高分一号卫星PMS传感器湖南攸县幅数据质量评价

基于高分一号卫星PMS传感器接收的全色(0.45~0.90μm)和蓝(0.45~0.52μm)、绿(0.52~0.59μm)、红(0.63~0.69μm)波段数据,对其进行图像预处理,分别运用IHS变换、Brovey变换、乘积变换、主成分变换、小波变换和GS变换等六种方法进行数据融合,再以321波段组合分别彩色合成影像,结合SPOT5数据,从几何精度、辐射质量两个方面定量分析了该卫星PMS传感器的数据质量.结果表明:1)高分数据采用乘积变换的融合方法进行融合,效果较好;2)高分数据不存在波段错位现象,影像畸变、扭曲现象也极小;3)高分数据的整体辐射精度、波段间相关系数和光谱质量均略差于SPOT5数据,但是高分数据所含噪声较少,信息量较丰富.无论是从辐射精度还是信噪比方面来看,高分数据的1波段最好,3波段所含的信息量最多.     

高分遥感影像震害提取的变化检测算法改进

本文针对遥感多时相变化检测应用于地震灾害信息提取中存在的问题, 提出一种改进算法, 通过搜索震后影像上建筑物在震前影像上对应区域周边一定范围内的影像相关性最大值(区域寻优)来代替传统上严格对应像元的相关系数值, 以减少因配准精度、 摄影方位、 地表高程、 建筑物高度等造成的同名地物变形对变化检测结果的影响, 提高基于相关系数变化检测的精度。 以都江堰市城区在2008年汶川地震震前的QuickBird影像和震后的航空遥感影像为实验对象, 采用本文方法进行了震害变化检测实验, 并与传统方法进行了比较, 表明改进的算法能够提高震害信息提取的精度且具有一定的稳定性。     

遥感用途的高光谱中短波红外辐射传输精确计算

中短波红外同时含有来自太阳反射和大气发射的能量,关于该波段的大气辐射传输计算是光学遥感领域一项基础性和应用性很强的工作,国内研究并不多见.本文基于累加法,考虑了有限薄层条件下太阳直射反射、多次散射、大气发射三项基本因素的近似计算,构建了可以同时处理太阳散射和大气发射并存的中短波红外大气辐射传输计算模型.同国际通用的DISTORT模型比较了夜晚单层云、白天多层气溶胶、水云冰云双层云以及多层云、气溶胶同时存在4种场景下的计算精度.结果显示:除个别通道外绝对偏差均小于2×10~(-6)K,同样条件下计算速度是DISORT算法的2~3倍.利用该模型对影响计算精度的4个因素模拟分析显示:在2230~2400cm~(-1)强吸收带大气热发射辐射有很大的贡献,太阳入射辐射可以忽略;在2400~2580cm~(-1)窗区波段,忽略太阳辐射可以引入几十K的误差;采用层平均温度简化热辐射计算,在强吸收波段计算误差相对较大;基于单次散射假设的累加法最小光学厚度值越小,计算误差越小.满足计算精度需求条件下可以考虑采用大气分层平均热辐射简化、选择合适最小光学厚度值,以提高计算效率.该研究构建的自主辐射传输计算模型,将在处理国产星载高光谱仪器的资料模拟、反演、同化中发挥作用.     

全球30m空间分辨率耕地遥感制图研究

耕地是全球地表覆盖制图中重要的地表覆盖类型之一,其变化影响着人类社会经济发展、粮食安全与生态环境保护.现有全球耕地制图产品空间分辨率较粗,缺乏高空间分辨率的全球耕地数据产品.本研究利用全球2000/2010两期30m空间分辨率遥感影像数据集(Landsat TM/ETM+、HJ-1)、MODIS 250m空间分辨率NDVI时间序列数据及多种参考资料,针对全球尺度30m影像中耕地提取的难点,提出基于像元、对象和知识3个层次的耕地提取方法,即基于像元尺度多特征优化的耕地分类提取、基于对象的耕地自动判别以及基于信息服务和先验知识的交互式对象处理,完成了全球两期30m耕地遥感制图,并对全球耕地的面积等信息进行统计分析.结果表明,全球2000年和2010年耕地总面积分别为19.03亿ha和19.60亿ha.精度评价结果表明,两期全球30m耕地遥感制图总体精度均达到92%以上.本研究研制的2000/2010两期的全球耕地遥感数据产品,在空间分辨率和分类精度上均优于国际上同类产品,为全球粮食安全、生态环境监测和全球变化等研究提供了重要基础数据.     

