面向森林高度提取的光学多角度立体观测影像模拟

Canopy height is one of important indicators of carbon storage in forest ecosystems. Previous studies have demonstrated that optical stereo imagery held great potential for deriving forest canopy height. However, optical images are easily affected by cloud coverage and rains. The regional mapping of forest canopy height has to be achieved by the synthesis of multi-sensor and multi-temporal imagery. The spatial resolutions and viewing angles of existing spaceborne stereoscopic systems are quite different. It is essential to make a systematic investigation about the impact of image spatial resolutions and viewing angles on the vertical distribution of stereoscopic point clouds, which is the basis for the synergy of images acquired at different seasons even by different cameras. The theoretical model for the simulation of optical stereo imagery over forested areas is necessary for such studies. The LandStereo is such kind of model, which can simulate the along-track(only In-track viewing) stereoscopic imagery like ALOS/PRISM and ZY-3. However, the current version of LandStereo has no mode to simulate the along-track(including In-track and Cross-track) stereoscopic imagery like Worldview-1/2/3. Therefore, this study reported the modification of the LandStereo model to have it being able to simulate images acquired by any possible viewing directions in forest areas. Firstly, the calculation method of linear array projection center coordinates is improved, from originally only considering the change of observation altitude angle to considering the change of azimuth angle and altitude angle. Secondly, Rigorous imaging geometric model is improved to obtain RPC of images acquired by any possible viewing directions. Based on the improved LandStereo model, the bare and mountainous forest images with altitude angle of 75° and azimuth angle of 0°, 90°, and 225° are simulated to verify the accuracy and extract forest canopy height. The surface elevation extracted by the improved LandStereo model is consistent with the input DTM with high accuracy (r=0.99, RMSE=1.507), which proves the geometric accuracy of the improved LandStereo model. There are certain differences in the extraction accuracy of forest canopy height between stereo images of different angles. The results showed that the modified model could correctly simulate the stereoscopic features of forest canopy with given view direction, also initially demonstrated that view angle was an important factor affecting the estimation accuracy of forest canopy height by stereoscopic images. © 2023 Science Press. All rights reserved.     

基于航天与航空多角度观测提取二向性反射系数与方向半球反射信息(英文)

ＭＩＳＲ计划于１９９８年搭载ＥＯＳ的ＡＭ１平台发射升空。目前我们利用仿真数据和现在已有的机载ＡＳＡＳ多角度数据来测试分析ＭＩＳＲ数据所需要的算法。ＭＩＳＲ数据的处理可以分为３个主要的顺序执行的阶段。第一阶段的作用是提取景上空的必要的大气特性。第一阶段处理的结果可以被第二阶段用来一个象素一个象素地从景中提取表面光谱ＨＤＲＦ。最后，在第三阶段中，第二阶段获得的ＨＲＤＦ被用来对一个３参数ＢＲＦ模型进行线性化，以便提取对应的ＢＲＦ。我们给出了基于仿真ＭＩＳＲ数据的提取算法的结果。     

地面和机载多角度观测数据的反照率反演及对MODIS反照率产品的初步验证

MODIS的反照率产品采用半经验的二向性反射核驱动模型算法(AMBRALS),对16天累积观测的多角度遥感数据进行反演。产品的应用需要相关研究的地面观测数据进行验证。主要研究基于地面气象台站用反照率表观测的反照率数据、地面和机载多角度遥感数据通过AMBRALS算法反演得到的反照率,与MODIS相应的地面反照率产品做比较的降尺度验证方法,并提供对MODIS反照率产品的初步验证结果。     

双冠层反射率模型分析各向异性平整指数(AFX)对植被参数的敏感性

二向反射分布函数包含地表反射的方向性特征信息。研究二向反射分布函数BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function)形状对植被结构参数的敏感性,有助于理解植被的二向性反射规律,进而反演植被参数。本文耦合双冠层反射率模型和核驱动的罗斯厚核-李氏稀疏互易核模型,利用EFAST全局敏感性分析方法,以各向异性平整指数为BRDF形状变化的衡量指标,研究了不同天空光比例(SKYL)下,各向异性平整指数AFX对植被参数敏感度的变化,以及SKYL=0.1时AFX的敏感性。结果表明:(1)在红波段,上、下层叶面积指数、上层叶绿素含量,以及上层叶倾角分布是AFX的敏感参数,在近红外波段,上、下层叶面积指数LAI是AFX的敏感参数。(2)冠层尺度上的参数敏感度总体大于叶片尺度。(3)晴天时(SKYL=0.1),红波段主敏感度较大的参数分别是上层LAI、上层叶倾角分布和下层叶片结构参数,近红外波段主敏感度较大的参数主要是上、下层LAI。     

机载模拟POLDER多角度图象配准(英文)

