基于光谱分类的太湖水体后向散射研究

由于时空变化而产生的水体后向散射系数参数化差异一直是影响水质参数遥感定量反演精度的一个重要因素。在对太湖遥感反射率光谱进行分类的基础上,针对影响太湖水体水色的不同主导因子,把太湖水体分为3种类型,分别利用半分析方法和光学闭合原理对后向散射系数进行模拟,在此基础上研究其光学特性及其与水体组分浓度的关系,最后针对3种不同主导类型的水体分别建立了后向散射系数参数化模型。将后向散射特性在不同时间和空间上的差异转化为水体不同主导因子在生物-光学上的差异,从而得到适用于太湖不同湖区及不同季节的后向散射系数参数化模型,为利用分析方法对太湖水质参数进行更为精确的遥感反演提供了基础。     

基于分析方法的太湖叶绿素a反演研究——以MODIS数据为例

目前, 针对太湖水体的叶绿素波段敏感性的分析, 大多集中在实测的高光谱反射率数据或者图像提取反射率与叶绿素浓度的统计分析结果上, 缺乏基于水体光学特性的研究, 并且两者之间的一致性也一直缺少论证。研究中采用2004 年4 月和2007 年8 月的两期数据, 首先从水质参数的生物光学特性入手, 基于生物光学模型, 利用叶绿素和其他水质参数的吸收和后向散射系数, 模拟计算其他水质参数不变, 叶绿素浓度处于不同水平时的水面反射率, 分析实测反射率对叶绿素浓度变化的响应; 利用MODIS 的波段响应函数把实测光谱模拟成宽波段的MODIS 反射率, 以此作为桥梁进而对实测的高光谱反射率和MODIS 图像提取反射率与叶绿素浓度的相关程度的一致性进行分析, 为利用MODIS 图像进行水质参数反演时的反演因子选择提供了依据。     

海洋激光雷达反演水体光学参数

研制了一套船载海洋激光雷达,用于探测海水光学参数垂直廓线。2017年8月,该系统在黄海海域进行了实验测量。在准单次散射模型中引入原位测量的光学参数,实现了理想激光雷达回波信号的模拟,并将该理想信号与系统响应函数卷积后精确复现了实验的激光雷达信号。采用Fernald后向迭代积分法(简称Fernald法),比较了不同水体悬浮物激光雷达比下反演的激光雷达衰减系数α与原位漫射衰减系数Kd的差别。基于停航时标定的水体悬浮物激光雷达比,采用Fernald法获得了走航时的激光雷达衰减系数。进一步地,提出一种基于米散射激光雷达数据和原位测量的后向散射数据的融合算法,模拟了高光谱分辨率激光雷达(HSRL)反演α的过程,并将其与Fernald法进行了比较。实验结果表明,自研的海洋激光雷达能够有效探测海水光学参数,基于合适的水体悬浮物激光雷达比的Fernald法可以有效应用于米散射激光雷达的反演,未来无需假设的HSRL在海水光学参数探测领域具有更大的优势。     

昆承湖水质状况遥感监测与空间特征分析

针对镇域水资源常规的监测方法不能满足对水质适时、大尺度的监测评价要求等问题,该文以江苏常熟辛庄镇昆承湖为例,分析叶绿素a(Chl-a)和悬浮物(SS)浓度值与水体归一化反射光谱、一阶微分反射光谱特征的关系,运用PEARSON法分析两者之间的相关性,确定Chl-a和SS的敏感波段,利用Chl-a和SS敏感波段归一化光谱反射值和实测浓度数据建立了水质参数反演模型。采用同时相ETM遥感数据对水质参数(叶绿素a和悬浮物)浓度进行遥感定量反演,并根据反演结果分析镇域水体污染空间分布特征。结果表明,对水质参数几个最大正(负)相关的光谱值进行波段组合处理可以提高反演精度,并且模型反演值和实测浓度值之间误差较低。通过对叶绿素、悬浮物等水质参数反演实现了对昆承湖水体污染状况的快速、准确和动态的信息获取和评价,有效地实时监测镇域水体在空间和时间上的变化状况和特性。     

天津滨海新区地表水悬浮物浓度遥感反演研究

针对传统的实地地表水水质监测测量方法费时费力,且存在监测布设点有限,无法反映水质的时空变化情况等问题,该文以天津滨海新区的Landsat-8卫星影像作为数据源,将实地水样采集、实验室测量分析和遥感影像不同波段像元亮度值结合,对滨海新区海河水体的悬浮物浓度,分别建立基于统计回归和神经网络的两种经验算法反演模型。结果表明,神经网络模型的反演结果能较准确地反映实际水体的悬浮物浓度分布情况,为该地区地表水水质监测提供一种可行的解决方案。     

