近海岸悬浮泥沙遥感反演模型的分析探讨

简要介绍了国内外近海岸悬浮泥沙定量化遥感反演的研究进展及悬浮泥沙遥感反演模型的建立方法,通过对国内外近年研究的部分悬浮泥沙遥感反演模型进行简单分类、对比分析得出其优缺点,并针对部分悬浮泥沙遥感反演模型的不足和目前遥感技术在悬浮泥沙定量反演中的应用提出了一些肤浅见解。     

基于MODIS 数据的悬浮泥沙定量遥感方法

以黄海及东海海域为对象,研究用MOD IS数据提取我国海域悬浮泥沙时空分布的定量遥感方法,建立了基于MOD IS数据的悬浮泥沙定量遥感实用模式。研究表明,用250 m和1 000 m分辨率的MOD IS数据进行悬浮泥沙浓度的定量遥感,可以达到实际应用的精度要求。这说明,MOD IS数据是研究近岸水体中悬浮物输运变化规律的一种经济实用数据源。     

基于遥感的鄱阳湖丰水期悬浮泥沙数值模拟预测

悬浮泥沙是湖泊水体的重要水质要素之一,是湖泊水生态系统重要影响因子。利用遥感提取的鄱阳湖底质类型数据,对各类型底质区域上泥沙模型参数进行敏感性分析,基于2011年实测的不同底质区上泥沙浓度数据率定得到空间上不一致的泥沙模型参数,从而建立鄱阳湖丰水期二维悬浮泥沙输运模型。利用该模型模拟预测2013年丰水期悬浮泥沙输移过程,实测泥沙数据验证表明,模拟悬浮泥沙均方根误差为19.8 mg/L,相关系数R2为0.78,该模型能够较好地进行悬浮泥沙模拟预测。对比模型模拟和遥感反演的悬浮泥沙空间分布,两者具有较好的空间一致性,进一步表明该模型能够可靠地模拟预测鄱阳湖悬浮泥沙的时空动态变化。本研究充分利用遥感数据辅助建立鄱阳湖泥沙输移模型,为湖泊水环境动态变化监测提供有力的技术方法支撑,为进一步进行鄱阳湖水环境动态变化的数值模拟预测研究提供基础。     

曹妃甸近海表层悬浮泥沙遥感定量监测研究

在曹妃甸近海水体实测光谱数据分析的基础上,与同步采集的水体悬浮泥沙浓度进行相关分析,选用合适的TM数据的遥感变量参数,根据2008年实测的四个剖面29个站点的海洋水色数据建立了水体悬浮泥沙浓度与TM数据对应的遥感定量反演模型,并用18个独立样本点进行了精度评价.研究结果表明:曹妃甸近海水体光谱曲线基本呈现单峰现象,敏感...     

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%.     

随机森林回归模型的悬浮泥沙浓度遥感估算

三峡工程蓄水以来,清水下泄,坝下游河段发生了长时间、长距离的沿程冲刷,河流悬浮泥沙浓度发生改变,给沿岸生态系统带来了不利影响。随机森林算法灵活、稳健,已被广泛应用于各类生态环境变量的回归预测分析,但其在水体悬浮泥沙浓度估算方面的能力尚未得到充分认识。基于泥沙站点监测数据和MODIS卫星遥感反射率数据,通过构建随机森林非参数回归预测模型,对三峡工程坝下游宜昌至城陵矶河段在建坝前后14年间(2002年—2015年)各月的悬浮泥沙浓度进行遥感估算。研究表明:(1)基于随机森林的悬浮泥沙浓度估算模型表现较好,模型预测值与实测值间相关性好、预测精度高,优于其他模型(线性回归、支持向量机、人工神经网络模型)。(2)在参与模型构建的MODIS波段变量中,红波段被认为是最重要的预测变量,但不能单独使用它进行预测,悬浮泥沙遥感预测需要多变量共同参与。(3)将悬浮泥沙数据按季节分类所构建的随机森林模型,其平均误差为0.46 mg/L,平均相对均方根误差为12.33%,估算效果最优,能够满足较高精度下悬浮泥沙浓度估算的需求。综上,可以考虑以季节为划分依据,用随机森林回归模型估算悬浮泥沙浓度,并用于后期坝下游河道悬浮泥沙浓度时空反演。     

神舟三号CMODIS数据获取长江口悬浮泥沙含量的时空分布

悬浮泥沙含量的时空分布是分析河口海岸冲淤变化、估算河流入海物质通量、研究海洋沉积速率和海洋环境的重要参数.成像光谱仪技术包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息.用中国神舟三号上34个波段的中等分辨率成像光谱仪（CMODIS）数据,采用经验线性法对其辐射亮度值进行了反射率转换,结合长江口现场调查资料,对长江口悬浮泥沙含量时空分布进行了遥感定量反演,取得了很好的效果.     

