大气气溶胶光学特性与遥感图像光谱相关性分析

大气气溶胶对气候变化有重要的影响,由于观测资料缺乏,遥感成为越来越重要的研究手段。通过对气溶胶粒子的散射和反射特性分析表明,气溶胶的光学特性因气溶胶的成分和入射光波长的不同而不同,利用这些光谱差异,可以通过遥感方法进行光学厚度的反演,进而研究气溶胶的运动及分布、气候效应等特征。气溶胶中不同的粒子尺度及组成使其散射光学特性有较大的差异,2.1μm(或2.2μm)波段处的光谱反射率受尘粒气溶胶的影响较大;气溶胶具有时空变异特征;气溶胶在大气层上界(TDA)的辐射强迫表现为正效应,在单粒子反射率(SSA)的某一区间,其净效应因云状大小、表面反射率以及垂直气溶胶和云的分布的变化而变化,它通过影响云的凝聚核和半向效应而具有间接辐射强迫效应,另外它与臭氧的含量具有密切关系;在气溶胶信息的获取中,太阳光度计观测是一种重要手段,遥感正成为研究气溶胶越来越重要的途径。     

基于背景知识的全球长时间序列反照率反演

全球范围时空连续的长时间序列地表反照率,对气候模拟与陆面过程研究具有重要意义。针对现有地表反照率产品普遍存在大量的数据缺失、有效反演比例低和时间序列短的问题,本文以多年MODIS和AVHRR数据,通过构建背景知识库进行高时间分辨率的AVHRR和MODIS数据的BRDF参数反演,实现MODIS与AVHRR数据在像元尺度上的定量融合,生成了全球时空连续长时间序列的地表反照率产品。首先,通过假设不同年份同一时期的地表状态不变,利用多年同一时期的MODIS和AVHRR观测数据构造多角度方向反射率,基于BRDF模型反演得到窄波段反照率;然后,通过宽波-窄波转换,得到MODIS的宽波段反照率;最后,结合AVHRR长时间序列优势及MODIS数据多光谱的特点,对二者进行定量融合,生成具有高度一致性长时间序列地表反照率产品。验证结果表明,本文地表反照率产品在地表异质性较小时与SURFRAD地面实测反照率之间具有非常好的一致性,在无积雪覆盖时与MODIS反照率产品之间吻合良好。本文的地表反照率产品无时空缺失,且时间覆盖率得到了极大的提高,能支持气候模式模拟与陆面过程模型进行近30 a来的地气系统模拟研究。     

湖泊水体叶绿素a含量估算的波段宽度变化影响分析——以太湖为例

为研究不同波段宽度遥感数据对监测水体叶绿素a含量的影响,以太湖水体实测高光谱遥感反射率数据为基础,分析计算不同波段宽度下遥感反射率的归一化值与叶绿素a浓度之间的相关系数。随着波段宽度在75.93nm范围内不断递增,最大相关系数逐渐减小,最大正相关波段向长波方向移动,最大负相关波段向短波方向移动。而波段宽度在31.6nm范围内变化时,最大正相关波段和最大负相关波段都会保持相对稳定。通过对不同波段处相关系数平均值和标准差的对比分析认为,718.77^~34.58nm为叶绿素a遥感监测的最佳波段范围。这将对遥感传感器的波段设置,以及实际水体叶绿素a遥感监测时的波段选择,具有重要的参考价值。     

结合实测光谱的ASTER数据岩性识别方法:以西昆仑其木干二长花岗岩提取为例

对西昆仑阿克陶县其木干地区出露的二长花岗岩岩石样品进行了光谱测试,二长花岗岩在2.1~2.5 μm之间有一定的吸收特征,具备应用遥感进行岩性识别的波谱条件。利用最小二乘线性回归方法建立了实测光谱与ASTER图像光谱各波段的线性关系,得到了ASTER图像地表反射率。以实测光谱为端元光谱,对二次反演图像采用混合调谐匹配滤波技术(MTMF)提取了二长花岗岩岩体空间范围。经调查验证,提取结果与岩体的实际出露范围较为吻合。该方法具有一定的实用性和有效性,能为西部艰险复杂地区的遥感技术应用提供方法上的参考。      

