基于实测光谱数据的太湖水华和水生高等植物识别

水华和水生高等植物的识别对于内陆水质遥感监测至关重要,其分布状况既可以用于表征水牛植物的分布状况,从而间接反映水质分布状况,又可以进一步利用非水华和水草的水体遥感数据进行水质参数反演.然而,常用的多光谱遥感数据很难精确识别水华和水草,只有高光谱遥感数据才能够捕捉水华、水草和水体细致的光谱差异,从而对水华和水草进行精确识别.但是目前还缺乏基于高光谱遥感数据的水华和水草识别的系统性研究.以太湖为研究区,于2006年7月和10月开展了2次水面光谱测量实验,获取了水华、浮叶植物、沉水植物和水体的反射率光谱.在光谱分析的基础上,首先建它了4种光谱指数,进而利用这4种光谱指数建立了水华、浮叶植物、沉水植物和水体的判别公式,并利用2006年10月水面实验测量的光谱数据训练得到了判别公式中的阈值.通过2006年7月水面实验测量的光谱数据的检验,证明提出的判别公式能够很好的识别水华和水草,获得了较高的识别精度.     

高分二号的沈阳市黑臭水体遥感识别

中国城市黑臭水体情况严重,基于遥感监测黑臭水体刚刚起步,很多问题待解决。以沈阳市城市建成区内主要河流为研究区,于2015年—2016年开展地面调查,获取了浑河和蒲河46个一般水体的样点,和辉山明渠、满堂河、细河以及微山湖路附近、丁香湖北部50个黑臭水体的样点数据,包括水面光谱和主要水质参数。分析了黑臭水体与一般水体的光谱特征,发现城市黑臭水体反射率光谱在绿光—红光波段变化比一般水体平缓,基于这一特点提出了一种基于反射率光谱指数BOI(Black and Odorous water Index)的黑臭水体识别模型,并将其与红绿波段比值指数进行对比,具有更好的识别精度。结果表明:(1)基于遥感反射率(Rrs)计算的BOI小于0.065时,可判为黑臭水体。(2)由于GF2水体图像精确大气校正存在困难,可以利用瑞利散射校正反射率(Rrc)替代R_(rs),BOI小于阈值0.05时,可判别为黑臭水体;同时模拟证明,当气溶胶光学厚度逐渐增大时,黑臭水体与一般水体的光谱差异将逐渐减小,因此这种方法主要适用于比较清晰的图像、气溶胶光学厚度比较小(如AOT(550)≤0.5时)。(3)基于R_(rc)的BOI模型可以较好的应用于GF2图像上,具有较好的识别精度。对2015年—2016年3景GF-2影像提取的结果显示,满堂河和新开河黑臭现象得到逐步改善,辉山明渠黑臭现象依然严峻。本文发展的黑臭水体遥感识别算法主要是基于沈阳黑臭水体的光谱特征,仅在沈阳市进行了验证,将来还需在其他城市进一步验证,并且需要更多地考虑多种因素对水体反射率的影响。     

Sentinel-2遥感图像的细小水体提取

基于卫星遥感的水体提取算法对面积较大的水体效果较好,应用于细小水体时受混合像元、异物同谱等因素影响,容易出现误判。Sentinel-2卫星多光谱遥感数据空间分辨率为10 m、20 m、60 m,双星时间分辨率5 d,时间和空间分辨率较高,因此本文采用了Sentinel-2绿光波段（560 nm）、红边波段（705 nm）、近红外波段（842 nm、865 nm）和短波红外波段（2190 nm）的遥感反射率,提出了一种植被红边水体指数算法RWI（Vegetation Red Edge based Water Index）。对比分析了植被、阴影、建筑物、混合像元、裸土、水体6种地物的归一化遥感反射率,从机理上解释了为什么RWI比其他水体指数具有更好的提取细小水体的效果。本文对比了常用的几种水体提取算法,包括改进的归一化差异水体指数MNDWI（Modified Normalized Difference Water Index）、多波段水体指数MBWI（Multi-Band Water Index）、自动水提取指数AWEI（Automated Water Extraction Index）,以人工目视解译的水体结果为准,对比以上几种算法得到的水体提取结果,得出RWI、MNDWI、MBWI、AWEI_sh、AWEI_nsh的面积提取差异分别为3.6%,4.2%,12.2%,8.8%,19.8%。从结果可以看出RWI算法精度最高。从影像提取结果来看,本文提出的RWI算法提取的水体边界效果更佳,而且能够一定程度上消除山体和建筑物阴影、云阴影以及混合像元的影响。同时,在2016-01—2018-12时间范围内筛选选取了共43景无云的Sentinel-2影像,利用本文提出的算法对雄安新区、神东矿区、永城矿区3个区域的细小水体分布开展了多时相分析。观察后发现每个时相的结果均十分良好,细小水体的边界区分度较高,基本没有错提、漏提,算法具有良好的适用性和稳定性。     

航天高光谱遥感器CHRIS的水体图像大气校正

CHRIS(Compact High Resolution Imaging Spectrometer)是欧空局于2001年10月发射的PROBA-1卫星上搭载的探索性高光谱遥感器,它具备高空间分辨率、多角度观测、高光谱成像等特点,为水质遥感监测提供不可多得的数据源。基于卫星遥感图像定量监测水质,一个关键步骤就是进行精确的大气校正,提取水面反射率。相比陆地遥感图像,水面反射率是弱信号,对大气校正的要求更高。6S(Second Simulation of SatelliteSignal in the Solar Spectrum)和MODTRAN(MOderate resolution TRANsmittance code)是两种常用的大气辐射传输模型。本文选取基于6S的REMS(Remote Sensing Environmental Monitoring System)和基于MODT-RAN的ACORN(Atmospheric CORrection Now)两种大气校正软件,对太湖梅梁湾的三景不同成像角度CHRIS图像进行大气校正,将大气校正后的图像水体反射率与地面同步实测水体反射率进行比较分析。结果表明,经过大气校正的CHRIS图像得到的水面反射率与实测反射率波形十分地接近,在全部波长范围内的相关系数达到90%。分析实测的水体反射率角度特征,发现图像的角度特征更明显。三个观测角度下反射率之间的各差值都呈现出在绿光波段较大,在红光和近红外波段偏小的特点,这和实测结果相符。ACORN校正后的图像的角度特征更好地与实测结果吻合。     

太湖水体3种典型水质参数的高光谱遥感反演

以富营养化污染严重的太湖为研究区,设计并实施了2次太湖航空遥感综合实验,获取了太湖7条航带、冬夏两个时相的航空高光谱遥感图像;通过6次太湖地面试验,采集了多时相的太湖水体固有光学量和表观光学量数据,分析了它们的空间分布规律,建立了单化固有光学量数据库;面向叶绿素、悬浮物和黄色物质3种典型水质参数,发展了基于生物光学模型和单位固有光学量数据库的水质参数反演分析方法;利用航空高光谱遥感器Will图像和航天高光谱遥感器CHRIS图像对这些方法进行了检验,获得了较好的水质参数图像反演结果.     

长时序大范围内陆水体光学遥感研究进展

地球表面的江河、湖泊和水库等内陆水体是水资源的主要组成部分,由气候变化和人类活动所引起的内陆水体分布和水质时空变化等问题已成为各国科学家和政府关注的热点.相比常规实地采样监测手段,卫星遥感在长时序、大范围内陆水体监测方面具有重要优势.受到海洋水色遥感理论和方法的推动,同时也得益于内陆水体光学特性数据的不断积累,近年来内...