顾及城区形态特征的太阳辐射传输模型及其遥感应用

准确量化地表太阳辐射量是反射率遥感反演之基础,开展城区表面辐射研究具有重要意义。本文选择天空视域因子（V）表征城区下垫面形态特征,并区分太阳直接辐射、天空漫辐射以及环境辐射的不同影响,构建了城区表面太阳辐射模型USSR（Urban Surface Solar Radiation）;然后,以Landsat 8可见光和近红外波段遥感数据为例,分析了USSR模型对于量化城区表面太阳辐射的应用前景。研究结论为：（1）USSR模型以天空视域因子为核心要素,清楚量化了城区表面各辐射分量,有效模拟了城区表面太阳辐射传输过程,能够较好地表达城区下垫面形态结构对入射辐射的影响;（2）将USSR模型应用于Landsat 8遥感数据可见光和近红外波段时,基于USSR模型估算得到的城区表面太阳辐射,与不考虑下垫面形态特征影响相比,前者可以较好地表达城区下垫面对入射辐射的“截留”作用;（3）USSR模型估算结果与TEB模型相比,二者具有较高的相关性,间接验证了USSR模型的可用性;（4）对USSR模型的V和下垫面反射率两变量进行敏感性分析,显示随着V值的增加,结果呈递增趋势;通常情况下的地表反射参数P设置值,相对于参数V的影响要弱,呈现不敏感性。本文提出的USSR模型可订正城区表面太阳辐射值,从而拓展城市遥感的应用深度和广度。     

高光谱热红外星上辐亮度图像模拟及初步应用

基于卫星数据的热红外图像模拟可以为热红外大气校正、地表温度和发射率反演和前期验证提供数据支撑,同时也可以为热红外传感器的波段设置和优化提供参考。热红外图像模拟是进行热红外定量遥感研究的有效手段。本研究利用Terra星上搭载的ASTER（Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer）遥感数据所反演得到的地表温度和发射率产品,基于高光谱辐射传输模型,模拟8—14 μm（714—1250 cm^-1）,波谱分辨率为0.25 cm^-1的星上TOA（Top of Atmosphere）高光谱热红外成像模拟数据。在此基础上,结合高光谱热红外图像数据的特点,实现了温度和发射率分离算法,以及对比了不同的基于图像的大气校正算法。结果显示,本文提出的热红外图像模拟方法可行,能够为评价不同的大气校正、温度和发射率分离算法提供有效的数据支撑。     

运用RS和GIS提取城区热力场的研究

在论述热岛效应研究现状、遥感及地理信息系统的基本理论、电磁波辐射的原理及地表的热红外特征的基础上,以哈尔滨市二环以内为研究区域,通过对影像数据进行几何精校正、确定空间范围、建立温度反演模型等工作,提取了哈尔滨市城区热力场分布;用GIS软件进行辐射温度专题的再分类并进行空间分析;运用VB语言建立了温度查询分析系统,以便于对哈市各个温度分类斑块的温度进行查询.     

遥感辐射传输建模与反演研究进展

综述了地表二向反射特性和植被BRDF 模型、地表热辐射方向性机理与建模研究的国内外现状; 围绕遥感辐射传输建模研究的最新进展, 重点介绍了基于叶片正反面反射率不等现象的叶片波谱模型改进(EPROSPECT)及冠层辐射传输模型(SAILE)、行播作物二向性反射模型、冬小麦穗叶复合热红外辐射方向性模型、二向性反射特性计算机模拟模型(RGM)、热红外辐射方向性计算机模拟模型(TRGM); 选择典型地表参数介绍了定量遥感反演的最新研究进展, 包括植被指数方向性校正方法、叶面积指数遥感反演中的信息量度量及其不确定性分析、地表反照率遥感反演中的地形校正方法等, 在此基础上介绍了定量遥感反演软件系统(RSIS 1.0)。最后就地表参数多源遥感协同反演面临的关键科学问题和近期研究目标进行了展望。     

植被遥感辐射传输建模中的异质性研究进展

遥感辐射传输建模是在研究电磁波与地物相互作用机理的基础上,建立遥感观测信号与地物属性、地物结构和观测几何等参量之间定量关系的模型,是理解遥感观测信号和反演地表参量的理论基础。近年来空间异质性问题引起了定量遥感领域的高度关注,高分辨率卫星及激光雷达等数据的日益丰富给研究空间异质性提供了有力支撑。在异质性植被场景遥感辐射传输建模过程中,像元内部的组分比例、3维结构、空间格局以及端元边界处的阴影效应与散射过程等方面是需要重点考虑的因素。本文在总结非均质地表空间异质性描述的基础上,分别总结了植被二向性反射与热红外辐射方向性建模研究的发展历程,以及非均质地表植被遥感建模研究的最新进展,并指出了地表遥感建模中研究异质性问题的发展方向。     

野外测量中地物热红外发射率提取算法研究

热红外遥感利用传感器探测所得的地物热红外辐射来反演地表温度等重要的地表环境参数.地物的发射率是反演地表温度的关键参数,但地物表面结构、温度和观测角等影响因素使得地物发射率的直接测量变得较为复杂.在大量野外实验的基础上发现,光谱平滑迭代法最适合地物光谱发射率的野外测量,其反演的温度和实测温度最接近.     

