光合有效辐射遥感产品质量控制与评价

定量遥感产品的质量控制和质量评价是产品生产过程的重要环节,生成的产品质量信息对用户具有重要的参考价值。对于算法较为复杂,涉及诸多输入数据和计算环节的遥感数据产品,质量控制和质量评价是一个难点。本文以一个极轨卫星与静止卫星结合的光合有效辐射(PAR)产品算法为例,分析了定量遥感产品质量控制和质量评价的方法。在确定总体技术框架的基础上,详细描述了数据输入及产品输出质量控制标识体系的建立、质量控制方法实施以及产品质量评价具体方案。光合有效辐射估算需要多源遥感数据和较多空间数据,导致最终产品不确定性的来源较多。本研究通过算法解析、产品的不确定性分析以及建立质量标识体系等方法来确定质量控制方案,从而可以利用质量控制标识追溯到输入数据和每一个中间处理过程的质量或者误差,并最终生成产品的总体质量等级。最后简要介绍了利用地面实测数据和产品质量标识对产品进行质量评价的方法。     

辐射传输模型模拟与深度学习结合的高分一号卫星植被光合有效辐射吸收比例产品反演算法

植被光合有效辐射吸收比例FPAR (Fraction of absorbed Photosynthetically Active Radiation)是碳循环光能利用率模型中的关键参数之一。高分系列卫星的发射,为反演定量遥感产品提供了高时空分辨率的卫星遥感数据,基于高分数据的植被光合有效辐射吸收比例产品能够为生态系统碳循环的分析评估提供更加精细、精度更高的输入参数产品。本文发展了一种基于深度学习的光合有效辐射吸收比例反演方法。该方法利用SAIL(Scattering by Arbitrarily Inclined Leaves)模型模拟多种太阳入射角度、观测角度、大气条件下的植被冠层光合有效辐射吸收比例及冠层反射率,形成海量输入—输出模拟数据集,具有鲁棒性及更好的普适性;基于深度信念网络对数据集进行训练,得到高分一号（GF-1）卫星光合有效辐射吸收比例遥感反演模型。利用中国科学院怀来遥感综合试验站及黑河流域地表过程综合观测网FPAR地面站点连续观测数据对玉米作物、芦苇草地等下垫面反演的FPAR进行了对比验证,RMSE分别为0.15和0.17。本方法以辐射传输模型模拟的多维大气及地表输入...     

中国植被净第一性生产力遥感动态监测

植被净第一性生产力 (NPP)研究方法很多 ,运用NOAAAVHRR的可见光、近红外和热红外波段来提取和反演地面参数 ,进而准确估算陆地植被净第一性生产力 ,是一种全新的研究手段。利用遥感数据进行生物量和净第一性生产力的估算 ,主要是采用光能利用率模型 ,即通过NPP与植物吸收的光合有效辐射 (A PAR)和植被将所吸收的光合有效辐射转化为有机物的转化率 (ε)的关系来实现的。用数学公式可表达为 :NPP =(FPAR×PAR)× [ε ×σT×σE×σS× (1-Ym)× (1-Yg) ]在遥感和地理信息系统技术的支持下 ,以 1990年每旬的 8km分辨率的NOAAAVHRR 1— 5通道的影像为数据源 ,对中国每旬的陆地植被净第一性生产力进行估算 ,然后累加得出全年的NPP值。估算结果 :1990年我国陆地植被NPP总量为 6 13× 10 9t/a ,NPP最高值为 1812 9gC/m2 。就计算结果 ,对中国大陆植被NPP的分布规律进行了分析。遥感模型能够以面代点 ,比较真实地反映陆地植被NPP的时空分布状况 ,与我国植被分布的地理规律性相符 ,这是其它统计模型所无法比拟的     

高光谱吸收特征参数反演草地光合有效辐射吸收率

在植被光合有效辐射吸收率(FAPAR)遥感估算中被广泛采用的植被指数法,其估算精度往往受到"红波段吸收峰"峰值点光谱反射率易饱和特征的影响。考虑到高光谱吸收特征参数能较好地诠释地物光谱吸收特征的细节信息,基于微分法与包络线去除法研发"高光谱曲线特征吸收峰自动识别法"识别对FAPAR敏感的特征吸收峰,再结合连续统去除法以及光谱吸收指数(SAI)提取FAPAR的高光谱吸收特征参数,构建估算天然草地冠层水平FAPAR的高光谱吸收特征参数模型。结果表明:(1)天然草地冠层FAPAR与高光谱吸收特征参数具有很好的相关性,其中,"红波段吸收峰"SAI对FAPAR变化最为敏感,在植被覆盖度较高时,其饱和性相比"红波段吸收峰"峰值点反射率与归一化植被(NDVI)值有较大的提升。(2)以"红波段吸收峰"SAI为变量的对数方程为FAPAR的最佳估算模型,在植被覆盖度处于中与高时,其FAPAR预测精度比NDVI模型有不同程度的提高。研究采用的高光谱吸收特征参数一定程度上弥补了部分植被指数因饱和问题在估算FAPAR时的不足,可作为植被FAPAR反演的新参数,适用于中、高覆盖度的天然草地FAPAR监测。     

