HY-1C/D卫星CZI数据监测湖泊藻华的适用性评价与方法选择

随着湖泊富营养化加剧,蓝藻水华频发暴发,藻华的卫星遥感监测面临着中高空间分辨率卫星过境时间长、中低空间分辨率卫星数据在小型湖泊监测能力不足的问题。海洋水色业务卫星海洋一号C星和D星(HY-1C/D)搭载的海岸带成像仪CZI (Coastal Zone Imager)具有50 m空间分辨率,3 d重访周期,是内陆中小型湖泊藻华遥感监测的重要数据源。本文构建了以CZI数据的绿光(560 nm)—近红外波段(825 nm)连线作为基线,红光波段(650 nm)到该基线的垂直距离作为藻华识别指数AFAH (Adjusted Floating Algae Height),并将其应用在4个典型的富营养化湖泊(太湖、巢湖、滇池、星云湖),评价了其在湖泊藻华遥感监测方面的适用性和不确定性。结果表明:(1)在无云的理想条件下4种藻华识别指数的藻华识别精度高于0.93;在非理性条件下的藻华识别方面,AFAH优于NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)、DVI (Difference Vegetation Index)和VB-FAH (Virtual bas...     

HY-1C/D卫星CZI数据的岛礁浅海水深遥感无控反演能力评估

岛礁浅海水深是海洋重要的基础资料。中国南海岛礁远离大陆,水下现场调查效率低、难度大,难以评估水下地形的长期变化,迫切需要大面积、高频次成像的卫星遥感数据。海洋一号C/D (HY-1C/D)卫星双星组网大大提高了覆盖频次,配置的海岸带成像仪CZI (Coastal Zone Imager)可为岛礁水下探测提供快速的业务化遥感数据服务。为充分发掘两颗卫星的岛礁水深反演能力,本文以中国南海永乐环礁为研究区域,以HY-1C/D CZI多光谱遥感影像为数据源,结合半分析模型和对数比值模型开展了不依赖实测数据的水深反演研究,并与GeoEye-1高分辨率卫星多光谱遥感数据反演结果进行对比。结果表明,HY-1C/D CZI多光谱数据在甘泉岛的水深反演结果与实测数据相比,在0—20 m水深范围内的平均绝对误差分别为1.60 m和1.85 m,平均相对误差分别为22.48%和26.23%;HY-1C/D CZI多光谱数据与基于GeoEye-1数据在甘泉岛的水深反演结果相比,平均绝对偏差分别为1.65 m和1.81 m,平均相对偏差分别为22.33%和23.83%。HY-1C/D CZI与GeoEye-1多...     

HY-1C卫星CZI影像卤虫条带提取研究——以艾比湖为例

基于HY-1C卫星海岸带成像仪CZI (Coastal Zone Imager)影像提取卤虫条带,对利用自主遥感数据开展生物资源监测与指导捕捞利用具有重要意义。本文以艾比湖为例,分析了HY-1C卫星CZI影像与Landsat-8卫星OLI数据的卤虫—水体端元光谱特征及差异;结合滑动窗口裁剪和光谱匹配因子SBAF (Spectral Band Adjustment Factors)模拟构建了有效样本量为837的卤虫—水体数据集;使用深度为5层的U型全卷积神经网络U-Net (U-Shaped Fully Convolutional Neural Network)算法提取卤虫条带并进行了评估与应用。与支持向量机法、最大似然分类法、归一化水体指数法相比,U-Net算法效率高、鲁棒性更好,卤虫条带的提取精确率和F1分数分别为92.02%和90.55%,比其他方法高出约11%—23%,即使面对复杂水体背景干扰,提取错误率也仅有3.3%;由2019年—2021年10景CZI影像的提取结果可知,研究期间卤虫条带的最大最小面积之比约为5.8,变化剧烈且与水体面积存在一定关联,但决定卤虫条带分布与面积的...     

