内陆水体藻蓝蛋白遥感反演研究进展

藻蓝蛋白(PC),作为蓝藻的标志性色素,通常被用作进行蓝藻水华遥感监测的标志物.近年来,内陆水体水质恶化,富营养化加剧,藻华频发,PC遥感反演研究越来越受到关注.本文从PC光学特性、反演算法开发、卫星传感器应用等方面难点及干扰因素,综合梳理了过去30 a PC遥感反演研究的发展历程和趋势,以期理解国内外相关研究的新思路...     

基于实测光谱的太湖水体表面离水反射率研究

水体表面离水反射率是研究水体光学特征的一个重要参数。以2008年11月10日、11日太湖水面实地光谱和水体样本为基础,探讨了蓝藻污染对太湖水体表面离水反射率的影响:蓝藻的存在提高了水体在近红外波段的离水反射率,使红波段出现了明显的吸收谷。通过FY-3A和MODIS卫星的通道响应函数,建立了卫星数据与水体表面离水反射率间的函数关系。在此基础上,利用MODIS卫星数据构建了比值指数(RI),利用该指数成功反演了2008年11月12日太湖水体叶绿素含量(R2=0.72),并获得了叶绿素含量的空间分布。这一结果为分析太湖水面光学特性、水质污染状况提供了重要依据。     

大型沉水植物狐尾藻不同盖度的光谱特征

地物特征与其光谱特征的关系是解译遥感影像的关键。本研究利用ASD便携式地物光谱仪对上海崇明国际湿地公园人工湖中的沉水植物狐尾藻的反射光谱进行了初步研究。结果表明,随狐尾藻盖度的增加,其光谱反射率、一阶和二阶导数红边斜率的峰值也相应增加,不同盖度狐尾藻的光谱反射率的差异主要表现在500—650nm和700—900nm波段范围。分别对狐尾藻盖度与这些波段的光谱反射率及根据一阶和二阶导数获得的光谱指数进行回归分析,得到了较好的线性关系。应用回归分析得到的线性方程,可以根据测定的光谱反射率定量反演水体中的狐尾藻盖度。研究结果可为监测大型沉水植物的高光谱遥感影像解译和分类提供技术支撑,为大尺度遥感监测沉水植物的分布和动态变化提供科学依据。     

江苏近海辐射沙洲水域水深与光谱的相关性研究

通过对实测光谱数据和水深数据的分析研究发现，泥沙浓度在水深遥感中具有重要意义。泥沙含量决定水体光谱反射率与 水深的相关性方向： 泥沙含量较少的清水区，光谱反射率与水深呈负线性相关； 而在泥沙含量较高的浊水区，光谱反射率与水深 数据呈正线性相关。以此为依据，对水体进行清/浊水体的光谱分别处理，可提高水深的光谱反演精度。同时，结合实测水体光谱 进行不同光谱分辨率的模拟分析，发现高光谱分辨率遥感将有助于提高水深反演精度。     

大气校正对基于遥感指数提取藻华信息的影响

遥感技术使大范围实时监测蓝藻水华成为可能,但大气效应与太阳、地物及传感器的几何关系会影响辐射传输方程,从而对基于遥感指数的蓝藻信息提取产生影响,因此,探讨这些影响因子对藻华信息的提取精度有着积极意义。基于MODIS大气校正前后2种产品(MOD02和MOD09),利用单波段、比值植被指数、归一化差值植被指数和归一化水体指数4种遥感指数对2006年全年太湖藻华信息进行提取,并定量分析了气溶胶光学厚度、太阳高度角和卫星观测角等因素对遥感指数的影响程度。结果表明:比值植被指数与归一化差值植被指数受大气影响程度较其他二者低,且比值植被指数对大气因素的敏感性较归一化差值植被指数低;气溶胶的光学厚度与太阳高度角在不同程度上对指数提取结果造成影响,因此利用遥感指数提取藻华信息时需谨慎,以避免误判。     