多角度成象对于获取多角度遥感数据是非常重要的。在对多角度数据进行分析之前，首先要对多角度图象进行配准。经过配准，可以识别出相同的地面目标。在配准过程中，一个主要的困难是由于观察角度的不同、双向反射变化及大气的影响造成的图象灰度变化。如何解决灰度变化的影响关系到图象的配准精度。我们在该文中介绍一种多角度图象配准过程，包括预处理、基于层次结构的图象灰度相关配准。为了去掉大角度造成的灰度变化，我们用改进的模板匹配进行配准。这种方法的优点是与配准模板灰度均值无关，只与灰度变化程度有关。配准过程中也同时考虑到纹理的变化。整个配准过程是沿着观测角度增大的方向进行的序列图象配准，以提高大角度图象配准精度。最后，图象的纠正采用局部自适应几何纠正以获得较满意的结果。我们用法国ＣＮＥＳ提供的ＰＯＬＤＥＲ飞机模拟多角度图象进行配准，并提取了小麦和水稻等植被的多角度信息。     

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。     

新几何光学核的验证以及用核驱动模型反演地表反照率(之一)

基于核驱动模型的AMBRALS程序将用于提供MODIS的反照率和二向反射产品.该文提出一个新的几何光学核-LiTransit核,用以取代目前AMBRALS运行程序中的LiSparseR核.当植被及阴影总面积在视场中比例接近于1时,新核由LiSparse核向LiDense核自然过渡.因而新核兼有LiSparse核向LiDense核的优点,比LiSparseR核更符合几何光学模型的基本原理.对于29组地面观测数据的反演试验表明LiTransit核有与LiSparse核相当的数据拟合能力,外推到大的天顶角时有LiDense核的稳定性;与LiSparseR核比较,RossThick-LiTransit的核组合更能反映直入扇出反照率随太阳天顶角变化的趋势.用NOAAAVHRR多时相数据反演的结果,也表明RossThick-LiTransit组合在反演中更为稳定.     

新几何光学核的验证以及用核驱动模型反演地表反照率(之二)

基于核驱动模型的AMBRALS程序将用于提供MODIS的反照率和二向反射产品;该文提出一个新的几何光学核-LiTransit核,用以取代目前AMBRALS运行程序中的LiSparseR核。当植被及阴蔚总面积在视场中比例接近于;时,新核由LiSparseR核向LiDens。核自然诫。因而新核兼有公Sparse·核面LiDense核的优点,比LiSparseR核更符合几何光学模型的基本原理。对于29组地面观测数据的反演试验表明;LiTrarisit核有与LiSparse核相当的数据拟合能力,,外推到大的天顶角时有.ense核的稳定性;与LiSparseR核比较,RossThick-LiTransit的核组合更能反映直入扇出反照率随太阳天顶角变化的趋势。用NOAA AVHRR多时相数据反演的结果,也表明RossThick-LiTransit组合在反演甲更为稳定。     

空间VLBI观测量估计大地测量参数的模拟计算

介绍了研究空间VLBI在大地测量等领域应用的意义，探讨了空间VLBI的观测量类型、观测模型及其涉及的大地测量所关心的参数；并采用1980～2004年的VLBI观测数据进行了计算，对大地测量所关心的几种参数的计算结果进行了分析。     

新几何光学核的验证以及用核驱动模型反演地表反照率(之二)

先验知识是解决反演中信息量不足问题的并用最简化的算法把先验知识应用于AMBRALS反演.先验知识在AMBRALS反演中起的作用,一是判断反演结果的置信度,二是检测和平滑噪声,三是方向采样不足情况下获取合理结果.试验的结果表明,虽然只使用了很粗糙的先验知识,但已经有了良好的效果.     

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。     

几何光学冠层反射建模中的光谱分量特征的参数化(英文)

该文用几何光学与辐射传输混合模型研究不连续植被冠层的几何光学反射模型的四分量（承照树冠、承照地面、阴影树冠、阴影地面）的参数化。用一个修正的均匀介质层路径散射（反射与传输）参数的解析算法估计路径散射参数（反射与传输），其中也考虑了冠层间隙的影响。光谱分量特征是不连续植被冠层的传输与反射，背景反照率，以直射光通量与天空漫射光通量比例的函数。光谱分量特征的模型与在美国缅因州Ｈｏｌａｎｄ采集的针叶林数据吻合。基于ＬｉＳｔｒａｈｌｅｒ几何光学相互遮蔽模型，用参数化的光谱分量特征对老松林和老云杉林的方向反射进行估计，其结果与在不同太阳与观测方向上的ＰＡＲＡＢＯＬＡ测量值匹配得很好。     