CryoSat-2测高数据与Landsat 8光学数据融合提取南极Amery冰架接地线

本文利用CryoSat-2测高数据与Landsat 8光学数据,针对南极Amery冰架区域开展接地线提取研究.首先通过Landsat 8光学影像三次Hermite多项式插值处理,在坡度分析的基础上利用表面曲率改进方法获取接地线特征点;同时对CryoSat-2测高数据进行坡度分析和表面曲率计算,通过沿轨梯度分析方法提取接地点;最后将Landsat 8与CryoSat-2数据获取的接地点进行最小二乘融合得到融合接地线.实验结果表明,融合结果利用高空间分辨率光学数据不仅能保证接地线提取精度,同时测高数据还能够弥补光学数据受云遮挡导致的数据空缺,保持接地线的完整性.与MOA产品比较可以看出,融合数据点与MOA接地线平均距离为367 m,标准差为601 m,所有数据点中距离小于1 km的点占总数的93.19%,与MOA产品具有较好一致.本文提出的融合算法可以实现空间连续的接地线提取结果,对后续研究南极物质平衡、冰流速计算等具有重要的意义.     

结合Landsat ETM与实测光谱估测太湖叶绿素及悬浮物含量

实地测试太湖水体的反射光谱,实验室分析水样,运用相关分析法探求叶绿素、悬浮物的光谱特征波段,估测叶绿素和悬浮物含量;对比LandsatETM波段,运用不同的函数曲线对相应的波段组合进行回归拟合,建立相应的估测模型,选取精度最好的两个分别对太湖的叶绿素和悬浮物含量进行估测.结果表明:(1)对多光谱遥感而言,LandsatTM/ETM是定量获取叶绿素和悬浮物的较好的数据源,但不是最适合的数据源;(2)通过ETM3与叶绿素建立一定的函数关系来估测叶绿素含量具有较高的精度,其中利用算术组合ETM3/ETM1估测叶绿素的精度最高;(3)ETM4与悬浮物具有较高的相关度,其中利用算术组合ETM4/ETM1估测悬浮物含量的精度最高;(4)LandsatETM卫星影像中,不同尺寸的像元窗口影响水质参数的估测精度;对叶绿素估测而青,7×7或者5×5窗口比较适合,对悬浮物估测而言,一般不超过3×3.     

全球陆表水体高分辨率遥感制图

陆表水体是地表覆盖的重要组成之一,是气候变化研究、生态环境评估和宏观调控分析等不可或缺的重要基础信息.本文介绍了全球地表覆盖遥感制图项目中陆表水体总体研制情况.项目通过收集、处理美国陆地卫星Landsat TM/ETM+、国产环境减灾星(HJ-1)等影像,实现了2000年、2010年两个基准年度的全球30 m分辨率多光谱影像的有效覆盖,影像纠正精度满足1:20万制图要求,两期影像配准中误差控制在1个像元以内.根据30 m分辨率尺度的水体光谱特征与几何形态,合理地设计提取指标,结合基于像元分类法简单易操作、面向对象分类法可综合利用各种规则知识的优势,开展水体信息的精细化提取,最后利用人机交互来进一步优化完善分类结果,实现全球水体的高精度遥感制图.完成的全球陆表水体数据成果GlobalLand30-water 2000和GlobalLand30-water 2010,属目前全球尺度下最高分辨率的分类成果,自评估总体精度为96%.该数据是开展全球陆表水体空间分布格局分析、揭示地域差异、研究时空波动规律以及进行生态环境健康诊断等相关研究工作的重要基础数据.     

高光谱遥感混合像元盲分离模型

针对高光谱遥感影像中"混合像元"问题,在前人研究的基础上,本文提出了结合盲源信号分离技术的混合像元盲分离模型,该模型的核心算法是HFC算法和基于负熵的改进FastICA算法,优点是能够通过非常少的先验知识就可以进行混合像元分解,完成特征提取工作,且收敛速度快,精度较高.采用高光谱模拟数据和加噪数据,分别检验混合像元盲分离模型的有效性和稳定性,实验结果表明:模型受端元提取数目多少的影响以及高斯白噪声的影响较小,对高光谱遥感数据特征提取具有有效性和稳定性.     