基于高分一号与Landsat-8影像的水体浊度反演比较

为分析高分一号WFV传感器16 m遥感影像在水质反演方面的能力,本文选取南四湖为研究区,以高分一号卫星影像与Landsat-8卫星OLI影像为数据源,结合地面同步实测水体浊度数据,建立反演水体浊度的原始光谱反射率模型、归一化反射率模型和波段比值模型,并对各模型进行精度评价,分别比较两个传感器在浊度反演能力方面的差异。结果表明:利用高分一号WFV 16m遥感影像进行水质反演具有较高的精度,且具备更高的空间分辨率和更短的重访周期,可以替代Landsat-8多光谱数据。     

资源三号测绘卫星影像中水体信息提取方法研究

以江苏省宜兴市为研究区,利用资源三号测绘卫星多光谱数据提取该区内水体信息。首先利用ERDAS软件QUAC工具进行大气纠正,对典型地物以及多种水体遥感反射率光谱特征进行分析;随后构建几种常用水体提取指数,通过对比实验确定各指数阈值,提取水体信息;对水体提取效果进行目视分析与抽样调查分析,结果表明:几种算法对于水体提取敏感性各有侧重,其中水体提取效果较好的算法有NDWI-B指数法和NDWI指数法。     

太原市黑臭水体遥感识别与地面验证

城市黑臭水体整治是城市水环境治理的一项重要工作。本文通过构建黑臭水体遥感识别模型，解决城市黑臭水体整治过程中黑臭水体的识别问题，实现城市黑臭水体空间分布快速定位与排查。通过分析黑臭水体形成机理和试验数据，从光谱特征上构建反映水体清洁程度的光谱指数（WCI），从图像特征上构建水体颜色、次生环境、河道淤塞、岸边带垃圾堆放等解译标志，综合光谱指数和解译标志共同进行黑臭水体遥感识别。利用该方法对太原市建成区内黑臭水体空间分布进行排查识别，共得到疑似黑臭河段14条，长度为52.530 km。经验证，除去断流影响外，遥感识别黑臭水体点位精度为92.86%，遥感识别黑臭河段长度精度为78.19%。在精度验证基础之上，进一步分析了黑臭水体遥感识别光谱指数和各项解译标志在黑臭识别中所占的权重，其中光谱指数和水体颜色二者权重最大，分别占29.60%和27.10%，是构成遥感识别黑臭水体的主要特征标志。通过两时相影像识别结果比对表明，WCI指数能够明显反应黑臭水体变化特征。因此，利用本文方法进行城市黑臭水体遥感识别具有很高的精度，在城市水环境整治过程中具有重要的应用价值。     

一种改进光谱角匹配的水体信息提取方法

快速、准确地从卫星遥感影像上获取水体信息已成为水资源调查及监测、湿地保护、洪涝灾害评估等领域的重要技术手段。本文以GF-4卫星的PMS传感器影像为数据源,提出了一种改进光谱角匹配（MSAM）的水体信息提取方法,以内蒙古中东部和长江中下游两个试验区为研究对象,对比分析了MSAM与单波段阈值法、NDWI阈值法、支持向量机和光谱角匹配等传统方法的水体信息提取结果,并进行了精度评价。试验结果表明,本文提出的MSAM方法不仅能准确地提取水体信息,而且能很好地区分水体与云阴影,对细小水体的提取也具有很好的效果。在内蒙古中部和长江中下游两个试验区的水体提取精度分别达到99.86%和98.37%,在5种水体提取方法中的精度最高,可以有效地提取水体信息。     

基于HJ-1遥感数据的矿区水体污染监测与分析——以龙岩紫金山金铜矿为例

矿产资源的持续开采与加工利用使得矿区周边水资源受到的污染日趋严重,急需采用先进技术对水污染进行监测分析,遥感技术是水环境监测最为有效的技术之一。利用国产环境一号小卫星多光谱遥感影像数据,针对福建省龙岩市紫金山矿区不同时相的数据进行水质遥感监测。利用近红外单波段阈值分割法提取悬浮物浓度信息,基于矿区酸碱性水体光谱曲线特性采用342波段假彩色合成影像,采用SVM分类方法进行分类,判别矿区水体酸碱性以及分析水体受污染程度变化和污染源。结果表明,研究区汀江水体2008年呈现碱性,2010年呈现弱碱性,水质在研究时段内得到一定的改善,但在选矿厂与矿区附近的水体中仍含有大量重金属沉积物。     

