南京地区大气气溶胶综合观测与对比分析

利用CE-318太阳光度计、MPL激光雷达与卫星观测数据,分别采用光谱消光法、Fernald方法以及MODIS暗像元法(DDV)反演南京地区气溶胶光学厚度,并进行了对比分析。通过研究分析3月3日、6日卫星反演气溶胶光学厚度的空间分布图,发现长江流域附近以及市区(除老山、中山陵等山区地带之外)的AOD较高。3月3日太阳光度计、激光雷达与卫星数据在站点位置(南京信息工程大学,118.7°E,32.2°N)的AOD值分别为0.455、0.289、0.4;3月6日的AOD值分别为0.373、0.267、0.25。通过对比分析3月至9月之间的多天数据,可得3种数据计算所得AOD相差不大,说明卫星与激光雷达反演数据相对可靠。其中,3月3日与3月6日的太阳光度计数据显示,观测地区出现常见的两种AOD变化类型:一种是早晚高,中午低;一种是早低晚高。此外,激光雷达所得数据结果随着时间的变化幅度较大,且可以在有云的天气条件下探测气溶胶;本文利用激光雷达数据计算出的9 km以下AOD值多数在0.3左右,3月3日与3月6日两天之中,2 km以下较脏,出现了一些气溶胶层,6km以上相对比较干净,个别时段6 km以上高空存在云层。与地基观测相比,卫星虽然时间分辨率虽然低,但是对于大面积的趋势分析却有着绝对的优势。在今后的气溶胶观测发展中,结合三者的优势,有助于以较高精度,大面积反演大气气溶胶空间分布情况,获得较准确的气溶胶参数。     

黑河流域MODIS气溶胶产品时空对比分析

卫星遥感监测提供的气溶胶产品很多，而当前使用最多的是Terra和Aqua卫星上搭载的MODIS传感器获得卫星影像数据反演气溶胶光学厚度AOD。MODIS数据反演得到的气溶胶光学厚度产品目前经历了C002、C003、C004、C005、C006等版本。为了对比分析黑河流域的MODIS气溶胶产品，本文首先对黑河流域范围内C006版本的气溶胶光学厚度产品的精度进行了验证，然后对比分析了研究区气溶胶光学厚度的时空变化特征。采用黑河生态水文遥感试验（HIWATER）气溶胶光学厚度地基观测数据验证MODIS气溶胶光学厚度产品的精度。验证结果显示MODIS气溶胶产品的精度较高，可信度也较高，具有显著的适用性。对比分析发现研究区的气溶胶光学厚度的时空变化特征很明显，下午星Aqua的气溶胶光学厚度值比上午星Terra的高，并且中下游气溶胶光学厚度值比上游地区较高。夏季的气溶胶光学厚度比其他季节的气溶胶光学厚度值高，春季气溶胶光学厚度高值区域集中分布在下游地区，夏季的高值区域分布在上游区域，秋季的高值区域分布比较均匀，冬季高值主要分布在研究区的西部地区。     

暗目标法的Himawari-8静止卫星数据气溶胶反演

Himawari-8(H8)是由日本气象厅发射的新一代静止气象卫星,可实现10 min/次的高频次对地观测,搭载的AHI(Advanced Himawari Imager)传感器设置有与MODIS暗目标气溶胶反演算法所需的类似波段。本文参考暗目标算法构建了针对该卫星传感器的陆地气溶胶反演算法:首先,通过基于地基站点观测数据的精确大气校正,统计得到短波红外与可见光波段的地表反射率比值关系,将此作为先验知识用于地—气解耦时的反射率估计;然后,初步假设大陆型气溶胶类型,利用辐射传输模型建立查找表;最后,通过模拟与卫星观测的表观反射率误差最小实现气溶胶光学厚度反演解算。选取2016年5月覆盖京津冀地区的观测数据进行测试,将反演结果与对应时间的MODIS气溶胶光学厚度产品进行对比验证,空间分布趋势一致、相关性较高,相关系数R达到0.852;通过与地基观测网AERONET站点实测数据对比验证,所有站点的相关系数R~2均大于0.88,精度较高。利用反演的高时间分辨率产品,分析了京津冀地区的大气空间分布和日变化情况,结果表明:采用暗目标法对H8静止卫星陆地气溶胶光学厚度反演具有一定的潜力和可行性,能反映气溶胶的高时间变化信息,有望成为大气环境污染变化监测新的重要手段。     

