基于非负矩阵分解的中红外地表特性光谱重建方法

在中红外遥感领域,高光谱地表反射率/发射率等地表特性具有极高的应用价值和应用需求,但利用卫星遥感手段难以获取吸收波段的高光谱地表反射/发射特性,且通过光谱重建获取全波段的地表特性方法仍存在很多问题。为解决中红外全波段地表特性光谱重建所面临的难题,基于约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University,JHU)地物波谱库和中分辨率成像光谱仪(MODIS)短波红外和中红外地表多光谱卫星产品,提出了一种利用非负矩阵分解(NMF)重建高光谱地表反射率的方法,对2.5~5.0μm中红外光谱范围内的地表反射/发射率进行光谱重建,重建后的光谱分辨率可达10 nm。首先基于JHU地物波谱库选取4种典型地物类型(土壤、植被、人造材料和岩石),建立地物光谱库样本信息,再利用MODIS传感器光谱响应函数,根据等效计算公式将2.0~5.0μm波段范围反射率结果重采样到10 nm光谱间隔、共301个波段,得到JHU地表反射率光谱数据集。对光谱数据集进行非负矩阵分解处理,提取4条端元向量光谱曲线,结合MODIS短波红外和中红外4个波段(2.13、3.75、3.96和4.05μm)的全球月均地表反射率/发射率产品,可计算每个像元对应的权重系数向量,从而进行任意波段的光谱重建,得到全球范围内陆地5 km×5 km分辨率的月均地表反射率重建结果。同时为综合评价该光谱重建方法,从光谱数据集中提取MODIS短波红外和中红外4个波段(2.13、3.75、3.96和4.05μm)的子数据集,计算对应的权重系数向量,进行2.0~5.0μm光谱范围内的全波段的反射率光谱重建。重建结果对应的平均绝对误差优于0.01,平均相对误差优于10%,在只有MODIS卫星4个波段数据可用的低秩病态的情况下,可较好地满足光谱重建的精度要求。并且为满足重建结果可视化需求,基于网络地理信息系统(WebGIS)技术,利用Cesium框架,采用浏览器/服务器架构,搭建了二三维一体化可视化系统,将卫星底图、地形数据与光谱重建结果等集成展示,从而进行直观的多因素分析,为卫星产品的展示与验证提供支撑。

大别山区农村居民点用地适宜性分析和选址优化——以金寨县青山镇为例

为合理利用农村居民点用地,本文从区位的视角,以大别山区安徽省金寨县青山镇为例,选取坡度、坡向、高程、距河流距离、距道路距离、距城镇和中心村距离6个影响因子,基于GIS栅格数据模型,应用证据权法进行用地适宜性分析,将农村居用点用地划分为适宜区和不适宜区;选址优化分析中将位于不适宜区的居民点设为需求点,位于适宜区的允许建设区设为供给点,基于实际路网,应用最大化覆盖模型进行位置分配。研究结果表明:①证据权法预测的适宜区面积仅占全区面积的26.71%,但包含约70%的已有居民点分布,精度较高。②研究区农村居民点用地适宜性以不适宜和非常不适宜为主,约占73.29%;非常适宜区域面积为1383.21 hm²,仅占该镇总面积的8.56%;适宜和一般适宜区占比分别为7.65%和10.5%。③选中的潜在需求点有138个居民点共4742人,潜在供给点有83个地块。当选取的候选地块数为7,可接受服务距离为10000 m时,100%的待搬迁居民点(潜在需求点)被覆盖,平均出行距离为4.3 km,结果较理想。

基于星载偏振交火模式的气溶胶层高被动遥感成像反演信息量分析

为探究高精度偏振扫描仪(POSP)在偏振交火模式下紫外波段对气溶胶层高(ALH)的探测能力,基于最优估计理论和信息量分析方法,分析了紫外和近紫外波段模拟仿真数据对ALH的灵敏度,并进一步讨论了不同观测组合对ALH信息量和后验误差的影响。研究结果表明:拓展的紫外波段是卫星遥感ALH反演的重要信息源,进一步增加380 nm偏振探测后,ALH的信息自由度(DFS)提高了0.06~0.26,同时后验误差降低了5~30个百分点;联合近紫外410 nm探测信息后,ALH反演后验误差额外降低了7~10个百分点,尤其增加了标高H较低时ALH的反演信息量;观测信息对标高的敏感度随着卫星观测散射角的增大而逐渐降低;粗模态主导的气溶胶、裸土地表相较细模态主导的气溶胶、植被地表来说提供的ALH信息量更少。总体来说,虽然ALH信息量受到气溶胶类型影响表现出了一些差异,但是不同气溶胶类型间ALH信息量受地表类型和偏振测量等的影响通常是相似的。

高分二号全色卫星影像大气校正

利用大气辐射传输模型和指数衰减点扩展函数,发展了一套适用于亚米级分辨率的全色卫星影像的大气校正方法,该方法充分考虑了大气参数(气溶胶、水汽、臭氧及其他吸收气体等参数)、空间分辨率、背景像元与目标像元的空间距离等对邻近效应的影响。结果表明,本文建立的大气校正方法能够有效去除大气及周围环境对卫星入瞳信号的影响,充分解决全色卫星影像中的邻近效应问题,全面提升了卫星影像的质量(清晰度至少提高了155%,对比度至少提高了115%,边缘能量至少提高了247%,细节能量至少提高了204%,调制传递函数至少增大了169%)。