2008年汶川M_S8.0地震前后川西含碳气体卫星高光谱特征

2008年汶川地震导致了大量地下含碳气体释放.本文基于卫星高光谱数据采用差值法获取了汶川地震前后川西地区含碳气体异常的时空分布特征.结果显示汶川地震前后不同含碳气体异常的时空分布特征不同.空间分布上,CH_4,CO_2和CO异常分布于震中附近且受断裂控制明显,与热红外异常特征类似;CO和CO_2异常的范围较CH_4大,CO除沿断裂带分布外,在四川盆地也大面积出现.异常出现时间上,CO_2异常最早,其次为CH_4和CO.气体来源上,CO_2和CH_4主要来源于地球内部沿断裂带释放,在地球内部还原条件下,CH_4还可由CO_2还原形成;CO异常除了沿断裂带释放和由断裂带释放的CH_4氧化生成外,还由四川盆地渗漏的CH_4氧化生成.本文结果可用于地震监测预测研究,不仅提供了新的地震前兆观测参数,还为地震热红外异常机制"地球放气温室效应"提供了科学依据,同时对地震引起的地质碳排放研究也有重要意义.

基于随机森林方法的卫星高光谱影像道路提取与分析

高分辨率卫星高光谱影像在道路精细分类与提取方面具有广阔的前景,但目前星载高光谱道路提取所需谱段、光谱分辨率等核心指标尚不明确。文章在构造高光谱影像道路提取的随机森林方法的基础上,利用模拟数据和实验,比较了可见光近红外通道和短波红外通道,以及不同光谱分辨率条件下道路提取的精度。结果表明:利用可见光近红外或短波红外数据均能很好地实现机场跑道、水泥路、沥青道路、土路的准确分类,分类精度随光谱分辨率减小而提高。其中,高光谱影像在提取机场道路和水泥路方面精度高、优势明显。文章相关结论可为高分辨率高光谱卫星总体设计和道路提取处理算法提供参考。

青藏高原周缘三次强地震伴生的卫星高光谱遥感地球化学异常

利用卫星遥感高光谱AIRS数据,获取了发生在青藏高原周缘三个不同构造单元的2017年8月九寨沟M_(S)7.0地震、2019年4月西藏墨脱M_(S)6.3地震和2020年6月新疆于田M_(S)6.4地震伴生的CH_(4)气体地球化学异常。用Matlab编程处理AIRS数据的结果表明,CH_(4)柱含量在三次地震前一周到半个月出现高值异常,异常沿着断裂带分布,其中断裂带的交会部位异常幅度较大。由于地震所处的构造环境、发震类型、震级大小差异,三个构造单元地震引起的CH_(4)气体浓度异常出现时间、持续时间、异常强度等方面存在一定差异。三次地震前后遥感信息异常与地震活动对应较好,这归因于在孕震应力场作用下地下气体沿着裂隙及裂缝的逸散作用。研究结果对利用卫星高光谱分辨率遥感技术监测地震及其在大地震短临预测中的应用具有重要意义。

基于卫星高光谱遥感的水体和林木面积测绘分析

本文的研究图片来源于“珠海1号”高光谱卫星,使用了BP神经网络自适应算法,利用该算法建立地物鉴别模型,根据该模型进行计算,绘制伪彩图,根据像素点数量推算实际面积,经过计算和验证,误差率非常小,能够满足水体和林木面积测绘的要求。

卫星高光谱气体溯源模型1.0版

以强震前电离层TEC变化的观测事实为基础,以天地同震理论、TEC的地球化学输送途径为前提,遵循气体上升的物理化学动力过程,建立强震断层逸出气体卫星高光谱溯源模型,按垂直分层和水平多尺度及多时间分辨率进行任务分解,最终以9个步骤完成震前震中区的目标识别,定位精度在5 km×5 km以下。

