Genetic inverse algorithm for retrieval of component temperature of mixed pixel by multi-angle thermal infrared remote sensing data

After carefully studying the results of retrieval of land surface temperature(LST) by multi-channel thermal infrared remote sensing data, the authors of this paper point out that its accuracy and significance for applications are seriously damaged by the high correlation coefficient among multi-channel information and its disablement of direct retrieval of component temperature. Based on the model of directional radiation of non-isothermal mixed pixel, the authors point out that multi-angle thermal infrared remote sensing can offer the possibility to directly retrieve component temperature, but it is also a multi-parameter synchronous inverse problem. The results of digital simulation and field experiments show that the genetic inverse algorithm (GIA) is an effective method to fulfill multi-parameter synchronous retrieval. So it is possible to realize retrieval of component temperature with error less than 1K by multi-angle thermal infrared remote sensing data and GIA.

基于多时相热红外遥感的理塘盆地地热资源探测

地热能是地球内部一种环保、可再生的地下热能,热量传导至地表会引起地表温度异常。然而,地表温度受到太阳辐射、周期性变化和降水等诸多因素的影响,可能掩盖由地热引起的温度异常。为了解决这些问题并突出地热引起的地表温度异常,文中提出了一种利用Google Earth Engine(GEE)高效快速计算多时相冬季平均地表温度并提取地热异常的方法,并对理塘盆地的地热资源分布特征进行了研究。该方法综合运用多时相冬季平均地表温度对比分析、水体剔除、地形效应抑制等手段来提取地热异常区。结果表明,文中确定的8处地热异常区与断裂构造关系密切,且区内水资源丰富,具备地热资源形成的良好条件,可以作为未来地热勘探的重点方向。研究认为,在高原恶劣环境中,利用多时相平均冬季地表温度识别地热异常是一种高效且经济的方法。

基于多时相热红外遥感的全天候地表温度动态监测研究

为提高全天候地表温度动态监测的精度,提出基于多时相热红外遥感的全天候地表温度动态监测方法。采用多尺度小波分解,构建多时相热红外遥感成像模型,采集地表温度统计序列,根据采集结果,提取地表温度动态监测多时相热红外特征;结合图像融合滤波方法,进行图像降噪处理,并通过测度融合分解,获取图像灰度像素值,采用信息增强方法,对全天候地表温度红外遥感图像增强处理,在增强的视觉信息分布空间中,进行全天候地表温度动态监测。仿真结果表明,采用该方法进行多时相热红外遥感下的全天候地表温度动态监测的准确性较高,输出误差率能够保持在0.10%以下。该方法的最长监测时间仅为13 s,监测时间较短。

遥感方法在宁武煤田煤火识别中的应用

煤火燃烧会对周围地区的环境、经济和安全造成严重影响,准确识别煤田自燃引起的火区范围对于监测与治理煤火具有重要意义。相关学者分别通过提取地表热异常或地表形变信息来识别煤火范围,但由于方法及手段单一,而引起煤火发生因素众多,导致试验结果不够准确。为提高煤火识别准确性,通过实际应用研究,利用融合卫星热红外技术与雷达技术的煤火识别方法,应用于山西省宁武煤田的火区识别。首先采用ASTER–TES(Temperature-Emissivity Separation)算法对ASTER夜间热红外数据进行地表温度反演,同时利用SBAS–InSAR(Small Baseline Subset InSAR)技术对Sentinel-1数据进行地表沉降信息反演,然后通过阈值分割法提取研究区域中的高温异常区域和沉降异常区域,进而融合处理,获得疑似煤田火区范围,最后利用测氡的实地勘测方法所确定的煤火范围对试验结果进行对比验证分析。结果显示:研究提出的方法对宁武煤田火区范围的识别准确率高达93.78%,较单一的温度反演方法与沉降异常方法提高43.29%和62.23%,但有部分火区未被识别,原因在于利用地表形变识别火区的阈值难以获取。结果表明:热红外技术与雷达技术协同识别方法能够有效克服单一识别方法的不足,显著提高煤火范围的识别精度,为准确圈定火区的治理范围提供有力参考,今后应深入研究地表形变探测火区的方法特性,从而获得更加全面准确的煤火范围。

基于多源遥感数据的森林火灾应急监测

针对目前森林火灾应急救援工作中火情监测手段单一、实时性、全面性不够的问题。本文总结了一种基于多源遥感监测数据的复杂地形森林火灾应急监测工作方法,解决了宏观尺度下森林火灾应急监测不够实时和全面的问题。研究结果表明:①空天地联合监测的火情信息获取方法具有全面、机动性和实时性等优势,可有效辅助于森林火灾现场指挥救援工作;②以吉林一号和高分一号为主的国产卫星载荷下的光学监测和夜光遥感监测可对火灾区域进行宏观尺度的持续观测;③无人机载荷的热红外探测和激光测距传感器可以实时获取夜间和小范围区域内的火点信息,助力火灾打早打小。本文研究成果可为森林火灾应急指挥部在火场地形地貌分析、救援力量部署、火灾实时追踪监测和灾后复燃隐患防控等工作提供科学决策支撑。