水质关键因素光谱遥感监测技术分析

针对传统水体水质分析方法过度依赖于实地测量和实验室化学分析,需要耗费大量人力物力且效率不高的问题,从水质遥感监测数据获取手段、典型反演监测模型、不同水体光谱遥感监测应用状况、水质遥感监测技术应用及前景等方面分析归纳了使用遥感技术监测水质的新方法。从可用数据类型、数据特征等方面对水质遥感监测数据获取的3种主要手段进行了比较;从复杂程度、使用场景、优缺点等方面对4种典型的反演模型进行了归纳;对遥感数据和模型在Ⅰ类和Ⅱ类水体应用中的常用组合方式进行了分析总结。     

基于高原盐湖光谱特性下的溶解氧反演应用与探讨

因地理条件限制,盐湖高光谱反演研究目前尚少,文章以盐湖溶解氧的反演为例,探讨盐湖水质参数的反演思路与方法。通过对青海察尔汗盐湖水体高光谱数据的信息分析,在高光谱水质参数反演技术基础上利用盐湖水体的独特光谱信息,采用波段组合的方式确定了盐湖高光谱溶解氧反演模型。研究结果表明:(1)原始光谱曲线各个波段与溶解氧含量相关性不足0.3,基于盐湖水体的独特光谱信息下的波段组合数据与溶解氧含量的相关系数达到0.75以上;(2)建立的波段比值模型与实测值进行模型精度验证,发现溶解氧含量反演与实测结果基本一致;(3)盐湖水体较为稳定的特性使其在经历时间变化时水质参数含量不会发生较大变化,利用2019年11月份实测数据进行的精度验证也可说明以盐湖光谱特性建立的波段比值模型具有较高精度,并且能够有一定的模型长效性。因此,利用盐湖光谱特性建立高光谱反演模型可满足对该湖区进行溶解氧监测的精度需求,实现对其的大面积监测,也同时提出一种新的针对高原盐湖反演模型建立的思路,为后续高原湖泊的监测体系建立奠定基础。     

太湖草型湖区底质对遥感反射比的贡献

水体的光谱特性主要表现为体散射而非表面反射,光学浅水中,光穿透水体而到达水底,离水辐射包含水体自身的贡献以及底质反射并透过水体到达水面的贡献.2004年10月试验获取了太湖67个样点的遥感反射比、后向散射以及吸收等表观光学量和固有光学量,同时测量了叶绿素、悬浮物和DOC含量,以及其他相关参数,如透明度、水深;以草泥均匀分布的水平朗伯性湖底、均质水体为假设条件,使用LEE模型,计算了太湖草型湖区底质对恰在水面下遥感反射比的贡献,同时计算了漫垂直衰减系数;分析了漫垂直衰减系数与透明度、悬浮颗粒以及与无机悬浮颗粒的关系,同时分析了漫垂直衰减系数与底质贡献的关系,从而为太湖水质参数遥感反演精度的提高打下了良好的基础并有了定量判断底质贡献的科学依据.     

基于参数不确定性分析的SAR土壤水分反演精度控制方法

参数不确定性是SAR反演土壤水分的重要不确定性来源,为控制土壤水分反演精度,提出一种基于参数不确定性的有效控制土壤水分反演精度的方法,使用该方法可以控制参数的误差范围。首先使用全局敏感性分析方法,确定后向影响散射系数输出的主要参数;在不同量级高斯噪声随机扰动下,将大量各参数采值输入AIEM模型中,得到带噪声的后向散射系数集合;再使用LUT法反演土壤水分,计算反演结果满足误差量级控制范围。以此为基础,利用ENVISAT ASAR双极化数据(VV、VH)和实测土壤水分数据进行验证,利用LUT法反演得到带噪声的土壤水分,计算ASAR影像中采样点土壤水分反演值RMSE0.04cm3/cm3。结果表明各影响参数误差量级控制范围可有效控制土壤水分反演精度,在较大的入射角范围内都适用。     

基于季节分异的太湖叶绿素浓度反演模型研究

叶绿素浓度反演算法主要有经验方法、半经验/分析方法和分析方法,其中半经验/分析方法应用最为广泛。但是反演的模型以及模型中的参数和反演精度都随着水体中叶绿素浓度的变化而改变。不同的季节水体中叶绿素浓度不同,水体反射光谱曲线特征和与叶绿素浓度相关性较高的敏感波段也不一致,使得各季节选用的反演模型和模型中的参数也存在一定的差异。本文在对2005年1—10月份叶绿素a（Chla）浓度季节差异进行分析的基础上,对4—10月份同步测量的水体光谱数据分春、夏、秋三个季节进行分析,分季节建立叶绿素浓度反演模型,并对它们进行比较,旨在为各季节选择最佳的反演模型。研究结果表明：春季和秋季选用波段比值算法反演精度较高,其中对数模型,线性模型和一元二次模型都有较高的相关性;夏季选用微分算法较好,该算法所建立的三种模型均具有较高的相关性。     