地温敏感波段的遥感图像反演算法研究

针对应用于地表温度反演的航天遥感数据波段选择问题,文章提出了利用波长范围为8~10.5μm的热红外遥感数据反演地表温度的单通道反演算法:从温度敏感性的角度证明了利用波长范围为8~10.5μm的遥感数据反演地表温度的合理性;在此基础上,将仪器光谱响应率引入到基于大气校正原理的单通道反演算法中,提高了地表温度的反演精度。最后通过实验证明了利用此波段的热红外遥感数据反演地表温度的可行性。     

北京城市下垫面大气CO2反演算法

大气温室气体监测仪GMI（Greenhouse gases Monitor Instrument）是高分五号（GF-5）卫星载荷之一，主要用于全球温室气体含量监测和碳循环研究。高精度反演是卫星大气CO₂遥感的基本需求。地表反射率影响卫星遥感辐射量及辐射传输过程中的地气耦合过程，严重制约着CO₂的反演精度，针对GMI开发高精度的大气CO₂反演算法，地表反射是一个需要重点考虑的因素。城市是CO₂重要的发射源，且城市下垫面存在明显的二向反射特性，加上城市大气条件不良，复杂的地气耦合效应存在这都考验反演算法的准确性和鲁棒性。本文针对北京城市地区，利用2011年—2016年共5年的MODIS（MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer）地表二向反射分布函数BRDF（Bidirectional Reflectance Distribution Function）数据，构建了适合利用单次观测数据反演的BRDF模型，并提出一种同时反演地表BRDF参数和大气CO₂含量的算法。结果表明在550 nm波长处气溶胶光学厚度AOD（Aerosol Optical Depth）小于0.4时，大部分GMI模拟数据的反演误差控制在0.5%（~2 ppm）内。利用GOSAT （Greenhouse gases Observing SATellite）实测数据的反演结果与修正后的日本国立环境研究所NIES（National Institute for Environmental Studies）反演结果进行对比，其平均误差为1.25 ppm，相关性达到0.85。本算法满足GMI数据在北京城市区域高精度CO₂反演的需求，并使得反演高值气溶胶区域数据成为可能，增加了GMI观测数据的利用率。     

高分数据辅助下的热红外遥感影像几何校正

随着热红外遥感技术的不断发展,热红外遥感影像在地表温度反演、森林火灾监测、矿物探测等方面应用广泛,而在这些应用中,热红外影像的几何校正是重要的基础性技术。利用高分二号卫星空间分辨率高的优势,通过研究分析异构载荷的成像差异与关联,提出了一种模拟影像与特征匹配相结合的方法。该方法立足高分辨率光学影像,以地面辐射基础数据为条件,首先从热红外辐射角度进行影像模拟形成过渡影像,并将其用于辅助热红外影像几何校正;然后利用尺度不变特征变换(scale invariant feature transform, SIFT)算子实现特征点的检测,从而获取同名点,提高热红外影像的几何校正精度。     

基于6S模型的环境星CCD数据大气校正

应用6S辐射传输模型建立查找表,对环境与减灾小卫星CCD数据进行大气校正。结果表明:校正后的图像更加清晰,对比度增强;与实测光谱对比,处理后的环境星数据可以更真实地反映地物反射特征,消除了NDVI信号在大气传输过程中的衰减效应,更好地复原了地表植被覆盖的真实状况。通过讨论,提出对于HJ-1-A的CCD数据,可以考虑通过同星搭载的高光谱传感器进行气溶胶光学厚度反演;对于HJ-1-B的CCD数据,可以采用对比方法反演气溶胶光学厚度,进而作为模型的输入来提高大气校正精度,以及考虑地表二向性反射现象来提高大气校正精度。     

我国大陆沿海的海面地形

利用Engelis按SEASAT卫星测高资料得到的海面地形模型和Levitus按位水准得到的海面地形模型计算了我国沿海几个验潮站与青岛验潮站之间的海面地形,并与几何水准联测得到的这几个验潮站的平均海面的高差进行了比较。用这三种方法求得的我国大陆沿海海水面倾斜的趋势大体上是一致的。此外,在全球统一系统内计算大地水准面差距时,若在计算点附近(Ψ_0=10°)应用我国区域性重力异常,由于大地水准面差距零阶项N_0和海面地形的影响,可使N的误差达到0.4米,这对确定米级精度的大地水准面差距是有影响的。     

