基于MODIS谱纹信息融合的海洋溢油检测方法

鉴于仅依赖光谱特征或纹理特征的传统溢油检测算法的信息检测精度较低的问题,本文提出了一种新的光学遥感数据的谱纹海面溢油检测方法。谱是光学遥感数据的油膜敏感波段图像,纹是利用灰度共生矩阵计算获得的图像纹理特征,将这些特征相结合,引入支持向量机方法（Support Vector Machine,SVM）,建立谱纹海面溢油检测模型。本文以2006年渤海溢油事故为例,利用中等分辨率成像光谱仪MODIS的光学遥感数据对溢油进行检测,MODIS的第2波段为油膜敏感波段,所以,第2波段图像即为选取的谱特征,经过对各个纹理特征的分析得到,均值、对比和相关3个特征量可作为溢油提取的纹理特征。检测结果的总体精度达91.23%。试验结果表明,将MODIS图像的光谱特征和纹理特征相结合,可有效地对渤海海洋油膜信息进行检测,并具有很强的抑制噪声能力。     

利用特征地物计算HJ-1卫星CCD波段间配准精度

自HJ-1双星成功发射后,两台设计原理完全相同的CCD相机分别搭载在HJ-1A、HJ-1B星上,其覆盖范围广、回访周期短,具有较高的空间分辨率和光谱分辨率。波段间的配准误差是评价影像质量的重要指标之一,也是传感器研发的一项重要参数。因此,对遥感多光谱影像进行波段间配准误差评价是十分必要的。本文以山东省东营市辛安水库库区为对象,提出了一种基于特征地物计算HJ-1卫星CCD波段间配准精度的算法。辛安水库形状独特,有多条条状水体和拦水坝且相互交叉排列。基于HJ-1 卫星CCD相机4个波段的水库影像,分别提取出水库在沿轨和跨轨方向的像元响应与像元位置的关系,利用响应曲线中的峰、谷位置,计算出同名特征点在不同波段图像中的位置。根据位置的差异,计算出HJ-1卫星CCD相机波段间配准在沿轨方向和跨轨方向的实际偏移量。从而实现对影像波段间配准精度的评价。     

利用MODIS和HJ-1卫星数据监测墨西哥湾溢油事件

通过对比不同时段的MODIS和HJ-1卫星数据,监测墨西哥湾漏油面积变化与走向趋势,结果显示该法监测大面积溢油比较有效,可为漏油清理提供参考,并建议利用遥感手段对我省及南海海域类似海洋灾害进行实时监测。     

MODIS遥感数据提取赤潮信息方法与应用——以珠江口为例

近年来,中国沿海近岸二类水体中的赤潮频发,对海洋环境、社会经济和公众健康都造成较大危害,因此,针对近岸二类水体中较小范围赤潮的遥感监测分析有重要意义。本文的工作主要集中在:(1)分析典型赤潮海水、泥沙浑浊海水、赤潮泥沙混合海水,以及清洁海水的MODIS影像光谱特征;(2)分析叶绿素a法,温度法,荧光法和波段比值法,在近岸小范围赤潮识别应用中的优势和缺点;(3)提出监督分类的赤潮信息提取方法,其中典型赤潮样本的选取基于蓝绿波段反射率比值和MODIS 1,4,3波段。利用本方法,对珠江口海域2006年2月赤潮进行了提取,取得良好的效果。     

基于特征概率函数的双阈值分割海面溢油检测

 海面溢油对生态环境造成了严重危害,故及早发现和尽快处理对降低事故影响和经济损失起着至关重要的作用。合成孔径雷达(SAR)是观测海面溢油、快速检测和事故态势分析判断的有效技术途径。本文针对SAR图像的海面溢油检测,提出了一种特征概率函数的双阈值分割方法。首先,通过高低阈值分割提取不同层次的灰度信息,再利用密度估计提取灰度的空间分布信息,然后,通过构建概率函数对油膜和类油膜区域进行形态学分类,最后,结合辅助信息,获得最终的海面溢油检测结果。本文利用香港中文大学卫星地面站接收的ENVISAT ASAR图像开展实验,结果表明,本文提出的方法能够准确地排除由风场或者水流场导致的低散射区域,有效地检测和识别生成不久的中型油膜,从而有助于溢油事故的早期预警与处置。     