动态气溶胶模型的PARASOL多角度偏振卫星气溶胶光学厚度反演算法

在卫星气溶胶反演中,如何确定研究区域的气溶胶模型直接影响目前大多数卫星遥感算法的气溶胶光学厚度反演精度。本文基于气溶胶自动观测网(AERONET)典型类型的动态气溶胶模型,提出了一种基于动态气溶胶模型的气溶胶光学厚度反演算法,并将其运用到PARASOL(Polarization and Anisotropy of Reflectance for Atmospheric Science coupled with Observations from Lidar)卫星的反演中。针对华北地区2012年的PARASOL卫星观测数据,应用动态气溶胶模型反演算法反演气溶胶光学厚度,并与地面观测站点进行对比验证,结果显示通过气溶胶模型选取与反演结果的迭代约束,在865 nm反演的气溶胶光学厚度与地基观测的相关程度(R2)达到0.71,均方根误差(RMSE)为0.15,与PARASOL气溶胶产品相比一定程度提高了反演结果的精度。     

VRSS-1卫星数据气溶胶光学厚度反演及精度验证

采用委内瑞拉遥感卫星(VRSS-1)数据进行气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)反演,是VRSS-1卫星数据在环保领域应用的一次尝试。本文采用将VRSS-1卫星数据反演的气溶胶光学厚度结果与NASA(美国航空航天局)公布的MODIS气溶胶标准产品对比的方法进行精度验证,以确定所选择的气溶胶光学厚度算法是否适合VRSS-1卫星数据。     

高斯曲线优化能见度与气溶胶光学厚度转换模型

大气气溶胶是影响对地观测定量精度的最主要不确定性因素。随着定量遥感的发展,对气溶胶光学厚度数据的精度提出了更高要求。在广泛应用的基于辐射传输模型大气校正研究中,需要输入气溶胶光学厚度等关键参数,但与对地观测影像数据同时相的气溶胶光学厚度获取较难,而水平能见度作为表征气溶胶光学特性的间接参数可通过广泛分布的气象台站获得,可将能见度转换得到的气溶胶光学厚度数据作为同时相数据输入传输模型进行大气校正计算。本文以实测的能见度和气溶胶光学厚度数据为基础,通过拟合气溶胶标高其随时间的变化对Peterson模型进行了修正。对修正后的模型进行精度验证得到RMSE为0.254,结果表明优化的模型对精度有较大提升。     

京津冀地区污染过程的气溶胶遥感反演

针对地面监测站覆盖范围有限且成本高的不足,该文采用遥感卫星与地面站点数据相结合的方式,利用简化的气溶胶反演算法反演京津冀地区2013年秋、冬季节两次污染过程的气溶胶光学厚度,分辨率为500m。以气溶胶自动观测网在北京站点的监测数据作为简化的气溶胶反演算法的输入参数,分析气溶胶光学厚度与气溶胶自动观测网对应地面站点的相关性;将所反演气溶胶光学厚度与京津冀地区空气质量监测站点的细颗粒物浓度24h均值进行相关性分析,发现除近海城市外,相关性均较高。结果表明,简化的气溶胶反演算法适用于区域污染过程中的气溶胶光学厚度反演,反演精度高,对空气质量具有较好的监测能力。     

