基于遗传神经网络的克钦湖叶绿素反演研究

叶绿素a浓度能够在一定程度上反映内陆湖泊水质情况。为实现对克钦湖水体叶绿素a浓度的监测,于2010年8月15日对克钦湖进行了现场光谱测量和同步采样。通过分析叶绿素a浓度和光谱数据之间的关系,建立基于反射比、人工神经网络和遗传神经网络的叶绿素a浓度估测模型。结果表明:利用R700nm/R670nm反射比建立的模型估测精度为R2=0.67;人工神经网络模型的估测精度较高,R2=0.882;将遗传算法引入神经网络之后,模型的估测精度进一步提高,R2达到0.956,将模型预测的结果与克里格内插法相结合对研究区的叶绿素a空间分布情况进行定量估测,发现北湖的叶绿素a浓度明显高于南湖,有由北向南逐渐递减的趋势,这为今后利用高光谱数据对克钦湖叶绿素a浓度大面积遥感反演提供了研究基础。     

基于高光谱数据提取水体叶绿素a浓度的混合光谱模型

从模型的精度和稳定性方面,与传统的经验模型比较显示,利用原始数据的一阶微分数据进行叶绿素a浓度混合光谱模型反演最佳。最后,以此模型对三种不同年份测量的地面高光谱数据进行了叶绿素a浓度的提取。实验结果表明混合光谱模型可以作为遥感监测水体叶绿素a含量的定量模型。     

大气校正方法及其在高光谱影像Hyperion中的应用

利用遥感影像反演地物反射率,大气校正必不可少。对于高光谱影像,其信噪比与多波段遥感影像相比非常低,消除大气的影响显得尤为重要。在大气辐射传输模型Modtran4.0基础上,给出了一种直接、有效的大气校正参数计算方法。结合MODIS/TERRA大气温湿度廓线产品,使用此方法计算了高光谱影像Hyperion大气校正参数,并用于Hyperion影像的部分波段的反射率反演,与卫星过境时地面同步实测的典型地物反射率以及高光谱大气校正软件ACORN的计算结果进行比较,获得了比较好的结果。研究表明,大气辐射传输模型和卫星遥感大气参数产品相结合用于遥感影像的大气校正是可行的。     

基于高光谱技术的湖泊富营养化综合评价研究——以贵阳市百花湖为例

为了能够准确、快速、大范围地对湖泊富营养化进行监测评价,以贵阳市百花湖为实例,首先,对其水体进行光谱实测与水体采样实验,以及对水体光谱进行归一化、一阶微分、二阶微分等处理,诊断各水质参数的敏感波段,建立其水质参数的高光谱遥感定量模型;其次,探讨湖泊水质高光谱反射率与水质参数浓度之间的定量关系,并采用综合营养状态指数法(TLI)对百花湖富营养化进行评价。结果表明:(1)利用水体光谱的一阶微分反射率分析光谱与水质参数之间的相关性,得出水质参数(Chl-a、TP、TN、SD、CODMn)的敏感波段分别为699nm、823nm、399 nm、563nm、504nm;(2)利用水质参数敏感波段对湖泊水质参数进行估测的效果较为理想,各估测模型R2分别达到0.8276、0.7711、0.7917、0.9213、0.8328;(3)采用水质参数的实测值与估测值对百花湖富营养化评价结果是一致的,且均为中营养化,说明采用高光谱技术对湖泊富营养化的监测与评价是可行的。     

半干旱区内陆湖泊透明度高光谱估测模型研究——以松嫩平原查干湖为例

通过实测查干湖高光谱数据,建立透明度(Secchi Disk Depth,SDD)单波段估测模型、比值估测模型以及神经网络高光谱估测模型,并以确定性系数R2以及剩余残差RMSE为指标进行了验证.通过对单波段估测模型和比值估测模型进行比较发现,单波段模型估测结果与比值模型相差无几,而水体透明度经对数处理有利于模型精度提高,但是神经网络模型是三者中最优的.查干湖透明度高光谱定量估测模型的建立,有利于今后利用遥感影像,对查干湖水体透明度进行全面估测,对于研究和监测查干湖水体水质状况有重要意义.     

