基于奇异谱分析的改进遥感时空融合模型

时空融合能够生成具有足够时间和空间分辨率的图像序列。然而,当前的研究趋向于使用尽可能多的时相数据、复杂的非线性模型来提高预测的准确性,极少的研究将重点放在图像本身的分析,即充分利用影像包含的如趋势和纹理等内在特征。为此,文章基于二维奇异谱分析(2D singular spectrum analysis,2DSSA)技术,提出了一种2DSSA时空融合模型(2DSSA spatial-temporal fusion model,2DSSA-STFM),通过将已有影像分解为趋势分量和细节分量,分别对目标时刻影像的主要空间趋势和空间细节进行预测。首先,建立高空间分辨率数据趋势项与低空间分辨率数据的线性关系,计算得到目标时刻影像的趋势成分;然后,建立2个时相下低分辨率细节分量和高分辨率细节分量的线性关系,得到目标时刻影像的细节成分;最后,将计算得到的趋势和细节成分进行合成,即为目标预测影像。在2组中分辨率Landsat7 ETM+和MODIS影像上对提出的2DSSA-STFM进行了实验,结果表明,提出的模型在实验误差方面要优于传统的时空融合模型。

饮用水源地非点源风险遥感提取及定量评估

基于高空间分辨率卫星数据,以面向对象分类方法结合人工解译方法获得我国25个典型湖库型饮用水源地保护区的非点源风险空间分布,并基于水源地非点源风险指数(NPPRI)对非点源风险进行定量评价.结果表明,我国典型水源地一级保护区与二级保护区内居民点、开采用地、农田类用地等非点源风险普遍存在,部分水源地还存在水产养殖、旅游用地、畜禽养殖等风险源.在监测的25个水源地中,水源地非点源风险隐患为高、较高、偏高、中度、低的比例分别为12%、4%、44%、20%、20%,风险隐患中度及以下的为40%,偏高及以上的为60%,说明水源地中非点源风险隐患总体明显.另一方面,25个水源地中,非点源风险指数最大为42.0,最小为0.8,表明全国水源地非点源风险现状差异较大,需引起重视.水源地非点源风险的大小与保护区面积没有正相关关系,各水源地非点源风险程度在全国的空间分布没有明显的空间分布格局,而主要和水源地与城市距离、当地相关部门对水源地重视程度、配套的管理措施及历史状况等因素相关.

玉米全生长期叶面积指数收获测量法的改进

农作物全生长期冠层表现不同的结构,常规的叶面积指数测量仪器不能适用于全生长期的叶面积指数测量,提出改进的收获测量法可进行玉米全生长期叶面积指数的测量,并且测量结果也具有可比性,该法在减少常规直接测量法工作量的同时也减少了对玉米的破坏。通过对比不同生长期单株样本叶面积计算的两种方法,得出二元二次回归法比常规的形状因子法计算精度高的结论。同时,分析不同生长期玉米秆所占总面积比例的规律,得出进行叶面积指数的准确测量,玉米秆的表面积必须进行准确考虑。该研究可为同类作物叶面积指数测量提供参考,可以有效推动叶面积指数的准确快速测量及遥感反演的验证工作。

基于波谱知识库的MODIS叶面积指数反演及验证

目前用物理模型反演叶面积指数普遍存在缺少先验知识的状况,如何获得准确的先验知识是遥感走向应用的一个关键环节。中国典型地物标准波谱数据库就是结合国家重大行业中的应用需求,研究制定地物波谱获取与分析的技术规范和数据标准,建立典型地物标准波谱数据库。从波谱数据库提取模型反演所需要的先验知识,实现了基于SAIL模型的MOD IS数据(经过几何纠正与大气纠正)叶面积指数的反演。另外,基于TM数据,对MOD IS混合像元进行了分解,用纯像元的叶面积指数与实测数据进行对比验证,同时,反演结果与NASA的LAI产品也进行了对比,结果表明基于波谱库的先验知识可以有效的提高叶面积指数的反演精度。