CBERS02B卫星CCD传感器数据反演陆地气溶胶

研究利用CBERS02B卫星的CCD传感器数据反演陆地气溶胶的方法。采用的方法是暗像元法。具体步骤为: 根据地面采集的植被光谱数据, 结合CCD传感器特点, 建立浓密植被(暗像元)红蓝波段(CCD传感器的第三和第一波段)反射率与地表反射率之间的关系, 确定了暗像元识别的阈值, 讨论气溶胶光学厚度对暗像元识别的影响以及消除这种影响的方法; 利用6S进行辐射传输运算, 构建查找表; 根据CBERS02B卫星的CCD传感器数据, 从查找表插值得到气溶胶光学厚度, 并进行了算法的误差分析。用广西南宁市及北京地区附近的两景数据进行了实际的反演试验, 使用MODIS的气溶胶产品与反演结果进行比对。结果显示, CBERS02B卫星的CCD传感器数据能够较好的反演陆地气溶胶。     

沈阳地区MODIS与MERSI气溶胶产品对比研究

在中国东北地区,卫星气溶胶产品尚缺乏有效的验证机制,相关应用存在较大不确定性。利用2009–2011年中国地区太阳分光光度计观测网(CSHNET)沈阳站地基观测资料,借助后向轨迹模式分析了该地区气溶胶来源和季节变化特征,并同步对比了FY-3A/MERSI和Terra/MODIS气溶胶产品精度的季节差异及误差来源。结果表明:沈阳站气溶胶光学厚度和Angstrom波长指数季节变化明显,气溶胶受远程输送和区域排放的共同影响,人为源和自然源丰富。不同粒径粒子对气溶胶光学厚度的贡献因季节而异,导致卫星反演算法中气溶胶模型选择误差较大,影响了卫星反演精度。观测期间MODIS与MERSI气溶胶产品与地基观测数据的总匹配率分别为68%和83%。当气溶胶光学厚度较低时(AOD0.35),MODIS产品出现低估,MERSI出现高估,与实测值的相对误差分别为–46%—54%、7%—135%;当气溶胶光学厚度较高时(0.35—0.75),MODIS和MERSI均出现不同程度的低估,两者与实测值的相对误差分别为–34%—54%、–21%—75%;当气溶胶光学厚度大于0.75时,低估尤为严重,与实测值的相对误差可达–34%—100%、–9%—58%。能与地基观测匹配的MODIS和MERSI有效样本数春、秋季较高(春季分别为69%、80%,秋季分别为73%、70%),夏季次之(69%、73%),冬季最少(2%、49%);MODIS与地基观测的相关性总体优于MERSI;但在冬季,MODIS与MERSI产品均不具备代表性。MODIS与MERSI气溶胶产品落入误差线的比例均为春季最高(22%、25%),秋季次之(19%、16%),夏季最小(6%、5%)。MERSI对粗模态气溶胶(α≤0.5)反演效果优于MODIS,而MODIS对混合模态气溶胶(0.5≤α1.5)反演效果优于MERSI。MERSI与MODIS气溶胶产品在春、秋季可比性较好,夏季可比性较差,总体来说,春、秋季MERSI比MODIS低估更为严重。从气溶胶产品在辽宁省的区域分布来看,FY-3A/MERSI比Terra/MODIS覆盖范围略广,各季节FY-3A/MERSI与Terra/MODIS的总体空间分布特征基本一致,但对于某些地区,两者数值上依然存在较大偏差。     

中国东部海域气溶胶光学厚度时空变化研究

结合船基海上现场实测资料与卫星遥感MODIS光学厚度资料,分析了中国东部海域气溶胶光学厚度(AOD)的季节变化和地理分布特征。中国东部海域平均气溶胶光学厚度存在以中纬度为中心的纬向分布;同时受到陆源物质的影响,近海气溶胶光学厚度大于远海,且随着离海岸距离变大有线性递减的趋势。受沙尘、季风气候的影响,各海域气溶胶光学厚度存在明显季节变化和分布特征。渤海、黄海及东海有类似的变化特征,春季都受到沙尘气溶胶的影响,气溶胶平均光学厚度值为全年最高0.12,并且对东海的影响最明显;夏季最小,秋、冬季逐渐变大。     