TerraSAR-X/TanDEM-X获取高精度数字高程模型技术研究

以双星系统(TerraSAR-X/TanDEM-X)下的bistatic数据模式为例研究了差分干涉获取高精度DEM产品的融合算法和技术流程.针对不同观测几何条件下(升降轨,不同入射角)观测数据的畸变和缺失,提出一种迭代的顾及垂直基线、阴影和叠影的数据融合新方法重建高分辨率高精度的数字高程模型,并对TanDEM-X融合的DEM在不同地物属性特征下(山区及高楼林立的城区)的精度进行定量分析.本文采用了两对覆盖珠海、澳门区域的升降轨TerraSAR-X/TanDEM-X干涉对进行融合处理,并通过收集的高精度Lidar数据进行精度比较分析.此外,本文还定量分析了TanDEM-X的DEM对常规DInSAR技术的改进,并与SRTM、ASTER的结果进行对比.结果表明:提出的升降轨融合方法较单一轨道平台能够较好地改正或减弱由于几何畸变引起的高程信息缺失或错误,通过与Lidar数据的对比发现TanDEM-X的融合DEM在山区的精度较高,其残差的标准差为3.5 m,较单一轨道(升、降轨)分别降低8%和22%,能够通过迭代的方法获取高分辨率(可达2~5m)、高精度的地形信息;而针对城区密集建筑物的复杂地形来说,融合的DEM的精度稍低,残差的标准差为11.8m,但较单一轨道(升、降轨)来说有较大改进,其残差标准差分别降低了28%和22%;而在分布较为稀疏的居民区,融合的DEM能够较Lidar数据获取更好的建筑物高度及外形信息,此时的残差标准差可达5m.同时,TanDEM-X的融合DEM作为外部DEM能够较SRTM和ASTER来说更好地去除地形信息,尤其在山区及高程建筑密集分布的城区,从而利于后续的相位解缠和形变信息的精确获取和解译,为更高精度的时序InSAR形变监测提供有利条件.     

遥感影像空间分辨率变化对湖泊水体提取精度的影响

湖泊面积是表征湖泊水情变化的重要指示因子,如何从不同空间分辨率遥感数据中获取客观准确的水面信息,是当前遥感应用研究中的难点问题.本文以鄱阳湖为例,通过选用丰水期和枯水期代表性Landsat ETM+遥感影像,采用最邻近法(NN)和像元聚合法(PA)两种重采样方法,分别获取分辨率逐渐降低的不同分辨率的影像数据,结合归一化差异水指数法研究水域面积随遥感影像分辨率降低的变化趋势及其误差变化特征,同时深入分析不同影响因素对水体提取精度的差异.研究结果表明:(1)空间分辨率是影响鄱阳湖水体提取精度的重要因素之一,随着遥感影像空间分辨率的降低,提取水域面积的精度相对30 m分辨率时呈逐渐降低的趋势,但整体精度较高,最低精度在67.64%以上;(2)NN重采样方法对遥感影像波段亮度值的均值影响不大,但PA重采样后影像的均值和标准差随分辨率逐渐降低且变化更有规律;(3)水体阈值在PA重采样后变化较大,NN重采样后变化较小,因而采用30 m分辨率时获取的阈值提取PA重采样后鄱阳湖水体误差较大,提取NN重采样后的湖泊水体误差较小.本研究结果对于全球变化影响下湖泊水体信息遥感精确提取具有重要的参考价值.     

子午工程二期宽波段太阳射电频谱监测

为实现太阳射电的全波段观测，子午工程二期太阳-行星际监测链分系统将建设4套太阳射电频谱仪，覆盖十米波-米波-分米波-厘米波波段，将为太阳物理和空间天气研究和业务提供可靠的数据支撑.文中介绍了全波段射电频谱仪的系统构成和主要技术参数，对数据产品和定标过程进行了描述.     

MODIS水色产品在黄东海域的真实性检验

水色产品的真实性检验无论对于算法的改进还是后续应用的可靠性保障来说都是十分重要的.中国近海是世界上最为浑浊的海域之一,NASA标准MODIS水色产品在该海域的精度十分有限.然而,局限于高质量海上实测数据的获取,相关的检验工作并未得到有效开展.利用2003年春季和秋季黄东海航次的实测数据对MODISAqua标准水色产品中的归一化离水辐亮度LWN(λ)(转换成遥感反射率Rrs(λ))和叶绿素a浓度(Chl.a)进行了真实性检验分析.采用3×3像元和±3h作为时空匹配窗口,并根据空间均匀性判识准则进行了数据剔除.基于验证数据(中低混浊水体)的分析,得到初步结论:(1)MODIS的Rrs(λ)反演结果具有一定精度,但是不能满足10%的误差期盼,且412nm波段的结果明显较差.反演值与实测值之间具有良好线性相关关系,对于所有6个波段,均方根偏差约为0.0030sr-1,相对偏差绝对值的中值约为25%.MODIS反演的Rrs(λ)与实测光谱的形状基本相似,数值多数偏低,特别是在高值区,另外,412和667nm波段在低值区大多数偏低,甚至出现负值,主要是大气修正过程中近红外波段离水辐射和气溶胶类型不适当造成的.(2)MODIS的Chl.a精度很差.反演值整体偏高,且与实测值之间不具有明显的线性相关关系,两者的均方根偏差约为1.56 mg/m3,相对偏差绝对值的中值约为103.25%,主要是OC3M模型(系数)的不适用性造成的.     