高分六号影像在内陆水体叶绿素a反演中的应用潜力分析

GF-6 WFV影像具有宽覆盖、高时空分辨率、高光谱分辨率等特点,目前在农业和林业遥感领域都有一定应用,但是在水质遥感中的应用潜力还缺乏系统的评估。本文以潘家口和大黑汀水库为研究区,采用2019年9月24—25日获取的潘家口和大黑汀水库叶绿素a浓度、实测遥感反射率和准同步GF-6 WFV影像,构建了潘家口和大黑汀水库叶绿素a浓度经验反演模型,探索GF-6 WFV在内陆水体叶绿素a浓度遥感监测中的应用潜力。研究结果表明,基于GF-6 WFV模拟光谱构建的潘家口和大黑汀水库叶绿素a浓度经验模型决定系数均在0.90以上,GF-6 WFV影像在水体叶绿素a遥感监测中具有应用潜力,尤其是新增的黄波段和红边波段1,有助于提高GF-6 WFV影像叶绿素a浓度遥感监测能力;GF-6 WFV影像大气校正误差降低了叶绿素a浓度遥感监测精度,GF-6 WFV影像水体大气校正精度有待改进,以提升GF-6 WFV影像水质遥感监测能力。     

FY-3C和MODIS检测湘赣地区地表温度差异研究

地表温度(LST)是陆面过程研究的关键参数之一,卫星遥感是获取大范围LST格局及时空变化的最有效手段.然而,有关不同卫星遥感LST产品在典型地区的一致性研究有待深入.研究比较了国产风云气象卫星FY-3C VIRR和美国Terra卫星MODIS LST产品在湖南省和江西省的时空差异.结果表明:FY-3C和MODIS的LST产品(白天和夜间)都刻画出了湘赣地区的LST季节变化,但FY-3C LST整体低于MODIS LST;两种卫星产品白天LST的差异在夏季和春季高于秋季和冬季;两种卫星产品夜间LST差异幅度要低于白天LST,也呈现夏季和春季的差异高于秋季和冬季;两种卫星产品LST日均温也是MODIS高于FY-3C,二者差异在夏季最大、春季次之、秋季和冬季较小.研究结果可为国产卫星遥感检测典型地区地表信息特征时空变化提供参考.     

CBERS-02B星高分辨率数据在土地利用动态遥感监测中的应用评价

CBERS-02B星于2007年成功发射,星上首次搭载了一台自主研制的高分辨率HR相机,其分辨率高达2.36米,是目前国内最高分辨率的民用卫星.HR是全色单波段相机,其光谱范围是0.5-0.8微米,影像空间分辨率高,易于判读,在土地利用动态遥感监测等应用方面有重要的应用潜力.本文以嘉善县为试验区,通过与SPOT5数据的对比,对CBERS-02B星高分辨率HR数据在土地利用动态遥感监测中的应用进行分析评价.     

多源遥感影像数据融合方法在地学中的应用

应用遥感影像数据融合理论，研究了光学遥感、热红外遥感、微波遥感卫星在地质学中的应用，论述了不同类型的遥感数据及其他地学数据在不同层次上的同一传感器多波段数据融合、不同SAR图像数据融合、HIS变换、遥感影像与地球物理、地质和航磁等数据的融合。结果表明，数据融合技术在突出地质特征信息方面具有能突出线性构造、断裂构造、地形地貌的优势。     

北京二号卫星在土地利用变更调查遥感监测中的应用与评价

北京二号民用商业卫星星座由三颗高分辨率光学遥感卫星组成,是国家核准的民用商业遥感卫星,卫星自发射以来其民用应用有待开展,开展之前有必要对其进行相应测试,以测试影像本身质量及工程项目应用效果。本文以获取的湖南省常德市部分区域的北京二号原始影像为基础,研究其在国土资源部主导的土地利用变更调查遥感监测项目中的应用效果。本文采用同等分辨率的高分二号作为对比数据源,依照遥感监测项目流程对其进行遥感解译提取地类图斑,最后从图斑个数、面积、属性等方面判别北京二号应用效果。测试结果表明:北京二号卫星影像具备较高的地物识别能力以及提取面积精度,能够满足土地变更调查遥感监测1米级的监测需求。     

Assessment of total suspended sediment concentrations in Poyang Lake using HJ-1A/1B CCD imagery