潮滩表层沉积物含水量的高光谱预测模型与反演分析

潮滩土壤含水量具有变化频率快、空间变化大的特征,是影响潮滩地表反射率的重要因素。潮滩土壤含水量的精确提取,可为潮滩特征地物信息遥感反演提供基础。本文利用江苏大丰王港潮滩4种典型沉积物、449组不同含水量对应的实测光谱曲线数据进行特征分析,构建高光谱预测模型,实现了潮滩沉积物含水量的遥感反演。研究结果表明:(1)在短波红外波段,沉积物含水量与反射率之间存在良好的分段线性相关关系,分段点对应的含水量分别为42%和62%;(2)1165nm、1336nm、1568nm和1780nm特征波段反射率,对含水量变化具有良好响应,由特征波段组合计算得到的差值水指数DWI、比值水指数RWI和归一化水指数NDWI与含水量呈显著线性相关,可有效改善单波段反射率与含水量之间的分段线性关系;(3)3个水指数中,DWI反演的含水量精度优于RWI和NDWI,且对不同含水量大小均有良好适应性,而RWI和NDWI更适合含水量变化范围中等的情况;(4)对于粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂和砂4种沉积物类型,DWI1336,1780验证组模拟含水量与实测含水量的相关系数,分别为0.891、0.915、0.920和0.905,均方根误差分别为9.87%、3.56%、4.24%和2.98%,表明由DWI构建的高光谱遥感反演模型,可有效实现潮滩表层含水量的时空变化预测。     

基于光谱时间序列拟合的中国南方水稻遥感识别方法研究

多云多雾现象是农作物遥感分类经常遇到的问题,影响分类精度。为解决此类问题,本文提出一种基于时间序列GF-1号遥感影像识别水稻方法。利用多时相时间序列的GF-1号遥感影像提取中稻、晚稻的近红外波段（NIR）反射率、红光（R）波段反射率、归一化植被指数（NDVI）特征;拟合光谱和植被指数时间序列特征曲线;分析多时相影像离散近红外波段 、红光波段、NDVI值落在拟合中稻、晚稻近红外波段、红光波段、NDVI时间序列曲线两侧的敏感性区域的比例,该区域也可以视为水稻作物识别特征的目标特征区域,只有达到一定的比例才能视为某类水稻作物。在此情形下,需要综合3种情况进行集中投票决定其最终分类结果。研究表明：该方法可以在多云雾地区对中稻和晚稻精确识别,中稻和晚稻用户精度可达95.97%和95.95%,总体精度为95.76%,kappa系数为0.9335。实验结果表明了NIR、R、NDVI时间序列曲线拟合的有效性,以及拟合曲线目标特征区域设置的合理性。     

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。     

玉米叶面积指数的CHRIS/PROBA数据反演分析

叶面积指数(LAI)是衡量植被生态状况和估算作物产量的一个重要指标。LAI的反演是定量遥感研究的重要内容。传统的经验统计反演方法基于单一观测角度的遥感数据进行,忽略了地物反射率的方向性。若在反演中加入多观测角度的信息,则有可能提升LAI反演的精度。以2008年甘肃省张掖市玉米实验区为研究区,利用欧空局的CHRIS/PROBA多角度高光谱数据对比分析了传统植被指数NDVI、RVI、EVI的变化规律及其反演玉米叶面积指数LAI的精度,并根据NDVI随观测角度的变化规律,构造出新型多角度归一化植被指数MNDVI,分别对实测叶面积指数进行线性回归并利用实测数据对估算LAI进行精度验证,结果表明：新型MNDVI指数相比于传统NDVI、RVI、EVI对LAI的反演精度有了显著提升,估算模型决定系数R²达到0.716,精度验证均方根误差为0.127,平均减小了33.3%。     