多光谱多角度遥感数据综合反演叶面积指数方法研究

叶面积指数是陆地生态系统的一个十分重要的结构参数。用遥感数据求取叶面积指数可以利用光谱的信息,比如通过植被指数来拟合一个经验关系,但很多植被指数明显受土壤背景的影响,对于有明显行结构的农作物,土壤的影响很难消除,植被指数的方法误差较大。多角度遥感包含了大量的地面目标的立体结构信息,具备求解植被特征参数的潜力,但通常多角度遥感反演对光谱信息的利用不足。与以往的反演方法相区别,该文利用行播作物二向反射模型,将多角度与多光谱数据结合进行行播作物LAI反演实验,并对反演算法进行了详细的敏感性分析实验,结果表明采用多角度、多光谱遥感数据相结合的方法可以有效反演行播作物的叶面积指数。

地表饮用水源地安全指数及快速评价方法

饮用水水源保护是关系国计民生的重大问题,水源地安全监测与评价是进行水源地保护的基础,通常采用的‘自下而上’的调查监测方式,时效性不强并且工作量大。结合遥感数据的时空分辨率高、覆盖面积大、获取数据便捷的特点,文章提出的地表水源地的安全指数,从利用地表水体监测数据与遥感数据各自优势的角度出发,实现对水源地进行快速动态监测。通过对地表水源地的水质、水量、水环境、环境安全监管等四个方面进行监测,构建指标体系,运用模糊数学和层次分析方法,基于水源地安全评价指数对水源地安全进行全面评价,实现对水源地全面及时的监测,为管理工作提供依据。并且,本方案在了解水源地整体安全性的基础上,可以进一步掌握水源地的安全隐患,从而制定合理措施对水源地进行有效保护。最后以密云水库水源地流域为例进行了方法验证。

饮用水源地生态环境现场监察技术研究

准确快速地确定生态监察目标,以信息化的手段辅助现场执法以提高现场环境执法效能,是饮用水源地生态环境监察的关键。基于高空间分辨率卫星数据,在构建饮用水源地生态环境监察分类体系的基础上,实现了利用卫星数据提取水源保护区的风险源信息,并对水源地所有风险源实现空间定位和准确统计。基于卫星数据和平板电脑,结合遥感技术、地理信息技术和定位技术,开发了水源地保护区现场执法系统,实现了现场数据的快速采集和"图属"一体化的业务集成,该系统可为水源地生态环境现场监察提供有利的技术手段。

异质性地表的叶面积指数反演的不确定性分析

叶面积指数(Leaf Area Index)可用来反映作物的生长状况,常作为主要指标应用于农作物估产。本文研究遥感中常见的混合像元问题对LAI反演所带来的不确定性问题。研究的混合像元由两种情况构成,一种是由不同长势的作物所构成的混合像元,另一种情况是由不同端元形成的混合像元。结果表明,不同长势形成的混合像元对LAI的准确反演影响不大;不同组分形成的混合像元对LAI反演影响很大。从验证的角度讲,地面实测点的LAI数据不能代表一定分辨率区域的LAI的值,对于像元LAI的验证要注意正确获得像元的LAI。

遥感模型多参数反演相互影响机理的研究

遥感数据具有覆盖范围广、时间与空间分辨率高的特点,被广泛应用于提取区域范围内的一些重要的生物物理参数。为提高参数的提取精度,需要制定正确的反演策略。了解影响参数提取精度的因素、反演过程中各反演参数之间如何相互作用是制定合理反演策略的关键。本文通过数学推导与物理机理的分析,证明了影响参数反演精度的因素不但有冠层反射率数据的质量,还有反演过程中参与反演的未知参数的个数、参与反演的每个参数的敏感性及各个参数敏感性之间的相关性。最后通过对反演不同参数个数、不同数据质量进行了叶面积指数反演的精度分析,验证影响参数反演精度的各个因素。

基于GEE平台的黄河流域水体指数研究

黄河流域水体复杂,快速、准确地提取流域水体对黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义,但现有的水体指数无法满足去除遥感影像固有的山体阴影和精确提取复杂水体的要求。基于Google Earth Engine(GEE)平台和Sentinel-2影像,提出一种黄河流域水体指数(YRBWI),与归一化差异水体指数(NDWI)、改进的归一化差异水体指数(MNDWI)和阴影水体指数(SWI)进行水体提取效果对比。结果表明,YRBWI对黄河流域水体提取的效果最好,具体表现在可以解决山体阴影混淆问题,能准确提取高含沙量水体;与NDWI、MNDWI和SWI相比,YRBWI的OA和Kappa值最大,说明YRBWI的水体提取精度最高;YRBWI的水体提取精度对阈值的变化不敏感,具有较强的抗干扰性。