We explored the potential of the environment and disaster monitoring and forecasting small satellite constellations (HJ-1A/1B satellites) charge-coupled device (CCD) imagery (spatial resolution of 30 m, revisit time of 2 days) in the monitoring of total suspended sediment (TSS) concentrations in dynamic water bodies using Poyang Lake, the largest freshwater lake in China, as an example. Field surveys conducted during October 17-26, 2009 showed a wide range of TSS concentration (3-524 mg/L). Atmospheric correction was implemented using the Fast Line-of-sight Atmospheric Analysis of Spectral Hypercubes (FLAASH) module in ENVI with the aid of aerosol information retrieved from concurrent Terra/Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) surveys, which worked well at the CCD bands with relatively high reflectance. A practical exponential retrieval algorithm was created between satellite remote sensing reflectance and in-situ measured TSS concentration. The retrieved results for the whole water area matched the in-situ data well at most stations. The retrieval errors may be related to the problem of scale matching and mixed pixel. In three selected subregions of Poyang Lake, the distribution trend of retrieved TSS was consistent with that of the field investigation. It was shown that HJ-1A/1B CCD imagery can be used to estimate TSS concentrations in Poyang Lake over synoptic scales after applying an appropriate atmospheric correction method and retrieval algorithm.     

一种基于FY3D/MERSI2的AOD遥感反演方法

针对目前国产卫星对气溶胶遥感监测应用较少的情况,本研究综合暗象元和SARA算法优势,基于FY-3D MERSI2数据构建了一套气溶胶光学厚度(Aerial Optical Depth, AOD)快速遥感反演方法。首先,引入了传统暗象元算法中的地表反射率经验关系,然后利用AERONET长时间序列的地基观测数据,构建了红波段和蓝波段气溶胶光学厚度、不对称因子和单次散射率之间的关系,最后利用MOD04和AERONET的AOD产品对研究反演结果进行了验证和评估分析。结果发现：① 本研究反演的AOD不仅保持了与MODIS的气溶胶产品空间分布的一致性,而且合理地呈现了AOD的高值分布,改进了MOD04气溶胶产品在云和亮目标方面反演缺失问题;② 利用AERONET地基观测结果对本研究获取的MERSI2的AOD反演结果进行了对比分析,发现二者具有较高的线性相关性,蓝波段AOD线性相关系数超过0.85;③ 利用MERSI2数据完整地捕捉到了2018年3月9—14日京津冀及周边区域的一次重污染过程中气溶胶时空分布变化情况,这也说明了FY3D卫星具备良好的气溶胶遥感监测能力,为我国灰霾监测和预警提供参考依据。本研究对大力发展国产卫星在大气环境遥感的应用有重要参考意义。     

海岸工程变化的BJ-1遥感监测分析

 海岸工程对海岸带经济发展和生态环境影响很大。随着海岸工程建设迅猛的发展,采用遥感的方法对海岸工程变化进行遥感监测显得尤为重要。本文以北京一号小卫星(BJ-1)资料为数据源,利用多种变化监测的方法对天津港和曹妃甸港区2006年和2010年的海岸工程变化进行监测。结果显示,波段替换法与SVM分类相结合的方法在2个重点研究区域精度最高,其总体精度和Kappa系数分别为92.35%和0.7902;面向对象的方法精度和稳定性其次,其总体精度和Kappa系数分别为91.77%和0.7732。     

多源SAR遥感影像海上溢油业务化监测系统研究

随着海上石油运输业和海洋石油工业的迅速发展,海上溢油事故频繁发生,造成了巨大的生态和经济上的损失,因此,实时监测溢油信息对灾害防控具有重要意义。本文基于多源SAR影像数据,开展了溢油遥感监测研究,构建了基于GIS的海洋溢油业务化监测系统。系统基于GDAL对原始数据进行解析,实现影像输入和几何校正等处理;在此基础上,封装多尺度图像分割算法和灰度对比度特征提取算法,对SAR影像数据进行分块、分割、溢油识别、合并及参数赋值等自动化处理,实现溢油信息提取的一键化处理;面向溢油监测应用需求,制作各类标准化产品,自动添加制图整饰要素、影像参数、溢油面积和溢油源等各类信息,并实时生成专题快报。     

