机载WIDAS数据的Landsat卫星反照率初步验证

随着精细化监测的需求,中高空间分辨率的地表反照率产品逐渐成为气候模型的主要输入。目前,中高空间分辨率反照率产品的验证主要基于地表站点的通量塔观测数据,区域机载飞行数据的验证依然相对较少。因此,本文基于区域机载数据验证Landsat反照率产品。针对内蒙古自治区根河森林试验区所获取的机载红外广角双模式成像仪(WIDAS)多角度反射率数据,应用BRDF原型反演算法估算其反照率,分析了应用机载数据验证中高空间分辨率反照率产品的潜力。2016年内蒙古根河森林试验区机载WIDAS飞行多角度观测的可用多角度范围为25°,以前的研究表明BRDF原型反照率反演算法表现出对小观测角度的反照率反演结果的鲁棒性。因此,机载WIDAS反照率在一定程度可用于星载反照率的验证。首先,基于核驱动模型和各向异性平整指数(AFX)提取了试验区4种MODIS二向性反射分布函数(BRDF)原型;然后,将其作为先验知识应用到根河森林WIDAS机载数据的反照率反演中;最后,用WIDAS反照率和单个地面通量塔观测的反照率对Landsat卫星数据的反照率进行初步验证。验证结果表明Landsat反照率与WIDAS反照率结果较为一致,但略有低估,总体均方根误差(RMSE)约为0.02,偏差为0.0057。在多角度观测范围较小时,BRDF原型的反照率反演算法可为星载地表反照率的验证提供了一种有效的验证手段。     

机载WIDAS地表观测的BRDF原型反演算法验证

地表反照率表征地面对太阳辐射的反射能力,在地表能量平衡中起着重要的作用。2008年黑河的WATER实验中,针对机载红外广角双模式成像仪(WIDAS)观测角度小的特点,发展了一种基于MODIS二向性反射分布函数(BRDF)原型估算WIDAS反照率的算法。然而,在2012年黑河HiWATER实验中,WIDAS的观测角度范围由早期30°观测天顶角升级为最大观测天顶角52°,这一改造对数据预处理(辐射定标、大气校正和多角度配准)产生影响,使WIDAS数据出现明显的噪声,为WIDAS地表反照率的反演带来新挑战。针对新问题,采用新的地表观测数据,进一步验证了BRDF原型算法反演机载WIDAS反照率的能力。为了获取准实时BRDF先验知识,基于核驱动模型和各向异性平整指数(AFX)首先准实时提取了实验区5种MODIS的BRDF原型;然后,将其作为先验知识应用到黑河WIDAS机载数据的反照率反演中;最后,利用实验区的反照率实测数据进行算法验证。本研究比较了3个算法处理该问题的能力:(1)基于BRDF原型作为先验知识的算法;(2)完全基于核驱动的全反演算法;(3)基于朗伯假设的方法,通过算法对比分析,可更好地分析验证算法(1)的性能。结果表明:(1)BRDF原型算法反演精度最高且稳定,尤其是当观测数据位于垂直主平面时,全反演算法由于缺少大角度观测数据的约束,更容易出现异常值;BRDF原型算法的最大绝对误差为0.034,相对于全反演算法和朗伯假设方法精度分别提高了约18%和71%;(2)针对2012年黑河机载WIDAS观测噪声较大的新问题,BRDF原型反演算法表现出了良好的抗噪声性能。通过对WIDAS反照率反演和验证进一步表明,在多角度观测数据信息量不足以进行全反演,且观测受噪声影响较大时,BRDF原型作为先验知识,提供了一种有效解决该问题的手段,对提高反照率反演的精度、增强反演的稳定性有重要作用。     

利用Landsat TM数据和地面观测数据验证GLASS反照率产品

Global LAnd Surface Satellite Products System(GLASS)反照率产品基于Angular Bin(AB)算法,仅使用单一观测角度的地表或大气层顶反射率数据就能较为准确地反演地表宽波段反照率,具有较高的时间分辨率,可以反映降雪、融雪、收割等状况下地表反照率的快速变化。遵循"一检两恰"的验证流程对这一反照率产品进行验证,首先使用FLUXNET站点验证数据对AB算法反演的Landsat Thematic Mapper(TM)高分辨地表反照率数据进行验证,再将TM高分辨反照率聚合到GLASS像元尺度对GLASS反照率产品进行验证。挑选FLUXNET的5个站点,筛选无云条件下的TM高分辨率影像,共获得103组有效验证数据。验证结果表明,GLASS反照率产品具有较高的精度,总体误差约为0.0163,可以满足大多数应用的精度需求。     

