基于神经网络的二类水体大气修正

大气修正是海洋水色遥感中的关键技术之一。近海二类水体大气修正面临两个挑战：浑浊水体造成NIR大气修正波段的离水辐射明显大于零;近海上空存在较强吸收性的气溶胶。本文针对HY-1A CZI,在辐射传输模拟的基础上建立了基于神经网络技术的二类水体大气修正算法,可以由波段1-4的TOA反射率和三个角度反演得到离水反射率、气溶胶光学厚度等参数。利用模拟数据进行了算法的性能评估,并开展了卫星数据处理试验。结果表明,除了在非常浑浊的水体,反演结果基本合理。     

基于MODIS图像海岸带二类水的提取

提出了一种利用MODIS图像提取二类水的经验算法,该算法是利用一类水和二类水在可见光区的表观反射率差别很大,而在近红外波段的表观反射率基本相同的特性来完成的。利用该算法对不同地区的海岸带进行了二类水的提取,并对其结果进行了讨论。     

基于水体光学分类的二类水体水环境参数遥感监测进展

二类水体主要包括内陆及近岸水体,受浮游植物、悬浮颗粒、有色可溶性有机物等多种因素影响,光学特性复杂多变,难以建立统一的水环境参数遥感定量估算模型.针对水体的光学特征,进行水体光学分类,进而反演水环境参数的方法,不仅能够提高参数估算精度,而且便于模型在同类水体中推广应用.水体光学分类方法主要包括基于固有光学特征的光学分类...     

水体光谱测量与分析Ⅰ：水面以上测量法

水色遥感的基础之一是水体光谱特征测量与分析。水体光谱特性包括两个方面 :表观光学特性(AOPs)和固有光学特征 (IOPs)。该文主要讨论与水色遥感基本参数直接相关的表观光学量的测量与分析。现场表观光谱的测量从方法上可分为两类 :剖面测量法和水表面以上测量法。两种方法相对独立 ,适用范围上具有互补性。该文主要针对水面以上测量法进行讨论。水色遥感一般要求表观光谱特性的测量必须能够导出离水辐射率LW、归一化离水辐射率LWN、遥感反射率Rrs、和刚好处于水面以下 0 -深度的辐照度比R等。国际上有关水色的测量规范中 ,仅有针对大洋一类水体的。中国的近岸水体和湖水绝大部分是二类水体 ,因此该文也将对二类水体光谱测量的有关参数化问题进行讨论。同时 ,对数据分析处理中的一些关键参数的确定 ,提出新方法     

曹妃甸近海Ⅱ类水体光谱反射率与悬浮泥沙浓度相关性研究

利用水面以上法对曹妃甸近海Ⅱ类水体进行现场光谱测量,对获取的数据与同步采集的水体悬浮泥沙浓度进行相关分析,初步建立了水体悬浮泥沙浓度与TM数据对应的可见光至近红外波段遥感反射率的经验模型.研究结果表明:该地区近海Ⅱ类水体的反射率随悬浮泥沙浓度的增加而增加,在泥沙浓度小于20 mg/L时,570 nm处的反射率随泥沙浓度增加而增大的特征优于670 nm处的,但当泥沙浓度大于20 mg/L时,后者反射率的增幅明显优于前者;TM 3中心波段处的反射率与表层悬浮泥沙浓度(SPM)呈显著的指数相关,利用模型计算的悬浮泥沙浓度平均相对误差低于±28%.     

黄河口水体光谱特性及悬沙浓度遥感估测

通过黄河口含沙水体野外遥感光谱反射率的观测实验,探讨了黄河口水体表观光谱特性,分析了悬浮体中有机颗粒含量和悬沙粒度对光谱特性的影响。针对Landsat TM/ETM+影像波段特性,对黄河口含沙水体在其可见光至近红外4个波段的光谱特性进行了模拟分析,并结合表观光谱观测数据建立了经验回归函数,以估测不同时相黄河口水体表层悬沙的浓度     

基于遗传算法的二类水体水色遥感反演

提出一种基于遗传算法的二类水体水色遥感反演算法。该算法以三成分 (叶绿素、悬浮泥沙与黄色物质 )海水光学模型作为前向模型 ,以实数编码遗传算法作为优化方法 ,并采用一对波段比来构造目标函数。模拟反演的结果表明 ,该算法可以有效克服已有二类水体水色遥感优化反演方法在搜索策略方面存在的困难 ,是一种有较高计算效率、可靠与稳健的反演算法     