HY-1C/D海洋水色卫星产品体系及其典型应用

海洋一号C星(HY-1C)和海洋一号D星(HY-1D)是中国首次对地观测组网的海洋水色业务化应用卫星,其上搭载了海洋水色水温扫描仪COCTS (Chinese Ocean Color and Temperature Scanner)、海岸带成像仪CZI(Coastal Zone Imager)、紫外成像仪UVI (Ultra-Violet Imager)、星上定标光谱仪SCS (Satellite-based Calibration Spectrometer)和船舶自动识别系统AIS (Automatic Identification System),实现了全球海洋水色要素每天2次、海表温度每天4次的全球覆盖观测,中国近海及海岸带区域每3天2次的50 m高分辨率观测。本文介绍了HY-1C/D卫星及其载荷性能、产品处理流程、产品分级与分发等相关信息,HY-1C/D卫星产品体系完整且数据产品处理与分发高效。同时阐述了HY-1C/D卫星的叶绿素a浓度估算和海表温度反演产品,以及HY-1C/D卫星数据在浒苔绿潮、海冰/极冰、近海养殖、内陆水体和台风云图等方面的典型监测应用且具有较好的产品质量、...     

海洋一号C星光学载荷对海面溢油的识别能力分析

中国首颗海洋水色业务卫星(HY-1C)搭载有水色水温扫描仪(COCTS)、海岸带成像仪(CZI)、紫外成像仪(UVI)等多套光学载荷，已于2019-06开展业务化运行。溢油是海洋环境监测的重要目标之一。近年来，光学遥感对海面溢油不同污染类型的识别、分类与估算原理得以阐明，其技术优势获得认可，能有效促进海面溢油的精细化定量探测。本研究以中国近海，主要以2019-02-20中国南海东沙岛附近海域一次溢油事件为例，收集了HY-1C星COCTS和CZI数据，并获取了同一天的VIIRS、MODIS Terra & Aqua遥感数据，开展了海面溢油的识别分类及其对比分析，重点评估COCTS与CZI光学载荷对海面溢油识别的效能。结果表明：在弱耀光对比条件下，COCTS、CZI、VIIRS均能有效识别此次东沙岛溢油，且COCTS对溢油的识别能力不弱于VIIRS数据；CZI不仅能识别此次溢油，还能区分此次溢油形成的海面油膜与溢油乳化物，从而提供更多的判定信息；CZI数据中，不同溢油污染类型的光谱信号离散度大于清洁海水平均噪声，展现了溢油量估算的潜力。HY-1C星光学载荷展现了优良的辐射分辨率、高信噪比等性能，随着HY-1D星的发射，双星组网观测还能提供更佳的时相分辨率数据，未来会在海洋溢油的实时、定量、精细化观测中提供丰富的数据支撑。     

利用HY-1C卫星CZI数据在COVID-19疫情期间武汉知音湖和黄家湖的浊度监测研究

水体浊度是内陆湖泊水质的重要参数之一,是水环境生态系统中重要的影响因子。2019年12月底,武汉市受到新型冠状病毒肺炎疫情的影响,政府在2020-01-25—2020-02-05期间紧急建设了火神山和雷神山医院。医院建设过程中,对附近水体浊度进行动态监测有助于疫情防控与政府决策。以我国较高空间分辨率的水色海洋1C(Haiyang-1C, HY-1C)卫星海岸带成像仪(coastal zone imager, CZI)传感器数据为基础,结合高频同步浊度自动监测站测量数据,利用全局半经验浊度反演算法,建立了适用于武汉水体的浊度反演模型。利用该模型分析了医院建设前、中、后期的知音湖、黄家湖和朱山湖遥感反演的水体浊度变化,发现医院附近的水体与远离医院的水体浊度变化趋势一致,说明医院的建设施工不是影响浊度变化的原因;同时分析了武汉的降雨在医院建设前、中、后期的变化,发现降雨量的变化可能是导致水体浊度下降的主要因素。该研究也表明,国产较高分辨率水色遥感HY-1C卫星CZI传感器具有良好的小型内陆水体浊度动态监测能力。     

