水面溢油的多角度偏振与二向性反射定量关系研究

水面溢油是最常见的水体污染源之一,在反射、散射和透射电磁辐射的过程中,将表现与它们自身性质有关的偏振特性。因此,对水面溢油的多角度偏振信息探测成为水体定量遥感的一种新手段。偏振反射是伴随目标的二向性反射而产生的,在探测目标地物的二向性反射的同时,可以通过起偏器获得目标地物偏振态的三维空间分布。本文从多角度偏振遥感机理的角度出发,研究了水面溢油的多角度偏振反射与二向性反射之间存在的定量关系,并从实验上验证了其二向性反射、45°偏振、偏振均值三者在2π空间的相应方位角、天顶角、探测角以及通道上的反射比均相等。     

植物单叶偏振反射特征研究

简明地阐述了植物单叶偏振反射特征以及影响植物单叶偏振反射的主要因素 ,这对偏振光遥感的深入研究具有一定的理论和实践意义     

用人工神经网络方法反演水体吸收系数

吸收系数是水体的固有光学参数,是进行水体光学遥感研究的基础。讨论了一种基于人工神经网络(artifi-cial neural networks,ANN)、利用遥感反射比数据反演水体吸收系数的方法。该方法用实测的水体遥感反射比(Rrs)数据集建立BP神经网络,用以反演水体在波长440 nm处的吸收系数(α(440))。实测遥感反射比数据集的80%数据用于训练样本,20%数据用于预测样本。研究结果表明:正确选择神经网络的传递函数、训练函数和隐含层节点个数是至关重要的;用最优的传递函数、训练函数和隐含层节点个数得到的预测结果与实际测量结果的相关系数高达0.978,证明了该方法的可行性。     

偏振反射信息在植被遥感双向反射研究中的作用

本文基于菲涅尔反射公式,结合现有的偏振反射模型对单叶与植被多角度偏振测量结果与理论结合进行分析;通过研究发现,偏振反射在前向散射方向可以通过菲涅尔反射公式进行解释,但是,在后向散射方向则需要考虑其他物理机理。此外,传感器获取的植被偏振信息既可以作为一种"噪声"来剔除,剔除后在可见光波段将相对误差从原来的30%降低到20%以内,又可以作为额外有效的信息源表征植被的结构特征:通过模型参数的大小判断冠层形态的平整程度。本文可以作为植被偏振探测的系统化方法,并且给出植被固有的偏振反射效应规律,即植被越平展光滑,产生的偏振信息越多;同时也将偏振光遥感在植被监测中的有效性凸显出来,即偏振信息的剥离有助于提升双向反射模型的计算精度。     

无人机平台的沙漠场地BRDF特征观测方法及建模

目标双向反射分布函数BRDF（Bidirectional Reflectance Distribution Function）不仅是陆面遥感的关键地球物理参数,也是星载光学遥感仪器基于地面目标的场地辐射校正重要参量,是影响定标精度的关键要素。传统野外地物多角度测量使用的观测设备,一般其结构较为复杂,重量体积较大,而且运输和组装过程繁琐,观测目标时容易受地形和交通限制,难以进行高效快速精确的野外测量。近年来,无人机由于其设备操作简便、运输和观测方式灵活等方面的优点,可作为新的观测平台应用于当前遥感试验中。本文设计了一种基于无人机平台的地表BRDF测量装置、观测方案和数据处理流程。利用多旋翼低空无人机和云台的组合,搭载野外地物光谱仪和跟拍相机,通过对地面目标多角度观测和高精度定位及角度控制,实现针对固定目标的多方位角和天顶角观测。本文采用上述设计方案和观测流程,在敦煌辐射校正场开展多次稳定均匀沙漠目标的多角度光谱观测试验,并利用实验观测数据,基于Ross-Li核驱动模型推算了场地BRDF模型参数,并与MODIS的陆表BRDF产品（MCD43C1）及反射率产品（MOD/MYD09）进行对比验证。通过开展野外实验,核验了这种新的BRDF观测手段的可靠性,获取的敦煌地表BRDF参数与MODIS遥感产品有良好的一致性,各波段的相对偏差在5%以内。本研究表明,基于多旋翼无人机的BRDF观测系统,提供了一种全新的地物目标方向反射特性观测方法,可用于自动化高频次场地特性观测以及卫星同步定标等野外实验活动。在保证观测精度的同时,极大地减轻人力物力的投入,值得广泛推广应用。     

