基于多角度热红外遥感的混合像元组分温度演化反演方法

研究了多年来热红外多通道遥感反演陆面温度的成果后指出, 由于通道间信息高度相关, 以及不能直接反演混合像元组分温度, 所以它的反演精度及应用价值都受到极大的限制. 在建立非同温混合像元热辐射方向性模型基础上, 指出热红外多角度遥感提供了直接反演组分温度的可能性, 但这是一个多参数的同步反演问题. 通过数值模拟和实验验证表明, 演化算法是一个行之有效的多参数同步反演方法. 热红外多角度遥感与演化反演算法结合有望实现组分温度反演精度达到1 K以内的目的.     

先验知识在遥感反演中的作用

论述遥感反演中的基本理论问题 .总结遥感反演面临的主要困难 ,指出反演中引入先验知识的重要性 ,阐述将先验知识用于遥感反演的基本原理 ,并给出了对先验知识的数学描述 ,提出一种在有限遥感信息量条件下基于知识积累的遥感反演的新思路     

多角度卫星遥感多阶段目标决策反演研究

利用小波变换, 对多角度卫星遥感图像进行多尺度分解, 在每一尺度上进行多阶段目标决策, 粗尺度的反演结果作为细尺度反演的先验信息, 反演逐步细化, 直到最初的观测尺度. 为实现多阶段目标决策反演策略应用于区域范围的卫星遥感反演实践提出了一种解决的方法. 利用MISR数据, 反演内蒙半干旱草场的植被结构参数, 初步验证表明该方法有效.     

集合卡曼滤波在遥感反演地表参数中的应用

遥感反演中使用先验知识, 特别是在观测信息不足情况下, 对于保证反演计算的稳定性和降低反演结果的不确定性具有重要意义. 常用的最优算法, 不能较好提供先验知识的后验分布, 也就不能直接得到反演结果不确定性, 这对于遥感应用是不利的. 引入集合卡曼滤波(EnKF)的方法来实现地表参数的遥感反演, 它能在有效获得反演结果的同时给出先验知识的后验分布. 为了显示其反演优势, 将MODIS标准AMBRALS算法、SCE-UA高效全局最优算法和集合卡曼滤波算法进行了比较. 着重讨论了在观测不足时, 引入先验知识并以反演结果的不确定性为比较指标的情况下, 不同核组合的核驱动模型在不同地表类型上对反照率的反演能力.     

集合卡曼滤波在遥感反演地表参数中的应用--以核驱动模型反演BRDF为例

遥感反演中使用先验知识, 特别是在观测信息不足情况下, 对于保证反演计算的稳定性和降低反演结果的不确定性具有重要意义. 常用的最优算法, 不能较好提供先验知识的后验分布, 也就不能直接得到反演结果不确定性, 这对于遥感应用是不利的. 引入集合卡曼滤波(EnKF)的方法来实现地表参数的遥感反演, 它能在有效获得反演结果的同时给出先验知识的后验分布. 为了显示其反演优势, 将MODIS标准AMBRALS算法、SCE-UA高效全局最优算法和集合卡曼滤波算法进行了比较. 着重讨论了在观测不足时, 引入先验知识并以反演结果的不确定性为比较指标的情况下, 不同核组合的核驱动模型在不同地表类型上对反照率的反演能力.     

机载多角度遥感图像的几何校正方法研究

提出了适用于机载多角度遥感图像的自动配准算法和几何校正框架.通过使用小波变换、多元变量的相关系数、B-样条函数、金字塔式的逐级细化等工具,自动配准算法可以在图像间有光谱差别和复杂的几何形变的条件下稳定运行,配准结果排除了少数异常控制点的影响而保证了总体精度.该算法用于我国自行研制的AMTIS系统的数据的几何校正, 取得了好的结果.从经过几何校正的AMTIS数据中可以提取地表方向性辐射信息,用于各种地表模型的验证和应用研究.     