双频多极化SAR数据与多光谱数据融合的作物识别

本文以北京昌平为研究区域,针对农作物的分类特点,结合ASAR的VV极化、新型PALSAR的HH、HV极化以及TM的多光谱数据进行细化分类.首先,使用MIMICS模型对该地区主要农作物玉米和果林的后向散射特性进行了模拟分析,并跟SAR实际观测数据进行对比.在充分认识农作物后向散射的机制和数值大小关系的基础上,构建一种基于BP神经网络和正态模糊分布函数的模糊神经网络模型,结合双频多极化SAR数据和多光谱数据进行农作物类型的识别.研究结果表明:双频多极化SAR数据能够提供有利于作物类型识别的信息,并产生重要的可分离性,其结合多光谱数据进行作物类型识别是一种有效的途径,具有较大的优势.     

黑臭水体水面阴影提取的自适应阈值算法研究

黑臭水体水面阴影对水面光谱信息产生干扰,严重地影响了利用高空间分辨率遥感数据进行水质状况监测的精度,因此,在数据预处理中必须进行阴影剔除。本研究基于无人机高光谱遥感数据,通过分析各种波段组合下黑臭水体水面的阴影像元和水体像元的光谱特征空间,选择以492、666和792 nm处的反射率建立黑臭水体的河面阴影指数（RSSI）,并利用最大类间方差法（OTSU）自动确定划分本影、半影以及水体的阈值。利用南京金川河和龙江河的无人机高光谱遥感影像对算法进行测试,结果表明：RSSI阴影指数能突出显示阴影与水体的差异;OTSU自适应确定的阈值能较好地区分本影、半影和水体,阴影的总体识别精度达到85%以上。该算法能够有效地识别黑臭水体水面阴影,为后续开展水体的定性、定量遥感监测提供数据预处理的技术支持。     

基于高分辨率遥感影像的湿地互花米草-芦苇混合交错带提取方法

互花米草是中国东部河口滩涂湿地主要入侵物种之一,其与本地物种芦苇竞争生长,形成了大范围的混合交错带。该交错带是研究湿地生态系统动态变化的重要信息,但因2种物种光谱的相似性及其在交错带的组成复杂性,使利用遥感技术提取交错带难度较大。因此,本文提出了一种将二者生长物候差异与其光谱特征相结合,考虑二者海陆位置分布差异,运用实测剖面观测数据确定光谱指标和阈值的综合提取方法。运用高分一号多光谱遥感数据,通过分析不同时相互花米草与芦苇冠层光谱差异,确定用来提取混合交错带的高分遥感影像,实现了研究区互花米草-芦苇混合交错带的提取。结果表明：不同时相宜选用不同的提取指标,本研究中在春季选择了近红外波段反射率,而秋季则选择了红波段反射率;2个时相的混合交错带范围存在明显差异,客观反映了互花米草与芦苇在不同季节的竞争状况。     

太湖浮游藻类的后向散射分离及其叶绿素a浓度反演

浮游藻类的后向散射是水体光谱构成的重要组成部分,作为水体辐射传输模型中的重要参数,高精度的藻类后向散射系数对水体叶绿素a浓度的遥感反演精度至关重要。本文以简化的辐射传输模型-生物光学模型为基础,尝试性分离了太湖浮游藻类的后向散射系数。通过藻类后向散射规律分析,建立了浮游藻类吸收、后向散射特征的叶绿素a反演模型,改善了叶绿素a浓度的遥感反演精度。分析表明：藻类颗粒物的后向散射系数与吸收系数之间存在反比关系,且在560 nm、700 nm附近存在明显的散射峰,与叶绿素a浓度之间相关性显著;低密度藻类水体总悬浮颗粒的后向散射以非色素颗粒为主导,适合采用经典的指数模型模拟后向散射系数,而藻类密度较高的富营养化水体,水体总悬浮颗粒的后向散射以藻类颗粒为主导,传统的指数模型已不适用;采用分离藻类后向散射系数的方法,使得叶绿素a浓度的反演值与真实值相关系数从0.66提高到0.98,相对误差从55%降低到38%,均方根误差(RMSE)也由60.95 μg/L降低至13.98 μg/L。其真实性检验表明,与经典指数模型方法相比,利用藻类颗粒后向散射分离方法反演叶绿素a浓度,能够显著改善反演精度。     