基于环境一号卫星的内陆水体水质多光谱遥感监测

基于环境一号卫星多光谱数据,针对我国内陆水体开展遥感监测研究。该研究建立分地区分季节经验模型反演叶绿素a浓度,基于生物光学模型的近红外单波段方法反演悬浮物浓度,以悬浮物浓度间接反演透明度,最终基于叶绿素a和悬浮物获得基于遥感监测的内陆水体营养状态指数。以2009年6月巢湖同步观测试验验证本文的水质参数反演算法,表明叶绿素a浓度反演精度不如悬浮物浓度,两者反演精度符合水环境监测业务需求。

多时相遥感影像变化检测方法研究进展综述

近年来,随着遥感平台和传感器的发展,已经实现了对地球表面大部分区域的连续重复遥感观测,积累了海量的多源、多尺度、多分辨率遥感数据。这些数据详细记录了地表上各种地物的变化过程,使得基于遥感影像的中长期变化检测等全球变化研究成为可能,并极大地推动了遥感影像处理方法和应用的研究。但是,尽管许多学者已经开展了大量相关的研究工作,目前基于多时相遥感影像的变化检测仍然面临许多挑战,还没有形成相对完整、成熟的理论体系,对相关研究进展的系统性总结工作仍然相对缺乏。回顾了多时相遥感变化检测方法的发展现状,并根据输人数据类型和数量的不同将这些方法分成单时相分类比较法、双时相比较法和时序分析法三类,对其进展情况和特点分别进行总结分析,然后就多时相遥感影像变化检测方法研究中现存的问题加以分析,并尝试探讨了其发展趋势。

饮用水水源保护区高尔夫球场卫星遥感监察技术研究

饮用水安全是影响经济发展、社会稳定和人体健康的重要因素。快速准确地确定饮用水水源保护区内的高尔夫球场空间分布信息,以信息化手段辅助水源地安全现场检查以提高监查效能,是饮用水源地保护区环境监察的关键。本文基于高空间分辨率卫星遥感数据,首次提出了高尔夫球场遥感监测分类体系,并构建高尔夫球场遥感监测技术体系,实现基于卫星遥感的水源保护区内高尔夫球场分布信息提取,以及对球场各组成要素的空间定位和面积计算。基于水源地保护区现场执法系统,实现了卫星监测的高尔夫球场空间分布信息、水源地保护区边界信息、行走路线等现场数据采集等多源信息的现场业务集成与显示,可为水源地保护区高尔夫球场现场监察提供有效的数据与技术支持。

基于环境减灾小卫星(HJ-1B)的地表温度单窗反演研究

地表温度是地球环境中的一个关键参数,可探测地表温度的热红外波段在光谱谱段中占有重要位置。针对近年来发射的HJ-1B星波段特点,本研究在基于影像的COST模型大气校正基础上,以宁夏为研究区,采用无需大气水汽含量参数的单窗算法反演地表温度,并采用同步的MODIS温度产品对比验证,结果表明该法具有<1 K的较高精度。同时,对该法的关键参数地表比辐射率进行了敏感性分析,发现该法对比辐射率不大敏感,其在中等程度的变化时,其误差<0.5 K。从而说明该法反演地表温度的可靠性,也表明了环境减灾星具有较高精度的地表温度探测能力。

基于时序NDVI的江西省植被覆盖时空变化分析

基于NDVI时序遥感影像,分析了江西省1999年～2008年10年间的地表植被覆盖空间分布及其变化特征.研究表明,江西省10年来植被覆盖总体改善,但呈现出明显的空间分异性:西部和北部增长趋势明显,东部和南部部分地区以及部分城区呈退化趋势.结合土地覆盖分类数据分析发现,NDVI变化特征与土地覆盖类型密切相关,人类活动造成的土地利用类型变化是NDVI变化的重要驱动因素.

