融合光谱阈值与图像技术的静止卫星夜间云检测方法

针对夜间云检测问题,本文基于静止气象卫星Himawari-8影像数据,分析了云像元光谱特征与图像特征,提出了融合光谱阈值与图像技术的静止卫星夜间云检测方法,实现了静止卫星夜间云的快速、准确检测。利用MODIS云产品和CALIPSO雷达数据,对云检测结果进行定性分析与定量验证。结果表明：(1)云检测结果与MODIS的云产品MYD06分布基本一致;(2)算法夜间平均云检测精度达到80.3%;(3)不同季节夜间的云检测精度随季节变化较明显,夏季最高达到83.3%,可以区分不同季节夜间的云与非云区域。因此,融合光谱阈值与图像技术的静止卫星夜间云检测方法能有效实现夜间云检测,为夜间云检测应用提供了新思路。     

基于DNB验证的VIIRS夜间云检测方法

针对夜间云检测验证中低云和雾难以区分的困难,提出了对于南方山区有效的云检测和验证方案。通过分析可见光红外成像辐射仪套件(visible infrared imager radiometer suite,VIIRS)传感器数据的新特性和云检测的原理,给出了适合VIIRS夜间云检测的方法。对白天/夜间波段(day and night band,DNB)数据对云检测验证的适用性进行了分析。结果表明:在月亮天顶角小于60°时,DNB波段能够较好地用于夜间云检测验证;在扫描角小于15°时,云检测精度不低于91%;使用VIIRS的M12和M13通道的亮温差值BTM12-BTM13辅助M12和M15通道的亮温差值BTM12-BTM15进行低云检测,能够去除大部分山谷中雾的影响;检测阈值对扫描角大小变化敏感,当扫描角较大时,设定的阈值在检测精度上不如扫描角较小时理想。     

夜间陆地辐射雾的遥感时序数据检测

针对目前单时相遥感夜间陆地辐射雾检测不能有效分离雾和地表、低云的问题,利用日本第2代多功能卫星数据的高时间分辨率特性,提出了基于时序特征和支持向量机的夜间陆地辐射雾检测模型。该模型首先在单时相夜间陆地辐射雾检测基础上,使用第1和第4波段亮温差时序曲线构造的亮温差累积特征将夜间地表与陆地辐射雾和低云分离,然后利用第1波段亮温时序曲线构造的亮温变化累积特征、斜率匹配特征和频域奇异性特征,结合支持向量机进行夜间雾和低云的分类,从而实现基于时序数据的夜间陆地辐射雾检测。对两期遥感时序数据进行实验发现,与单时相夜间陆地辐射雾检测相比,利用时序数据的方法较好地提高了夜间陆地辐射雾的检测精度。     

利用Landsat热红外影像探测地下煤火区范围——以乌达煤田为例

以Landsat系列热红外影像为主要数据源,采用阈值分析技术,提取了乌达煤田2002年、2007年和2013年地下煤火燃烧范围。结果表明,大规模的煤田开采活动导致2007年火区面积比2002年增加将近一倍,但随着2010年大范围灭火工作的展开,到2013年火区灾情得到了有效遏制。与地面实测数据相比较,遥感估算的火区面积误差为5%~10%,但白天太阳辐射导致地表温度反演精度低于夜间,煤火区虚检率偏高。Landsat系列数据以其空间分辨率高、重访周期短、覆盖范围大等优势,在煤田火区动态监测方面具有突出的应用潜力。     