沙漠地区光学散射非对称因子反演研究

沙漠具有较高的地表反照率和较广的面积分布, 是地球系统的重要组成部分之一, 了解沙漠地区地表散射的各向异性对于全球地表辐射和能量平衡研究非常重要. 多角度卫星遥感技术的发展为在区域尺度上反演沙漠地表散射各向异性提供了机会. 本文首先利用Hapke模型和模拟数据研究了多时相和单时相星载多角度传感器MISR数据反演非对称因子的精度, 在此基础上, 利用单时相MISR数据反演了我国西北沙漠地区典型地表的非对称因子, 并与实验室测试数据的反演结果进行了对比. 结果表明, 可以用单时相的MISR数据反演沙漠非对称因子. 对室内测试数据反演的非对称因子是正值, 为前向散射. 从遥感数据反演的非对称因子是负值, 为后向散射, 其大小与地表状况有关. 地表相对平坦的塔里木盆地东部楼兰地区具有较大的负非对称因子, 后向散射强; 而地表较为粗糙的库姆塔格沙漠沙丘的非对称因子为弱的负值, 不具有优先方位的散射. 就遥感数据来说, 地表越粗糙不一定后向散射越强, 今后在应用经验方法表征地表粗糙度时应慎重.     

基于泥沙因子的水深遥感反演模型

针对悬浮泥沙影响水体遥感测深精度的问题,选择长江口南港至南槽为研究区,通过对遥感测深方法研究,结合悬浮泥沙光谱特性分析,把"泥沙因子"引入到水体遥感测深反演模型中,研究表明:1)单因子非线性模型中,指数模型对0-2m的水深反演效果较好,对数模型对2-7m的水深反演较好,二次回归模型对7-14m的水深反演效果较好:2)建立的BP人工神经网络水深反演模型综合了多个波段具有的水深信息,模型的反演效果好于单因子非线性模型;3)实验构建的泥沙遥感参数综合了不同波段具有的悬沙信息,削弱了叶绿素和外界环境条件对泥沙信息的干扰,可较好地反映悬沙浓度变化特征;4)建立的BP人工神经网络泥沙因子水深反演模型削弱了悬浮泥沙对遥感测深的影响,模型实际反演能力明显优于单因子非线性模型和多因子BP人工神经网络水深反演模型.     

遥感反演连续植被叶面积指数的空间尺度效应

叶面积指数（LAI）是描述植被冠层几何结构的最基本的参数,是气候模型、地-气相互作用等过程的重要输入参数．近年来遥感反演LAI的尺度效应问题得到广泛关注．在作物冠层反射率模型基础上,讨论了LAI尺度效应的产生机制,并获得不同尺度之间LAI的转换公式,数值模拟试验和实际遥感图像试验都证明了该尺度转换公式的可靠性．     

基于Zoeppritz偏导方程精确解的地层密度多角度反演

基于Zoeppritz方程对介质密度偏导数所建立的偏导方程的精确解,构造了多角度反演地层介质密度的反演方程,在偏导数求解过程中考虑了介质密度对波速度的影响因素,并由此实现了利用反射系数梯度精确解计算地层密度的多角度联合反演.通过数值算例考察了计算方法,结果显示:反演方法对层状地层模型不论反射波是否存在相干现象均获得了较好的反演结果,反演迭代10次后计算结果的最大相对误差能够收敛到1%之内;随着反演角度的增加地层介质密度反演的精度逐步提高,反演具有自动校正能力,有快的计算速度.本方法克服了传统AVO(Amplitude Versus Offset)基于Zoeppritz方程近似所遇到的困难,不受反演角度大小及反射界面对波反射强弱的限制,为地层介质密度的多角度包括大角度反演提供了一种新的快速有效的计算方法.     

太湖水体叶绿素浓度反演模型适宜性分析

为确定适合太湖水体叶绿素的反演算法,为同类卫星数据的建模和应用提供参考,本文根据太湖2007年11月、2009年4月和2011年8月实测水质参数以及同步光谱数据,结合水色遥感传感器MODIS、MERIS、GOCI及我国自主发射的HJ-1号卫星CCD传感器波段参数,基于差值模型、比值模型、三波段模型及APPEL模型,分别建立太湖水体叶绿素浓度反演模型,并分析模型的适宜性.结果显示,基于不同传感器数据APPEL模型的决定系数为0.7308~0.8107,模型相对误差为15%~24%,均方根误差为21%~32%;三波段模型基于不同传感器数据拟合的决定系数为0.6014~0.7610,相对误差为28%~36%,相对均方根误差为39%~46%;差值模型决定系数为0.4954~0.7244,相对误差为39%~53%,相对均方根误差为51%~72%;比值模型决定系数为0.4918~0.7098,相对误差为41%~55%,相对均方根误差为56%~75%.相比较而言,APPEL模型的稳定性较强,适合于不同传感器数据的太湖水体叶绿素浓度的反演.此外,相应不同传感器波段位置、波段宽度对模型反演的精度和稳定性的影响也不同,当波段位置接近叶绿素特征波长时,较窄的波宽有利于模型精度的提高,波段位置和叶绿素浓度特征波长相差较大时,合理增加波谱范围有利于叶绿素特征信息的获取.     