基于HY-1C卫星CZI影像的多类型内陆水体大气校正及水质参数反演

海洋一号C星(HY-1C)上搭载的海岸带成像仪(CZI)在内陆水体水色遥感应用方面具有较大潜力。目前,HY-1C CZI影像在内陆水体的大气校正和水质反演研究较少,仍然需要解决适用于不同类型内陆水体的大气校正和水质参数建模等问题。因此,本研究在华北平原的小浪底水库、官厅水库、丹江口水库、白龟山水库、白洋淀5个不同浑浊程度的湖泊和水库开展了星地同步实验,获取了85个采样点的水面遥感反射率光谱和水质参数实测数据。发展了基于Sentinel-2 MSI影像均匀不变地物的HY-1C CZI影像相对大气校正算法和系统定标模型。HY-1C CZI的蓝、绿、红、近红外波段遥感反射率反演平均无偏相对误差(AURE)分别为14.7%、11.2%、28.9%、41.7%,蓝、绿、红波段的大气校正精度相对较高;此外,大气校正与实测光谱的相关系数r的平均值为0.978,光谱角度距离(SAD)的平均值为0.109,说明大气校正遥感反射率光谱形状与实测光谱一致性较高。基于实测数据构建了叶绿素a浓度和透明度反演模型,经独立数据验证,HY-1C CZI影像叶绿素a浓度反演的AURE为33.8%,均方根误差(RMSE)...     

1995—2019年北莉岛人工水产养殖遥感监测

有效监测人工水产养殖水面的分布变化对于海洋资源管理、生态环境保护、防灾减灾具有重要意义。本文以Landsat 5、SPOT 5和GF-1卫星影像为数据源,选择广东省北莉岛为研究区,使用线性光谱解混方法获取中等空间分辨率卫星影像的人工水产养殖水面面积,通过面向对象多尺度分割的方法结合支持向量机分类算法提取高空间分辨率卫星影像的人工水产养殖水面分布。研究结果表明,与单一卫星影像相比,综合多源中高空间分辨率卫星数据延长了人工水产养殖水面变化分析可追溯的时间跨度,提高了监测精度;联合光谱解混和面向对象分类方法开展人工水产养殖长时序遥感监测是可行的。近20多年来,北莉岛人工水产养殖水面的面积经历了先增加后缓慢减少的变化过程,1995—2000年平均增速为23.39 hm²/a,2000—2006年平均增速为23.95 hm²/a,2006—2019年平均减少速度为1.96 hm²/a。     

海洋一号D卫星海岸带成像仪偏航90°相对辐射定标

海洋一号D (HY-1D)卫星搭载了一台海岸带成像仪CZI (Coastal Zone Imager),由两台三反离轴相机组成,成像仪同时采用了视场拼接和光学拼接两种拼接方式。由于CZI高达63°的视场角,相机边缘畸变明显,其所成偏航90°影像存在明显的非线性畸变。本文针对HY-1D卫星海岸带成像仪的结构特点,提出了一种基于探元邻接关系的偏航数据自动标准化方法,有效地改善了海洋一号海岸带成像仪偏航图像非线性畸变的问题,保证了线阵电荷耦合器件CCD (Charged Coupled Device)探元对同一地物成像的理论前提。利用HY-1D海岸带成像仪偏航90°辐射定标数据计算获得相机相对辐射定标系数,对卫星正常推扫影像进行相对辐射定标实验,并利用在轨统计法进行对比实验。使用本文方法利用偏航辐射定标数据进行相对辐射定标后,陆地场景下传感器所有探元最大条纹系数优于0.33%,平均条纹系数优于0.04%,中位数条纹系数优于0.03%;海洋场景下传感器所有探元最大条纹系数优于0.48%,平均条纹系数优于0.07%,中位数条纹系数优于0.06%,各项指标均优于基于大量数据统计的在轨统计法。实验结...     

中国近海绿潮生物量的卫星光学遥感估算

生物量是精准量化海洋大型漂浮藻类的关键参数,是反映海洋生态环境变化的有效指标。光学遥感卫星能为绿潮的精细化监测与评估提供数据支持,实现绿潮的精准识别与量化估算。针对中国海洋一号C/D卫星（HY-1C/D）海岸带成像仪CZI (Coastal Zone Imager)、美国中分辨率成像光谱仪MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)、欧洲空间局哨兵2号卫星多光谱成像仪MSI(Multi Spectral Instrument)等光学遥感数据特点,基于绿潮生物量变化模拟与观测验证数据,本研究提出了适用于不同光学卫星数据的绿潮生物量估算模型与计算方法,开展了中国近海绿潮生物量光学遥感估算与交叉验证。结果表明：相较于绿潮像元面积和覆盖面积,绿潮生物量估算结果的不确定性最小,该参数能有效减少面积参数所内含的尺度效应差异,能更准确地用于海洋绿潮的量化与评估。此外,基于CZI和MODIS数据开展2021年中国近海绿潮生物量协同监测应用,有效提高了绿潮生物量监测的精度,详细量化了2021年中国近海绿潮生物量的年内变化,展现了绿潮生物量的精...     