基于卫星高光谱遥感的水体和林木面积测绘

高光谱卫星的出现和发展为遥感测绘提供了新的技术手段。与传统卫星图像相比,高光谱卫星图像含有更为丰富的光谱信息,能够对目标物进行更为准确的鉴别、分类、定位和测绘。以“珠海1号”高光谱卫星(OHS-C)所提供的高光谱卫星图片为样本,利用地物反射光谱结合自适应算法实现了对林木和水体的精确鉴别、增强标记和面积测量。利用比值法对光谱进行处理,在无需复杂校准的情况下便可去除大气情况及时间季节对光谱的影响。实验结果表明林木和水体鉴别的特异性和灵敏度均高于97%。依据本文设计的鉴别模型,计算得西丽水库官方水域计算总面积数约为4.6 km^(2),与官方数据的误差仅约为0.144 6 km^(2);计算得淇澳岛的绿化面积为22.171 3 km^(2),该岛总占地面积为23.8 km^(2),按照90%绿化面积计算得误差小于0.751 3 km^(2),且误差主要源于商用卫星的空间分辨率不足。

高光谱观测卫星及应用前景

介绍了我国高分辨率对地观测系统重大专项中第一颗实现高光谱分辨率观测的高光谱观测卫星(GF-5)卫星及其应用前景。该卫星设计运行于高度705km的太阳同步轨道,装载可见短波红外高光谱相机、全谱段光谱成像仪、大气主要温室气体监测仪、大气痕量气体差分吸收光谱仪、大气气溶胶多角度偏振探测仪、大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪共6台有效载荷。卫星的光谱分辨率高且谱段全,具备高光谱与多光谱对地成像、大气掩星与天底观测、大气多角度偏振探测、海洋耀斑观测等多种观测模式,获取从紫外至长波红外(0.24~13.3μm)高光谱分辨率遥感数据;数据辐射分辨率高,载荷的光谱分辨率最高0.03cm-1,具备在轨定标功能,绝对辐射定标精度优于5%,光谱定标精度最高0.008cm-1;长波红外空间分辨率高;高码速率数传;高可靠长寿命设计。卫星入轨后将在环境综合监测、国土资源调查和气候变化研究等方面发挥重要作用。其典型应用有陆表环境综合观测、陆表局地高温及城市热岛效应监测、矿物填图、大气成分全球遥感监测和大气污染气体监测等。

高光谱观测卫星高精时间同步方案设计与应用

为了满足星上高光谱相机、全谱段光谱成像仪、星敏感器等时间精度敏感仪器的高精度时间同步需求,高光谱观测卫星上设计了可适应多种精度需求的时间同步方案。对于系统时间,综合通过星地时差集中校时、均匀校时、GPS总线校时、GPS硬件秒脉冲校时等校时方法进行时间修正;对于终端用户,分别给出直接采用广播的进行本地时间修正的时间同步方法、采用广播及内部秒脉冲的时间同步方法、采用广播授时和不同秒脉冲校时方案的地面时间重建算法。利用在轨数据,对卫星星敏感器、全谱段光谱成像仪及可见短波红外高光谱相机的曝光时刻时间重建方法进行了应用说明,并对不同方法的时统误差进行了分析。

高光谱遥感技术在地质环境监测中的应用与展望

高光谱遥感技术是一种功能非常强大的综合性学科技术,其以数据的实时性、光谱信息的丰富性、成本的高效益性、覆盖范围的广泛性等特征以及高分辨率和图谱合一的优势,在各个领域上得到了广泛的应用。文章介绍了高光谱遥感技术成像的基本原理、国内外高光谱成像仪和高光谱卫星的发展历程,重点描述了高光谱遥感技术在矿山环境监测、水环境监测与评价、土壤含水率监测等方面的应用成果。高光谱遥感技术面临着“维数灾难”、精确度不足、时效性受限、高光谱遥感数据解译困难等问题,未来可通过协同多平台、利用人工智能模型等方式提高精确度,构建典型的光谱库提高模型的普适性。