风云气象卫星主要技术进展

近20年来,中国风云气象卫星完成了从试验应用型向业务服务型、从第一代到第二代、从单一探测到综合探测、从定性到定量的转变,实现了业务化、系列化、定量化的发展目标,风云卫星数据预处理、产品生成、数据应用技术取得全面进步。在地理定位方面,通过发展自主的地理定位算法,持续优化算法精度,业务定位精度提高到1个像素。在辐射定标方面,发展了基于月球订正的星上内黑体定标算法、深对流云定标、月亮定标和交叉定标等算法,建立了综合定标系统,太阳反射波段平均定标偏差小于5%,红外通道平均定标偏差小于0.5 K。建立了风云气象卫星产品生产及质量控制体系,具备数十种大气、陆地、海洋、空间天气定量遥感产品生产能力,部分产品质量达到或接近国际同类产品先进水平。风云气象卫星资料在天气、气候、生态、环境等领域得到广泛应用,特别是通过ECMWF(欧洲中期天气预报中心)的严格测试评估,在国际顶级数值预报模式中得到同化应用,标志着风云气象卫星部分仪器数据质量达到或接近国际先进水平。虽然中国风云气象卫星观测体系基本形成、观测精度不断提高、业务服务能力日趋增强,但仍存在仪器稳定性差、探测能力有限、探测精度有待进一步提高等问题。风云气象卫星未来发展需着重考虑以下几个方面:(1)建立合理的多星综合观测体系,重点是优化高中、低气象卫星轨道配置方案,建立多星联合组网观测体系,增强全球监测能力,提高时空分辨率;(2)提高探测精度,包括发展高精度星上定标系统,提高观测仪器的精度和稳定性,发展先进的卫星数据处理和产品反演算法等;(3)增强探测能力,重点是加强新型探测方法、探测技术研究,逐步实现对气象全要素的遥感探测,(4)增强应急响应能力,提高短时强对流等灾害天气监测能力;(5)提高卫星观测的连续性和稳定性,满足气候变化研究的需求;(6)增强多源数据综合应用能力,提高气象卫星的应用效益。     

基于HJ星亮度温度数据的海冰监测方法

针对我国渤海海冰灾害,本文选取HJ星多光谱和热红外数据作为海冰遥感监测数据源,研究适合HJ星热红外特点的亮度温度算法,并建立算法模型反演亮度温度。按照Bayes分类准则,以海冰和海水亮度温度分布曲线交点对应的亮温值作为冰水识别的阈值提取海冰信息。最后对提取结果与CCD目视解译结果进行比较。结果表明:利用HJ星亮度温度数据提取海冰信息方法可行、精度可靠,可应用于渤海海域业务化的海冰灾害监测预警。     

强台风“海马”FY-2F卫星监测图

正封面图片为上海市卫星气象遥感应用中心利用中国风云二号(FY-2F)卫星红外通道(03·113μm)监测的第22号强台风"海马"的遥感图像,获取时间为201 6年10月20日14:00时(北京时间),台风的中心气压955 hPa,西北向移动,移速26 km/h。FY-2F是中国自主研制的第4颗业务静止气象卫星,除了常规观测以外,该卫星能够根据各种气象灾害监测及重大气象保障服务的要求,对特定区域提供快速区域扫描观测,观测频次为每6 min     

FY-3D/MERSI-II全球火点监测产品及其应用

FY-3D/MERSI-II全球火点监测产品主要包括全球范围内的火点位置、亚像元火点面积和火点强度等信息,可用于实时监测全球范围的森林草原火灾、秸秆焚烧等生物质燃烧状况。火点判识算法主要根据中红外通道对高温热源的敏感特性,即含有火点的中红外通道像元辐亮度和亮温较远红外通道的辐亮度和亮温偏高,同时较周边非火点的中红外像元偏高,建立合适的阈值可探测含有火点的像元。亚像元火点面积估算主要使用中红外单通道估算,根据亚像元火点面积估算结果对火点强度进行分级,不同的级别表示不同程度的火点辐射强度。基于全球火点自动判识结果,每日生成0.01°分辨率的卫星遥感日全球火点产品,每月生产0.25°×0.25°格点的全球月火点密度图。在利用FY-3D/MERSI-II火点产品开展的全球火点监测应用中,对多起全球重大野火事件进行了监测,为防灾减灾、全球气候变化研究、生态环境保护等方面提供卫星遥感信息支持。     

基于样本自动选择与SVM结合的海岸线遥感自动提取

利用卫星遥感手段自动、快速、准确地测定海岸线动态信息是遥感应用的一个重要领域,对海域管理规划具有重要意义.由于近岸水体光谱特征受区域环境影响较大,在水陆分离过程中,利用传统的归一化差值水体指数(normalized difference water index,NDWI)阈值分割法时,一部分近岸水体易被错分为陆地,严重影响了岸线提取精度.为此,在NDWI模型的基础上,提出了基于样本自动选择与支持向量机(support vector machine,SVM)的海岸线遥感自动提取算法.首先进行NDWI计算与全局阈值分割,实现水体信息的初步提取;再通过NDWI信息控制初始样本的自动选择;然后利用SVM分类器对水体再次分类,实现海陆分离;最后填充小的陆地水体单元,实现岸线自动跟踪.实验结果表明,该方法能有效增强对近岸水体的识别能力,提高海岸线遥感提取的精度和自动化程度.     