中国近岸浑浊水体大气修正的迭代与优化算法

中国近岸水体泥沙含量较高，且变化梯度大；泥沙浓度可从几千mg／l变化到1mg／l以下。针对上述浑浊二类水体的大气修正一直是水色遥感应用的难点之一。利用水体近红外固有光学特性的Arnone光谱迭代算法在泥沙含量较低时适用，其近红外光谱迭代关系与根据2003年春季黄东海水色试验数据得出的现场光谱关系大致相当。当泥沙含量达到某一程度时，该算法失效，导致蓝光等较短波段的离水辐亮度为负。根据现场数据分析结果，这一分界点大概在泥沙浓度10—20mg／l。因此，本文首次提出将中国近岸浑浊水体进一步区分为中低和中高浑浊水体，并给出初步的划分标准，采用光谱优化方法对中高浑浊水体进行水色大气修正。优化误差函数的选取以现场试验获取的可见光波段光谱关系式为基础。结果表明，优化算法在近岸高浑浊水体可给出满足光谱分布规律的反演结果。与其他大气校正方法一样，优化方法也需要进一步的微调。将Gordon标准算法、Arnone光谱迭代和优化方法结合，对SeaWiFS图像进行处理，分别得出归一化离水辐亮度和总悬浮物（TSM）浓度分布图像，结果令人满意。     

多光谱光学遥感影像水体提取模型

地表水监测是遥感的重要基础应用.光学遥感水体提取的原理是基于不同的地物具有不同的光谱反射特性,某些地物(冰雪、阴影、云)因为与水体具有相似的反射特性导致提取分类失败.本文针对传统水体指数在水体提取时出现错分、漏分的问题,提出一种归一化多波段水体指数NDMBWI.分别用3个试验对本文指数的稳定性进行测试.试验1的区域为西藏林芝地区,数据源为同一时相的Landsat 8、Sentinel 2卫星影像,试验结果验证了本文指数抑制冰雪的能力,本文指数的Kappa系数为0.86、总体精度为0.93、错分误差为0.03、漏分误差为0.12、制图精度为0.97、生产者精度为0.88,均优于已有的指数.试验2的数据源为高分一号,以香港迪士尼为试验区域,在存在少量云的环境下进行水体提取,证明了本文指数能抑制云及其云下阴影.试验3提取了多个地区的水体,验证了本文水体指数的稳定性.本文使用多源光学遥感影像验证了NDMBWI的可行性,不需额外借助辅助数据,即可排除雪、云、阴影的影响,能够更加有效地自动化提取水体,可推广到海岸带资源研究、冰川变化、内陆湖泊变化等领域.     

利用SeaWiFS数据反演海岸地物光谱反射率

提出了一个利用SeaWiFS数据反演气溶胶光学厚度与沿岸地物光谱反射率的迭代算法.该算法借助于6S辐射传输模型,利用水色卫星的近红外通道由水体像元首先反演出0.55μm波段的气溶胶光学厚度,在所选影像晴空无云的条件下假定沿岸陆地上空的大气条件与水体上空的大气条件相同,然后再迭代计算出沿岸地物光谱反射率.给出了实际卫星数据计算的结果,并对可能出现的非清洁水体与气溶胶对时空变化引起的误差进行了数值模拟.     

基于谱间关系的MODIS遥感影像水体提取研究

水是地球上万物的命脉所在,水体提取对于水资源调查、洪水灾害预测评估和环境监测等有着重要作用。而可见光和近红外波段水体与植被、城市和土壤光谱反射率的差异是利用遥感手段提取水体的基本原理。本文利用谱间关系法进行MOD IS图像的水体提取。结果表明,用于提取水体的谱间关系法比归一化植被指数(NDVI)法快速,但谱间关系法有把云错误地当作水体提取的缺点。     

一种基于Landsat 8的多波段组合水体指数模型

本文通过分析水体在Landsat 8数据中可见光波段和近红外波段的波谱差异,将Landsat 8数据中可见光波段作为一组,近红外波段和中红外波段作为另一组,构建了多波段组合水体指数(MBCWI)模型。基于Landsat 8数据在合肥、安康和康定地区共3景数据5种不同场景进行水体提取试验。结果表明,该模型不仅能够抑制云层、阴影、裸土、亮色地物和建筑物等对水体提取的影响,还能较好地提取出含有大量蓝藻的水体,且阈值稳定,Kappa系数优于0.968 5,总体精度高达99.69%,总体误差小于8.92%。相较于其他水体指数而言,提取精度显著提高。     