基于遥感方法反演悬浮泥沙分布

基于遥感理论,采用地物光谱仪与光电测沙仪对同一水样同步测量的方法,确保建立相关关系数据的同步性;由地物光谱仪测得的光谱值推算出遥感反射率,并等效计算ETM₊图象相应波段的遥感反射率;由光电测沙仪测出悬浮泥沙浓度;通过对等效算出的ETM₊各个波段遥感反射率和悬浮泥沙浓度这两组数据的相关分析,得到4种形式的经验模型.结果表明,TM₄与TM₁波段光谱值的比值与悬浮泥沙浓度之间的相关系数最高,故应用该模式进行研究区域悬沙浓度反演.     

基于MODIS数据的云南抚仙湖星云湖水质污染遥感调查方法研究

水质遥感监测方法可以反映水质在空间和时间上的分布情况和变化,满足目前对水质调查实时、大尺度的评价要求。文章以云南抚仙湖星云湖为研究区,将实测的叶绿素a浓度、悬浮物含量和MODIS遥感数据各波段比值进行相关分析,结果表明:MODIS数据250m分辨率的r2/r1的波段组合能够较好地反演叶绿素a浓度,而500m分辨率的(r4-r3)/(r4+r3)的波段组合对于悬浮物浓度的反演能力最好。通过对它们进行回归关系分析,得到适合抚仙湖星云湖的遥感定量模型。     

东中国海表层悬浮体浓度卫星遥感反演研究进展

用卫星遥感手段反演海洋表层悬浮体浓度(Suspended Sediment Concentration,SSC)来研究其分布和输运的方法已经被广泛使用。东中国海属于水文和光学性质较为复杂的二类水体,表层悬浮体浓度的分布规律和水体的固有光学特性时空变化大,增加了遥感研究的难度。在对前人的研究进行比较和总结后发现,根据实测SSC数据对不同区域、不同时间段(季节、潮汐周期)建立分段模型可以提高整体反演精度。在选择参与反演的波段时,河口和近岸等高SSC海域以及远岸低SSC海域有各自不同的最优波段组合。高SSC海域常使用水体反射率第二反射峰、第一反射峰前波段作正比波段组合参与反演,低SSC海域常使用水体反射率第一峰波段作正比、峰前波段作反比参与反演。同时,在反演模型中考虑泥沙粒径的影响可以显著提升反演精度,并且也有可能在浅海区突破现有遥感研究手段的水深限制。目前模型精度评价标准使用较为混乱,平均相对误差、平均绝对误差和均方根误差等可以作为综合精度评价指标,模型的稳定性则可以用误差敏感性分析方法验证。高时空分辨率的海色卫星传感器的出现使得海洋短时间尺度事件的研究成为海色遥感研究的趋势之一。     

新疆西准噶尔包古图斑岩铜矿蚀变岩石的光谱特征及其意义

地物的光谱特征是遥感识别地物的主要依据,不同地物的反射光谱具有其特定的吸收特征谱带。利用ASD和PIMA反射光谱测试仪对新疆西准噶尔包古图斑岩铜矿Ⅱ号、Ⅴ号斑岩铜矿岩体的蚀变围岩(地表采样与钻井采样)进行测试,并对结果进行分析总结。根据反射光谱特征谱带获得蚀变矿物的种类,确定了岩体的蚀变矿物组合,得到反射光谱的吸收谷在ASTER数据中所处的波段;对反射光谱曲线进行数学积分,获得ASTER数据中的强吸收波段。将以上2种分析得到的吸收性波段组合应用于蚀变遥感异常信息提取,结果表明蚀变遥感异常与野外地质特征吻合程度较高。反射光谱分析表明确定岩石矿物的反射光谱特征谱带是进行遥感信息提取工作的前提,波段组合选取对提取蚀变遥感异常信息非常重要。     