几何校正对暗像元算法及离水辐亮度反演精度的影响:以太湖为例

几何校正将引起几何校正前后像元的像素值发生变化,进而导致暗像元的辐亮度在几何校正前后存在偏差.本文以太湖为研究水区,以2003年10月28日的Landsat/TM影像、2008年7月24日的CBERS影像和2009年4月25 日的HJ-1B影像作为数据基础,研究与探讨了几何校正对暗像元大气校正算法以及离水辐亮度反演精度...     

离散型湖泊水体提取方法精度对比分析

基于卫星遥感的陆地水体提取方法多种多样,并且应用广泛.对于水体分布支离破碎的枯水期湖泊,准确的水体提取方法尚不明晰,直接影响湖泊水域面积的提取精度.以鄱阳湖湖区为研究对象,利用ALOS遥感影像,以2.5 m高分辨率全色波段融合影像非监督分类(ISODATA)得到的水体面积为参考值,分别使用归一化水体指数(NDWI)法、NDWIISODATA法和基于近红外(NIR)的ISODATA法提取了10 m分辨率的水体分布,分析了不同方法提取结果之间的差异性及产生原因.结果表明:3种方法均可以较好地提取出水体,但利用ISODATA法提取的水体细部信息更为明显,面积值较NDWI法更大;相对于近红外单波段而言,基于NDWI图像的ISODATA法提取水体的精度更高.纵观3种方法,基于NDWI图像的ISODATA法提取的水体精度最高,基于近红外波段的ISODATA法提取结果次之,NDWI阈值法的提取效果最差.研究结果对于离散型湖泊水体提取方法及数据源的选择等具有重要的借鉴和参考意义.     

嫦娥一号图像数据处理与全月球影像制图

“中国首次月球探测工程全月球影像图”是我国第一幅覆盖月球的遥感影像图, 将成为嫦娥工程后期探测和月球科学研究的重要基础图件. 详细介绍了嫦娥一号CCD图像数据的获取、数据特点和数据质量, 描述了图像数据的处理方法和流程, 按制图规范对图像数据进行了镶嵌拼接和处理, 制作了覆盖全月球的1:250万比例尺影像图, 并进行了影像图的定位精度分析. 数据处理和制图结果表明, 嫦娥一号CCD数据及其定位精度能够满足1:250万比例尺的制图要求, 制作的“中国首次月球探测工程全月球影像图”, 其相对定位精度优于240 m, 平面定位精度约为100 m~1.5 km, 定位精度略好于2005联合控制网(ULCN2005)和克莱门汀基础地图(2.0版); 对所有像元进行了逐一光度校正, 大大改善了全球图像的一致性, 是目前覆盖最全、图像质量最好、定位精度最高的全月球影像图.     

基于OLCI数据的洱海叶绿素a浓度估算

海陆颜色仪(OLCI)是搭载在Sentinel-3上的新型水色遥感传感器,其对于内陆清洁水体水质遥感监测的适用性有待验证.本研究以评价水体富营养化程度的重要参数叶绿素a(Chl.a)浓度为指标,以高原湖泊洱海为研究区,基于2017年4月19日共20个星地同步实验数据,建立了3种可应用于OLCI数据的Chl.a浓度遥感估算模型(波段比值模型、三波段模型以及FLH模型),并估算了当日洱海Chl.a浓度的空间分布.结果表明:(1)选用波段Oa8(665 nm)、Oa11(708.75 nm)和Oa12(753.75 nm)构建的三波段模型最适用于洱海水域的Chl.a浓度估算,其平均绝对误差百分比为12.37%,低于波段比值模型的16.04%和FLH模型的13.50%;(2)对OLCI使用的大气校正方法中,基于去瑞利散射的暗像元法对估算模型的适用性要优于6S、FLAASH以及QUAC方法;(3)洱海OLCI影像中近岸水体受邻近效应影响严重,近红外波段Oa12(753.75 nm)受陆地邻近效应影响的距离为1~2个像元,而Oa8(665 nm)、Oa10(681.25 nm)和Oa11(708.75 nm)波段为1个像元;(4)2017年4月19日全湖Chl.a浓度均值为12.15±5.72μg/L,洱海中部水域Chl.a浓度最低(9.00~12.00μg/L),北部水域浓度最高(12.00~22.76μg/L),南部水域浓度稍高(12.00~14.00μg/L),阳南溪与波罗江入湖口受降雨径流的影响出现"羽流现象",导致Chl.a浓度偏低,约为8.33μg/L.     