多角度遥感估算稀疏团粒分布型土壤表面粗糙度方法初探

表面粗糙度是影响土壤在微波波段发射和散射辐射的主要因素之一,也是微波遥感研究与应用的重要参量。由于微波后向散射还受介电特性、穿透深度等因素的影响,在微波遥感应用中往往难以单独考虑介质表面粗糙度,给参数估算与反演带来了一定困难。在可见光、近红外波段,粗糙度作为土壤表面重要的结构参数之一,直接影响着土壤的二向反射分布特征。因此,本文尝试利用光学多角度观测信息,反演土壤表面粗糙度。基于地表二向反射几何光学模型,假设裸土像元由随机分布于平坦表面的土壤团粒组成,将团粒近似为半椭球体,建立裸露土壤表面二向反射模型,模拟不同粗糙度条件下土壤表面像元的二向反射分布特征。进一步尝试采用多角度观测数据反演模型,估算土壤团粒的几何结构参数,进而计算土壤表面均方根高度,作为表面粗糙度的衡量指标。地面实测多角度数据的初步验证结果表明,多角度光学遥感估算土壤表面粗糙度的方法是可行的。     

一种多角度观测系统几何精度的评估方法

多角度观测系统用于地面遥感实验中测量地物的双向反射特性。配合高光谱分辨率遥感卫星影像,可以反演得到地物的三维结构信息。多角度观测系统的几何精度直接影响到观测地物的范围及采集数据的准确性。对其进行评估,不仅为实验人员选择实验设备提供精度参数,而且有助于实验人员确定观测范围。以激光脚点最小包络圆半径作为评估参数,提供了一种评估多角度观测系统几何精度的方法;对自主研发的多角度观测系统的几何精度进行了计算与评估。对不同光谱仪视场下的理论观测范围与考虑系统几何精度后的实际观测范围进行了计算,并给出了参考。     

一个植被双向反射模式的反演控制试验

利用地面遥感观测数据,对一个浑浊介质假定下的植被双向反射模式,增加了对太阳漫射辐射因素处理,在可见光波段上,进行了系列模式反演试验。这些试验有助于完善植被双向反射模式中物理过程的描述,了解模式反演过程的控制和选择合适遥感观测数据进行模式反演。分析试验结果发现：（１） 对 Ｌ Ａ Ｉ进行初值预估有利于获得较好的植被双向反射模式反演结果。（２） 加入植被对太阳漫射辐射的反射过程描述,可以使植被双向反射模式的反演结果更加合理。（３） 使用在太阳天顶角不太大（ ＜ ４５°） 和太阳方位角偏离１８０°不多（ ＜ ４５°） 观测条件下得到的遥感数据,可以使植被双向反射模式的反演结果较好。（４） 在３１°—６１°的太阳天顶角范围和１３６°—２５８°的太阳方位角范围内,多角度观测使太阳天顶角和方位角因素对 Ｌ Ａ Ｉ反演结果的影响不显著。（５） 当太阳漫射辐射的份额不大时,对 Ｌ Ａ Ｉ反演结果的影响不显著。如果只针对 Ｌ Ａ Ｉ,那么对反演植被双向反射模式所应用的地面遥感数据可以不进行大气校正处理,这样的结果虽然是从对地面遥感数据的处理中获得的,仍然对卫星遥感的观测时段选择和卫星遥感数据的选取和分析有一定的价值。     