多元指标的海上溢油信息提取

 海上溢油给海洋生态环境带来了巨大的影响,甚至需要几十年才能恢复。运用卫星遥感进行海上溢油监测已成为目前溢油监测的主要手段。本文对海上溢油遥感监测方法进行了分析,鉴此,提出了一种SAR数据的多元指标溢油信息提取方法。首先,对图像进行分割,然后,建立溢油形状参数、纹理特征指数、物理特性指数等主要指标,并以层次分析法得出每一类指标的权重。针对每一类指标,以经现场验证的溢油图像为基础,选择形状参数,如周长与面积比值、复杂度等,建立溢油形状判读等级;选择纹理特征参数,以灰度共生矩阵的相关性、熵、变化等来表达溢油的纹理特性,建立溢油纹理特征判断等级;选择溢油物理特征,如溢油与海水的标准差、均方根差、对比度等,建立溢油物理参数判断等级。在此基础上,建立海上溢油遥感信息提取指数,计算分割图斑的溢油遥感信息提取指数,以此判断溢油遥感信息提取的置信度,为溢油识别提供依据。     

多源遥感数据时空融合模型应用分析

多源遥感数据时空融合模型是解决目前遥感数据获取能力不足问题的重要方法之一,当前主要融合方法的研究,集中于平原区域,缺乏复杂条件下的多源遥感数据融合技术的应用研究。针对我国南方复杂条件,本文对比研究了多源遥感数据时空融合模型在我国南方复杂条件下的应用能力。针对LORENZO模型、LIU模型、统计回归模型、STARFM和ESTARFM 5种主流多源遥感数据时空融合模型,采用Landsat-ETM+和MODIS数据,以江苏省南京市的小块区域为实验区,利用5种模型生产融合影像,以真实Landsat-ETM+数据为模板,定性和定量评价融合效果的好坏。结果表明：除LORENZO模型外,其余4种模型获得的融合影像与真实影像之间都具有较高的相关性,相关系数均高于0.6,其中,ESTARFM模型的融合影像与真实影像间的相关性最高,融合效果最好,其次为STARFM模型,再次为LIU模型和统计模型法。在融合过程中采用距离、时间和光谱等信息越多,融合效果越好,在复杂地区的适用能力越强,融合影像更能反映地物的细节特征。     

利用伪归一化差异水体指数提取城镇周边细小河流信息

通过对归一化差异水体指数NDWI中的绿波段修正,提出了不依赖于中红外波段的伪归一化差异水体指数FNDWI（False NDWI）。使用NDWI和FNDWI分别在背景地物为城市、城郊、乡镇、村落和山区的遥感影像上进行河流水体提取,实验表明,FNDWI影像中城镇建筑用地与河流水体的可分离性较NDWI有所提升,提升率为116%~335%不等;相关性分析表明,河流宽度与可分离性提升率具有明显的负相关关系,相关系数为-0.82;分类结果显示,在城市和城郊区域,NDWI提取的水体中混杂有较多城镇建筑用地信息,而FNDWI提取的水体中基本未见混杂。总体上,FNDWI提高了2种地物的可分离性,剔除了NDWI影像混入的城镇建筑用地信息,较好地解决了NDWI城镇建筑用地与河流水体的混淆问题,尤其适用于城镇周边的细小河流。     

Estimations of net primary productivity and evapotranspiration based on HJ-1A/B data in Jinggangshan city, China

Net primary productivity(NPP) and evapotranspiration(ET) are two key variables in the carbon and water cycles of terrestrial ecosystems.In this study,to test a newly developed NPP algorithm designed for HJ-1 A/B data and to evaluate the usage of HJ-1 A/B data in the quantitative assessment of environments,NPP and ET in Jinggangshan city,Jiangxi province,are calculated using HJ-1 A/B data.The results illustrate the following:(1) The NPP and ET in Jinggangshan city in 2010 both show obvious seasonal variation,with the highest values in summer and the lowest values in winter,and relatively higher values were observed in autumn than in spring.(2) The spatial pattern indicates that the annual NPP is high in the southern area in Jinggangshan city and low in the northern area.Additionally,high NPP is distributed in forests located in areas with high elevation,and low NPP is found in croplands at low elevations.ET has no significant north-south difference,with high values in the southeast and northwest and low values in the southwest,and high ET is distributed in forests at low elevations in contrast to low ET in forests in high-elevation areas and in cropland and shrub grassland in low-elevation areas.(3) Compared to the MODIS product,the range of HJ-1 NPP is larger,and the spatial pattern is more coincident with the topography.The range of HJ-1 ET is smaller than that of the MODIS product,and ET is underestimated to some extent but can reflect the effect of topography.This study suggests that the algorithm can be used to estimate NPP and ET in a subtropical monsoon climate if remotely sensed images with high spatial resolution are available.