耦合双时相与邻近像元信息的极轨卫星地表组分温度反演

与混合像元的地表温度相比,植被和土壤的组分温度具有更明确的物理意义。因此,本文提出了一种从具有广泛应用的极轨卫星地表温度产品中分离出植被和土壤组分温度的算法。该算法使用温度日变化模型作为桥梁连接极轨卫星一日内的两次观测,利用多像元数据进行模型求解,从而得到过境时刻的地表植被和土壤组分温度。论文针对MODIS数据开展了地表组分温度的反演,并利用实测站点数据和高分辨率卫星数据对反演结果进行了验证。结果表明,该算法可以提供合理的植被和土壤组分温度信息,反演温度的误差变化范围为1.4 K到2.5 K。此外,对观测时刻组合方式的分析表明该算法只需要一次白天观测和一次夜晚观测就可以得到精度较好的分离结果,并且两次观测可以来自于不同传感器,进一步表明了算法具有良好的可操作性。     

基于FY-2C数据的地表温度反演验证——以黄河源区玛曲为例

地表温度是气候、水文和生态等研究领域的基本参数,在地表水量和能量平衡的研究和应用中发挥着十分重要的作用。强烈的异质性是地表温度反演精度不高的主要原因之一。该文以黄河源区玛曲为研究区,评估FY-2C数据的地表温度反演精度,为将来温度反演算法和产品的进一步发展提供依据。首先,以与FY-2C相同空间分辨率的MODIS地表温度产品(MOD11B1)为地表温度真值,对反演的地表温度进行了验证;然后,利用研究区内20个采样点的土壤温度(5 cm)实测数据对反演结果进行验证。结果表明,FY-2C地表温度与MODIS温度产品具有较好的相关性,相关系数在0.72~0.95之间,均方根误差在0.44~3.87 K之间,平均均方根误差为1.90 K;反演结果和实测数据的相关系数为0.69。     

时序双极化SAR开采沉陷区土壤水分估计

开采沉陷地质灾害诱发矿区生态环境恶化的关键因子是土壤水分变化。研究提出了一种利用Sentinel-1A双极化SAR和OLI地表反射率数据联合反演土壤含水量的方法,即基于归一化水体指数(NDWI)反演植被含水量;采用Water-Cloud Model(WCM)模型消除植被对Sentinel-1A后向散射系数产生的影响,将其转化为裸土区的后向散射系数;利用基于AIEM模型和Oh模型建立的经验模型反演研究区地表参数,并用OLI光学反演结果进行验证;最后比较了开采沉陷区内外土壤水分含量。研究表明:(1)与基于OLI的土壤水分监测指数(SMMI)的土壤水分含量反演结果相比,两种极化方式中VH极化反演的水分结果具有更好的一致性,且两种极化方式反演结果也表明荒漠化草原区比黄土丘陵沟壑区反演效果更好,说明地形对后向散射的影响不可忽略。(2)在2016年内72期数据中,VH极化反演结果对比区土壤水分含量大于沉陷区的有41期,所占比例为57%;VV极化反演结果对比区土壤水分含量大于沉陷区的有36期,所占比例为50%,且不同矿区内的沉陷区受到的影响不同。说明开采沉陷造成的地表粗糙度的增加会对地表土壤水分产生负面影响,但不同矿区之间又有差异。     

基于大气温度和水汽含量改进HJ-1B地表温度反演

为了提高地面气象站稀少地区地表温度遥感反演的精度,本文基于多源遥感数据的优势,首先利用MODIS影像获取研究区像元尺度上平均大气水汽含量;然后利用同时相的HJ-1B影像估算区域地表比辐射率,再采用温度-植被指数法获取近地表大气温度;最后将以上3个参数输入单窗体算法,改进其地表温度反演的精度。研究结果表明,改进单窗体算法反演地表温度与地面实测温度的偏差小于1 K,为地面气象站点稀少的植被覆盖区域提供了一种可行的精确遥感反演地表温度方法。     

Sentinel-3卫星双角度热红外数据的流域尺度地表蒸散发估算与验证

双层能量平衡模型TSEB（Two Source Energy Balance）常用于地表蒸散发的估算研究,对于干旱半干旱流域的水资源调控以及利用有着十分重要的意义。本文在流域尺度上分别利用Sentinel-3双角度观测热红外和近红外数据反演的地表温度LST（Land Surfacer Temperature）和地表组分温度LSCT（Land Surface Component Temperatures）分别驱动TSEB模型,估算了黑河流域不同土地覆盖类型下的瞬时地表通量,并利用流域内上、中、下游通量塔地面观测数据验证了两种模型估算的地表通量。结果表明：两种模型都在一定程度上高估了净辐射和潜热通量,在植被稀疏的高寒草甸以及河岸林土地覆被类型下,TSEB-PT模型表现更好,随着植被覆盖度的上升,TSEB-2T模型的优势更加明显。研究结果为黑河流域水资源合理利用提供一定的保障以及为水资源管理者提供流域尺度上更加准确的植被水分利用的估计值,并且为后期模型的优化提供了理论基础。     