卫星遥感在监视地震中的可应用性

阐述了卫星遥感技术及其产品在地震监视中的可应用性。已有震例的研究结果表明 ,震中附近存在着显著的震前地表增热现象。利用 RS热红外卫星遥感资料地气系统射出长波辐射信息 (即 OL R值 ) ,不仅可以有效地预测未来地震发生的区域 ,还可以对地表监测项目 (如地磁、地下流体、形变等 )中资料的可靠程度作出诊断。采用卫星遥感系统与地面监视系统的“融合”,形成空间与地面相结合的多源观测信息支撑的地震监视体系 ,将有助于提高我国的震情监视和预测能力     

CBERS-02 IRMSS热红外数据地表温度反演及其在城市热岛效应定量化分析中的应用

针对CBERS-02IRMSS的热红外通道特性，对Jimenez-Munoz和Sobfino提出的普适性单通道地表温度反演算法进行改进，并利用该传感器热红外遥感数据反演北京地区和苏锡常地区的地表温度；利用2004年8月17日在青海湖的野外实测数据对该算法的地表温度反演结果进行的验证表明，改进的单通道反演算法应用于CBERS-02IRMSS传感器热红外数据的地表温度反演具有很高的反演精度。并在此基础上，运用城市热场变异指数对北京地区和苏锡常地区的城市热岛效应进行分析，运用中国研制的热红外卫星遥感数据给出了城市热岛效应的定量化描述。结果表明，CBERS-02IRMSS热红外遥感数据完全可以满足定量化应用的要求，具有很大的应用潜力。     

热红外港口图像特征的评估器提取与选择

针对低对比度、条纹噪声、低空间分辨率等特点而导致的热红外图像识别效果不佳问题,提出了一种港口目标热红外遥感图像特征提取与选择方法,实现了一定情况下港口目标的高精度分类。采用纹理、几何等29个特征,通过评估器选择最佳特征组合,并根据识别精度选择最佳分类器,能生成热红外图像港口目标22个最佳分类特征,且具有一定的鲁棒性。经过参数优化后的libSVM(一种支持向量机)分类器分类精度较高;白天图像比夜间图像分类精度更高;像素值、灰度直方图相关的一维和二维统计特征、局部二进制模式特征、边缘方向直方图特征等与灰度和纹理相关的特征对港口目标热红外图像识别影响较大。     

高分数据辅助下的热红外遥感影像几何校正

随着热红外遥感技术的不断发展,热红外遥感影像在地表温度反演、森林火灾监测、矿物探测等方面应用广泛,而在这些应用中,热红外影像的几何校正是重要的基础性技术。利用高分二号卫星空间分辨率高的优势,通过研究分析异构载荷的成像差异与关联,提出了一种模拟影像与特征匹配相结合的方法。该方法立足高分辨率光学影像,以地面辐射基础数据为条件,首先从热红外辐射角度进行影像模拟形成过渡影像,并将其用于辅助热红外影像几何校正;然后利用尺度不变特征变换(scale invariant feature transform, SIFT)算子实现特征点的检测,从而获取同名点,提高热红外影像的几何校正精度。     

利用多光谱卫星遥感和深度学习方法进行青藏高原积雪判识

青藏高原积雪对全球气候变化十分重要,针对已有积雪遥感判识方法中普遍采用的可见光与红外光谱数据易受复杂地形与高海拔影响,导致青藏高原地区积雪判识精度较低的问题,提出了一种基于多光谱遥感与地理信息数据特征级融合的积雪遥感判识方法:以风云三号卫星可见光与红外多光谱遥感资料与多要素地理信息作为数据源,由地面实测雪深数据与现有积雪产品交叉筛选出样本标签,构建并训练基于层叠去噪自编码器(SDAE)的特征融合与分类网络,从而有效辨识青藏高原遥感图像中的云、积雪以及无雪地表。经地面实测雪深数据验证,该方法分类精度显著高于使用相同数据源的FY-3A/MULSS积雪产品,略高于国际主流积雪产品MOD10A1与MYD10A1,并且年均云覆盖率最低。试验结果表明该方法可有效地减少云层对积雪判识的干扰,提升分类精度。     