激光荧光雷达系统的测量方法与应用

本文叙述了应用激光荧光雷达系统测量海上溢油类别以及植被、岩矿、土壤、地被物等荧光光谱的方法与技术。该装置由N_2激光源、OSA光学光谱分析仪、卡斯格伦望远镜接收系统三部分组成。该装置可在室内,也可在室外25—60m远处测量各种物质的受激发射荧光。该仪器用标准灯谱进行了校正。     

太空垃圾实时监测系统建立可行性分析

介绍了太空垃圾监测及清除工作现状,分析了现有监测太空垃圾的雷达技术、激光技术及激光雷达技术的可行性,以STK软件模拟分析太空垃圾运动轨迹,得出了太空垃圾实时监测系统的可实现方法和建议。     

海洋激光雷达反演水体光学参数

研制了一套船载海洋激光雷达,用于探测海水光学参数垂直廓线。2017年8月,该系统在黄海海域进行了实验测量。在准单次散射模型中引入原位测量的光学参数,实现了理想激光雷达回波信号的模拟,并将该理想信号与系统响应函数卷积后精确复现了实验的激光雷达信号。采用Fernald后向迭代积分法(简称Fernald法),比较了不同水体悬浮物激光雷达比下反演的激光雷达衰减系数α与原位漫射衰减系数Kd的差别。基于停航时标定的水体悬浮物激光雷达比,采用Fernald法获得了走航时的激光雷达衰减系数。进一步地,提出一种基于米散射激光雷达数据和原位测量的后向散射数据的融合算法,模拟了高光谱分辨率激光雷达(HSRL)反演α的过程,并将其与Fernald法进行了比较。实验结果表明,自研的海洋激光雷达能够有效探测海水光学参数,基于合适的水体悬浮物激光雷达比的Fernald法可以有效应用于米散射激光雷达的反演,未来无需假设的HSRL在海水光学参数探测领域具有更大的优势。     

Photogrammetric and laser altimetric reconstruction of water levels for extreme flood event analysis

This paper assesses the feasibility of estimating water levels using digital photogrammetry. A common problem during an extreme flood event is that automated water level recorders do not record the highest water levels, as a result of instrument malfunctioning. This paper explores two possible solutions to this problem based upon data acquired using synoptic remote sensing methods. The first method requires: (a) high-resolution elevation data (for example, in the form of a digital elevation model for the floodplain); and (b) information on the planimetric position of the maximum flood extent, such as from debris lines (known as wrack lines) visible on aerial imagery flown after the event. The planimetric data can then be used to segment the topographic data in order to identify water level elevations. The second method uses a digitial photogrammetric approach and is suitable where no topographic data are available, but aerial imagery is available, flown after the event. Provided this imagery is of the right scale, digital photogrammetric analysis may be used to identify the elevations of wrack lines visible on the imagery. In this paper, the second of these options is compared with the first. The research shows that desktop photogrammetric methods, using 1:4500 scale imagery, can yield water level estimates that are precise to ±0·147 m, on the basis of check data obtained from lidar data. This is a worst possible estimate of the acquired precision given uncertainties in the lidar data. When compared with the first option, based upon segmenting lidar data using flood outlines, the photogrammetric approach was found to be preferable given both the quality of the lidar and uncertainties over how to segment it.     

林木空间格局对大光斑激光雷达波形的影响模拟

激光雷达是近年来国际上发展十分迅速的主动遥感技术，在森林参数的定量测量和反演上取得了成功应用。激光雷达具有与被动光学遥感不同的成像机理，对植被空间结构和地形的探测能力很强。大光斑激光雷达系统一般指光斑直径在8—70m、连续记录激光回波波形的激光雷达系统。由于大光斑连续回波的激光雷达的光斑尺寸通常大于林木冠幅，波形中往往包含了森林冠层和许多森林元素的信息而不仅仅是单株树的信息。对于搭载在ICESAT卫星上的GLAS而言，光斑直径为70m，因此光斑对应着一片森林，包括很多棵树，在GLAS的激光光斑内树木的空间分布会有一定变化。同时激光雷达发射的脉冲信号在激光光斑内的分布也不均匀，而是从中心到边缘呈递减的分布。因此树木空间分布模式的变化对波形会产生一定的影响。通过对几种典型的树木空间格局进行模拟（包括规则分布、均匀（随机）分布和集群分布），假定激光光斑内能量呈高斯分布，模拟了各种树木分布模式林分的激光雷达信号。从模拟结果可见，森林的空间分布模式对大光斑激光雷达波形有明显的影响，对于波形面积（AWAV）和波形半能量高度（HOME），规则分布〉随机分布〉团状分布。其中对于HOME而言，规则分布和随机分布十分接近，而对于AWAV而言，聚集中心的变动不太敏感。     