土壤蒸发和植被蒸腾遥感估算与验证

地表蒸散发是土壤—植被—大气系统中能量和水循环的重要环节,它包括土壤、水体和植被表面的蒸发,以及植被蒸腾。随着地表参数多源遥感产品的快速发展,利用不同地表参数遥感产品估算地表蒸散发以及其组分土壤蒸发和植被蒸腾成为日常监测越来越便利,监测尺度已从单站扩展到田块、区域乃至全球。目前地表蒸散发双层遥感估算模型按照建模机理的不同可分为:系列模型、平行模型、基于特征空间的模型、结合传统方法的模型以及数据同化方法。本文从模型构建物理机制、模型驱动数据以及模型输出结果验证等方面总结了上述模型的发展历史和现状,并指出在模型结构与参数化方案的优化、高分辨率模型驱动数据的发展、土壤蒸发和植被蒸腾像元尺度"地面真值"的获取等方面都仍需进一步完善。     

联合热红外与微波的作物辐射方向性模型研究

热红外遥感提供地表表层辐射信息为主,被动微波遥感可更好地提供植被和土壤背景垂直结构的辐射信息。结合热红外与被动微波遥感的优势协同反演植被和土壤组分温度是提高组分温度反演精度的一种思路。本文在对热红外辐射传输模型和微波辐射模型进行比较的基础上,构建均匀作物的统一场景,将统一场景的参数分为直接参数和间接参数。基于统一场景,修改微波辐射模型的场景结构及叶倾角分布,并增加组分温度参数以计算辐射亮温,最终构建热红外与微波辐射联合模拟模型(UEasmmes模型)。针对均匀玉米作物,利用UEasmmes模型进行联合模拟,分析了组分温度、组分发射率、叶面积指数LAI及叶倾角分布LAD对热红外与微波的方向性亮温DBT的敏感性响应差异。分析结果表明:协同热红外与被动微波遥感反演植被和土壤组分温度是可行的,但对于如何克服组分发射率、LAI及LAD对植被有效发射率的影响而导致的微波辐射亮温变化以及实现热红外表皮温度与微波等效温度之间的转化仍是需要深入研究和探讨的问题。     

用遗传算法反演连续植被的组分温度

由于热红外多波段数据间具有高度的相关性和混合像元的大量存在，使得多波段陆面温度反演精度难以提高，并且难以得到组分温度信息。在连续植被热辐射方向性规律上的基础上，以喜直型连续植被为例，进行了大量的Monte-Carlo模拟，建立了组分有效比辐射率与土壤表面比辐射率和植被叶面积指数之间的经验函数关系，并以此构造目标函数，采用遗传算法，从热红外多角度数据中，同时反演混合像元组分温度和土壤比辐射率以及叶面积指数。通过对模拟的观测数据进行遗传算法反演的大量试验，结果表明，遗传算法反演组分温度非常稳健，在宽松的先验知识条件下，遗传算法可以解决不确定性反演问题。遗传算法反演结果和野外实测数据作了比较，证实了反演原理的正确性，为基于热红外方向性辐射模型反演组分温度，提供了新方法。     

基于综合干旱指数的淮河流域土壤含水量反演

为了方便快捷地得到大范围的土壤含水量产品,以MODIS数据为数据源,淮河流域为研究区域,结合表观热惯量模型和植被供水指数模型的适用性特点,根据地表植被覆盖度的不同,建立综合干旱指数(comprehensive drought index,CDI)模型,对土壤含水量进行反演;然后,将反演的CDI结果与地表实测数据进行相关性建模,得到CDI与实测数据间的最佳拟合模型,利用该模型把CDI结果转化为最终的土壤含水量值;最后,通过实测含水量数据来验证反演结果的可靠性和精度。结果表明,反演得到的土壤含水量与实测土壤含水量相关性较高,相关系数R~2均在0.7左右,该方法对于高效地获取大面积土壤含水量信息具有较好的应用价值。     

黄河三角洲Sentinel-3高精度时空连续海陆表面温度反演

海陆表面温度是理解全球变化与人类活动的关键参数。针对已有温度反演产品海陆边界时空不连续的问题,本文采用Sentinel-3海陆表面温度辐射计(SLSTR)光学与热红外影像,通过植被指数阈值法逐像元计算陆表与海表发射率,基于分裂窗算法反演得到黄河三角洲陆海表面时空连续温度产品。结合地面温度观测和欧洲中期天气预报中心提供的全球中等分辨率数值大气再分析产品,验证了本文陆海温度产品(均方根误差优于1.1K)反演精度高于现有公开的全球产品,可为全球时空连续温度产品反演提供参考。     

Semantic Interoperability through the Definition of Conceptual Model Transformations

The integration of distributed geospatial data is a great issue in GI Science. Hereby, the collection of data from different systems and different structures as well as across country borders is a problem. We explain a model‐based four‐step approach to conceptual data modelling. Within this approach, we introduce a methodology to map data models on the conceptual level without touching data formats. First, we developed a conceptual mapping language called “UMLT” which is the core of our approach. Furthermore, we integrated UMLT into the Model‐Driven Architecture where a conceptual model mapping is referred to as a platform independent model mapping. Finally, the data format transformation is deduced from the model mapping automatically. This represents the implementation mapping from a platform independent model to a platform specific model. Together with transformation operations for attribute mapping, this approach is a means for effective and enhanced semantic interoperability.     