一种获取野外实测目标物BRDF的方法

目标物的二向性反射特性,无论是在遥感模型还是在遥感反演中都扮演着重要的角色,因此,选用正确的方法获得自然条件下目标物的二向性反射特性是遥感定量分析的基石。长期以来,人们往往用在自然条件下（即太阳直射光和天空漫射光同时存在）测得的双向反射率因子（Bidirectional Reflectance Factor,BRF）作为对目标物反射特性的表述,但定义BRF时,对外来辐射环境（即入射辐射亮度的空间分布函数）没有做出明确的规定,事实上,这样测得的BRF值与辐射环境有关,用它来描述目标物的反射特性是不妥当的。本文通过野外测量证实了上述观点,还证明了双向反射率分布函数（Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF）与辐射环境无关的事实。同时本文也为读者提供了一种获得野外实测目标物BRDF的方法。实验证明,使用该方法能较准确地获得目标物在自然条件下的BRDF。     

多角度光学定量遥感

随着遥感技术的发展,出现了从两个或两个以上的方向对同一目标进行观测的方式,即多角度遥感。多角度遥感有助于提高植被生物物理参数的反演精度,可为生态环境和气候变化研究提供更好的数据支持。本文围绕多角度光学遥感,总结了多角度遥感的发展、特点与优势,回顾了相关概念,系统总结了从地面到航空、航天的多角度观测手段,以及辐射传输模型、几何光学模型、混合模型、计算机模拟模型等多角度遥感模型的发展。在此基础上,梳理了多角度遥感在反照率、植被参数、气溶胶反演及冰冻圈遥感中的应用。最后,对多角度光学定量遥感的发展趋势及研究方向进行了展望。与单一角度遥感相比,多角度遥感提供了角度维信息,提高了遥感对地球表层参数的获取能力。随着星机地不同平台的多角度遥感观测手段越来越丰富,未来多角度遥感的主要研究方向集中在发展复杂地表多角度反射/辐射模型,增强多角度遥感数据预处理能力和提高多源数据综合应用能力等方面。     

卫星遥感大气订正的参数化模式及其模拟应用

发展了一个用于卫星大气订正的参数化模式,包括一个新的程辐射亮度模式和一个参数化的朗伯地表一大气辐射耦合引起的亮度增量模式.应用最小二乘法,程辐射亮度被参数化为大气总光学厚度、一次散射反照率、太阳天顶角、视天顶角、方位角、大气不对称因子的函数.应用这一参数化的亮度模式进行大气订正应用的数值模拟,即进行卫星遥感地表光谱反照率的模拟试验.数值检验结果表明对于865 nm,670nm,550nm和412nm 4个MODIS通道,在0°-70°的太阳天顶角、0°-60°视观测角以及0.05-0.8的地表反照率条件下,参数化的向上辐射亮度的标准差小于4%,由该参数化亮度模式引起的地表反照率解的标准差小于0.03.     

大气中性点区域偏振效应的地—气参量研究

随着中国多颗偏振遥感器搭载发射,偏振遥感成为对地观测领域一个新的增长点以及研究热点。由于大气散射具有较强的偏振效应,大气与地表偏振信号的分离是偏振对地进行有效观测和应用的一个现实问题与难点问题。本文利用晴空中有规律的偏振分布以及大气偏振中性点的性质,对利用大气中性点的偏振效应进行地表—大气偏振信息分离的可行性进行了论证。通过对大气中性点在辐射传输过程性质的计算,得出Babinet大气中性点区域的偏振效应以及基于Babinet中性点区域进行偏振对地观测的基本方法,研究重点阐述了从航空遥感和航天遥感两个层面对如何将大气中性点应用于遥感观测进行了讨论。结果表明:(1)Babinet中性点相比于其他两个中性点,更适合于偏振遥感对地观测中地—气偏振参量分离;(2)航空遥感搭载偏振传感器在Babinet中性点区域进行地表探测可以消除大气偏振,突出地物偏振信息,有效进行地—气偏振参量分离;(3)在太阳同步轨道的卫星遥感影像上能够有效识别偏振中性点区域;研究成果有效分离高分辨率偏振遥感地物反演中的大气偏振耦合效应,实现地表偏振反射信息最大化,对于偏振遥感的大气校正以及定量化水平的提升具有实践意义。     