基于环境卫星CCD数据的黄海浒苔遥感监测

2007年以来,黄海海域每年夏季都发生大面积浒苔绿藻潮,影响沿岸人民的生活、生产。考虑到其分布范围动则几千、上万平方公里,水面监测很难实施,尝试利用遥感技术对其分布和发展变化情况进行监测。基于中国自主产权的环境卫星(HJ1)数据,采用经典植被指数算法和人工辅助判读方法,对2013年黄海浒苔暴发全过程进行了连续遥感监测,分析了此次浒苔过程的分布和漂移路线。监测结果表明,浒苔绿藻潮首发于江苏盐城东部海域,由南向北逐渐漂移,面积逐渐扩大,结束于青岛东北部海域;该期间,浒苔最大覆盖面积达663.54平方公里。

“十二五”期间三大城市群对流层NO_2柱浓度时空变化及对比

本文基于OMI对流层NO_2垂直柱浓度产品,分析了"十二五"期间三大城市群对流层NO_2柱浓度时空变化,并进行了比较分析。结果表明:(1)京津冀是浓度最高的城市群,长三角次之,珠三角最低;"十二五"规划对氮氧化物排放量的约束性减排指标为下降10%,2015年较2010年京津冀、长三角、珠三角分别下降24.74%、27.73%、26.28%;(2)三大城市群对流层NO_2柱浓度时空变化特征为:京津冀呈西北低东南高的趋势,长三角呈中间高、北部次之、南部低的趋势,珠三角呈中间高、周边低的趋势;(3)三大城市群直辖市和地级市的对流层NO_2柱浓度"十二五"均值特征为:京津冀城市群中,7个市处于四、五级高浓度水平,其中邯郸最高为2035.71×1013mole/cm^2;长三角城市群中,6个市处于四级高浓度水平,其中苏州市最高为1827.55×1013mole/cm^2;珠三角城市群中,4个市处于三级中浓度水平,其中佛山市最高为1158.98×1013mole/cm^2。

北京市河流干涸断流遥感监测分析

针对我国北方水资源短缺导致大量河流干涸断流的现状以及河湖水系连通性在水生态环境健康中的重要地位,利用高分辨率遥感影像以北京市为试点对河流干涸断流现状进行了遥感信息提取和空间分析,获取了北京市2015年丰水期河流干涸断流分布情况。监测结果表明:北京市河流干涸断流情况严重,纳入监测的46条河流中15条存在干涸现象,干涸河道长度为227.23公里,占河道总长度的12.98%;3条河流超过50%的河段干涸,永定河干涸河道长达72.24公里;干涸河道主要分布于房山区、大兴区和平谷区,房山区和大兴区干涸河道长度均超过50公里,平谷区干涸比达44.24%;干涸河段上游及沿线均有大量水库闸坝等水利工程,导致河道中水量逐级衰减乃至断流。同时,针对河流干涸断流情况严重的现状提出对策建议,为我国水环境保护提供参考。

2005-2015年珠三角对流层NO_2柱浓度时空变化遥感监测

本文基于OMI遥感数据,详细分析了近十一年间珠三角对流层NO_2柱浓度时空变化格局,结果表明:(1)珠三角对流层NO_2柱浓度年均下降率为4.25%。2015年浓度最低,为508.83×1013mole/cm^2;2007年最高,为819.37×1013mole/cm^2。2010年较2005年下降12.11%,2015年较2010年下降26.28%;(2)珠三角对流层NO_2柱浓度分布呈中间高、周边低的趋势。中部的广州、佛山、东莞、中山、深圳市等发达或重工业城市为中心的区域是高浓度中心;肇庆、惠州、江门和珠海处于一、二级较低浓度水平;(3)对流层NO_2柱浓度月均值呈显著年度周期性变化,一年中NO_2最低值一般出现在6-9月;最高值一般出现在1、2、11、12月。

一种基于分层策略的时空融合模型

时空数据融合能够有效提高高空间分辨率遥感数据的时间分辨率,但是目前广泛使用的时空自适应反射率融合模型在突变区域的预测效果不佳。针对这一问题,提出一种基于分层策略的时空融合模型(hierarchical spatial-temporal fusion model,H-STFM)。该模型首先根据相邻时刻低空间分辨率数据的反射率差值,将待预测的目标像元分为物候变化像元和突变像元;然后对物候变化像元进行线性回归预测,对突变像元进行加权滤波预测;最后将物候变化和突变区域的预测结果利用优化的时间加权函数融合生成最后预测图像。以两组中分辨率遥感数据MODIS和Landsat图像为基础数据进行实验对H-STFM模型进行了定性与定量评价。结果表明,提出模型的实验结果在方差误差与相对无量纲全局误差方面表现明显优于时空自适应融合模型。