空间决策支持系统及其支撑软件的设计与应用

本文讨论了SDSS的概念和基本理论,以决策支持为目标,面向半结构化和非结构化问题,用模型驱动的SDSS,是GIS未来的发展方向。在技术上用C语言实现了SDSS支撑软件的设计,并应用于国家科技攻关课题“三川河流域区域治理与开发信息系统”,取得了良好效果;同时对SDSS开发中存在问题作了讨论。     

一种天绘一号卫星影像精确定位方法

针对如何最大程度地减小天绘一号卫星RPC模型系统误差,真实反映像方坐标与物方坐标关系的问题,该文介绍了天绘一号卫星的基本情况及相应的RPC参数模型,给出了求解RPC参数的基本方法和流程。结合天绘一号卫星采用等效框幅式光束法平差进行无控定位的特点,利用平差后计算得到的加密点坐标,提出了一种基于像点仿射变换的RPC模型区域网平差方法,并进行了RPC参数修正。经天绘一号卫星精度检测实验表明,修正后的RPC参数能有效地弥补系统性误差,具有更高的定位精度。     

GPS点定位

本文探讨了四种GPS相位单点定位模型。文章指出在不同观测条件下,各模型点定位能力不同,若选择合适的模型,GPS相位测量可以相同的精度替代P码伪距进行点定位计算。     

冬小麦旱情遥感监测模型研究

本研究依据土壤水量平衡及能量平衡的原理,提出了一套利用遥感方法监测冬小麦干旱及建模的方法。首先,用热惯性方法建立试区土壤表观热惯量与土壤水分的关系,用其估算初始土壤含水量(W_0);再用NOAA-AVHRR数字图像和气象数据相结合的方法估算冬小麦地的蒸散(E_t);从而根据水量平衡方程获得某一时段(旬)的土壤含水量(W_t);最后,根据冬小麦的需水规律和土壤有效水含量构造干旱指数模型。试验表明,此模型反映了作物干旱的本质,能大范围有效地监测作物旱情。     

空间决策支持系统中的模型标准化问题研究

模型标准化是空间决策支持系统有效管理和使用模型手基础。在研究空间决策支持系统模型特征及其表达的基础上,围绕着模型标准化问题,分别探讨了空间决策支持系统中模型的分类,编码,基于面向对象方法的模型字典和模型结构形式,给出了相应的建设性结果。     

DEM支持下WorldView-2影像的单片定位

WorldView-2卫星是高分辨率遥感影像发展的一个重要里程碑。探索了DEM支持下,分别基于严格物理模型和有理函数模型的WorldView-2影像单片定位原理和过程,并以某地区WorldView-2影像及其对应的1∶10 000 DEM作为试验数据,对比研究了在不同控制条件下,基于严格物理模型的单片定位、基于有理函数模型的单片定位以及基于有理函数模型的立体定位的定位结果。     

基于地理信息系统的数字环境模型研究

本文提出了以遥感与地理信息系统为技术手段,用有序数值阵列的方法建立数字环境模型的新思路,具体阐述了建立数字环境模型的意义、方法和应用范围。并在建立数字环境模型的基础上,对西藏“一江两河”地区的环境综合状况进行了定量评价。     

激光跟踪仪坐标测量精度分析

激光跟踪仪是目前精度最高的移动式坐标测量系统,其实际测量精度是否符合标称精度,直接决定了测量精度能否满足需求精度,因此对仪器坐标测量精度的分析显得十分重要。坐标转换模型是反应多站测量坐标精度的理论基础,不同模型在反应仪器精度的准确性、精确性、稳定性和计算速度等方面有较大差别。本文对常用的坐标转换模型进行了对比分析,得出结论是四元数模型具有算法严谨、抗奇异性、表达简洁、运算快速和易于实现等优点,适用于计算坐标转换精度。本文以Leica AT901_b激光跟踪仪为例,进行坐标测量精度分析。多次设站获取同一组目标点数据,每测站与目标点保持良好网形结构,数据处理时首先排除粗差并检验可靠性,然后采用四元数模型计算坐标转换参数,并通过最小二乘平差算法解算参数精度及坐标测量精度。另外,为了反应激光跟踪仪的坐标测量精度与目标点距离的关系,本文以Leica AT901_b为例进行实验,在测程内由远及近多次设站获取数据,计算坐标测量内符合精度并给出了目标点距离与坐标精度的关系曲线。     

基于模糊小脑模型神经网络的遥感图像分类算法

针对遥感图像分类的特点，提出一种基于模糊小脑模型神经网络的遥感图像分类算法，首先阐述小脑模型神经网络的工作原理，然后将模糊理论引入小脑模型神经网络，提出一种能反映人脑认知的模糊性和连续性的模糊小脑模型神经网络，并将其应用于遥感图像分类，实验结果表明，这种基于模糊小脑模型神经网络的分类器经过训练后，可应用于遥感图像的分类，其分类精度明显高于传统的最大似然分类法。