近岸/内陆典型水环境要素定量遥感空间尺度问题研究

近岸/内陆水环境遥感的空间尺度问题研究包括空间变异尺度及遥感监测空间尺度需求,以及多源多尺度遥感数据及定量产品的空间尺度误差两个方面。利用长时序高分一号16 m遥感数据集高时空分辨率的综合优势,采用空间半变异函数分析方法获取了中国近岸/内陆典型水环境要素（以悬浮颗粒物为例）的空间变异尺度。基于水环境要素空间变异的连续性和泰勒级数展开理论,定量化地描述了空间尺度误差解析函数。结果表明,近岸/内陆水体等高动态水体的空间变异尺度平均在150 m以下,而外海等相对稳定水体空间变异尺度在300 m以上。随着空间分辨率的降低,受到空间变异和水环境要素非线性定量反演模型的共同影响,悬浮颗粒物的空间尺度误差显著增大,亟需重点研究区域化的尺度误差校正方法。     

基于混合像元分解的水体遥感图像去云法

大型内陆水体的遥感图像中往往存在着不均匀薄云或者是气溶胶的影响，由于种种原因，传统的大气辐射校正算法无法消除这种不均匀影响，这就给遥感图像的大气校正带来了很大困难。由于水体属于低反射率地物，这种薄云或者气溶胶的不均匀性带来的误差，极大地降低了水体遥感图像的信噪比，进而影响水体信息遥感提取精度。根据部分太湖地区的遥感图像和地面实测数据，作者以一种新的思路来尝试解决这个问题。该方法充分考虑了水气环境的特点，把水体像元光谱看作水、污染物和气溶胶（薄云）等光谱的混和。基于混合像元模型，该方法有效地消除了薄云和气溶胶的影响，可使我们通过遥感手段更加精确地提取水质信息。     

水色遥感中偏振信息的研究进展

介绍了目前水色遥感中,水面反射光的偏振特性及其应用与水体散射光的偏振特性及其应用的研究进展.着重分析了基于偏振原理的水面反射光的剥离、海面溢油偏振遥感探测与基于水体物质偏振信息的水质参数反演等几个问题的研究现状;总结了在水色遥感信息流中,大气偏振校正、气-水界面偏振描述、基于偏振水质遥感反演、传感器偏振响应标定等各个环节入射光与出射光的偏振改变与响应机制等几个关键问题.     

河北省卫星遥感海洋应用平台建设研究

随着卫星遥感技术在海洋监测中的作用日益凸显,为了加快地方海洋监测能力建设,构建省级卫星遥感海洋应用平台十分必要。介绍了河北省卫星遥感海洋应用平台的总体设计思路、总体架构、系统建设和应用情况。该平台将国家遥感数据分发单位、地方业务化监测单位、现场观测单位有机联合在一起,形成了自卫星遥感数据与现场观测数据的收集、数据处理、产品生产、数据管理、成果发布至精度评价的全业务闭环流程,实现了海洋环境常规监测业务系统后台全自动化运行,极大程度地提升了河北省海洋遥感监测能力和服务能力,为地方海洋遥感监测平台的建设提供参考。     

水质遥感监测方法的探讨

不同水质具有不同的光谱特征,可以利用遥感技术对水质进行监测.水质监测结果是水质评价与水污染防治的主要依据,随着水体污染问题的日渐严重,水质监测成为社会经济可持续发展必须解决的重大问题,无论内陆水体还是海洋水体,其水质影响到国民生产和人们的生活用水,准确、快捷的水质监测显得尤为重要.水质遥感监测具有监测范围广、速度快、成本低和便于进行长期动态监测的特殊优势,在水体水质监测中具有巨大的应用潜力.本文主要对水质遥感监测方法进行探讨.     