MODIS大气产品的光合有效辐射估算研究

利用气溶胶、水汽、云以及臭氧等MODIS标准大气产品,在简单辐射传输模型基础上估算青藏高原光合有效辐射,经验证估算的光合有效辐射与实测数据存在显著的线性相关,相关系数在0.8—0.9之间,最大误差为13%。经过敏感性分析发现云层厚度、气溶胶含量以及大气压力对光合有效辐射的影响大。臭氧和水汽含量的变化不敏感。云层厚度、Angstrom浑浊度系数和大气压力分别变化30%、25%和15%时,光合有效辐射变化分别为20%、5%和5%。     

叶绿素吸收的光合有效辐射比率的遥感估算模型研究

光合有效辐射比率（FPAR）是陆地生态系统碳循环研究的重要参数。根据FPAR的物理意义，本文提出了有效FPAR的概念：即叶绿素吸收的FPAR（FPARchl），利用模拟数据建立了有效FPAR信息模型。探讨了基于叶绿素含量估算有效FPAR的可行性，为进一步采用有效FPAR来估算NPP／GPP提供思路和途径。利用实测数据对有效FPAR模型进行验证表明：（1）叶片吸收的FPAR（FPARleaf）与有效FPAR（FPARchl）之间的差异较大。FPARchl通常不足FPARleaf的50％，两者之间虽存在一定的相关性，而这种相关性是非线性的；（2）叶绿素含量与FPARleaf的相关性较高，而与FPARchl的相关性更高，基于叶绿素含量可以以较高的精度估算FPARleaf和FPARchl经过验证，估算的平均相对误差分别为2．90％和6．6％；（3）应用模拟数据建立的FPARleaf及有效FPAR模型均在叶绿素含量大于20μg／cm。时估算的精度较高，而低于20μg／cm^2时估算的精度较低，本文中叶绿素含量大于20μg／cm^2的60个样本的FPARleaf及FPARchl的估算的平均相对误差，分别为1．79％和5．07％。     

叶面积指数的快速测定方法——植被定量遥感的地面标定技术

本文论述了用“底视法”测量叶面积指数的基本原理,并在中国科学院禹城综合试验站遥感试验场以“冠层分析仪”对该方法进行了试验,提出了刺柏针叶叶面积指数的新估算方法。通过计算证明,测定值和估算值具有较好的一致性。这种以“底视法”为基础的冠层分析仪可以用于植被定量遥感的快速地面定标。     

基于植被二向性反射统一模型的高分五号FAPAR遥感反演算法

植被光合有效辐射吸收比率（FAPAR）是描述植被光合作用能量交换过程的重要参数,广泛应用于植被长势监测、植被生产力估算、全球变化等研究领域。遥感是大范围获取FAPAR的唯一途径,与多光谱传感器相比,高光谱传感器能更加精确、细致地观测植被的光谱特征,有利于分析植被冠层反射、吸收特性,进而反演植被冠层FAPAR。本文首先在植被BRDF统一模型和FAPAR-P模型的基础上,构建了BRDF-FAPAR统一模型UBFM (Unified BRDF-FAPAR Model);进而基于高分五号高光谱传感器特征模拟了不同情况下植被冠层反射率和相应的FAPAR;然后运用改进的最佳指数法选择FAPAR反演的特征波段组合;在此基础上,将特征波段反射率与FAPAR模拟结果作为神经网络的输入参数,构建针对高光谱数据的FAPAR神经网络反演算法。研究结果表明,改进的最佳指数法能有效地筛选出FAPAR估算的敏感波段;综合考虑波段信息量和实际影像数据噪声影响,本研究针对高分五号高光谱传感器选择8个波段作为FAPAR反演特征波段。基于UBFM模型构建的神经网络反演精度较高,模拟实验算法误差约为0.014。选择内蒙古呼伦...     

