珠江口海水透明度与光谱相关关系研究

通过对2009年5月珠江口门内外水体光谱采样数据的分析处理,得到该海域水体离水光谱反射率及其负对数值;分别计算水体离水光谱反射率及其负对数与水体透明度的相关系数,发现后者与海水透明度的相关系数比前者要高出约11％.为便于应用卫星遥感数据开展南海海域水体透明度的反演,选用和Hyperion卫星数据相关波段中心波长相对应、...     

东平湖水体透明度的遥感反演研究

针对传统水体透明度测量方法不仅耗时费力,而且在时间和空间的监测中也会受到很大的限制,只能了解研究区域内点状剖面的透明度状况,但是遥感技术的发展为解决传统采样方法的局限性问题提供了可能。该文在分析内陆湖泊水体光学特征的基础上,利用三期Landsat8 OLI影像数据及准同期的地面实测数据,寻找与东平湖水体透明度敏感的波段,对东平湖丰、平、枯水期水体透明度的进行遥感反演研究。结果表明,OLI影像B3、B4波段的反射率与实测的透明度数据之间具有良好的相关关系,并以此为基础建立了该区域水体透明度遥感反演模型。结果表明:模拟值与实测值的总体相对误差为19.77%,均方根误差为19.35cm,模型精度在可以接受的范围之内;由于受围网养殖、叶绿素a含量等因素的影响,东平湖透明度总体呈现出南低北高的分布趋势。据此绘制了东平湖丰、平、枯水期水体透明度分布图。     

HJ-1B/IRS水温反演模型及监测示范

利用2008～2009年期间约10景HJ-1B/IRS热红外波段遥感数据和过境时刻相应的气象观测数据,以EOS/MODIS温度产品为参照,在单窗算法的基础上,基于水体目标对该算法的参数进行修正,建立HJ-1B/IRS水体温度反演模型;将该模型反演的水体温度及采用单窗算法参数计算的温度与EOS/MODIS温度产品进行比较结果表明:采用单窗算法参数计算出的水体温度与EOS/MODIS温度产品的绝对平均误差为7.84℃;采用本研究得到的参数所反演的温度与EOS/MODIS温度产品的绝对平均误差为0.83℃。将水温反演模型应用于辽东湾区域,实现对该区域水温的动态监测。     

基于季节分异的太湖叶绿素浓度反演模型研究

叶绿素浓度反演算法主要有经验方法、半经验/分析方法和分析方法,其中半经验/分析方法应用最为广泛。但是反演的模型以及模型中的参数和反演精度都随着水体中叶绿素浓度的变化而改变。不同的季节水体中叶绿素浓度不同,水体反射光谱曲线特征和与叶绿素浓度相关性较高的敏感波段也不一致,使得各季节选用的反演模型和模型中的参数也存在一定的差异。本文在对2005年1—10月份叶绿素a（Chla）浓度季节差异进行分析的基础上,对4—10月份同步测量的水体光谱数据分春、夏、秋三个季节进行分析,分季节建立叶绿素浓度反演模型,并对它们进行比较,旨在为各季节选择最佳的反演模型。研究结果表明：春季和秋季选用波段比值算法反演精度较高,其中对数模型,线性模型和一元二次模型都有较高的相关性;夏季选用微分算法较好,该算法所建立的三种模型均具有较高的相关性。     

太湖草型湖区底质对遥感反射比的贡献

水体的光谱特性主要表现为体散射而非表面反射,光学浅水中,光穿透水体而到达水底,离水辐射包含水体自身的贡献以及底质反射并透过水体到达水面的贡献.2004年10月试验获取了太湖67个样点的遥感反射比、后向散射以及吸收等表观光学量和固有光学量,同时测量了叶绿素、悬浮物和DOC含量,以及其他相关参数,如透明度、水深;以草泥均匀分布的水平朗伯性湖底、均质水体为假设条件,使用LEE模型,计算了太湖草型湖区底质对恰在水面下遥感反射比的贡献,同时计算了漫垂直衰减系数;分析了漫垂直衰减系数与透明度、悬浮颗粒以及与无机悬浮颗粒的关系,同时分析了漫垂直衰减系数与底质贡献的关系,从而为太湖水质参数遥感反演精度的提高打下了良好的基础并有了定量判断底质贡献的科学依据.     

2000年—2020年中国大型湖泊月平均透明度遥感监测数据集

湖泊水体透明度是湖泊水环境状况的综合表征,与多种水质参数关系密切,对湖泊水环境监测具有重要意义.本文的目的 是介绍一种中国大型湖泊(＞20 km2)月平均透明度遥感监测数据集的生成流程、主要特征和应用价值.数据集生产方法是将Liu等(2020)构建的透明度遥感算法应用于GEE (Google Earth Engine)...     