地表组分温度反演

在热辐射方向性规律的基础上 ,以喜直型连续植被为例 ,进行了大量的MonteCarlo模拟 ,建立了辐射亮度和组分温度、植被叶面积指数及土壤比辐射率之间的经验函数关系。采用遗传算法 ,从热红外 2个波段 2个角度数据中 ,同时反演混合像元组分温度、土壤比辐射率和叶面积指数等 5个参数。通过对模拟的观测数据进行大量的遗传算法反演试验 ,结果表明 ,遗传算法反演组分温度非常稳健 ,在宽松的先验知识条件下 ,遗传算法可以解决不确定性反演问题。遗传算法反演结果和野外实测数据作了比较 ,证实了反演方法的正确性。为基于热红外方向性辐射模型反演地表组分温度 ,提供了新的实例。

利用AMTIS数据反演植被和土壤温度

遥感陆面温度 (LST)是目前遥感界面临的重要课题 ,组分温度反演则为LST反演的主攻目标。如果混合像元组分间的温度及发射率存在明显差别 ,就可以从多角度热辐射亮度变化中分离出组分温度的信息。在热辐射矩阵模型的基础上 ,讨论了确定可反演参数和反演组分温度的方法 ,并以AMTIS多角度热红外图像为数据源 ,在进行几何和大气纠正后 ,尝试利用矩阵反演方法分解混合像元中的植被和土壤温度。误差分析表明土壤温度反演结果较好 。

用遗传算法反演连续植被的组分温度

由于热红外多波段数据间具有高度的相关性和混合像元的大量存在 ,使得多波段陆面温度反演精度难以提高 ,并且难以得到组分温度信息 .在连续植被热辐射方向性规律的基础上 ,以喜直型连续植被为例 ,进行了大量的Monte Carlo模拟 ,建立了组分有效比辐射率与土壤表面比辐射率和植被叶面积指数之间的经验函数关系 ,并以此构造目标函数 ,采用遗传算法 ,从热红外多角度数据中 ,同时反演混合像元组分温度和土壤比辐射率以及叶面积指数 .通过对模拟的观测数据进行遗传算法反演的大量试验 ,结果表明 ,遗传算法反演组分温度非常稳健 ,在宽松的先验知识条件下 ,遗传算法可以解决不确定性反演问题 .遗传算法反演结果和野外实测数据作了比较 ,证实了反演原理的正确性 ,为基于热红外方向性辐射模型反演组分温度 。

热红外多角度遥感和反演混合像元组分温度

在研究了混合像元热辐射方向性规律的基础上 ,以连续植被冠层为例 ,提出了利用热红外多角度遥感数据 ,直接反演混合像元组分温度的方法。与多通道数据相比 ,多角度信息间的相关性要低得多 ,它主要取决于植被冠层的叶倾角分布函数 (LAD)。因此更容易达到反演精度小于1K的目的。

西藏冈底斯地区斑岩铜矿识别的最佳多光谱遥感异常判据研究

文章应用多光谱遥感技术,对冈底斯斑岩铜矿带的实例(驱龙、甲玛、朱诺、冲江、夏玛日等矿床)进行了研究和总结,包括ASTER和ETM+数据技术特征、蚀变异常找矿的地质依据、蚀变异常提取的波谱前提、多光谱矿致遥感异常提取的常见技术方法、去干扰异常主分量门限化技术流程、冈底斯斑岩铜矿带找矿模型最佳遥感异常判据研究等。确定了ASTER主分量分析提取的羟基异常OHA6、OHA5同心套合异常可做为斑岩铜矿的最佳多光谱遥感异常判据,在从夏玛日至朱诺的13景共4.6万平方公里的ASTER提取异常中,依此判据圈定了冈底斯20处有潜能的斑岩铜矿异常。此外,还对夏玛日景遥感异常进行了解译,并提出了3处钻孔孔位建议。