融合高分一号、风云四号及葵花-8的光合有效辐射遥感方法及产品研究

光合有效辐射是植被生产力模型的重要输入参数,也是陆地生态系统模型及生物地化模型等的重要特征参量。目前的全球或区域尺度光合有效辐射产品在起伏地表情形的精度及可用性尚存在不足,高分系列卫星的发射,为高空间分辨率光合有效辐射遥感产品反演提供了可能。本文结合高分一号卫星(GF-1)反演的地表反照率产品,气溶胶光学厚度产品,日本新一代静止卫星Himawari-8及国产风云四号卫星(FY-4)的云光学厚度产品及美国的SNPP卫星反演的气溶胶光学厚度产品(用于填补GF气溶胶产品的空值区),发展了一种基于参数化模型的光合有效辐射遥感反演方法。晴空条件下,主要考虑气溶胶和瑞利散射对光合有效辐射的衰减;云天情形,则主要考虑云光学厚度参数对入射辐射的影响,以球形粒子的Mie散射理论和平面平行大气辐射传输原理计算总透过率;针对起伏地表,分别计算地形对坡面入射角度的影响、对直接辐射的遮蔽以及对散射辐射的增强/衰减效应,从而得到高分卫星光合有效辐射遥感反演模型及产品。利用河北怀来试验站、西南大学柑研所及黑河流域地表过程综合观测网的连续观测数据对光合有效辐射产品进行了对比验证,其相关系数为0.87,平均偏差为1.5...     

植被物候遥感监测研究进展

植被物候是研究植被与气候、环境变化间关系的重要参量。本文针对目前常用的阈值法、拟合法和延迟滑动平均法等植被物候遥感监测方法进行比较分析;介绍了传感器网络法、物候模型法等物候遥感监测验证方法;从遥感监测方法和数据源两方面分析物候遥感监测的误差来源;针对目前研究中存在的问题,讨论了遥感物候的主要研究方向:从机理层面,应创新植被物候遥感监测方法;建立标准化地面验证数据源;利用多源遥感数据,组成高时间分辨率的原始遥感数据源,提高植被物候遥感监测的时间分辨率和测算精度。     

植物叶绿素荧光遥感研究进展

按照遥感探测方法, 首先介绍了激光诱导荧光遥感的基本情况、荧光光谱特征和应用, 接着介绍了日光诱导荧光遥感研究的几种主要研究方法, 包括植被指数法和Fraunhofer线提取法, 以及日光诱导荧光在植物胁迫探测中的一些应用。最后, 对叶绿素荧光遥感的发展前景进行了分析。     

关键陆表参数遥感产品真实性检验方法研究进展

遥感产品真实性检验是定量遥感基础研究的重要环节,是客观评价遥感产品精度、稳定性和一致性的重要手段,对于提高遥感定量化水平、推动和扩展遥感产品的深化应用具有重要的意义。本文基于当前陆表参数遥感产品真实性检验研究的相关成果,归纳总结了陆表参数遥感产品真实性检验方法,并就其中的5种真实性检验方法,即基于地面单点测量检验、基于地面多点采样检验、基于高分辨率数据的检验、交叉检验和间接检验,阐述了各方法的特点、局限性、适用条件。文章在最后探讨了陆表关键参数遥感产品真实性检验评价指标和验证中影响精度评价的关键因素。本文对于遥感产品真实性检验工作的开展和真实性检验系统研发具有重要的指导意义。     

定量遥感升尺度转换方法研究进展

尺度效应是地理科学中普遍存在的现象,制约着遥感等空间科学的发展。发展合理的尺度转换方法以促进遥感技术的全面应用迫在眉睫。本文分别从面—面升尺度转换、点—面升尺度转换两个角度对目前定量遥感领域存在的升尺度转换方法进行综述。其中,面—面升尺度转换方法按照转换原理可分为先反演后聚合、先聚合后反演两种;点—面升尺度转换方法依据定权策略可分为简单平均法、经验回归法、地统计方法、贝叶斯方法等。不同的升尺度转换方法具有各自的特点和优势,本文分别从模型构架、基本原理、特点、局限性和适用条件等方面对现有升尺度转换方法进行分析和讨论,并从离散型与连续型、统计型与物理型、普适型与针对型以及先验知识有和无4个方面总结了现有研究中存在的不足,剖析了升尺度转换研究中存在的问题与挑战,并预测了可能的发展方向。     

中国定量遥感发展的一些思考

中国定量遥感始于20世纪80年代,在过去10多年得到了空前的发展。在2012年左右中国首次超越美国成为世界上在英文遥感刊物上发表文章最多的国家,特别是近几年文章数已经是美国的两倍左右。尽管在遥感数据的定量反演方法等研究方面,中国已经处于世界的前沿,是定量遥感的大国,但总体上尚不是定量遥感强国,在绝大多数的分支领域上还没有处于世界引领的地位。本文在回顾世界和中国定量遥感发展历史的基础上,从遥感数据获取与处理,前向辐射传输建模,变量反演,高级产品生产,地面观测,遥感云平台建设,遥感教育和遥感应用等8个方面,简要地讨论了中国定量遥感发展的一些问题和挑战,并提出了一些期望与初步建议。     