利用WorldView-3立体影像生产1∶2000比例尺3D产品

立体卫星影像在覆盖范围、重访周期、测绘产品更新速度、数据获取成本等方面较传统航空影像有着较明显的优势。WorldView-3是迄今全球空间分辨率最高的商业遥感卫星,全色波段分辨率0.31m,能获取同轨立体像对,理论上可代替传统航空影像用于大比例尺测图。本文以北京市石景山区和通州区的两个WorldView-3立体像对为数据源,确定了一整套制作1∶2000比例尺3D产品的技术流程,具体包括数字线划图(Digital Line Graphic, DLG)、数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)和正射影像图(Digital Orthophoto Map, DOM),验证了3D产品的精度,成图结果符合国标精度要求,并为生产作业中控制点布设方案、密集匹配算法选取等提供了参照和解决方案。     

基于YOLOv2的船只检测算法及其在横琴环岛监控系统中的应用

船只的实时检测对于维护海上航运安全十分重要。基于监控视频数据构建了针对船只检测的数据集,将YOLOv2网络架构应用于船只检测,并结合船只宽高比特点,聚类选取初始候选框。对比实验结果表明,该检测方法能在保证检测精度的同时达到90帧/s的检测速度,满足实际应用需求。珠海市横琴新区已将该检测模型应用于环岛视频监控系统中,并与GIS地图和无人机影像进行集成,实现了环岛海域的实时船只监测。     

基于CBERS-04卫星影像的珊瑚礁底质分类能力分析

珊瑚礁对于海洋生态环境研究具有重要意义,通过分析珊瑚礁的分布以及生长状况可以对海洋生态环境进行评估。本文以南海珊瑚岛近岸海域为研究区域,选取中巴地球资源四号(CBERS-04)卫星影像数据,利用支持向量机(SVM)分类方法对近岸珊瑚礁底质进行分类,分类结果进行矢量化输出,对珊瑚礁数量和面积进行统计,与Worldview-2卫星多光谱影像数据分类矢量结果进行对比分析。实验结果表明,利用中巴地球资源卫星数据对于珊瑚礁分类是可行的,其中利用20m空间分辨率多光谱数据与5m空间分辨率全色波段数据融合后的影像数据,对于珊瑚礁信息提取效果最好。但由于空间分辨率及波段光谱设置的限制,其对于浅水区小面积珊瑚礁和深水区珊瑚礁提取能力较弱。     

全色/多光谱融合影像的MVG无参考质量评价

同时具有高空间分辨率和高光谱保真度的全色/多光谱融合影像具有广泛的应用前景.然而,一方面全色/多光谱融合方法通常会产生不同的空间畸变或光谱失真;另一方面,受卫星成像系统限制,无法获取真实高空间分辨率多光谱参考影像,因此,如何在无真实参考影像情况下有效评估融合影像质量具有重要意义.为此,本文提出了一种基于多元高斯模型(M...     

基于开源代码构建水色遥感数据处理系统——以HY-1C/D为例

中国在《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,通过从单一的试验星到星座的组网,建立起较为完善的海洋环境立体监测体系。由于大气层的影响以及海洋参数在大气层顶的贡献通常很低,卫星观测对海洋卫星地面数据处理系统定量化程度提出了很高的要求。美国自20世纪70年代发射CZCS水色卫星以来,在水色卫星数据处理系统上积累了多年经验。本文通过借鉴NASA成熟开源的SeaDAS科学处理框架,针对HY-1C/D海洋水色水温仪传感器(COCTS),集成前人算法,开发出HY-1C/D离线数据处理系统(OffLine-COCPS),实现了从L1B数据(几何定位和辐射定标后)开始到水体遥感反射比和各类水色产品制作的全链条数据流程。结果表明,自主建立的HY-1C/1D卫星COCTS传感器大气校正相关查找表基本满足了在全球范围内的定量化应用。根据统计投影得到HY-1C/1D双星COCTS反演的叶绿素全球产品,表明系统可实现对HY-1C/1D双星反演叶绿素产品提供支撑,进而与NASA官方发布的同期MODIS叶绿素产品散点图比较,整体分布趋势也与MODIS保持一致。通...     