一种新的水体指数及其稳定性研究

针对地表水提取时易受山体阴影、建筑物阴影和雪等因素影响精度问题,本文提出一种新的研究思路:将地物分为水和非水两种类型,统计各地物的反射率,研究阴影之类的低反射率地物与雪之类的高反射率地物与水体的关系.在水体和其他非水体像元最大反射率基础上,构建新的水体指数模型Water Index(WI2019).用Landsat 8 Surface Reflectance Tier 1影像的实验结果表明,与已有的7种水体指数相比,WI2019平均总体精度、Kappa系数、错分与漏分误差分别是97.98%、0.9569、3.88%和1.22%,总体上与其他水体指数比较具有一定的优势.实验发现,在有雪环境下,缨帽变换湿度指数、改进的归一化水指数、自动水体提取指数、水体指数2015和多波段水体指数均不能有效的进行水体提取.本文的创新在于利用Landsat 8的三个波段,构建了一个可以抑制阴影和雪的新的水体指数,补充了其他已有的水体指数的不足.本文方法能够稳定地提取地表水,且能够稳定地去除山体阴影、建筑物阴影和雪等的影响.     

考虑边界区域的地表覆盖分类精度评价方法

地表覆盖作为地表状况的直接反映,与全球物质能量循环、气候变化以及人类社会经济活动等密切相关.地表覆盖分类数据通常利用遥感图像进行分类得到,其数据质量对全球环境监测及其变化研究与决策支持等过程有重要的影响.因此,对分类结果进行精度评估是地表覆盖分类的重要步骤.由于影像上不同地物类型边界处往往存在较多的混合像元,使得分类时处于边界处的像元分类精度相对低于内部像元,直接导致了类内自身的分类精度异质性增大,分类精度评估的不稳定性也随之增大.本文基于传统的分层抽样(stratified sampling,SS),提出了一种考虑边界区域的分层抽样方法(stratified sampling considering edges,SSCE).理论推导及实验结果表明,SSCE对总体精度(overall accuracy,OA)和kappa估计的准确性和稳定性均优于SS方法,主要结论为:在样本点总数较少的情况下,SSCE对分类精度估计的准确性高于SS方法;在相同的容许误差下,SSCE方法所需的样本数小于SS方法;分类图像中类内边界区域与内部区域分类精度的差异越大、其面积比例越均衡,SSCE方法越能准确地进行精度估计.因此,本文提出的SSCE方法能够以更少的样本获取代价、更高的准确性和稳定性对地表覆盖数据进行分类精度的评估.     

卫星反照率产品的多尺度验证与不确定性分析

中低分辨率卫星反照率产品反映了局地与全球尺度地表吸收太阳短波辐射的能力,在气候变化与能量平衡研究中具有重要应用.卫星产品的精度通常基于地面观测值进行验证,而中低分辨率卫星反照率产品的验证需面对卫星与地面观测尺度的差异这一难题.引入高分辨率反照率作为尺度转换桥梁是一种常用验证策略,但高分辨率反照率数据本身的误差,以及它与地面观测、中低分辨率产品的互匹配都可能给验证结果带来不确定性.本文验证策略对这些不确定性进行了控制:以不确定性最小原则设计地面采样策略,用地面观测值对30 m分辨率反照率(用国产HJ-1a/b卫星数据反演得到)进行了校正,用校正后的30 m反照率升尺度后,选择不确定性更小的像元评价中低分辨率反照率的精度.以中国黑河流域中游为研究区开展了对GLASS和MODIS两种1 km分辨率反照率产品的验证试验.验证结果表明,尺度转换后的HJ反照率可以精确的检验低分辨率反照率产品的精度,但是必须考虑验证过程中的不确定性,并在验证时排除不确定性过大的像元.     

面向对象遥感分类方法在汶川地震震害提取中的应用

震后城市建筑物震害的自动识别与分类, 是遥感震害调查中的关键步骤, 其精度直接影响损失评估的结果. 而随着高分辨率遥感影像的发展, 传统基于像元的分类技术已不能满足需求, 引入面向对象的信息提取技术, 充分挖掘影像对象的纹理、形状和相互关系等信息, 能够有效的提高震害的分类精度. 该文阐述了面向对象的遥感震害提取思路和方法, 并应用汶川地震震后高分辨率航空遥感数据, 针对建筑物震害进行面向对象的快速提取与自动分类. 结果表明, 与基于像元分类比较, 面向对象的建筑物震害分类能够显著改善分类效果.