基于Landsat-8数据南海近岸悬浮泥沙与叶绿素a浓度定量反演

为了对南海近岸海域海水悬浮泥沙与叶绿素a进行浓度估算,基于Landsat-8数据确定悬浮泥沙与叶绿素a的敏感波段并构建估算模型。结果表明,Landsat-8数据第一、二、四波段对悬浮泥沙浓度较为敏感,第一、二、三波段对叶绿素a浓度较为敏感,而以上单波段仍不能单独用于准确提取该区悬浮泥沙与叶绿素a,故建立多种形式的统计模型。由第一、二、四波段线性组合形成的悬浮泥沙浓度反演模型的相关系数达到0.904,平均相对误差为10.24%,反演精度为89.76%。由第一、二、三波段线性组合形成的叶绿素a浓度反演模型的相关系数达到0.886,平均相对误差为11.27%,反演精度为88.73%。     

基于反射率的太湖典型湖区溶解性有机碳的反演

2004年4月基于野外水下辐照度的测定及实验室溶解性有机碳(DOC)的分析,通过研究典型湖区水体中DOC浓度与反射率之间的关系,选择DOC浓度反演的最佳波段,建立了DOC浓度的遥感定量反演模型。结果表明,DOC浓度在6.60～17.17 mg/L（均值为9.99 mg/L,方差为2.48 mg/L）之间;反射率的峰值出现在560～590 nm;红光波段与绿光波段反射率的对数值能较好的估计DOC浓度,其中又以lg(R670/R530)与lg(DOC)相关程度最高,决定系数为0.82;DOC浓度反演的经验模型为：lg(DOC)=0.654(±0.012)lg\[R(670)/R(530)\]+1.007(±0.086)。对模型进行检验,最小误差为6.7%、最大误差为20.3%,平均误差为12.3%。     

Remote-sensing inversion model of surface water suspended sediment concentration based on in situ measured spectrum in Hangzhou Bay, China

Suspended sediment concentration (SSC) is an important parameter for monitoring coastal water quality. Suspended particles are also the main optically active substances for ocean color remote sensing. It is important to study the surface reflectance spectra features of coastal turbid water, as it can be the basis for establishing more accurate remote-sensing inversion models. In this study, Hangzhou Bay, China, was selected as the study area. Two in situ measurement and sampling stations in the estuary of the Qiantang River which flows into Hangzhou Bay were set up separately. Above-water spectrum observation method, which the NASA recommended, was adopted to measure the reflection spectrum of turbid waters. Surface water samples were simultaneously collected to obtain the corresponding SSC data. The results showed that the total suspended particle concentrations in the Hangzhou Bay were typically high, and the inorganic suspended particle concentrations were far greater than the phytoplankton concentrations, which averages 705?mg/L and 1.16?mg/m³. The SSC at two sampling stations both showed significant temporal variability, particularly appearing short-period rapid fluctuations accompanying the tidal cycle. The measured surface water reflectance spectra all showed typical curve characteristics of high turbid water, and as the SSC increased, the corresponding reflectivity of surface water also increased. The increments at different wavelengths were variational, with two reflectance peaks appearing at 650?C700-nm and near the 800-nm wavelength of spectral curves, respectively. The first derivative of spectral curves showed that the first reflectance peak location appeared to be a ??red shift?? phenomenon with the SSC increasing. The correlation coefficients between the SSC of surface water and the remote-sensing reflectance according to moderate resolution imaging spectra-radiometer (MODIS) channels?? central wavelength were different significantly, which were larger at MODIS long-wavelength channels (>650?nm) and smaller at MODIS short-wavelength channels (400?C550?nm). The value of determination coefficient R ² was 0.82 when the reflectance ratio of MODIS band 2 to band 1 was selected as the SSC sensitive bands combination and exponential regression analysis was employed. Therefore, the reflectance ratio of MODIS band 2 to band 1 can be adopted as the main band combination for establishing surface water SSC remote-sensing inversion model in the Hangzhou Bay.     