舟山群岛海岸线遥感信息提取及时空演变分析

作为我国第一个由岛屿组成的地级市,舟山市具备丰富的海洋资源,准确监测海岸线动态信息对其意义重大.而悬浮泥沙含量较大、岸线曲折、滩涂众多等给舟山群岛海岸线提取和时空演变分析带来了挑战.针对此问题,基于缨帽变换在表征地物含水量方面的优势,利用长时间序列卫星遥感数据开展海岸线时空演变分析.结果表明,该方法能够有效去除悬浮泥沙...     

杭州湾悬浮泥沙多时相遥感分析

本文根据1984年的NOAA卫星多时相遥感资料,对杭州湾及其周围海区的表层悬浮泥沙浓度分布特征、扩散范围及季节性变化等作了分析与研究。并对悬浮泥沙影响建港工程及海区自然环境净化等问题进行了讨论。     

多光谱遥感影像大气校正与悬沙浓度反演——以曹妃甸近岸海域为例

遥感影像的大气校正是遥感定量化研究的难点之一。以曹妃甸近岸海域为研究区,以水体悬浮泥沙浓度(suspended sediment concentration,SSC)定量反演为目标,采用6S(second simulation of the satellite signal in the solar spectrum)模型和FLAASH模型对研究区MODIS影像的大气校正方法进行对比实验,对2个模型校正前后的影像质量以及对目标地物信息的校正效果进行了评价。研究结果表明:2种模型均能在一定程度上削弱大气对水体信息的影响;相比之下,6S模型校正后影像质量优于FLAASH模型,能更真实地反映目标地物,可更好地实现对近岸海域遥感影像的高精度大气校正;将6S模型大气校正后的MODIS影像应用于悬浮泥沙浓度的遥感反演,反演结果的平均相对误差为24.79%,均方根误差为4.32 mg/L。研究结果可为近岸海域Ⅱ类水体大气校正方法的选择提供依据,为深化泥沙运移规律研究及水质、水环境评价提供技术支持。     

A high throughput geocomputing system for remote sensing quantitative retrieval and a case study

The quality and accuracy of remote sensing instruments have been improved significantly, however, rapid processing of large-scale remote sensing data becomes the bottleneck for remote sensing quantitative retrieval applications. The remote sensing quantitative retrieval is a data-intensive computation application, which is one of the research issues of high throughput computation. The remote sensing quantitative retrieval Grid workflow is a high-level core component of remote sensing Grid, which is used to support the modeling, reconstruction and implementation of large-scale complex applications of remote sensing science. In this paper, we intend to study middleware components of the remote sensing Grid – the dynamic Grid workflow based on the remote sensing quantitative retrieval application on Grid platform. We designed a novel architecture for the remote sensing Grid workflow. According to this architecture, we constructed the Remote Sensing Information Service Grid Node (RSSN) with Condor. We developed a graphic user interface (GUI) tools to compose remote sensing processing Grid workflows, and took the aerosol optical depth (AOD) retrieval as an example. The case study showed that significant improvement in the system performance could be achieved with this implementation. The results also give a perspective on the potential of applying Grid workflow practices to remote sensing quantitative retrieval problems using commodity class PCs.     

支持多源遥感数据格式的抽象库DFAL

针对当前遥感数据缺乏统一文件格式标准,多源遥感产品的生产使用涉及多种文件格式的现状,在研究多种遥感数据格式及对应库GDAL、HDF4、HDF5的基础上,参考国家气象局的NOAA AVHRR 1B格式标准,利用工厂模式,设计和实现了一个具有统一操作接口的多源遥感数据格式抽象库DFAL,在更高的抽象层次解决了GDAL和HDF4、HDF5库不能一致使用的问题。使用DFAL库进行不同文件格式的读写,专家无需了解这些文件格式的差别,以便从繁杂的遥感数据格式中解放出来,将更多精力投入到遥感科学研究的层面上。在DFAL库的基础上实现了两类常用遥感数据格式Geo TIFF和HDF5之间的转换工具,方便工程应用。DFAL库及转换工具在国家高技术研究发展计划《星机地综合定量遥感系统与应用示范》的多尺度按需定量遥感产品生产系统中进行了应用测试,取得了很好的实际效果,证明了DFAL库稳定性和可用性,并大大减少了多源数据协同使用时多种文件格式读写的工作量。     