内陆水体叶绿素a浓度反演的区域化三波段模型研究

以太湖和石头口门水库为例,建立了一种可直接计算水体叶绿素a浓度的区域化三波段模型。该模型通过对研究水体的光学特性分析,明确三波段组合与叶绿素a浓度间的函数关系参数,不仅可较好指示研究水体叶绿素a浓度水平,而且大大减小了回归算法所带来的模型不确定性。利用高精度、长时间序列的水体光学特性观测数据,建立针对不同研究水体的区域化三波段模型可为实现内陆水体叶绿素a浓度遥感监测业务化运行提供方法借鉴。     

珠江口海水透明度与光谱相关关系研究

通过对2009年5月珠江口门内外水体光谱采样数据的分析处理,得到该海域水体离水光谱反射率及其负对数值;分别计算水体离水光谱反射率及其负对数与水体透明度的相关系数,发现后者与海水透明度的相关系数比前者要高出约11％.为便于应用卫星遥感数据开展南海海域水体透明度的反演,选用和Hyperion卫星数据相关波段中心波长相对应、...     

基于实测光谱的太湖水体表面离水反射率研究

水体表面离水反射率是研究水体光学特征的一个重要参数。以2008年11月10日、11日太湖水面实地光谱和水体样本为基础,探讨了蓝藻污染对太湖水体表面离水反射率的影响:蓝藻的存在提高了水体在近红外波段的离水反射率,使红波段出现了明显的吸收谷。通过FY-3A和MODIS卫星的通道响应函数,建立了卫星数据与水体表面离水反射率间的函数关系。在此基础上,利用MODIS卫星数据构建了比值指数(RI),利用该指数成功反演了2008年11月12日太湖水体叶绿素含量(R2=0.72),并获得了叶绿素含量的空间分布。这一结果为分析太湖水面光学特性、水质污染状况提供了重要依据。     

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...     

邻坡反射辐射对地物反射率计算的影响评估

采用朗伯体经验模型计算邻坡反射辐射,并建立其对目标像元反射率计算影响的评估模型。研究表明,忽略邻坡反射辐射将造成目标像元反射率的计算值偏高,尤其在低照度区域易导致光学遥感影像地形辐射校正出现过饱和现象。研究证实,雪的可见光近红外波段的邻坡反射辐射、植被的近红外波段的邻坡反射辐射对目标像元反射率计算的影响显著,对地形遮蔽度大的目标像元可产生10%以上的反射率相对误差。     

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。     

基于无人机高光谱遥感的河湖水环境探测

本研究以上海市崇明岛内陆水体为研究区,通过无人机高光谱遥感影像对水体颜色变化及疑似污染水体识别进行研究.首先,对无人机搭载的高光谱传感器探测获得的辐亮度信号,进行了遥感反射率标定,通过与现场观测对比,该标定方法准确度较高,各波段平均无偏绝对百分比误差的均值为13.34％,决定系数R2均值为0.83.进一步,利用河湖水体...     

利用氧气和水汽吸收波段暗像元假设的MERIS影像二类水体大气校正方法

摘 要:MERIS数据以其更为合理的水色波段设置和300m较高的空间分辨率,在内陆湖泊水环境遥感监测中有较大的应用潜力, 对其进行有效的大气校正则是水环境参数定量化反演的前提。以太湖为研究区, 研究基于氧气和水汽吸收波段的暗象元假设, 改进传统的近红外波段暗像元假设的大气校正方法。采用MERIS L2p数据辅助获取湖区气溶胶参数, 并利用2007年11月11日、2008年11月20日以及2009年4月25日三景MERIS影像进行方法验证。结果表明, 该方法能够快速、有效地完成MERIS影像的大气校正, 与地面准同步实测数据相比, 三次校正的RMSP都在25%以下; 与BEAM自带的二类水体大气校正算法、气溶胶厚度辅助的6S大气校正以及改进的暗象元算法进行精度比较, 表明该算法校正精度较高。由于该算法不需要同步实测气溶胶数据, 因此具有一定的适用性。