Landsat-8 vs. Sentinel-2: examining the added value of sentinel-2’s red-edge bands to land-use and land-cover mapping in Burkina Faso

The availability of freely available moderate-to-high spatial resolution (10–30 m) satellite imagery received a major boost with the recent launch of the Sentinel-2 sensor by the European Space Agency. Together with Landsat, these sensors provide the scientific community with a wide range of spatial, spectral, and temporal properties. This study compared and explored the synergistic use of Landsat-8 and Sentinel-2 data in mapping land use and land cover (LULC) in rural Burkina Faso. Specifically, contribution of the red-edge bands of Sentinel-2 in improving LULC mapping was examined. Three machine-learning algorithms – random forest, stochastic gradient boosting, and support vector machines – were employed to classify different data configurations. Classification of all Sentinel-2 bands as well as Sentinel-2 bands common to Landsat-8 produced an overall accuracy, that is 5% and 4% better than Landsat-8. The combination of Landsat-8 and Sentinel-2 red-edge bands resulted in a 4% accuracy improvement over that of Landsat-8. It was found that classification of the Sentinel-2 red-edge bands alone produced better and comparable results to Landsat-8 and the other Sentinel-2 bands, respectively. Results of this study demonstrate the added value of the Sentinel-2 red-edge bands and encourage multi-sensoral approaches to LULC mapping in West Africa.     

新冠病毒疫情期间复工复产卫星遥感监测

本文利用美国新一代极轨卫星NPP搭载的VIIRS载荷数据反演获得的热点数据,以及美国NASA的Aura卫星搭载的OMI载荷的二氧化氮对流层柱浓度资料,对中国地区2020-01—02及2019年同期,以及抗击疫情期间和后期复工复产的情况进行监测。监测结果表明：（1）2020-02较1月份及2019年同期相比,工业企业的耗能水平却出现显著降低,NO₂浓度呈现显著下降趋势。（2）全国工业热源点数和分布范围及密度自2020-02-03正式复工后稳步提升。湖北省除武汉、黄石和鄂州地区仍可监测到少数热点外,其他地区2月份均未再监测到任何热点,也证明了湖北基本没有复工迹象。（3）疫情得到基本控制之后,京津冀地区工业热源点有显著增加,但新增区域一般仍处于低能耗水平。从全国大气NO₂柱浓度监测来看,复工开始前后与2019年同期相比,污染物浓度均呈现明显下降趋势,说明复工强度有限。（4）到3月初工业热源点及其能耗水平出现显著升高,中国大部分地区的热源企业虽已逐步复工生产,说明工业产能较2月有显著提升,但生产规模或产能并未完全恢复。     

Sentinel-2卫星落叶松林龄信息反演

林龄结构信息能够有效反映区域森林群落不同生长阶段的固碳能力,对于评估森林生态系统的健康状况具有重要意义。本研究以中国温带典型优势树种落叶松林为研究对象,分别选择其芽萌动期、展叶期和落叶期时段的Sentinel-2影像,采用多元线性回归（MLR）、随机森林（RF）、支持向量机回归（SVR）、前馈反向传播神经网络（BP）以及多元自适应回归样条（MARS）等5种方法依次构建落叶松林龄反演模型。通过相关性分析首先确定最佳遥感反演物候期,并在此基础上根据相关性差异筛选出5个最优特征变量用于模型反演,分别为冠层含水量（CWC）,归一化水体指数（NDWI）,叶面积指数（LAI）,光合有效辐射吸收率（FAPAR）和植被覆盖度（FVC）。研究结果表明,展叶期为落叶松林最佳遥感反演物候期。除植被衰减指数（PSRI）以及落叶期的NDVI、RVI外,落叶松林龄与各指标之间均呈负相关关系,其中与冠层含水量（CWC）的相关性最高,pearson相关系数达到-0.74（p<0.01）。此外,不同模型反演结果表明,随机森林模型（RF）为最佳落叶松林龄估测模型,其平均决定系数R²和平均均方根误差RMSE分别为0.89和2.91 a;多元线性回归模型（MLR）的林龄估测结果最差,其平均决定系数R²和平均均方根误差RMSE仅为0.57和5.69 a,非线性模型能更好的解释林龄与建模变量之间的关系。     