新几何光学核的验证以及用核驱动模型反演地表反照率(之一)

基于核驱动模型的AMBRALS程序将用于提供MODIS的反照率和二向反射产品.该文提出一个新的几何光学核-LiTransit核,用以取代目前AMBRALS运行程序中的LiSparseR核.当植被及阴影总面积在视场中比例接近于1时,新核由LiSparse核向LiDense核自然过渡.因而新核兼有LiSparse核向LiDense核的优点,比LiSparseR核更符合几何光学模型的基本原理.对于29组地面观测数据的反演试验表明LiTransit核有与LiSparse核相当的数据拟合能力,外推到大的天顶角时有LiDense核的稳定性;与LiSparseR核比较,RossThick-LiTransit的核组合更能反映直入扇出反照率随太阳天顶角变化的趋势.用NOAAAVHRR多时相数据反演的结果,也表明RossThick-LiTransit组合在反演中更为稳定.     

新几何光学核的验证以及用核驱动模型反演地表反照率(之二)

基于核驱动模型的AMBRALS程序将用于提供MODIS的反照率和二向反射产品;该文提出一个新的几何光学核-LiTransit核,用以取代目前AMBRALS运行程序中的LiSparseR核。当植被及阴蔚总面积在视场中比例接近于;时,新核由LiSparseR核向LiDens。核自然诫。因而新核兼有公Sparse·核面LiDense核的优点,比LiSparseR核更符合几何光学模型的基本原理。对于29组地面观测数据的反演试验表明;LiTrarisit核有与LiSparse核相当的数据拟合能力,,外推到大的天顶角时有.ense核的稳定性;与LiSparseR核比较,RossThick-LiTransit的核组合更能反映直入扇出反照率随太阳天顶角变化的趋势。用NOAA AVHRR多时相数据反演的结果,也表明RossThick-LiTransit组合在反演甲更为稳定。     

新几何光学核驱动BRDF模型反演地表反照率的算法

MODIS的反照率和二向反射产品由基于核驱动模型的AMBRALS程序提供。目前 AMBRALS算法系统中所用的描述几何光学散射的核为LiSparseR核。新提出的一个几何光学核－LiTransit核兼有LiSparse核向LiDense核过渡的优点，比LiSparseR核更符合几何光学模型的基本原理。验证结果表明：与LiSparseR核比较，RossThick-LiTransit的核组合更能反映直入扇出反照率随太阳天顶角变化的趋势。因此在下一代的AMBRALS算法系统中，将用新的LiTransit核取代LiSparseR核。目前AMBRALS算法系统为了快速处理每天大量的数据，用多项式拟合核的半球积分。因此，为了替换LiSparseR核时，同时又不影响整个算法的系统性，本文研究了LiTransit核的多项式拟合。结果表明：拟合的多项式与核半球积分的相关性很好。     

新几何光学核的验证以及用核驱动模型反演地表反照率(之二)

先验知识是解决反演中信息量不足问题的并用最简化的算法把先验知识应用于AMBRALS反演.先验知识在AMBRALS反演中起的作用,一是判断反演结果的置信度,二是检测和平滑噪声,三是方向采样不足情况下获取合理结果.试验的结果表明,虽然只使用了很粗糙的先验知识,但已经有了良好的效果.     