基于同期光学与微波遥感的茅尾海及其入海口水体悬浮物反演

悬浮物是近海海湾及潟湖水质的重要影响因素之一.遥感技术能够准确快速地反演水体的悬浮物浓度,但鲜有同时利用2种不同类型的数据源反演同一研究区的悬浮物浓度.该文基于同一时期(2019年9月)的GF-1C光学影像和GF-3微波数据,采用双波段比值算法和Cloude-Pottier分解算法分别对原始影像进行图像分割和目标提取,...     

基于HY-1C卫星CZI影像的多类型内陆水体大气校正及水质参数反演

海洋一号C星(HY-1C)上搭载的海岸带成像仪(CZI)在内陆水体水色遥感应用方面具有较大潜力。目前,HY-1C CZI影像在内陆水体的大气校正和水质反演研究较少,仍然需要解决适用于不同类型内陆水体的大气校正和水质参数建模等问题。因此,本研究在华北平原的小浪底水库、官厅水库、丹江口水库、白龟山水库、白洋淀5个不同浑浊程度的湖泊和水库开展了星地同步实验,获取了85个采样点的水面遥感反射率光谱和水质参数实测数据。发展了基于Sentinel-2 MSI影像均匀不变地物的HY-1C CZI影像相对大气校正算法和系统定标模型。HY-1C CZI的蓝、绿、红、近红外波段遥感反射率反演平均无偏相对误差(AURE)分别为14.7%、11.2%、28.9%、41.7%,蓝、绿、红波段的大气校正精度相对较高;此外,大气校正与实测光谱的相关系数r的平均值为0.978,光谱角度距离(SAD)的平均值为0.109,说明大气校正遥感反射率光谱形状与实测光谱一致性较高。基于实测数据构建了叶绿素a浓度和透明度反演模型,经独立数据验证,HY-1C CZI影像叶绿素a浓度反演的AURE为33.8%,均方根误差(RMSE)...     

QAA在遥感影像反演中的性能评估与分析

准分析算法QAA(Quasi-analytical algorithm)作为最常用的半分析反演算法被广泛应用于水体吸收系数和后向散射系数的反演,但目前对其在大范围遥感影像中的反演性能研究还较少。基于Sentinel-3系列卫星搭载的OLCI遥感影像,将朝鲜海峡、马六甲海峡、白令海峡和霍尔木兹海峡作为不同类别大范围水体的代表海域,并选取水体漫衰减系数作为间接评价参量,对QAA在4个海峡的反演性能进行了分析评估。结果表明,基于QAA计算得到的水体吸收系数和后向散射系数具有较高的精度和可靠性,而且反演精度与水质呈线性负相关,在K_d490等于0.05 m~(-1)左右时的反演精度最高。     

基于神经网络的二类水体大气修正

大气修正是海洋水色遥感中的关键技术之一。近海二类水体大气修正面临两个挑战：浑浊水体造成NIR大气修正波段的离水辐射明显大于零;近海上空存在较强吸收性的气溶胶。本文针对HY-1A CZI,在辐射传输模拟的基础上建立了基于神经网络技术的二类水体大气修正算法,可以由波段1-4的TOA反射率和三个角度反演得到离水反射率、气溶胶光学厚度等参数。利用模拟数据进行了算法的性能评估,并开展了卫星数据处理试验。结果表明,除了在非常浑浊的水体,反演结果基本合理。     

一种高斯过程回归的水体吸收系数反演模型

水体吸收系数是评价水体环境质量和衡量海洋对全球气候影响的重要因子.水色遥感作为目前对大范围海洋进行长时间连续监测的唯一手段,可以借助于合适的反演模型从影像上获取水体吸收系数.然而现有模型多为经验模型,反演精度和水体适应性都较差.基于自建的全球水体光学原位测量数据集SeaBASS2020,通过选用412、443、490、510、560、620、665 nm波段的遥感反射率以及620、665 nm与其余5个波段的遥感反射率比值作为模型输入特征,并以Matérn函数作为模型的核函数,提出一种基于高斯过程回归的水体吸收系数反演模型GPR-a.实验结果表明,在反演精度上GPR-a较传统的波段比值经验模型有大幅提升,其中决定系数R2提升了24.79％,均方根误差σRMSE和平均相对误差εMRE分别降低了50％和35.17％.此外,实验还验证了GPR-a具有较强的鲁棒性和极佳的反演值不确定度估计能力.     

基于TM影像数据的五日生化需氧量浓度估计

湖泊的水体污染往往伴随着富营养化现象,水体中叶绿素a、透明度、全磷、全氮、化学需氧量及五日生化需氧量等水质参数的相关性很强.前人的研究成果表明,由于存在事实上的强相关性,可以直接建立全磷、全氮的遥感反演模型.基于这样的技术思想,洪泽湖水体内的五日生化需氧量与全磷、全氮有较强的相关性,本研究应用TM遥感影像数据直接建立了五日生化需氧量的半经验估算模型.该模型简便易用,是建立水质参数反演模型的成功尝试.     

