基于高光谱遥感的渤海海冰厚度半经验模型

Sea ice thickness is one of the most important input parameters for the prevention and mitigation of sea ice disasters and the prediction of local sea environments and climates. Estimating the sea ice thickness is currently the most important issue in the study of sea ice remote sensing. With the Bohai Sea as the study area, a semiempirical model of the sea ice thickness(SEMSIT) that can be used to estimate the thickness of first-year ice based on existing water depth estimation models and hyperspectral remote sensing data according to an optical radiative transfer process in sea ice is proposed. In the model, the absorption and scattering properties of sea ice in different bands(spectral dimension information) are utilized. An integrated attenuation coefficient at the pixel level is estimated using the height of the reflectance peak at 1 088 nm. In addition, the surface reflectance of sea ice at the pixel level is estimated using the 1 550–1 750 nm band reflectance. The model is used to estimate the sea ice thickness with Hyperion images. The first validation results suggest that the proposed model and parameterization scheme can effectively reduce the estimation error associated with the sea ice thickness that is caused by temporal and spatial heterogeneities in the integrated attenuation coefficient and sea ice surface. A practical semi-empirical model and parameterization scheme that may be feasible for the sea ice thickness estimation using hyperspectral remote sensing data are potentially provided.     

水深航空多光谱遥感的初步研究

为了探讨在我国目前条件下利用航空多光谱摄影手段遥感水深的可能和方法,在1978年10月至1979年10月的约一年时间里,国家海洋局第二海洋研究所遥感技术研究室先后在我国云南保山地区、吉林长春地区以及东海三大王海湾进行了三次水深航空多光谱摄影的遥感试验研究.本论文试图根据这三次试验的实践,阐述利用航空多光谱摄影遥感水深的原理和方法,估价在我国目前条件下所能达到的限度,讨论今后的研究方向和改进办法.     

无人机多光谱遥感的水质参数反演研究

无人机多光谱遥感技术具有快速、大范围、动态监测等优势,为水环境监测和管理提供了新的研究手段。利用无人机多光谱遥感平台,进行水质参数定量反演研究。围绕红边和近红外光谱波段提出和构建了7种水体指数,结合采样点实测浊度、透明度数据,建立水质参数反演模型,并进行模型精度分析,得出试验区域水体浊度和透明度空间分布图。试验证明：水体指数RENDWI的反射值与浊度参数相关性较高(r=0.821),采用RENDWI构建指数函数模型对于浊度的反演效果较好(R²=0.711,RMSE=2.013度);水体指数RDWI反射值与透明度相关性较高(r=0.844),采用RDWI构建二次多项式模型对于透明度的反演效果较好(R²=0.748,RMSE=7.163 cm)。本文提出的水体指数与水质参数反演模型,可以定量获取河流水质分布情况,实现水质参数快速监测,为中小型地表水污染防治提供技术支撑。     

桑沟湾海冰厚度遥感反演研究

为解决现场调查数据覆盖不足的问题,利用卫星遥感数据(Landsat TM和ETM+)对桑沟湾海域的海冰厚度进行了反演。与Zubov模型计算结果相比,本反演结果与之接近(相关系数0.89)。由遥感影像提取结果看出,桑沟湾海冰厚度随时间和空间变化明显。在轻冰年份,桑沟湾基本无冰。在偏重冰年和重冰年份,桑沟湾出现大量浮冰,并且海冰在水动力和风应力的作用下,呈现由近岸到离岸冰厚不断减小的趋势。重冰年份桑沟湾南侧由于受潮汐和风力推动作用下发生挤压变形,近岸出现平均冰厚较大的海冰(20 cm),桑沟湾中部也出现平均厚度约5~10 cm的海冰。     

海冰厚度的微波辐射遥感模式研究

本文从电磁波在分层介质中的传播理论出发,导出了适合我国北部海区一年生海冰的微波辐射遥感三层介质模式.与实测数据对比表明,当微波波长为10cm时,相干模式在海冰厚度小于20 cm范围内、非相干模式在20～40 cm范围内分别给出较好的拟合结果.以这些理论模式为依据可建立海冰厚度的微波遥感反演软件.文中给出了利用这些理论模式和实测数据推算出的辽东湾不同类型海冰的相对复介电常数,其数值范围为(0.5～4.0)-j(0.07～0.19).     