环境星宽覆盖特征CCD影像几何定位及误差分析

2008年9月发射的中国环境与灾害监测预报小卫星星座(简称HJ星座)A、B星配置的宽覆盖载荷,可广泛应用于生态环境和灾害的大范围动态监测和快速重访。针对传统的物理定位模型在CCD相机宽覆盖成像时难以达到较好的精度,尤其是在CCD线阵方向误差明显的问题,在考虑CCD相机畸变模型的情况下,提出一种基于一般多项式畸变模型的改进定位模型对影像进行几何定位。实验证明,影像在CCD线阵方向的误差能得到明显改善,该定位方法对于HJ-1卫星CCD影像几何定位精度的提高以及推广国产宽覆盖卫星影像的应用具有较大的意义。     

吉林一号卫星影像融合及质量评价

我国第一颗自主研制的吉林一号(Jilin-1)高分辨率商业光学遥感卫星,其空间多光谱分辨率为2.88 m分辨率和全色分辨率为0.72 m。针对吉林一号卫星影像成像的方式,采用合适的遥感影像融合算法,能够增强多光谱影像的空间质量,提高影像应用的层次。本文尝试CN融合、Brovey融合、Gram-Schmidt融合、NearestNeighbor Diffusion等4种新的高保真算法对吉林一号卫星影像进行融合实验,并对融合后多光谱影像的质量进行定性分析与定量评价。结果表明:4种融合方法对影像空间信息和光谱信息都具有较高的保真度,而基于Nearest-Neighbor Diffusion方法融合产生的影像在增强了高分辨率空间纹理细节的同时,光谱信息失真度最小,更适合于吉林一号影像的融合。本结论对利用吉林一号遥感数据开展定量研究具有重要意义。     

HJ-1光学遥感影像船只检测——以鄱阳湖为例

以具有高时空分辨率、长时间序列观测优势的国产HJ1CCD数据,在使用面向对象方法实现水面均质区域分割的基础上,改进传统的Contrastbox方法,增强了船只目标与背景像素的对比,实现了水面状况复杂的鄱阳湖船只提取。使用该方法分别对鄱阳湖枯水、丰水期HJ1CCD数据进行船只检测实验,经精度验证,船只检测率可达85%。对比传统阈值提取方法,该方法在浑浊复杂水体中船只提取的优质因数(FoM)远优于传统方法。由于采砂、运砂、航运等人为水上活动对水生态环境产生的严重影响,亟需加强船只活动的有效监管。该研究为鄱阳湖船只检测、采砂、运砂活动及水环境检测提供了有效途径,也为其他湖泊、沿海等区域的船只检测提供了方法,同时提升了国产HJ卫星在环境检测中的应用能力。     

澳大利亚森林火灾高分四号卫星监测图

正封面图片为2020-01-11高分四号卫星获取的澳大利亚森林火灾影像,利用着火点自适应阈值检测方法生成的森林火灾监测结果图,空间分辨率为400 m。高分四号卫星是中国首颗地球静止轨道高分辨率对地观测光学遥感卫星,具有普查、凝视、区域、机动巡查4种工作模式,其搭载的全色/多光谱相机(简称PMS)空间分辨率优于50 m,单景成像幅宽优于500 km,中波红外相机(简称IRS)空间分辨率优于400 m,单景成像幅宽优于400 km。高分四号卫星可以提供中国全境和周边国家的高时效、高分辨率的观测数据,能以分钟级甚至秒级间隔进行高频率拍摄,为中国及周边区域的灾害风险预     

渐进式多特征异源高分辨率卫星影像密级匹配方法研究

正异源高分辨率卫星影像匹配是高分辨率卫星影像处理的技术关键,也是实现三维重建、信息提取、变化监测等应用研究工作的技术基础。研究表明在地面覆盖相同的情况下,随着空间分辨率的提高,卫星影像数据量急剧增加,并由此产生了几何噪声增大、阴影变化影响、局部形变加剧、纹理相似性降低等异源高分辨率影像特有的问题。传统同(异)源遥感影像匹配方法多数着眼于低、