PARASOL/POLDER3卫星数据的海洋上空云检测

在卫星海洋遥感中,云作为海气耦合系统最重要的调节器之一,其检测结果对海洋上空云微物理特性的反演精度有较大影响。因此,快速而准确识别海洋上空的云像元是卫星遥感数据处理过程中首要解决的关键问题。以PARASOL (Polarization and Anisotropy of Reflectances for Atmospheric Sciences coupled with Observations from a Lidar)卫星搭载的POLDER3载荷遥感数据为研究对象,提出一种改进的海洋上空云检测方法。首先剔除海洋耀光;接着利用有云与晴空区近红外反射率差异检验识别有云像元,并利用偏振反射率检验进一步识别低反射率的云像元;然后利用近红外与可见光反射率比值检验识别晴空像元;最后建立多角度云检测结果空间融合规则,重新标记有云、晴空和未定像元。以印度洋海区为例进行实验分析,将云检测结果与Buriez方法进行对比,发现检测精度基本相当,而有云像元的识别速度却平均提高约3倍。结果表明:该方法能有效的检测出海洋上空的云像元,满足业务化数据处理的高精度及时效性要求,为后续云微物理特性反演提供可靠的数据源。     

敦煌辐射校正场方向反射特性测量与评价

和为中国遥感卫星辐射校正场项目的前期准备工作，于１９９４年６月和１９９６年９月，利用自知研制的智能型野外双向反射特征性面测量系统－－ＶＦ９２１对敦煌辐射校正场地面方向反射特性（ＢＲＯＦ）进行了测量。通过对这两次测量数据的处理和分析，对场地地ＢＲＯＦ特性进行了分析和评价。同时，对于整个测量系统和数据获取与处理中还存在的问题进行了讨论。     

遥感模型多参数反演相互影响机理的研究

遥感数据具有覆盖范围广、时间与空间分辨率高的特点,被广泛应用于提取区域范围内的一些重要的生物物理参数.为提高参数的提取精度,需要制定正确的反演策略.了解影响参数提取精度的因素、反演过程中各反演参数之间如何相互作用是制定合理反演策略的关键.本文通过数学推导与物理机理的分析,证明了影响参数反演精度的因素不但有冠层反射率数据的质量,还有反演过程中参与反演的未知参数的个数、参与反演的每个参数的敏感性及各个参数敏感性之间的相关性.最后通过对反演不同参数个数、不同数据质量进行了叶面积指数反演的精度分析,验证影响参数反演精度的各个因素.     

Viewing Angle Effect on the Remote Sensing Monitoring of Wheat and Rice Crops

Abstract

Bidirectional reflectance characteristics of a wheat and a rice canopy were studied using radiometric measurements over the two canopies with an Exotech Radiometer Model 100AX. For both rice and wheat, the measurements exhibited significant variations in reflectance amplitude for varying viewing zenith angles and their values decreased from backward to forward scattering direction. Reflectance obtained its maximum value in the backscatter direction for the viewing angle that corresponds approximately to the solar zenith angle at the time of measurements. Canopy background condition (irrigated or non‐irrigated) was an important determining factor of canopy reflectance particularly in the near‐infrared region of the solar spectrum. Furthermore, bidirectional response characteristics of a vegetation canopy were influenced by the amount of vegetation cover.     

地物光谱反射率测量与行星反射率计算联合教学设计与实践

地球表面物体反射特性是遥感科学研究和教学的重要组成部分,本文立足于地物自身的反射特性,从野外光谱反射率测量和卫星遥感数据行星反射率计算两方面,提出星地一体的地物反射特性联合教学模式,为开展遥感类实践教学提供一定的参考和借鉴.实践证明,该教学模式不仅可以使学生更容易理解和掌握地物和行星反射率的基本概念,而且能够进一步加深...