多光谱遥感水深反演的数据匹配方法研究

在多光谱遥感水深反演中,数据匹配是建立统计相关模型的基础。采用两种多光谱遥感影像数据,研究了像元找水深点的顺序匹配法和水深点找像元的顺序匹配、二分匹配和像元坐标法等数据匹配方法,并开展相应的实验验证。结果表明,4种匹配方法一定程度上能满足当前多光谱遥感水深反演的数据匹配需要,其中,水深点找像元的像元坐标法耗时最短,匹配效率最高。     

MODIS渤海海冰遥感资料反演

鉴于渤海海冰监测和预报对海冰卫星遥感数字化产品的迫切需求,本文利用MODIS的1B级数据进行渤海海冰参数反演,提供海冰遥感图像和海冰密集度、冰厚数值产品,作为渤海海冰监测和海冰数值预报初始场的重要信息来源,以及海冰预报质量检验的参考依据之一。反演结果表明,其各通道对海冰性质有很好的反映,资料信号比较稳定,对不同密集度和厚度的冰有较好的区分,相对NOAA/AVHRR和HY-1A资料有更好的实际应用价值;Terra/MODIS和HY-1A/COCTS海冰遥感反演结果对比也为HY-1A系列卫星海冰遥感的改进和提高提供有益的启示。     

海冰密集度卫星遥感反演研究进展

海冰密集度是海冰的重要参数之一,在冰区导航、海上作业、海冰模式验证和气候模型改进等方面具有重要意义。卫星遥感具有覆盖范围广、重访周期短、成本相对低等优势,已成为获取海冰密集度的主要观测手段。本文从主被动微波遥感和光学遥感的角度,回顾了现阶段海冰密集度卫星遥感反演研究进展情况,包括海冰监测传感器、海冰密集度反演算法和海冰密集度产品等。结果表明,被动微波遥感是目前获取海冰密集度的主要方式,已发展出许多成熟的业务化算法;主动微波遥感数据已成为制作冰情图的主要数据源,海冰密集度反演算法由合成孔径雷达SAR（Synthetic Aperture Radar）图像分类向深度学习算法发展;光学遥感海冰密集度算法较为成熟,但受限于云层和夜晚限制,其反演结果多用于其他海冰密集度产品的验证。受传感器硬件限制,3种观测手段各有其长处与不足。为获得高精度、高时空分辨率的海冰密集度数据,开展多源数据融合研究是解决传感器性能瓶颈的有效手段。大数据时代,基于深度学习的海冰密集度卫星遥感反演技术快速发展,需要深度融入海冰密集度卫星遥感领域知识。海冰密集度卫星遥感反演应着力于海冰预报服务,致力于提高我国的海冰预报能力。     

卫星遥感海冰监测系统在渤海海冰监测中的应用

海冰是渤海冬季常见的一种海洋灾害,对渤海海冰的监测是海洋防灾减灾的重要一环.本文初步分析了卫星遥感监测渤海海冰的能力,介绍了一种结合多遥感卫星数据源的海冰监测系统的搭建方法,该系统实现了从数据输入、预处理直至海冰信息提取、成果输出全过程的处理功能.最后介绍了该系统建成后在2010-2011年冬季渤海海冰监测中的应用情况...     

基于遥感图像分析的极区海冰漂移研究

自然水体中石油污染含量的时空间分布是数字地球领域水体环境研究的一个重要参数,利用遥感技术提取水中石油含量也是数字地球研究领域的一个热点问题.基于2009-2013年进行的六次石油类污水野外配比实验数据,结合2013年6月-2014年4月晴天获取的中国辽宁盘锦辽河油田Landsat 8/OLI遥感数据,在对配比实验测定值、Landsat 8/OLI传感器模拟值和Landsat 8/OLI传感器过境值等三类遥感反射比数据进行归一化处理的基础上,通过对波段特征进行分析,发现含油水样与无油水样在绿色、红色和近红外波段的遥感反射比存在明显的差异,由此提出了水体石油污染归一化遥感反射比指数NDPRI (Normalized Difference Petroleum Remote Sensing Reflectance Index),该指数可用来判断水体是否存在油污染,进一步建立利用NDPRI来反演水中石油含量遥感模式.结果表明:(1)含油水样和无油水样在蓝色波段的归一化遥感反射比差别不大;(2)含油水样在绿色和红色波段的归一化遥感反射比明显低于无油水样;(3)无油水样在近红外波段的归一化遥感反射比呈现下降趋势,而含油水样的归一化遥感反射比随着石油类浓度含量的增加而明显抬升,呈现出较好的线性关系;(4)含油水样,其NDPRI小于0.45,此阈值作为是否有油污染的判断值.最后,利用2014年4-8月污水厂获取的现场实测数据对模式进行验证,相对误差为13.5％,表明所建立的模式具有良好的石油含量反演精度.     

基于遥感图像分析的极区海冰漂移研究

对极区的海冰运动进行观测具有重要的意义,卫星遥感技术是目前极区海冰监测的重要手段.星载多光谱仪器和合成孔径雷达(SAR)能够生产高分辨率、宽刈幅、连续的遥感图像,是开展海冰遥感监测的优选载荷.通过对极区遥感图像的分析,可以获取极区海冰漂移运动的资料信息.文中提供了可用于极区海冰漂移研究的遥感资料源,详细介绍了两种基于遥感图像的海冰运动分析方法:相关匹配法与光流算法,以及两种方法的对比;利用文中介绍的遥感资料和分析方法,在两极海区发现了明显的海冰中尺度运动特征.     