山东蒙阴地区金刚石遥感找矿模型的构建与应用

随着遥感传感器多样化及遥感数据处理技术的深入,遥感技术的原位、快速、有效等特点使其成为矿产勘查的重要技术手段。以山东蒙阴地区西峪金伯利岩带金刚石矿床为研究对象,对红旗矿区的金伯利岩体(岩脉)及围岩样品进行短波红外光谱测试,分析其光谱特征及蚀变矿物组成。红旗矿区样品在1 391、1 912、2 318、2 393 nm等波长处有吸收谷,这为ASTER遥感数据提取蚀变异常信息提供波谱依据,据此可分类型提取镁羟基异常、铝羟基异常、铁染异常信息。利用PALSAR雷达遥感数据、WorldView-2高分辨率遥感数据对研究区进行构造、岩性、水系解译,得出金伯利岩分布在NE向与NW向构造交汇部位,通过水系解译排除因冲刷沉积引起的假蚀变遥感异常,通过岩性增强界定岩性差异的边界,进而构建金伯利岩带金刚石矿床的遥感找矿模型,将找矿模型应用于矿区外围的找矿预测,叠加地质、化探、重砂等多元信息,在筛选后的遥感异常图上圈定了6个找矿靶区,为金刚石找矿和矿产资源评价提供依据。     

山东诸城吴家楼铜矿床地质特征及找矿前景

吴家楼铜矿为中低温热液脉型铜矿床。通过普查对吴家楼铜矿床的地质特征、控矿因素及矿床成因的系统研究,认为矿区NW向断裂控制了含铜石英脉及孔雀石化重晶石化碎裂岩的分布。在分析找矿标志的基础上,应进一步开展地球物理化学勘查,加大矿区深部及外围的找矿力度,以期发现新的铜矿体。     

基于最大公约数的遥感影像空间尺度转换算法

多源、多尺度遥感影像为研究不同尺度的地表变化提供了丰富的数据。但其在作比较研究时,通常会涉及空间尺度统一问题,当多源遥感影像之间的空间分辨率为非整倍数关系时,其空间尺度统一相对困难。为此,本文针对多源、多尺度遥感影像间尺度比较时所涉及的空间尺度转换问题,提出了最大公约数的空间尺度转换算法,并以IKONOS多光谱影像为数据源,采用若干商业软件和本文所提算法进行空间尺度转换比较实验;同时,利用均值、标准差和相关系数等6个评价指标对空间尺度变换后的影像进行定量评价。结果表明,本文提出的空间尺度转换方法对原始影像的光谱信息等特征具有很好的保真性,简单易行,可实现遥感影像任意空间尺度的转换,解决了多源遥感影像之间的空间分辨率为非整倍数关系时的空间尺度转换问题。     

基于遥感的河南卢氏西部地区蚀变信息提取与分析

近矿围岩蚀变和构造分析是找矿研究的重要内容,遥感异常信息提取、遥感地质解译,结合野外调查能查明围岩蚀变分布情况和构造特征。本文以河南省卢氏县西部地区的成矿远景区为研究区域,选用ASTER多光谱数据和SPOT5高分辨率数据,利用遥感图像波段比值处理方法及特征主组分分析、光谱角填图分类等分析方法,对该地区重要成矿区段做矿化蚀变信息提取及遥感地质综合分析并提供了新的找矿靶区。     