由遥感资料反演介质应力状态的原理与数学方法

实验证明，当物质（体）受到应力作用时，应力能够引起物质（体）电磁辐射能量发生改变．遥感器接收到的电磁辐射能量是由受载物体自身温度和应力共同引起的总辐射能量（观测值）组成．如何将二者定量地分离开，进而反演介质所处的温度状态和应力状态，在地震预测预报、大型岩土工程稳定性监测中, 是一个具有实际意义的问题．本文详细论述了如何采用多波段遥感观测，通过数学手段将二者分离并反演应力的方法, 并列举算例加以证实．      

基于无人机和卫星遥感影像的升金湖草滩植被地上生物量反演

湿地植被地上生物量是衡量湿地生态系统健康状况的重要指标,对于珍稀水禽越冬繁殖、全球碳循环、生态净化具有重要意义,是生态学与遥感解译的研究热点之一.针对于地上生物量的测算,卫星遥感数据覆盖范围广但其空间分辨率较低,无人机遥感数据空间分辨率高但采集范围小,同时受湿地面积、观测系统及外界环境等条件的影响,使得遥感影像地上生物量反演更加复杂和困难.本研究基于无人机和高分一号数据对升金湖草滩植被地上生物量反演进行研究,结合升金湖保护区4个样区无人机可见光影像与相应样区实测样本数据,建立地上生物量与可见光波段、多种可见光植被指数的线性、幂函数、多项式、对数回归模型,并通过可决系数（R²）、平均绝对误差（MAE）和均方根误差（RMSE）对模型进行精度评价,选择最优模型对无人机影像进行地上生物量反演;通过可见光波段反演得到的生物量,与高分一号WFV归一化差分植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）影像相结合进行回归建模,获取整个升金湖草滩植被地上生物量分布.结果表明,利用无人机红光波段建立的多项式方程对地上生物量反演有着最高模拟精度,R²=0.86、预测精度MAE=111.33 g/m²、RMSE=145.42 g/m²,且红光波段生物量反演方法得到的结果与实际生物量分布一致性较高,高分一号WFV NDVI与无人机反演生物量构建的多项式模型为最优模型,R²为0.91.本研究利用无人机和高分一号数据进行生物量反演研究,整合多源遥感数据优点,以获取更加丰富和准确的信息,进而提高地上生物量反演精度,为湿地监测和湿地恢复管理提供数据和技术支撑,具有重要研究意义和应用价值.     

应用静止卫星热红外遥感亮温资料反演地表温度的方法研究

双通道多时相反演方法在提取地表温度场时可把地表温度与地表发射率分离计算,是利用静止卫星热红外遥感资料研究地表温度场变化的一种有效方法。该方法计算简单,易于实现海量资料处理,基本满足红外遥感资料在地震预报中的应用要求。     

基于热红外遥感影像的河流水温反演方法比较——以长江上游流域为例

水温是影响河流生态环境的重要因素.传统水温观测手段受限于测站的地理位置,数据分布稀疏.近20年来随着热红外卫星传感器在空间分辨率上的革新,热红外遥感影像逐步被应用于反演河流水温,但目前相关研究聚焦于利用单颗卫星数据并使用单一水温反演方法而忽略与其他卫星以及处理方法做对比.本文以长江上游流域为例,分别评估了水文反演流程中...     

基于双温度差分双源模型的遥感方法反演四川汶川地区的潜热通量

研究表明,在很多地震前都出现了潜热通量异常。文中基于Modis遥感数据,结合研究区(四川省汶川地区)的高光谱数据及地面观测的气象数据,利用一种简化的双层模型(双温度差分双源模型)反演显热通量,并通过地表能量平衡方程计算研究区的潜热通量。还探讨了该模型的特点,并对龙门山断裂带通过地区进行了潜热通量的遥感反演,发现在2008年5月12日汶川MS8.0地震前48h内,研究区内的震中地区、龙门山断裂周边地区潜热通量值出现了明显的高值,5月12日中午12时7分沿龙门山断裂带潜热通量值达到300～400W/m2,可能是汶川8.0级地震前的异常反应     