渤海海冰中太阳辐射的光谱特征观测研究

通过采用多光谱仪器,对渤海营口港一带的近岸固定冰进行了3个站位11个谱段的入射辐射、反射辐射和透射辐射随时间变化过程的观测和研究。结果表明,发生在海冰中的反射辐射和透射辐射与入射太阳辐射的谱分布有明显差别,而且有显著的日变化。文章确立了入射辐射、反射辐射和透射辐射随时间的变化与太阳高度角的正弦成精确的线性关系,海冰的积分反照率与太阳高度角的正弦满足二次函数关系,可将不同时刻的观测值归算到正午时刻的辐射值,使不同时刻的观测结果具有可比性。计算结果表明,海冰只衰减特定强度的辐射,衰减量与入射辐射光谱分布以及辐射的强度无关,导致绿光的透射辐射最强。该文是对渤海海冰透射辐射的初步尝试,所获得的结果对未来大范围海冰光学观测打下了基础。     

卫星遥感海冰监测技术研究课题通过验收

国家海洋高新技术项目《卫星遥感海冰监测技术研究》课题于２０００年１２月８日通过验收。在多源海冰遥感信息获取、复合分析研究、海冰数值模式与遥感资料结合等方面均取得可喜成果，建立完善了实时接收ＮＯＡＡ／ＧＭＳ微机接收处理及海冰参数分析、雷达卫星／ＳｅａＷｉＦｓ数据显示处理分析、海冰数值预报软件包及海冰数据与图像库。该课题是在国家海洋环境预报中心刘建强研究员主持下完成的。卫星遥感海冰监测技术研究课题通过验收@刘纪元     

渤海海冰卫星遥感监测业务系统

本文介绍了我们在微机图象处理系统上开发的海冰卫星遥感监测业务系统以及海冰多数提取的方法。核系统的功能包括卫星数字信号的实时采集、预处理、图象处理、定量数值处理以及形成多种形式的海冰遥感产品。三年来系统运行正常,获得了系统的海冰遥感资料,在海冰业务预报和数值预报试验中发挥了作用。     

MODIS数据在海冰遥感中的应用

MODIS数据作为中国可见光遥感的重要数据源之一,目前已经在许多领域获得了重要应用.国家卫星海洋应用中心从2000年开始接收处理MODIS数据,并同时为海冰预报提供海冰遥感图像服务.本文利用MODIS卫星遥感的原始数据,通过对数据进行地理定位、辐射定标等处理,形成MODIS数据的一级产品,并利用海冰实验的实测数据和海冰光谱分析,对一级产品进行定量化处理,获得了海冰厚度、密集度和外缘线等海冰数值产品,逐步应用于海冰的预报服务.     

利用卫星遥感监测南极海冰的研究和进展

本文是根据南极“八五”国家攻关课题中的“南极海冰监测和预报”的考核目标，实现为南极考察船在 冰区中航行提供精确和清晰的冰图和预报。     

渤海平整海冰多角度反射光谱特征

近些年来,遥感技术在渤海海冰的监测中发挥了举足轻重的作用。海冰的反射特征是利用光学遥感监测海冰的基础。在晴空条件下,对盛冰期渤海辽东湾东部3种典型的平整海冰的半球-方向反射率因子(hemispherical directional reflectance factor,HDRF)进行了测量,并计算了相应的各向异性因子(anisotropy factor,ANIF),结果表明,只有在太阳光入射主平面内的前向反射方向附近,半球-方向反射率因子与各向异性因子才会迅速增加,而在其他方向上两者的变化不明显。平整海冰的厚度和内部结构等因素会影响HDRF和ANIF随波长变化的特征,在350~1 350 nm波段,厚度较小且表面光滑的平整海冰的HDRF值相对较小,而厚度较大的平整海冰的HDRF值相对较大。在350~950 nm波段,厚度较小且表面光滑的平整海冰ANIF相对较大,而厚度较大的平整海冰的ANIF值相对较小。以上结果充分说明海冰对太阳光入射辐射的反射是冰-气界面的反射与冰体内部的散射的综合结果。     

海冰卫星遥感资料的分析与应用技术研究

本文以卫星遥感资料为基础，与其它冰情实况历史资料进行比较，分析和研究，制定出各预报海区年度及月旬结冰范围等级标准，同时也得到我国结冰海区冰情变化的一些规律。     

SVM和ANN在多光谱遥感影像分类中的比较研究

首先利用支持向量机(SVM)和人工神经网络(ANN)对Landsat 8 OLI多光谱影像进行基于光谱信息的土地利用监督分类;然后,对多波段进行主成分变换,提取第一主成分的主要纹理信息,与光谱信息一起进行融合光谱和纹理信息的SVM和ANN影像监督分类。对比分析发现:对中原地区,SVM是Landsat 8多光谱遥感影像分类的较优方法,尤其适用于农业用地信息提取;光谱分类即可达到较高精度,纹理信息对提高分类精度的作用十分有限。