红外多角度观测的优势分析

常规单一角度热红外谱段观测获得的是像元平均温度,无法区分像元内不同地物的类别信息,导致物理意义模糊不清,在数据应用时无法满足精细地表温度反演的需求。红外多角度遥感数据通过双层能量模型、结合先验知识可以反演混合像元的组分温度(土壤、植被冠层等);可利用不同辐射传输路径获得红外大气透过率的差异,可从图像自身提供的信息反演所需的大气参数,在无大气廓线情况下有效的完成大气校正,减少地表温度反演过程中带来的误差,提高地表真实温度的反演精度;可以获得更为全面的异质异构地表的热辐射状态,避免由于遮挡或者不可见而损失的热辐射信息。另外,红外多角度观测对于更为客观认识地表热辐射状态提供了可能,其在陆表生态系统建模、地表能量平衡研究等方面具有重要科学价值,同时也为热辐射方向性科学探索提供了必不可少的数据支撑。红外多角度光学遥感为热红外遥感数据定量反演提供了有效的手段,是一个重要的发展方向;无论是对工程应用还是对科学研究,红外多角度空间光学遥感器及其应用的研究都有非常重要的意义。

乌鲁木齐东侧煤火多源遥感融合探测

目前新疆有8大煤火区,且火区增长速度快、隐蔽火区日益增多,因此需要更加快速地探测新疆煤火区的范围。以InSAR与热红外技术为基础,首先采用PS时序方法和普适性单通道算法获得研究区的沉降和温度信息,接着通过设定合理的阈值获取温度异常区域并提取相邻时间的反演结果进行验证,最后通过沉降和温度信息对火区分布进行综合分析。结果表明:此方法能判定出疑似火区分布。

高温目标辐射亮度比的方向性研究

为研究高温目标在短波红外发射辐射的方向性,建立多角度观测物理模型;以燃烧竹炭作为小面元高温目标,在暗室条件下使用ASD FieldSpec3光谱仪对高温目标的辐射亮度进行多角度观测和分析。仅使用一台光谱仪无法同时获取多个角度的观测数据,且以不同角度观测时,高温目标温度发生明显改变,本文采用一种自定义的降温模型计算多角度观测的参比辐射亮度,并提出一个概念-辐射亮度比(多角度辐射亮度/参比辐射亮度),用以消除高温目标降温的影响。结果表明,降温模型精度很高,辐射亮度比这一概念很好地刻画了高温目标在短波红外辐射的方向性,余弦函数、傅里叶级数均可实现对辐射亮度比随角度变化的高精度拟合。

红外遥感与多终端耦合的城市热岛分析方法研究

以往城市热环境研究存在气候依赖性高、实验条件单一、数据链不连贯等问题.笔者通过系统梳理了红外遥感与多终端技术各自在城市热岛研究中的发展和应用情况,建构了红外遥感与多终端耦合的城市热岛研究技术方法框架,并结合案例进行了可行性研究.研究表明,该技术在城市微气候研究领域具有较大的应用潜力,能够有效地为相关主客观研究提供理论和数据支持.

土壤热红外辐射及其偏振辐射特性影响因素分析

针对目前地面目标热红外通道辐射特性及其偏振辐射特性的遥感探测需求,将五大典型地面目标之一——土壤作为研究对象,并利用地物热红外多角度偏振遥感测量平台及仪器获取了不同因素影响下的土壤热红外多角度热辐射与偏振辐射数据。分别从探测角、方位角、波段、偏振角和土壤类型五个方面研究了土壤的热辐射特性及其偏振辐射特性。结果表明,当入射光源固定时,土壤的辐射亮度和亮度温度均随探测角的增大而增大;当方位角为180°时,二者均达到最大值;它们随波段变化呈现不同的规律;偏振角以及土壤类型对辐射亮度的影响不显著,而对亮度温度的影响显著。该研究成果可以为开展热红外土壤遥感应用提供新的思路与方法,并可为热红外遥感和偏振遥感的进一步发展提供重要的理论支撑。

黑河综合遥感联合试验研究进展:概述

"黑河综合遥感联合试验"是在我国典型的内陆河流域——黑河流域开展的大型航空、卫星遥感和地面同步观测试验。28个单位的280多名科研人员、研究生和工程技术人员参加了试验。介绍了2008年加强试验期以来的研究工作进展。"黑河综合遥感联合试验"最主要的成果是一套多尺度、高质量的综合观测数据集,该数据集已正式对外发布,十分有力地支持了一系列生态、水文、定量遥感模型的发展、改进和验证,试验所期望突破"数据瓶颈"的目标已经实现。此外,已在积雪参数提取、地表冻融微波遥感、森林结构参数的遥感反演、蒸散发观测与遥感估算、土壤水分反演、生物物理参数和生物化学参数反演、水文气象观测、尺度推绎、流域水文模拟和同化应用等方面取得了丰富的研究成果。试验亮点包括蒸散发观测及其遥感模型改进、机载激光雷达的应用、多角度热红外传感器研制和应用;航空遥感在获取高质量、高分辨率数据方面依然具有不可替代的作用。