地壳垂直形变模型的研究

本文重点研究了建立整个形变区域的形变速率曲面和形变加速率曲面,同时也研究了求这两种曲面的方法(基于多元逐步回归分析的间接法和直接法),从而使我们对整个形变区域有一个形变的整体概念,也使我们能方便地得出形变区任何一个已知其平面位置的点在任一观测期内的形变量。     

GPS高程拟合方法的研究

本文在76个拥有GPS大地高和正常高的已知的公共点作为原始数据的基础上,采用二次曲面拟合法、二次曲面加权法、二次曲面多面函数法、二次曲面最小二乘法来建立研究区的似大地水准面,通过实例发现,二次曲面加权法、二次曲面多面函数法、二次曲面最小二乘配置法与二次曲面拟合法进行比较,外检验点中误差的精度得到提高,并且二次曲面拟合所得到的残差值比较大的点精度有明显的提高,同时改善了模型,证明这种组合方法在GPS水准拟合方面有效、可行。     

基于曲面拟合的GPS高程转换精度分析

针对大面积、地形复杂区域的GPS高程转换的精度问题,本文在对GPS高程拟合的基本原理及其具体的数学模型,如平面拟合、相关平面、二次曲面、三次曲面拟合模型进行研究的基础上,通过对新疆某区域的GPS/水准试验数据,利用Mat LAB软件进行编程计算,结果表明:平面拟合及二次曲面拟合模型对于试验区域的高程拟合复精度较差,而三次曲面拟合模型的转换精度较高,能满足后续的测量需要。     

地表发射率不同的估算方法对地表温度的影响

随着遥感技术的日益成熟,用热红外波段反演地表温度的方法也日趋完善,其中一个关键参数--地表发射率的估算,直接影响着地表温度的反演结果。基于TM6的热红外波段,分别采用最常用的Van的地表发射率估算方法和综合了覃志豪与Sobrino的估算方法,对北京地区的地表温度进行了反演,并在此基础上对这2种估算方法所得结果进行了比较,从而为找出更为有效的地表发射率估算公式提供依据。结果表明,对于农林地2种估算方法都比较适合,但是对于水体和城市等人口密集地区,则需要和当地的实测数据进行比对,从而确定更为合适有效的估算方法,以得到更为精确的地表温度结果。     

基于Coons曲面的规则格网DEM表面模型

内插是数字高程模型的核心问题。目前的内插模型主要是由离散的格网数据构建的连续曲面,直接以点推面,可能存在较大的地形误差。本文建立的Coons曲面DEM表面模型,首先利用离散的格网数据构造与格网边界相对应的地形剖面曲线的拟合曲线,再基于拟合曲线构建DEM表面模型。实验表明：Coons曲面DEM表面模型是一种高精度的DEM表面模型,其地形模拟误差比直接基于格网数据建立的双线性内插、样条函数内插和移动曲面拟合法的误差都小,实际地形模拟误差与双线性模型相比减少15％-28％,且精度随着构建边界拟合曲线所用格网点的增多而逐渐提高。     

北京地区地表反照率TM数据反演与分析

反照率是一个广泛应用于地表能量平衡、中长期天气预测和全球变化研究的重要参数。本文利用2010年的TM影像反演北京地区地表反照率,首先利用6S模型对影像进行大气校正,得到地表反射率,进而,利用TM的5个波段的反射率,根据经验公式,计算了北京地区的地表反照率;对北京市地表反照率的分布情况、不同下垫面的反照率、以及反照率与LST和NDVI的关系进行了分析,得出了结论。     

测地坐标系的优良性质及其在大城市精密定位中的应用

为真正实现大城市中的精密定位 ,提出了直接采用区域性椭球面上的测地坐标代替高斯平面直角坐标以作控制网点平面位置的表述 ,分析了测地坐标系的优良性质 ,阐述了采用测地坐标系实现大城市精密定位的原理和方法 ,初步探索了其应用的可行性     

GPS高程曲面拟合算法的精度分析

在GPS高程测量中需要将大地高转换为正常高。本文对GPS高程的多项式曲面拟合、多面函数拟合和移动曲面函数拟合算法进行了比较分析。结果表明,三种拟合算法均能达到四等几何水准的要求,但移动曲面拟合算法精度最高,多面函数拟合算法精度最低。     

黄河三角洲Sentinel-3高精度时空连续海陆表面温度反演

海陆表面温度是理解全球变化与人类活动的关键参数。针对已有温度反演产品海陆边界时空不连续的问题,本文采用Sentinel-3海陆表面温度辐射计(SLSTR)光学与热红外影像,通过植被指数阈值法逐像元计算陆表与海表发射率,基于分裂窗算法反演得到黄河三角洲陆海表面时空连续温度产品。结合地面温度观测和欧洲中期天气预报中心提供的全球中等分辨率数值大气再分析产品,验证了本文陆海温度产品(均方根误差优于1.1K)反演精度高于现有公开的全球产品,可为全球时空连续温度产品反演提供参考。