,DEM）地形因子主成分。结果表明,集水面积阈值由北向南、自东向西逐步增大,宏观上受黄土高原地貌类型制约,地形因子对其的影响成分归纳为坡面、起伏及高程变异因子。坡面因子的最大值与阈值正相关,坡度>粗糙度>地形曲率>平面曲率>剖面曲率。起伏因子的均值与阈值正相关,起伏度>切割深度。高程变异因子与阈值负相关。三者的主成分贡献率依次为58.754%、18.915%、11.388%,权重为0.527、0.229、-0.569。研究表明,坡面特征是影响黄土沟谷发育的重要因子。     

Terrain corrections to power 3 in gravimetric geoid determination

In precise geoid determination by Stokes formula, direct and primary and secondary indirect terrain effects are applied for removing and restoring the terrain masses. We use Helmert's second condensation method to derive the sum of these effects, together called the total terrain effect for geoid. We develop the total terrain effect to third power of elevation H in the original Stokes formula, Earth gravity model and modified Stokes formula. It is shown that the original Stokes formula, Earth gravity model and modified Stokes formula all theoretically experience different total terrain effects. Numerical results indicate that the total terrain effect is very significant for moderate topographies and mountainous regions. Absolute global mean values of 5–10 cm can be reached for harmonic expansions of the terrain to degree and order 360. In another experiment, we conclude that the most important part of the total terrain effect is the contribution from the second power of H, while the contribution from the third power term is within 9 cm. Received: 2 September 1996 / Accepted: 4 August 1997     

利用质心Voronoi图对地形自适应简化的算法

地形简化算法利用少量有效的地形信息表达整体地形,能很好地解决海量地形数据与计算机硬件之间的矛盾,同时满足多尺度地形应用需求。针对现有地形简化算法难以兼顾局部地形起伏与地形整体特征的问题,提出一种基于质心Voronoi图的地形自适应简化算法。首先,利用质心Voronoi图的特点,以地形起伏度作为密度函数生成质心Voronoi图;然后,利用分布在地形起伏较大区域的质心Voronoi图种子点及大多分布在地形特征线上的Voronoi区域顶点重构地形;最后,通过原始地形与重构地形的特征线验证地形简化的效果,并与三维道格拉斯-普克（3D DouglasPeucker,3D DP）算法进行精度对比。实验结果表明,从简化地形中提取的山脊线、山谷线、等高线等地形特征线与原始地形的重叠度均较高,算法能较好地保持地形整体特征;且在相同的简化级别下,算法的简化误差小于3D DP算法,具有较高的地形简化精度。     

Use of terain factors in evaluation and classifications of Darjeeling district,West bengal

The use of LANDSAT data has proved to be a major aid to semi-macroscale geomorphic mapping of terrain. The geomorphological contribution to the classifications of the Darjeeling District, using quantitative measures of selected terrain factors apart from conventional landsystem mapping on MSS-imagery, has been found to be more useful means of terrain evaluation as well as its proper development in resource management. Qualitative estimates of terrain factors, viz. altitude, relief, slope and dissection nature, drainage texture and pattern, valley forms and crest types coupled with landcover types etc. are considered in preparation of landsystem map of the area. Because of its subjective biasness, an alternative approach, the parametric method of terrain classification is carried out to analyse the spatial distributions of quantitative parameters on terrain factors viz. maximum altitude, average altitude, relative relief, average slope, dissection index, drainage density and ruggedness index etc. and to combine the resulting patterns into compositive generalizations. The composite map thus prepared reveals six terrain units of distinct morphological classes and are sufficiently equatable to certain physical conditions of terrain.     

Accuracy Evaluation of an ASTER-Derived Global Digital Elevation Model (GDEM) Version 1 and Version 2 for Two Sites in Western Africa

This study compares the ASTER Global DEM version 1 (GDEMv1) and version 2 (GDEMv2) for two study sites with distinct terrain and land cover characteristics in western Africa. The effects of land cover, slope, relief, and stack number are evaluated through both absolute and relative DEM statistical comparisons. While GDEMv2 at times performed better than GDEMv1, this improvement was not consistent, revealing the complex nature and interaction of terrain and land cover characteristics, which influences the accuracy of GDEM tiles on local and regional scales.     

Terrain characterization using SRTM data

Earth’s surface possesses relief because the geomorphic processes operate at different rates, and geologic structure plays a dominant role in the evolution of landforms (Thornbury, 1954). The spatial pattern of relief yields the topographic mosaic of a terrain and is normally extracted from the topographical maps which are available at various scales. As cartographic abstractions are scale dependent, topographical maps are rarely good inputs for terrain analysis. Currently, the shuttle radar topography mission (SRTM) provides one of the most complete, highest resolution digital elevation model (DEM) of the Earth. It is an ideal data-set for precise terrain analysis and topographic characterization in terms of the nature of altimetric distribution, relief aspects, patterns of lineaments and surface slope, topographic profiles and their visualisation, correlation between geology and topography, hypsometric attributes and finally, the hierarchy of terrain sub-units. The present paper extracts the above geomorphic features and terrain character of part of the Chotonagpur plateau and the Dulung River basin therein using SRTM data.