遥感影像预分类精度对地物面积空间抽样估算的敏感性分析

传统的地物面积测量受精度和效率制约,为此引入了结合遥感影像的空间分层抽样方法.首先以遥感影像的预分类结果作为模拟地物的真实分布,在地物外沿等概率随机添加不同比例的错分像元,从而获得准真实地物区的摸拟预分类结果,并依此设定各层等比例取样的样本人层标志,指导地物样本的选取,然后以抽中样本地物的准真实值之和按比例推算出总量.通过比较分析各水平含量的地物类别、不同预分类精度、层内随机和系统抽样下的多次总量估计精度及其稳定性变化情况,结果表明:该方法不需要背景数据库等先验知识,在预分类达到一定精度之上时,依分类区域设立层标志的分层抽样方法所获得的总量估计精度及标准差均好于无分类支持的随机和系统抽样;当预分类精度达到50%以上时,具有较高的成本效率比,其中在60%时,各类地物在0.5%抽样率、95%的置信度下可以保证估计量精度在92%以上.     

基于空间信息技术的堰塞湖库容分析方法研究

快速准确计算堰塞湖库容,对了解地震堰塞湖险情具有重要的意义.利用遥感和地理信息系统等空间信息技术,提出了一种基于像素的三维水面的计算动库容的方法,能准确计算水面为曲面,包括动库容在内的总库容.该方法利用遥感影像提取水体边界线,与DEM求交后可得到带高程的边界点,利用空间插值技术获得三维水面,然后利用库容计算模型求解.同时,在分析该算法计算效率的基础上,提出了基于河流分段的库容计算优化算法,最后通过实验对比分析了该方法的合理性和优越性.     

一种基于SVM后验概率的MRF分割方法

提出了一种基于SVM后验概率的MRF分割方法,将支持向量机的后验概率应用于Markov随机场方法中,通过贝叶斯公式将对样本条件概率的估计转换为后验概率估计,再通过对SVM决策函数输出的映射来产生后验概率,并将SVM估计的后验概率信息带入MRF模型实现分割,从而完成了一种新的Markov随机场模型的分割方法.实验结果表明,采用此方法分割纹理图像可以获得较好的分割结果.     

基于模糊马尔可夫随机场的无监督遥感图像分割算法

遥感图像分割是对遥感图像进行处理的最为关键的一步.马尔科夫随机场模型作为先验模型,在图像分割领域已经得到了广泛的应用,实践证明该模型有助于提高图像分割的效果.但是由于环境和传感器的影响,遥感图像具有灰度变化大、纹理复杂及边界模糊等特点,经典的马尔科夫随机场模型在遥感图像分割中的分割效果通常并不理想.本文针对遥感图像分割中某些像素分类的不确定性,建立了模糊马尔可夫随机场模型(FMRF).该模型结合分割问题中的随机性与模糊性,更合理地获取了图像的先验知识,较好地符合了遥感图像的特点,因而使得图像分割过程中使用先验知识更为准确.同时算法针对遥感图像的特点,结合了图像的灰度特征和纹理特征,从而使其能更准确地区分图像中的不同类.为使两种特征能够很好地结合,本文采用了贝叶斯分割方法,使用权值对图像特征进行权衡.同时本文采用最大期望算法(EM)对不完整的数据进行估计,应用模拟退火算法(SA)获得全局最优解,从而实现了无监督分割.实验证明,对于SAR图像,该方法较经典的马尔可夫随机场(MRF)算法和模糊C-均值(FCM)算法更好地处理了边缘的混叠,明显减少了斑点噪声,使分割结果更加准确.     

微波兰被动遥感相关特性的数值模拟和实验对比

本文采用一层具有粗糙界面的连续随机介质模型，计算双站散射系数和后向散射系数，由互易性定理计算热发射率。数值模拟了植被在整个生长过程中后向散射和热发射的变化，以及它们的相关特征。理论结果与几种植被的主被动遥感实验数据作了比较和讨论，阐明了微波主被动遥感的一些相关的数值特征。     