融合随机森林模型和6种水体指数的上海市水体信息提取

为快速、准确地掌握水体分布信息,本文以上海市为研究区,基于多时相Sentinel-2卫星数据构建水体提取特征集,并采用效率高、稳健性好的随机森林模型,对研究区内的水体进行提取。水体提取特征集在现有光谱波段特征的基础上加入6种水体指数,分别为NDWI、MNDWI、AWEI_sh、WI₂₀₁₅、SWI和RWI,旨在提高水体提取精度。针对10个光谱波段特征及6种水体指数,设计了8种试验方案探究加入水体指数对于水体提取的作用。结果表明,将6种水体指数全部加入的方案精度最高,为97.910%;NDWI和RWI能提高水体提取精度、降低漏提率和误提率。     

短波红外CO2反演过程约束研究及初步反演结果

短波红外通道卫星CO2遥感是近年国际研究热点。首先,开展了卫星观测对气溶胶及大气温度的敏感性研究;其次,针对基于最优化理论的非线性迭代反演方法反演过程中的不收敛问题,提出了修正的阻尼牛顿方法(MDNM),并利用模拟数据评估了MDNM方法的有效性;最后,利用GOSAT卫星数据反演CO2的垂直混合比浓度,并与地基TCCON站点数进行比对。研究结果表明:短波近红外CO2卫星遥感受气溶胶散射及温度影响明显;通过地基比对初步验证了MDNM具有良好的精度,两者的相关性R2达到了0.729。     

基于CryoSat-2数据的海冰厚度估算算法比较

以北极为研究区,使用CryoSat-2数据,利用现有海冰厚度卫星测高研究中4种主流算法(Laxon03算法、Kurtz09算法、Yi11算法和Laxon13算法)分别对北冰洋海冰厚度进行估算,并将估算结果与研究区IceBridge机载激光测高冰厚数据进行了比较,探索各算法海冰厚度估算的差异,寻找最优的估算算法,为估算长时序海冰厚度提供基础和参考。结果表明,4种算法估算的海冰厚度空间分布较为一致,但不同算法估算的结果差异较大,可达0.476 m;4种算法估算结果大小依次为Laxon03算法、Yi11算法、Laxon13算法、Kurtz09算法;4种算法估算的平均海冰厚度差异,在北极波弗特海海域最大,其次是北极中心海域、格陵兰和挪威海;Laxon13算法估算结果相对于IceBridge观测结果与其他算法相比,具有最小的平均偏差和均方根误差,是卫星测高估算海冰厚度的最优算法。     

二三维联动的虚拟校园设计与实现

传统的2维地理信息系统技术成熟但缺乏3维可视化和分析的能力,而目前的3维地理信息系统发展可拥有3维可视化分析能力,然而还缺少2维地理信息系统的便捷。以二三维联动为开发思路的地理信息系统能够解决这对矛盾。本文基于二三维联动GIS的设计方案,以虚拟校园设计与实现为应用实例,利用ArcEngine（AE）实现二三维联动GIS系统的开发设计,对GIS系统的开发做出了一种新的、有益的尝试。     

SPOT5与ERS-2卫星影像的联合立体定位

本文将SPOT5与ERS-2卫星影像联立构成一组立体像对,并通过立体定位的方式获取了地面点的三维坐标。根据本文立体像对前方交会的特殊几何图形,推导了立体定位理论精度的计算公式,并利用实验验证了公式的正确性,同时分析了影响立体定位精度的主要因素。实验结果表明,联合具有一定重叠度的SPOT5和ERS-2影像进行立体定位具有很强的可行性,其精度已可以满足部分测绘任务的要求。     

福卫2号卫星影像数据处理方法研究

对福卫2号卫星数据处理方法进行了研究,采用了高精度的卫星轨道模型和DEM进行正射精纠正;并对影像融合进行了多种方法实验,从光谱质量和空间信息角度对融合方法的结果进行了比较分析,得到适合福卫2号影像的融合方法,可为福卫卫星处理提供技术参考。