基于遗传算法的二类水体水色遥感反演

提出一种基于遗传算法的二类水体水色遥感反演算法。该算法以三成分 (叶绿素、悬浮泥沙与黄色物质 )海水光学模型作为前向模型 ,以实数编码遗传算法作为优化方法 ,并采用一对波段比来构造目标函数。模拟反演的结果表明 ,该算法可以有效克服已有二类水体水色遥感优化反演方法在搜索策略方面存在的困难 ,是一种有较高计算效率、可靠与稳健的反演算法     

用偏最小二乘法反演二类水体的水色要素

简要介绍了偏最小二乘法的原理、算法及优点。将该方法应用于黄海和南海二类水体光谱的水色要素反演,交叉检验结果表明反演精度高,预报相对误差不超过38％。该方法应用于加有5％随机噪声的人工合成光谱的水色要素反演,结果表明模型的稳健性强,预报相对误差不超过5％。研究结果表明,偏最小二乘法适合于处理变量多样本数又少的问题,适合于从二类水体光谱中提取水色要素信息。     

中心城区地表温度空间分布及地物降温效应——以南京市为例

基于TM图像,采用灰度图像分割算法,自动提取南京市中心城区的不透水面、植被及水体;并用单窗算法反演了地表温度;依据离市中心的距离将中心城区分为45级缓冲区,依次统计分析每一级缓冲区内的平均温度、不透水面温度、植被温度、水体温度及各类地物的面积比例等;建立了地表温度与不透水面比例、植被比例、水体比例之间的关系模型.研究结果表明:随离市中心距离的增大,地表温度降低;植被、水体具有降温效应,水体的降温效应是植被的2.43倍;地表温度与不透水面比例、植被比例、水体比例的综合关系模型模拟效果较好.     

用分析模型方法反演水体叶绿素的浓度

水体叶绿素浓度是水质评价的一个重要指标。建立水体光学传输的分析模型，进而用分析模型反演水体叶绿素浓度，对于提高遥感反演水质参数的精度和实用性具有重要意义。作者于2004年6月初对太湖18个点位进行了同步水体波谱实测和水体取样分析。由这18个点位的实测数据，利用Gordon模型建立了R（0^-）的模拟模型，并进而用优化函数的方法反演水体叶绿素浓度。反演值与实测值的相关系数达到0．99，当叶绿素浓度高于30mg／m^3时，反演的相对误差小于20％。进而用该模型反演2005年7月太湖7个点位的叶绿素浓度，反演值与实测值的相关系数为0．94，其中，有6个点位的反演值相对误差小于60％。     

海岛礁遥感影像水陆分离方法研究

遥感影像水陆分离是遥感水深反演数据预处理的重要部分.水陆分离不仅减少了影像处理数据量,也为水深反演提供了单一的水体信息.本文采用NDWI和单波段两种水陆分离方法,进行海岛礁遥感影像的水陆分离,并使用掩膜文件对岛礁遥感影像进行掩膜处理,最后生成水体的影像数据文件.     

一种计算水体中悬浮物后向散射系数的方法

基于生物光学模型的水质参数反演分析方法是水质遥感监测算法的发展趋势.分析方法中需要以水体中悬浮物后向散射系数作为参数.水体中悬浮物后向散射系数目前主要有3种测量方法,但是这些方法要么因为仪器稀缺而无法普及,要么测量精度不高.提出了一种计算水体中的悬浮物后向散射系数的方法,该方法利用水面比较容易测量的反射率光谱和实验室内比较容易测量的水体各组分的吸收系数光谱,基于生物光学模型推导得出水体中的悬浮物后向散射系数.利用太湖梅梁湾试验区获取的数据检验了这种方法,并取得了较好的效果.这种方法的主要优势是:它基于生物光学模型,有严密的理论基础,具有较高的精度和通用性;另外,它使用的数据比较容易测量,方法容易实施,可为水质参数反演分析方法的建立奠定坚实的数据基础.     

MODIS分裂窗算法反演地表温度

在分析分裂窗算法原理的基础上,介绍几种常用的分裂窗算法,选取Qinetal（2001）提出的分裂窗算法作为温度反演的最优方法,对MODIS数据进行辐射定标、大气纠正和几何校正,采用对植被反映比较敏感的Sobrino方法计算地表比辐射率,反演出京津唐地区的陆面温度。结果表明：城区温度最高,水体温度最低,反演结果较为理想。...     

利用SeaWiFS数据反演海岸地物光谱反射率

提出了一个利用SeaWiFS数据反演气溶胶光学厚度与沿岸地物光谱反射率的迭代算法.该算法借助于6S辐射传输模型,利用水色卫星的近红外通道由水体像元首先反演出0.55μm波段的气溶胶光学厚度,在所选影像晴空无云的条件下假定沿岸陆地上空的大气条件与水体上空的大气条件相同,然后再迭代计算出沿岸地物光谱反射率.给出了实际卫星数据计算的结果,并对可能出现的非清洁水体与气溶胶对时空变化引起的误差进行了数值模拟.