新几何光学核驱动BRDF模型反演地表反照率的算法

MODIS的反照率和二向反射产品由基于核驱动模型的AMBRALS程序提供。目前 AMBRALS算法系统中所用的描述几何光学散射的核为LiSparseR核。新提出的一个几何光学核－LiTransit核兼有LiSparse核向LiDense核过渡的优点，比LiSparseR核更符合几何光学模型的基本原理。验证结果表明：与LiSparseR核比较，RossThick-LiTransit的核组合更能反映直入扇出反照率随太阳天顶角变化的趋势。因此在下一代的AMBRALS算法系统中，将用新的LiTransit核取代LiSparseR核。目前AMBRALS算法系统为了快速处理每天大量的数据，用多项式拟合核的半球积分。因此，为了替换LiSparseR核时，同时又不影响整个算法的系统性，本文研究了LiTransit核的多项式拟合。结果表明：拟合的多项式与核半球积分的相关性很好。     

应用卫星多角度遥感识别被老鼠和昆虫破坏的草地(英文)

该文研究用ＡＶＨＲＲ数据监测Ｒｕｏｒｇａｉ县大草原被老鼠、昆虫破坏的情况。鼠虫危害区的光谱特征是：ＡＶＨＲＲ数据的可见光波段（０．５８－０．６８μｍ）地面反射率（ＣＨ１）较高，近红外波段（０．７２５－１．１μｍ）的地面反射率（ＣＨ２）较低，红外辐射波段（３．５５－３．９３μｍ）的亮度温度（ＣＨ３）较高；鼠虫危害区的遥感信息特征在雨季７月最为明显；可用比值植被指数ＲＶＩ（ＣＨ２／ＣＨ１）确定鼠虫危害程度；用多角度获得的ＲＶＩ可反映鼠虫危害。结果显示在这方面上，多角度遥感比多波段光谱法能更好地识别老鼠、昆虫破坏的地区。     

半干旱草场的多角度多波段反射率遥感模型

从几何光学(GO)模型出发,针对半干旱的草场植被,引入了多光谱冠层反射模型MSRM、土壤反射光谱Price模型以及土壤方向性反射Walthall模型,提出一种适用于区域尺度的多角度多波段反射率模型,并采用MISR和MODIS卫星数据进行验证,验证结果表明模型有较好的适用性。这为多角度、多波段遥感数据用于半干旱草场植被的定量研究提供了新的方法。     

等价观测理论的可变参数序贯平差模型

针对序贯平差中常遇到的未知参数增减的问题,文章提出了基于等价观测理论的可变参数序贯平差模型,并进一步得出其对应的验后单位权中误差模型,其公式形式要比传统模型简单得多,非常便于计算机编程实现;采用卫星高度角模型作为单点定位验前随机模型,较好地减少了卫星观测值的随机误差。最后采用等价模型和传统模型分别对GPS/GLONASS静态单点定位不同的伪距观测值组合进行解算,实验结果表明:所提出模型的定位解算结果与传统模型完全一致,且其精度与传统模型相当,具有较强的实用性。     

半参数测量平差模型参数的二阶段估计

本文首先利用自然样条函数法,找到符合条件的非参数自然插值样条函数。其次利用核函数并综合最小二乘法建立了参数x和S非参数的估计量x、S,讨论了窗宽参数h的选取方法。最后,用一个模拟的平差算例从估值的稳定性、均方差等方面与最小二乘法进行了比较,结果说明,半参数测量模型能更接近于真实情况。     

用多角度遥感观测和BRDF模型对植物状况诊断评估(英文)

用遥感技术进行植物评估可与光谱植被指数联系起来，如规一化差分植被指数ＮＤＶＩ。ＮＤＶＩ值的变化一般被认为是植被数量和密度的变化，但直接与植物生长状况有关的植物光谱特性也会导致光谱植被指数的变化。因此，低植被指数可能由于低密度或肥料不足二者之一或共同造成。这会限制植被指数作为监测手段的使用。二向反射分布函数ＢＲＤＦ模型把植物密度和光学特性区别对待，因而它有助于植物状况的客观评估。在这项研究中，我们测量了两个冬小麦冠层多角度光谱反射：一个氮肥充足，一个贫乏。这些测量随后用于ＢＲＤＦ的反演，来估计光学特性和植物密度。结果表明，同时获得这两种参数是可行的。因此，用ＢＲＤＦ和多角度遥感测量手段进行氮肥养料有关的植物状况诊断分析是可能的。结果也显示出这种方法中如反演和计算时间所带来的一些局限性。     

改进的多角度遥感数据解译模型(英文)

利用卫星遥感数据解译地表特性需要应用辐射传输模型与反演。文中简要提到几种方法，包括蒙特卡洛光线追踪，一维物理模型，以及能够描述自然表面的整体各向异性特征的参数化公式。回顾了每种方法中所作的假设，并强调指出了处理在植被冠层这样的非均匀介质中的辐射传输问题的内在困难。在新一代改进型地球观测探测器时代的到来之际，指出进行深入研究的迫切性。     

基于半参数模型的误差理论在数据处理中的应用

利用现代测量仪器和技术可以在短时间内获得大量的观测数据,但其中也包含着大量无法补偿的系统误差,因此参数的估计量会产生严重偏差。本文从半参数模型的理论研究成果和测绘科学的实际需要出发,研究半参数模型的估计方法测绘数据处理中的应用。