基于卫星高光谱遥感影像的浅海水深反演方法

遥感水深反演具有非接触测量和省时省力等优点,能够为航海、岛礁工程与珊瑚礁生态调查等活动提供重要参考。随着高光谱遥感卫星数量的增长,基于高光谱遥感影像的水深反演具有良好的发展与应用潜力。HOPE（Hyperspectral Optimization Process Exemplar）算法是比较常用的高光谱水深反演算法。鉴于HOPE算法在低遥感反射率海域会出现水深被高估的问题,本文基于Hyperion高光谱遥感影像提出一种改进的水深反演算法。该算法针对危险或难以到达海域往往具有水体光学性质较为均一的特点,利用深水区遥感反射率的观测值来估计整个研究区域内的水体光学性质参数并将其固定,以便减少未知参数数量,解决水深被高估的问题,最终达到提高水深反演整体精度的目的。塞班岛和中业岛的实验结果表明,改进算法能够有效克服常规HOPE算法在低遥感反射率水域高估水深的问题。改进算法能够将平均遥感反射率小于0.0075sr^-1（塞班岛）和0.001 sr^-1（中业岛）范围内的水域的水深反演平均绝对误差从常规HOPE算法的2.94 m和6.44 m分别降低至2.56 m和4.99 m,从而能够相应地将整体的均方根误差从3.18 m和5.39 m分别降低至2.30 m和3.32 m,而将整体的平均相对误差从32.4%和27.1%分别降低至30.6%和23.9%。因此,改进算法在提高卫星高光谱遥感影像水深反演效果方面具有可行性和有效性。     

湛江港水体夏季后向散射特性

【目的】研究湛江港水体夏季后向散射特性。【方法】利用2017年夏季湛江港海域的航次数据,采用实验与对比分析的方法,研究湛江港海域水体的后向散射系数的光谱特性、空间分布,分析后向散射系数与悬浮泥沙浓度的关系。【结果】湛江港海域水体的后向散射系数的光谱模型符合乘幂的形式,波长指数(n)为1.61。后向散射系数的空间分布呈现近岸高值,外海低值的特点。后向散射系数与悬浮泥沙浓度存在良好的线性回归关系,决定系数(R2)为0.707 2。【结论】水体的后向散射系数可用于水体悬浮泥沙浓度的遥感反演。     

山西阳泉铝土矿含矿岩系中稀土金属分布特征

通过收集利用以往资料,综合分析研究山西阳泉铝土矿含矿岩系地质特征,及其伴生的稀土金属分布特征,提出了阳泉铝土矿含矿岩系中稀土含量变化规律,指明稀土矿含量由硫铁矿-含黄铁矿粘土岩-粘土岩而增高,再向粘土岩降低.其中以粘土矿最高,粘土岩最低,说明稀土金属作为铝土矿的伴生矿产极具有回收利用价值.     

遥感蚀变矿物填图与找矿方法

针对遥感蚀变矿物填图方法多样、影响因素复杂、效果参差不齐等问题，对TM或ETM＋数据遥感蚀变矿物填图方法进行剖析，采用比值法、主成分分析法、Crosta法以及基于已知矿点和光谱角法的监督分类等方法，结合在新疆西天山等地的应用实例，认为植被、地形、土壤覆盖等是影响应用效果的主要因素；矿化目标大小与遥感数据像元大小之间的关系很可能导致混合反射率起主导作用，加之矿化蚀变中常存在石英、长石等高反射率矿物，会影响到含羟基与含碳酸根蚀变矿物之特征性诊断谱带的正常体现，从而大幅降低蚀变矿物填图效果；一些数据处理层面上的方法，例如借助“纯净物质”反射率的子像元分类、混合光谱分析、模糊分类等，能够一定程度地缓解问题，但对找矿来说也仅限于地表线索的二维定位。因此，在现有技术水平下，遥感还主要为战略找矿手段，只有综合运用地质、物探、化探、遥感等多种方法，才能避免片面性并增大发现新矿产的可能。