植被生态遥感参数定量反演研究方法进展

植被参数是生态遥感定量反演的热点和难点,也是生态系统研究的基础性参数。本文在广泛阅读国内外公开发表的文献资料基础上,将现有的植被生态遥感参数概括为物理类、生化组分类、能量和功能类3大类,系统梳理了每类参数定量反演的主要模型方法,进行优缺点和适用性分析,对现阶段存在的不足和未来发展趋势进行了探讨。物理类植被生态遥感参数主要介绍了植被覆盖度、生物量、叶面积指数、树高等研究进展,生化组分类植被生态遥感参数主要介绍了植被含水量、叶绿素含量和光合能力等研究进展,能量类植被生态遥感参数介绍了光合有效辐射、植被吸收光合有效辐射等研究进展,功能类植被生态遥感参数主要介绍了植被生产力和碳交换量等研究进展。存在的主要问题包括混合像元分解、病态反演、物理模型应用过程中的误差传递、数据融合的尺度效应和空间变异性、模型耦合的最优方案确定问题。     

遥感数据融合的进展与前瞻

数据融合是提升遥感影像应用能力的重要手段,一直是遥感信息处理与应用领域的研究热点。本文系统综述了遥感数据融合的进展与前瞻:首先对数据融合的层次与分类进行了总结和归纳,将遥感数据融合划分为同质遥感数据融合、异质遥感数据融合、遥感—站点数据融合、遥感—非观测数据融合4大类;在此基础上,重点针对时—空—谱光学遥感数据的融合,从多视超分辨率融合、多尺度融合、空—谱融合、时—空融合、时—空—谱一体化融合等方面进行了详细阐述;最后总结了遥感数据融合的前瞻研究方向,包括时—空—谱一体化融合的拓展、空天地观测数据的跨尺度融合、传感网环境下的在线融合、面向应用的融合方法等。     

志愿者民航客机夜光遥感方法与数据验证

夜光遥感是遥感技术一个活跃的分支,能够反映人类社会活动的痕迹。在城市监测、经济参数评估、重大事件评估等方面有着独特的优势。近年来夜光数据的应用不断拓展,这对传统的卫星夜光遥感数据提出了更高的要求。本文基于大众遥感、志愿者遥感理念,提出了一种夜光遥感数据获取的新方法——民航客机遥感（PARS）。以长沙市为研究区域获取PARS夜光遥感影像,并将所得数据与传统卫星遥感数据作对比。结果表明,PARS捕获的夜光遥感数据在分辨率、波段及时效性上比传统方式表现得更为优秀,是一种低成本、灵活及多样化的遥感数据获取方式,具有很大的发展潜力。     

Stratified aboveground forest biomass estimation by remote sensing data

Remote sensing-assisted estimates of aboveground forest biomass are essential for modeling carbon budgets. It has been suggested that estimates can be improved by building species- or strata-specific biomass models. However, few studies have attempted a systematic analysis of the benefits of such stratification, especially in combination with other factors such as sensor type, statistical prediction method and sampling design of the reference inventory data. We addressed this topic by analyzing the impact of stratifying forest data into three classes (broadleaved, coniferous and mixed forest). We compare predictive accuracy (a) between the strata (b) to a case without stratification for a set of pre-selected predictors from airborne LiDAR and hyperspectral data obtained in a managed mixed forest site in southwestern Germany. We used 5 commonly applied algorithms for biomass predictions on bootstrapped subsamples of the data to obtain cross validated RMSE and r² diagnostics. Those values were analyzed in a factorial design by an analysis of variance (ANOVA) to rank the relative importance of each factor. Selected models were used for wall-to-wall mapping of biomass estimates and their associated uncertainty. The results revealed marginal advantages for the strata-specific prediction models over the unstratified ones, which were more obvious on the wall-to-wall mapped area-based predictions. Yet further tests are necessary to establish the generality of these results. Input data type and statistical prediction method are concluded to remain the two most crucial factors for the quality of remote sensing-assisted biomass models.     

热红外遥感地表温度与发射率地面验证进展

地表温度与发射率是地表—大气系统长波辐射和潜热通量交换的直接驱动力,是描述区域和全球尺度上地表能量平衡与水平衡的重要参数,其时空变化信息在气象预测、气候变化、水循环、地质勘探、农林监测和城市热环境等诸多领域具有广泛的应用.热红外遥感作为当前获取区域或全球尺度上地表温度和发射率的最有效手段之一,相较于传统的地面点位测量方...