海冰反照率参数化和遥感反演方法及其产品的研究评述

反照率是控制地表能量收支的关键地球物理参数之一,海冰作为南北极地区重要的组成部分,海冰反照率的时空变化会对极地地区和全球范围的气候变化、物质平衡以及能量平衡等产生重要的影响.本文系统的总结了海冰反照率的影响因素、海冰反照率的参数化方法和遥感反演方法及产品的研究进展,阐明了各方法的基本原理、特点以及存在的问题等.海冰反照率的影响因素众多,主要受地表冰雪反射特性、太阳天顶角以及大气属性的影响;参数化方法提供了一种模拟海冰反照率的途径,主要通过取经验定值或建立温度、冰雪厚度以及光谱反照率等参数与海冰反照率的经验关系来进行,但是这种基于特定位置、特定时间以及特定的大气状态下的观测数据运用统计或经验方法建立的参数化方法,适用范围通常有限.遥感反演方法是高时空分辨率获取大范围及长时序海冰反照率的有力手段,主要分为传统的反演方法、直接反演方法以及基于非光学传感器的反演方法;但是遥感反演很容易受到云层的影响,仅能反演晴空下的海冰反照率,而且现有的方法基本都是针对单一传感器设计的,还没有能够联合多源传感器数据反演海冰反照率的方法.基于此,本文展望了未来海冰反照率的研究重点,即开展能够适用于云天空下的、高...     

地球表层特征参量反演与模拟的机理-学习耦合范式

构建物理驱动的机理模型一直是估算地球表层特征参量的核心科学范式,发展数据驱动的机器学习模型是地学研究范式转换的重要途径,而耦合机理模型与学习模型则可以实现“理性主义”与“经验主义”的结合,是当前最受关注的研究热点之一.文章针对参量估算的遥感反演与动力学模拟方法,深入分析了机理模型与学习模型的内在瓶颈及其互补性,搭建了以机理级联学习、学习嵌入机理、机理融进学习为核心的耦合范式框架,归纳了预处理与初始化、中间变量传递、后置精化处理、模型替代、模型调整、模型求解、输入变量约束、目标函数约束、模型结构约束、混合应用等十种具体耦合方式,剖析了当前的主要问题与未来的挑战方向.研究为深入理解、应用机理-学习耦合模型提供了新视角,为提升地球表层特征参量反演与模拟能力、服务地球系统科学发展提供理论与技术支撑.     

基于遥感的鄱阳湖湖区蒸散特征及环境要素影响

蒸散是湖泊湿地生态系统水循环的重要组成部分,研究湖区地表蒸散量的时空变化对了解鄱阳湖湖区水量平衡关系具有重要意义.本研究基于MODIS数据,应用地面温度-植被指数三角关系法反演2000-2009年鄱阳湖湖区的实际蒸散量,分析湖区蒸散的时空分布特征及主要气象因子对流域蒸散的影响.结果表明:2000-2009年鄱阳湖湖区年蒸散量在685~921 mm之间,平均年蒸散量为797 mm,最大蒸散量出现在2004年.2000-2009年多年平均水体蒸发量为1107 mm,高于湖区植被蒸散量(774 mm).湖区汇水区域中蒸散量占降水的平均比例为55%,是水量平衡的主要支出项,径流系数约为0.45.湖区蒸散主要受辐射和气温的影响,月蒸散量与气温呈显著的指数相关,2007年蒸散量对温度的关系最为敏感.降水量距平与蒸散量距平的关系除2007年呈显著负相关外,其他年份相关性不显著.鄱阳湖湿地蒸散与湖泊水域面积总体呈正相关,但在水文干旱严重的2006年,当水域面积<30%时,蒸散速率随水域面积增加而减小.     

碳酸盐岩储层多角度弹性阻抗流体识别方法

碳酸盐岩储层的AVO响应要比碎屑岩储层响应微弱,因此,弹性阻抗（EI）即使在确定了最佳入射角的情况下,要判断碳酸盐岩储层中的流体性质,依然十分困难.本文提出了一种多角度扩展弹性阻抗（MEEI）反演进行碳酸盐岩储层流体识别方法.利用已有钻井的测井数据,通过计算目的层段的MEEI,建立相应的含流体模式,进而建立了碳酸盐岩储层流体检测中的有效气水判据.通过不同入射角下EEI随入射角变化的不同趋势,可以有效识别储层中含气或含水情况,判别储层好坏.本文方法的有效性在四川盆地某地区实际资料应用中取得了良好的流体检测效果.