陆表定量遥感反演方法的发展新动态

随着获取的遥感数据越来越多,定量遥感正处于一个飞速发展的时期。本文从反演方法和遥感数据产品生成两个主要方面对近期陆表定量遥感的发展进行评述。由于大气—陆表系统的环境变量数远远超过遥感观测数,定量遥感反演的本质是个病态反演问题。在评述机器学习方法(包括人工神经网络、支持向量回归、多元自适应回归样条函数等)的应用基础上,重点关注克服病态反演的7种正则化方法:多源数据、先验知识、最优化反演的求解约束、时空约束、多反演算法集成、数据同化和尺度转换。定量遥感发展的另外一个显著特征是由数据提供者(比如数据中心)将观测的遥感数据转换成不同的地球生物物理化学参数产品,即遥感高级产品,并服务于数据使用者。概括介绍了北京师范大学牵头研发的GLASS(Global LAnd Surface Satellite)产品的新进展与全球气候数据集的研发情况。     

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。     

遥感理论模式研究的几个问题

本文简要地评论近年来微波遥感理论模式研究的进展,主要包括遥感对象理论模拟的随机离散散射粒子介质,连续随机介质,和随机粗糙表面的电磁散射和热辐射的理论,定量的数值求解方法,以及它们在地表植被、土壤、冰雪、大气云雨、海冰、风驱海面等主动和被动遥感中的应用。随着今后遥感技术的发展,要更为精细地模拟自然界中遥感对象及其环境,给出定量的数学物理学方法,进行定量的数据分析和遥感参数反演,还有大量的工作有待于研究。本文讨论了当今遥感理论模式研究中还存在的问题,提出了今后要予以研究的若干个方向性工作。     

农业遥感研究应用进展与展望

得益于中国自主遥感卫星、无人机遥感和物联网等技术的发展,中国农业遥感研究与应用在过去20年取得了显著进步,中国农业遥感信息获取呈现出天地网一体化的趋势;农业定量遥感在关键参数遥感反演技术方法与应用方面取得进展;作物面积、长势、产量、灾害遥感监测的理论与技术方法取得突破,农业遥感技术应用领域不断拓展。本文从农业遥感信息获取、农业定量遥感、农业灾害遥感、作物遥感识别与制图、作物长势遥感监测与产量预测、农业土地资源遥感等方面对中国农业遥感科研与应用进行了总结综述。     

遥感与中国可持续发展:机遇和挑战

中国要实现可持续发展,必须积极应对资源短缺、环境恶化、海洋开发和气候变化等一系列重大资源环境问题;随着全球经济发展一体化进程加快,中国必须以全球视角研究和解决面临的资源环境问题。遥感在地球科学、环境科学、资源科学与全球变化研究中具有宏观动态的优点,是不可替代的全球观测手段,是实施可持续发展战略的基础性技术支撑。本文回顾了遥感科学技术进步的历程,总结了国际上围绕可持续发展所开展的全球遥感科学计划,分析了中国遥感现状和服务于可持续发展的前景,并结合国际上地球综合观测系统的发展态势,提出了中国遥感科学技术发展面临的挑战和机遇,进一步阐述了遥感发展面临的建立地球综合观测系统之系统、高精度遥感模型与参数反演、遥感产品真实性检验与遥感性能判据及测试系统、遥感数据与地球系统模式同化、遥感大数据与主动服务等前沿科学与技术问题。最后指出遥感要更好地服务于社会可持续发展,服务于国家的全球战略,服务于国民经济建设;必须创新遥感应用服务模式,加快遥感产业化和商业化进程;建议推进卫星观测系统的商业化,加快无人机遥感发展,促进遥感应用市场化。     

光学遥感大气校正研究进展

大气校正是光学遥感信息定量化研究中必不可少的一步,将各种大气校正方法归纳为基于图像特征的相对校正法、基于地面线性回归模型法、基于大气辐射传输模型法和复合模型法4类,详细分析了每一类方法的优缺点、适用范围或影响因素,并对大气校正的未来发展做了几点思考.     

大气PM2.5遥感制图研究进展

遥感技术具有时空大范围、低成本的独特优势,已经成为定量监测大气PM_(2.5)污染时空分布的重要手段。本文综述了大气PM_(2.5)遥感制图的进展:首先,对大气PM_(2.5)遥感反演方法进行了归纳,以及总结了现有大气PM_(2.5)遥感反演验证方法的适用条件与局限性;其次,对卫星反演大气PM_(2.5)合成产品偏差校正和大气PM_(2.5)无缝制图进行了梳理;最后总结了大气PM_(2.5)遥感制图的前沿研究方向。     

基于像元二分模型的地表植被覆盖度估算模块化设计与实现

地表植被覆盖度是的一种应用广泛的定量遥感产品,在水文、生态、区域变化等方面都具有重要的意义。像元二分模型是应用最多的一种遥感估算地表覆盖度的方法。目前,用遥感的方法进行地表植被覆盖度估算没有完整、系统的工具,用户只能逐步进行操作,效率低下,鉴于上述情况,本文运用IDL交互式数据语言,基于ENVI二次开发了一个植被覆盖度估算程序,取得了一定的成效,对遥感定量产品的生产、应用具有一定意义。