遥感影像信息在澳门、磨刀门海域工程建设中的应用及其效益

本文介绍了计算机处理和光学处理相结合的信息提取方法并得到显著效益。根据澳门海域和磨刀门海域工程建设中的实际需要,成功地运用遥感影像信息为澳门海域工程物理模型试验提供了模型水流流态与原型水流流态相似性的验证,为磨刀门海域围垦工程提供了水下潜坝的动态影像信息,并取得了较好的社会效益和经济效益。     

中国海洋卫星及应用进展

中国十分重视海洋遥感及其监测技术的发展,初步形成了具有优势互补的海洋遥感观测体系,并发挥了显著的经济和社会效益。其中,海洋一号(HY-1A/B)卫星已经广泛应用于中国海温预报业务系统、冬季海冰业务监测、夏季赤潮和绿潮监测、海岸带动态变化监测、近岸海水水质监测和渔业遥感监测等方面。海洋二号(HY-2A)卫星不仅填补了中国海洋动力环境卫星遥感的空白,也是目前国际上唯一在轨运行的集主被动微波遥感器于一身的综合型海洋动力环境卫星,具备同时获取风场、有效波高、海面高度和海面温度的能力。通过卫星获得的数据提高了中国海洋环境监测与灾害性海况预报的水平,为国民经济建设和国防建设、海洋科学研究、全球变化研究等提供了可靠的遥感数据,同时还在国际对地观测体系中发挥了重要作用,受到国内外用户的高度认可。海洋一号和海洋二号卫星系列为中国建立完善的海洋环境立体监测体系奠定了坚实基础。根据国家发展和"一带一路"建设的实施,在加快建设海洋强国、维护海洋权益和加快发展海洋经济的进程中对海洋遥感的发展也进一步提出了更高的要求和更紧迫的需求。为此,紧紧围绕国家海洋强国战略需求,在《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015年—2025年)》中专门规划了海洋观测卫星系列,服务于中国的海洋资源开发、环境保护、防灾减灾、权益维护、海域使用管理、海岛海岸带调查和极地大洋考察等方面,同时兼顾陆地和大气观测领域的需求。在充分继承已有HY-1A/B、HY-2A、高分三号(GF-3)和中法海洋卫星(CFOSAT)成功研制经验和应用成果的基础上,发展多种光学和微波遥感技术,建设新一代的海洋水色卫星和海洋动力环境卫星,具备卫星组网观测能力;发展海洋监视监测卫星,构建优势互补的海洋卫星综合观测体系。通过空间基础设施的建设,海洋遥感卫星必将在建设海洋强国的进程中发挥出重要作用。     

Developing a semi-analytical algorithm to estimate particulate organic carbon (POC) levels in inland eutrophic turbid water based on MERIS images: A case study of Lake Taihu

Particulate organic carbon (POC) plays an important role in the carbon cycle in water due to its biological pump process. In the open ocean, algorithms can accurately estimate the surface POC concentration. However, no suitable POC-estimation algorithm based on MERIS bands is available for inland turbid eutrophic water. A total of 228 field samples were collected from Lake Taihu in different seasons between 2013 and 2015. At each site, the optical parameters and water quality were analyzed. Using in situ data, it was found that POC-estimation algorithms developed for the open ocean and coastal waters using remote sensing reflectance were not suitable for inland turbid eutrophic water. The organic suspended matter (OSM) concentration was found to be the best indicator of the POC concentration, and POC has an exponential relationship with the OSM concentration. Through an analysis of the POC concentration and optical parameters, it was found that the absorption peak of total suspended matter (TSM) at 665 nm was the optimum parameter to estimate POC. As a result, MERIS band 7, MERIS band 10 and MERIS band 12 were used to derive the absorption coefficient of TSM at 665 nm, and then, a semi-analytical algorithm was used to estimate the POC concentration for inland turbid eutrophic water. An accuracy assessment showed that the developed semi-analytical algorithm could be successfully applied with a MAPE of 31.82% and RMSE of 2.68 mg/L. The developed algorithm was successfully applied to a MERIS image, and two full-resolution MERIS images, acquired on August 13, 2010, and December 7, 2010, were used to map the POC spatial distribution in Lake Taihu in summer and winter.     

鄱阳湖HJ-1A/B卫星CCD影像大气校正研究

以准同步的Terra/MODIS反演的气溶胶为辅助,采用FLAASH模型对2009-10-24鄱阳湖HJ-1A/B卫星CCD影像进行大气校正处理。结果表明,大气影响可以被有效去除,在水体遥感反射率较高的红、绿波段,大气校正精度较高,平均相对误差分别为13.4%和9.8%;而在水体遥感反射率较低的近红外、蓝波段,大气校正精度较低,这可能与波段不同的信噪比和陆地邻近像元效应有关。