利用MODIS多通道反照率产品估算OCO-2氧气A吸收带陆表反照率方法

Land surface reflection depends on land surface albedo and interferes with the retrieval of cloud geometrical thickness from OCO-2 oxygen A-band observations due to its second-strongest reflection after the cloud. However, no product can provide the land surface albedo of the OCO-2 oxygen A-band required for the retrieval. Therefore, the accurate estimation of land surface albedo is necessary and beneficial to the retrieval quality. In this study, we proposed a method for estimating land surface albedo in the oxygen A-band from multichannel black/white albedos from MODIS/MCD43C3 products. Although the estimation (MODIS→OCO-2) is related to land cover type, the comparison based on Shannon entropy proved that the multichannel albedo data contains the type information and is sufficient to achieve the same accuracy as land cover-type estimation. In addition, we implement the estimation model by BP neural network, and the accuracy is consistent with that of the analysis based on the Shannon entropy. We verified the multichannel-based estimation model by tests in different times and spaces. Its correlation coefficients were all over 0.93, and the root-mean-squared errors were 0.026. In addition, the multichannel-based model was always superior to the single-channel linear model on all land cover types, whether applied to the best-performing type of barren or sparsely vegetated land or the worse-performing type of snow and ice. The quality of MODIS albedo data is the most important for the accuracy of estimation. The root-mean-squared error with the best inputs was slightly better than 0.02 and increased to more than 0.05 as the quality of the inputs decreased. The method of estimating the land surface albedo in the OCO-2 oxygen A-band from MODIS multichannel black/white albedo data is feasible and can resist the disturbance caused by unknown land cover type. The estimation accuracy depends on the quality of the input MODIS albedo data. © 2023 Science Press. All rights reserved.     

MODIS V006和V005全球反照率产品精度对比分析

反照率作为一种非常重要的地表能量平衡、全球变化研究的参数,在众多研究领域中得到了广泛的应用,到目前为止已经有多种全球范围的反照率产品进行业务化生产和发布,针对不同反照率产品质量评价的研究也变得愈加重要。MODLAND团队在MODIS V005反照率产品反演算法的基础上通过改进16天周期内观测数据加权的方法生产出新版本的反照率产品MODIS V006。本文针对MODIS两个版本V005及V006的反照率产品,利用FLUXNET地面站点数据,比较验证两个版本反照率的总体精度以及在不同地表类型条件下的精度差异,同时通过交叉验证的方法分析二者的差异及稳定性。验证结果表明,MODIS V006反照率产品虽然在全反演高质量的数据比例上较V005有所下降,但是在同等条件下V006在提高时间分辨率的同时其精度也有所提高,在不同的地表类型条件下精度也优于V005,且在时间序列分布上具有稳定比例的高质量数据,可以满足大多数应用的精度需求。     

从多角度光学观测中提取气候模型的陆面参数(英文)

植被覆盖特征影响光合作用和反照率，是表面能量估计中的主要因素。该文论述一种为进行气候研究提取植被特性的半经验方法，这种方法基于多角度观测数据，有希望用诸如ＰＯＬＤＥＲ等遥感数据，产生表面参数的全球图。     

高光谱与多角度数据联合进行混合像元分解研究

混合像元问题是定量遥感的主要障碍之一。将混合像元问题归结为类内与类间像元混合两类，并对类内混合像元分解问题加以研究。混合像元分解的关键在于确定组分光谱，确定组分光谱的方法很多，但大多数方法基于以下假定，即从图像本身可以找到纯组分光谱，然而这一假定对于类内混合像元分解问题来说很难成立。提出采用高光谱与多角度相结合的方法，利用几何光学模型和线性光谱混合模型进行类内混合像元分解。即首先利用多角度数据反演几何光学交互遮蔽(GOMS)模型获得组分光谱，再对高光谱数据进行组分光谱分解。由于该方法直接从混合光谱产生的机理出发，因而更容易获得真正的亚像元信息。为减小反演误差，反演过程中采用改进的多阶段的反演策略，并充分利用多角度图像本身提供的先验信息。用BORE—AS试验获取的高光谱与多角度数据所作的研究表明，该方法可以获得比较理想的分解结果。     

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。     

无人机遥感载荷验证场精密测量研究

无人机遥感载荷验证场精密测量研究,为我国首个航空遥感定标场的建立、世界上首个无人机遥感定标场的建立提供了基础测绘数据保障.本文详细介绍了无人机遥感载荷验证场(南方场)精密测量的具体实施过程,以及本项目的主要成果.为今后无人机遥感验证工作提供借鉴.     