应用MODIS影像估测太湖水体悬浮物浓度

以太湖为研究区域,同步获取悬浮物浓度实测数据、水体反射光谱数据和MODIS卫星影像数据,构建基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)的悬浮物遥感估测模型.为了削弱大气效应,对MODIS影像了进行了粗略大气纠正.通过悬浮物特征光谱分析,将MODIS各敏感波段及波段组合与悬浮物浓度实测值进行相关分析,并应用实测光谱数据进行验证.在此基础上,运用回归分析建立半经验反演模型,并对模型进行了评价和应用.研究结果表明,MODIS影像可以很好地对大型内陆湖泊的悬浮物浓度进行遥感估测.250 m波段2 500 m波段4与1 000 m波段14是探测悬浮物的敏感波段.波段组合上,500 m组合因子r4/r3、r4-r3估测悬浮物含量的精度很高,适于构建反演模型;1 000 m波段8、11、131、4的多元组合也是构建模型的较好选择(R2均不低于0.85).     

基于实测数据的不同雪粒径光谱分析

利用黑河流域上游冰沟流域样地的实测积雪光谱和实测雪粒径数据,对不同雪粒径的光谱曲线特征进行分析,找出位于1030 nm和1 250 nm附近对雪粒径较敏感的两个波长,定量地揭示了位于这两个波长附近处的光谱曲线特征与雪粒径的关系.1 030 nm和1 250 nm附近是雪反射光谱中两个较明显的吸收峰位置,但雪在这两处的反射率值依然较高.分别通过1 030 nm和1 250 nm附近吸收峰置差异、1 030 nm附近处的光谱吸收深度、光谱吸收面积等4种方法与雪粒径进行关系拟合.结果表明:光谱吸收面积法对雪粒径有很好的指示作用,与雪粒径的线性和指数曲线拟合效果最好.同时,1 030nm附近的波长受大气散射和衰减的影响很小,可将该方法直接运用到高光谱影像上.     

利用MODIS反演长江中游悬浮泥沙含量的初步研究

在众多卫星传感器中,中等分辨率成像光谱仪(MODIS)数据因其高的时间分辨率和中等的空间分辨率,对于水质研究具有自身的潜力和优越性.选取长江中游主河道武汉至宜昌段为例,利用MODIS 250 m波段数据定量反演了内陆河流悬浮泥沙的质量浓度.研究结果表明,地面实测的悬浮泥沙质量浓度与MODIS1,2波段的反射率组合(R1-R2)/(R1 R2)有很好的相关关系(相关系数 R2=0.72,样品数n=41),基于这种相关性建立了长江中游主河道武汉至宜昌段表层悬浮泥沙的遥感定量反演经验模型.     

Two GUIs-based analysis tool for spectroradiometer data pre-processing

A new graphical user interface (GUI) for pre-processing reflectance spectra, built using MATLAB and expressly designed for the ASD FieldSpec® spectroradiometer, was developed to solve problems that generally affect experimental ASD data. The GUI is characterised by an easily readable, graphic visualisation of spectra, from which the absorption band depth (ABD) can be obtained for a selected wavelength. The output format of the ASD data is a binary file with an .asd extension. The binary file, that provides a single spectrum, can be processed using a software functionality, by means of a GUI, that allows to select one or more binary files to produce a spectral library in a unique .txt file. The spectral reflectance is re-calibrated with the “convex-hull” methodology to eliminate the convex shape, which is typical of reflectance spectra. Different examples of the use of the new GUI are provided.     

辽宁兴城地区岩石光谱测试及特征分析

在辽宁兴城野外实习基地采用ASD光谱仪完成不同岩石样品光谱测试的基础上, 分析了不同类型、不同地质时代的岩浆岩和沉积岩, 及其风化面和新鲜面的光谱曲线特征。兴城野外不同岩浆岩与沉积岩光谱曲线形态相似, 新鲜面和风化面的特征光谱吸收位置相差不大, 但新鲜面的反射率普遍高于风化面的反射率;岩浆岩和沉积岩样品一般在波长为900 nm左右存在铁离子吸收谷;除了在1 400 nm和1 900 nm处有水汽吸收带外, 岩浆岩和沉积岩样品在2 200 nm左右还存在强吸收谷, 而灰岩在2 300 nm左右有比较高的吸收谷, 这也是利用实测光谱进行岩性分类的理论基础。但是, 不同地质年代下的岩石光谱曲线变化并无规律, 更多地与岩石结构、成分和环境因素等相关。这样, 岩石光谱测试及其特征分析可满足研究区岩性识别、矿化蚀变信息提取的需要。