基于遥感信息的北京硬化地表格局特征研究

地表硬化是城市发展的重要特征之一,识别地表硬化程度对认识城市景观格局、物流、能流等社会、经济、自然过程具有重要意义.研究利用TM遥感影像,发展城市地表硬化度的遥感分析方法,提出地表硬化度指数,应用主成分回归方法,有效地拟合了地表硬化度和多光谱因子的关系(RTM=0.851,p<0.001).经统计检验:基于TM拟合的地表硬化度和真实的地表硬化度的相关性达到0.91(R=0.91).在此基础上,应用地表硬化度指数和基于目标分割的遥感分类方法,研究了北京市建城区(5环内)地表硬化度和建设密度的空间格局.结果表明:北京市城区中等(地表硬化度在50%-70%)和高密度建设用地(地表硬化度大于70%)总体比例大于70%,占绝对优势,其景观斑块的大小、形状等格局特征主导了北京城区景观格局的总体特征.但2-5环不同环带内硬化地表的格局特征明显不同.3-4环带是近20年城市发展的核心区,地表硬化格局综合体现了城市不同发展阶段的土地利用特征;2环带是老城区,以老北京胡同和文化古迹为主,高密度建设用地比例最高;5环带是城乡过渡区,以村镇、开发区为主体的高密度和中等密度建设覆盖比例为68.8%,斑块异质性较其他环带低,以林地、耕地等为主的硬化度较低的土地覆盖比例是31.2%,斑块异质性更低.     

Ashtech扼流圈天线相位中心稳定性的检验

接收机天线相位偏差是GPS定位中一项重要的误差源，其影响值可达数毫米至数厘米，为了解接收机天线性能及稳定性等方面的情况，在出测前后一般对相位中心的稳定性进行检验。目前已采用两种方法对Ashtech扼流圈天线相位中心稳定性进行了测试，证明了AshtechZ-12型接收机天线满足限差要求及试验方法的可行性，本文将就此作具体介绍。     

Phase acceleration: a new important parameter in GPS occultation technology

Based on 40 years of radio-occultation (RO) experiments, it is now recognized that the phase acceleration of radio waves (equal to the time derivative of the Doppler shift), derived from analysis of high-stability Global Positioning System (GPS) RO signals, is as important as the Doppler frequency. The phase acceleration technique allows one to convert the phase and Doppler frequency changes into refractive attenuation variations. From such derived refractive attenuation and amplitude data, one can estimate the integral absorption of radio waves. This is important for future RO missions when measuring water vapor and minor atmospheric gas constituents, because the difficulty of removing the refractive attenuation effect from the amplitude data can be avoided. The phase acceleration technique can be applied also for determining the location and inclination of sharp layered plasma structures (including sporadic E _s layers) in the ionosphere. The advantages of the phase acceleration technique are validated by analyzing RO data from the Challenging Minisatellite Payload (CHAMP) and the FORMOSA Satellite Constellation Observing Systems for Meteorology, Ionosphere, and Climate missions (FORMOSAT-3/COSMIC).     

基于SRTM DEM的InSAR高分辨率山区地表高程重建算法

山体的叠掩和阴影现象造成的信号去相关,一直是InSAR重建山区地表高程的瓶颈之一.为此,提出了一种新的基于粗分辨率SRTM DEM(约90m分辨率)辅助InSAR数据重建山区地表高程的方法.利用SRTM DEM模拟的干涉相位,对ERS-1/2干涉相位做去地形相位处理,得到残余相位.通过对解缠后的残余相位计算方差提取叠掩和阴影区域的噪声,并用平均相位近似恢复噪声区域的相位,然后将其转换为高程,并用SRTM DEM作高程补偿处理,从而实现地表高程重建.最后,定量比较了该方法与传统InSAR技术生成的DEM精度.实验表明,这种方法能有效提高传统InSAR技术生成地表高程的精度,这对提高星载雷达数据的使用效率具有重要意义.     

农村中小学布局调整之空间可达性分析——以河南省巩义市初级中学为例

中小学布局调整是教育主管部门面临的一项重要任务,涉及教育资源的公平分配和合理利用,影响到义务教育法的落实和实施.在探讨中小学布局调整原理与方法的基础上,使用地理信息系统(GIS)技术建立人口分布、学校分布和交通条件等数据库,计算空间可达性指标,定量分析每一个居住区位学生上学的便捷程度,评估教育资源的空间分布差异,为学校布局规划提供重要的参考依据.使用比例模型、最近距离模型、机会积累模型、重力模型和改进重力模型,以巩义市初级中学为例,揭示学校分布与人口分布之间的关系,期望为农村中小学布局调整提供评估方法和规划依据.案例研究发现:农村义务教育在资源配置、最近入学距离、择校机会、供需平衡方面仍有一定的不均衡性.建议使用GIS和空间可达性指标评估中小学布局调整的公平性;进一步探索学生择校的空间规律,并使用Huff模型模拟学校与学生的最佳配置,为布局调整奠定定量分析基础.