机载航空遥感飞行管理系统实现的研究

飞行任务管理系统是航空遥感的重要组成部分。根据低空数字航空摄影测量规范,结合飞行设计文件和飞行记录文件的相关资料,进行对比,从而实现飞行质量的评估和检查。本文着重介绍系统的主要功能和实现方法。     

高分辨率遥感测绘嵩山实验场的设计与实现——兼论航空航天遥感定位精度与可靠性的基地化验证方法

以高精度地面基准为参照对遥感定位各种可能的影响要素进行整体性、定量化的验证、分析与评估,显然是一种合理、有效、可信、可行的方式。这里针对实际应用需求,重点介绍嵩山高精度遥感测绘综合实验场的设计思路与实现情况,并对遥感定位精度与可靠性实验场验证的基地化方法进行了探讨与分析。     

基于双稀疏度K-SVD字典学习的遥感影像超分辨率重建

近年来,基于深度学习的超分辨率重建技术已经广泛应用于多时相高光谱影像、高分影像超分辨率重建等领域。多角度遥感影像之间具有丰富的互补信息,可用于超分辨率重建。针对高分辨率多角度遥感影像提出了一种基于动态上采样滤波网络的超分辨率重建方法。该方法的网络结构为端到端双路网络,其中一个分支网络通过动态上采样滤波模块来实现分辨率提升,另一个分支网络用来学习影像中的高频信息,将两个分支网络输出的结果相加即可得到最终的超分辨率重建影像。为了验证该方法的有效性,利用WorldView-2美国亚特兰大地区和巴西里约热内卢地区多角度遥感影像数据分别进行了2倍、3倍、4倍超分辨率重建模拟实验和真实实验,并进行了多组对比实验。实验结果表明,所提方法可以在顾及多角度影像角度维信息的同时有效提升目标影像空间分辨率,并且较好地保持了影像的细节信息。     

利用MRF方法的高分辨率影像道路提取

高分辨率遥感影像提供了地物更丰富的信息,包括光谱信息、地物结构、形状、纹理以及地物之间的空间关系等多方面的信息。面向对象的影像分析方法以目标地物为研究对象,充分考虑目标地物的形状、结构及空间关系等信息进行目标的提取和分析,是当前高分辨率信息提取技术的主要方法。研究了采用面向对象目标的思想将MRF方法应用于高分辨率遥感影像的道路目标提取中,并进行了道路提取实验。     

植被光能利用率高光谱遥感反演研究进展

光能利用率是表征植被通过光合作用将所截获/吸收的能量转化为有机干物质效率的指标。光能利用率是植被光合作用的重要概念,也是区域尺度以遥感参数模型监测植被生产力的关键参数。不同植被类型的光能利用率具有明显的时空差异,水分、温度、养分供给等环境胁迫因素会影响植被的光能利用率。随着高分辨率光谱测量传感器的使用,位于可见光和近红外区域的窄波段可以捕捉到植被冠层反射率的细微变化,也促进了光能利用率遥感反演技术的发展。本文结合国际植被光能利用率遥感反演最新研究成果,从基于环境胁迫因子的光能利用率反演,基于植被光谱指数的光能利用率反演、基于叶绿素荧光的光能利用率反演,以及基于涡度相关测量数据和遥感数据相结合的光能利用率反演四个方面,详细介绍了植被光能利用率遥感反演的主要技术方法,并对植被光能利用率遥感研究存在的主要问题和发展趋势进行了讨论。     

基于MODIS影像的山西省植被指数分析

以MODIS遥感影像为数据源,利用ENVI遥感影像处理软件,笔者对山西省2005年9月和2006年9月两期MODIS影像的植被指数进行计算,建立了两期植被指数密度分割模型,以获得全省植被覆盖的整体状况,通过对两期植被指数影像图进行动态链接、叠加以及结合相减比较,可以看出两年间全省的植被覆盖空间变化情况。结果表明:全省较低植被覆盖区不多,高植被地区主要分布在中部以南地区,中低植被覆盖集中在中部以北地区。两年的植被指数比较结果表明,全省中等植被覆盖区有所增加,但高植被覆盖区增加不明显。