FY-3气象卫星微波水汽三维可视化及其在强天气监测中的应用

基于风云三号(FY-3)气象卫星上的可见光红外扫描辐射计(visible and infrared radiometer,VIRR)和微波湿度计(microwave humidity sounder,MWHS)数据,通过IDL语言开发设计了"FY-3微波水汽三维显示软件"。该软件可根据白天或夜晚监测时次的不同,自动生成由VIRR的3个通道(B6,B2,B1)合成且叠加4个高度(地表、850hPa,500 hPa和300 hPa)的微波水汽分布图(白天)或由VIRR热红外通道(B5)的云顶亮温图叠加微波水汽分布图(夜晚)。在热带气旋和梅雨监测预警中的应用表明:微波水汽三维可视化的结果综合了FY-3可见光红外数据在空间分辨率上和微波湿度数据在不同大气高度层垂直探测能力上各自的优势,其表达形式简洁、直观。该方法可以作为强天气监测预警的有效补充手段,具有一定的推广应用价值。     

河北省卫星遥感海洋应用平台建设研究

随着卫星遥感技术在海洋监测中的作用日益凸显,为了加快地方海洋监测能力建设,构建省级卫星遥感海洋应用平台十分必要。介绍了河北省卫星遥感海洋应用平台的总体设计思路、总体架构、系统建设和应用情况。该平台将国家遥感数据分发单位、地方业务化监测单位、现场观测单位有机联合在一起,形成了自卫星遥感数据与现场观测数据的收集、数据处理、产品生产、数据管理、成果发布至精度评价的全业务闭环流程,实现了海洋环境常规监测业务系统后台全自动化运行,极大程度地提升了河北省海洋遥感监测能力和服务能力,为地方海洋遥感监测平台的建设提供参考。     

青海高寒草地春季火情的多源卫星遥感动态监测

多源卫星遥感数据源能为现场扑火指挥决策提供快速、准确的空间信息。根据火点在中红外波段辐射率和亮温急剧增大的特点,利用10个时次的国内外极轨气象卫星资料(包括首次利用了NPP卫星数据),针对2016年3月18—19日发生在青海省果洛藏族自治州久治县的草原火灾进行了实时动态监测,并采用高分数据提取了灾后过火面积。研究结果表明,气象卫星火点判识方法及阈值设定同样适用于青海高寒草地春季的火情监测;快速判识阈值的确定,可为日常火情实时监测业务提供快速、有效的技术支持。     

密切监测大兴安岭林区火灾确定火区位置

1987年5月7日大兴安岭林区火灾发生后,中国科学院遥感卫星地面站,为了密切监测火情,为灭火领导小组的指挥与决策提供准确的有价值的资料,立即与美国陆地卫星控制中心联系,除白天正常接收外并要求增发13日、20日、22日等夜间经过该地区上空的热红外探测数据。5月13日该站首次成功地接收并处理出火灾发生后第一次经过该地区的数据,获得了东西两个火区的形势与位置分布图、火头的准确座标及火区的等密度分割图,有力地配合了救灾指挥的工作。     

基于地球静止气象卫星的地表参数遥感研究进展

地表参数定量遥感反演是遥感科学研究的重要环节.21世纪以来,地球静止气象卫星数据在地表参数遥感反演中受到越来越多的重视.本文对利用地球静止气象卫星进行地表参数遥感反演研究的进展进行了综述.文章首先简单介绍了当前正在运行的欧盟Meteosat、美国GOES-R、日本葵花和中国风云静止卫星系统,随后详细总结了不同卫星系统估...     

卫星遥感火点监测应用和研究进展

卫星遥感在自然灾害管理和应对中发挥了越来越多的作用。火点遥感在火灾频发的时候也被寄予厚望。梳理了火山、环境、气候、火灾等方面对火点遥感的需求,中国火灾监测的行业用户对时空分辨率需求迫切程度不同;概述了用于火点遥感监测的卫星数据源特点,光谱维度上以热红外敏感波段最重要,卫星轨道特点也是影响火点遥感监测能力重要因素;在分析火点遥感物理原理和方法的基础上,综述了当前火点遥感方法的研究进展及优缺点。按照火灾发生的灾前、灾中、灾后3个阶段,分别讨论了当前火点遥感提供信息支撑的能力。火点遥感用于发现火灾仍需要与地面监测等手段联合使用。