合成孔径技术在光学领域的应用

介绍了合成孔径技术的发展及其基本原理,对国外合成孔径激光雷达的发展进行了综述,最后对合成孔径激光雷达的优势进行了分析.     

一种改进的基于坡度变化的机载激光雷达点云滤波方法

机载激光点云数据滤波是获取高精度数字表面模型和数字高程模型的关键。本文分析了几种重要的滤波算法,在研究基于坡度变化的滤波算法的基础上,提出一种改进的分块滤波处理的方法。实验表明:该方法能有效对点云数据进行分类。     

Accuracy assessment of lidar-derived digital elevation models

Despite the relatively high cost of airborne lidar-derived digital elevation models (DEMs), such products are usually presented without a satisfactory associated estimate of accuracy. For the most part, DEM accuracy estimates are typically provided by comparing lidar heights against a finite sample of check point coordinates from an independent source of higher accuracy, supposing a normal distribution of the derived height differences or errors. This paper proposes a new methodology to assess the vertical accuracy of lidar DEMs using confidence intervals constructed from a finite sample of errors computed at check points. A non-parametric approach has been tested where no particular error distribution is assumed, making the proposed methodology especially applicable to non-normal error distributions of the type usually found in DEMs derived from lidar. The performance of the proposed model was experimentally validated using Monte Carlo simulation on 18 vertical error data-sets. Fifteen of these data-sets were computed from original lidar data provided by the International Society for Photogrammetry and Remote Sensing Working Group III/3, using their respective filtered reference data as ground truth. The three remaining data-sets were provided by the Natural Environment Research Council's Airborne Research and Survey Facility lidar system, together with check points acquired using high precision kinematic GPS. The results proved promising, the proposed models reproducing the statistical behaviour of vertical errors of lidar using a favourable number of check points, even in the cases of data-sets with non-normally distributed residuals. This research can therefore be considered as a potentially important step towards improving the quality control of lidar-derived DEMs.     

Preparing The National Map for the 3D Elevation Program – products,process and research

The 3D Elevation Program (3DEP) is a collaborative effort among government entities, academia, and the private sector to collect high-resolution 3-dimensional data over the United States. The United States Geological Survey (USGS) is making preparations for managing, processing, and delivering petabytes of 3DEP elevation products for the Nation. In addition to the existing 1/3, 1, and 2 arc-second seamless elevation data layers of The National Map, new 3DEP products include lidar point cloud data; a standard 1-meter DEM layer; additional source datasets; and, in Alaska, 5-meter digital elevation models. A new product generation system improves the construction and publication of the seamless elevation datasets, prepares the additional 3DEP products for distribution, and automates the data management functions required to accommodate the high-volume 3DEP data collection. Major changes in geospatial data acquisition, such as high resolution lidar data, volunteered geographic information, data processing using parallel and grid computer systems, and user needs for semantic access to geospatial data and products, are driving USGS research associated with the 3DEP. To address the research requirements, a set of inter-related projects including spatiotemporal data models, data integration, geospatial semantics and ontology, high performance computing, multi-scale representation, and hydrological modeling using lidar and other 3DEP data has been developed.     

从机载激光扫描数据中提取道路

提出了一种从机载激光扫描数据提取道路的方法,采用结合高程数据和强度数据方法来分析道路信息,实现了对道路的提取。