高光谱观测卫星偏振交火工程设计及在轨性能评估

2021年9月7日发射的高光谱观测卫星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025)》中规划的一颗业务星,是我国高光谱遥感能力的重要标志。高光谱观测卫星运行于高度为705km、降交点地方时为10:30的太阳同步轨道。针对细颗粒物探测,卫星配置了偏振交火传感器,通过由高精度偏振扫描仪(POSP)与大气气溶胶多角度偏振探测仪(DPC)构成的双偏振载荷的联合探测,获取观测区域的气溶胶光学厚度(AOD)、PM2.5等气溶胶信息。本文主要介绍了高光谱观测卫星总体技术方案和双偏振载荷方案,详细阐述了偏振交火模式设计要点,包括时统设计、光谱通道设置、光谱匹配设计以及视场匹配设计等工程设计。同时,对偏振交火模式的在轨性能进行了评估,评估结果表明:双偏振载荷的同步观测采集时间差优于0.4ms,视场匹配误差优于0.066POSP像元,满足反演应用需求。最后,对双偏振载荷在轨测量精度进行了交叉验证,验证结果表明辐射测量值与参考值拟合决定系数均高于0.96,线偏振度在轨交叉验证平均绝对差异优于0.0088,均满足在轨探测精度的设计要求。

基于高光谱卫星数据的土地沙化识别及提取研究

研究区位于黄河中游风沙砒砂岩区域,为毛乌素沙漠与黄土丘陵沟壑区的过渡地带,是黄河的粗泥沙集中来源区,也是黄土高原侵蚀较为严重的地区之一。随着遥感技术的发展,高光谱遥感为开展全球性和区域性的土地沙化研究提供了新的手段,土地沙化监测向定量化遥感方向发展。本文利用高光谱数据的精细光谱特征优势,基于资源一号02D卫星高光谱数据反演得到植被覆盖度、裸土指数、地表反照率、改进土壤调整植被指数,将这四种指标作为土地沙化综合监测指标,对研究区的土地沙化程度进行人机交互解译工作,建立了黄河中游典型区域土地沙化遥感解译标志,将人机交互土地沙化监测结果作为参考数据,建立了针对研究区域的决策树分类模型,实现土地沙化的识别、提取及评估,采用目视方法和接收者操作特征曲线对结果进行检验,结果套合情况较好,基于决策树分类模型的方法比人工交互解译方法得到的土地沙化监测结果更加精细化。

基于多时相CHRIS高光谱卫星数据的优势树种分类研究

多时相高光谱卫星遥感包含树种光谱特征和生长季相差异信息,是解决森林树种识别精度不足的重要技术途径。本文利用不同季节3个时相CHRIS高光谱卫星影像,设计了以Bhattacharyya距离为可分性准则的波段选择经验算法,实现吉林省汪清研究区的优势树种多时相高光谱卫星填图。结果显示,多时相高光谱数据的可分性指标相比单一时相增幅明显;结合波段选择的多时相高光谱分类结果验证精度较单一时相分类结果和多时相全波段分类精度提高7.5%和1.6%;研究区主要优势树种的分类精度存在差异,柞树和落叶松的分类精度最高,杨树最低,红松与暗针叶林存在一定程度的误分,主要原因为二者的光谱接近且时相特征差异小。

高光谱观测卫星对月定标模式设计

2021年9月成功发射的高光谱观测卫星(高分五号02星)是我国高光谱遥感能力的重要标志。该卫星定量化程度高,装载的7台载荷中,有6台具有在轨定标能力,卫星除偏航90°场地定标和偏航太阳定标的工作模式外,还设计了姿态机动对月定标模式。主要介绍了高光谱观测卫星的姿态机动模式和对月定标方案,详细阐述了月球运动规律、机动对月定标的姿态机动模式、对月定标的观测窗口和角度,并总结了月球定标的工作流程,分析了对月定标过程的姿态指向精度、光照条件、星敏视场及卫星热控影响。分析结果表明,在对月定标过程中,卫星能够很好地适应机动过程带来的光照、外热流等外部环境的变化,指向精度可以满足对月定标观测需求。

湖库水质高光谱卫星遥感监测体系研究

遥感卫星是湖库水质监测的重要数据源。随着国家空间基础设施的建设和发展,我国高光谱卫星湖库水质遥感监测体系研究与建设取得了重大突破,初步形成了湖库水质遥感监测能力,并实现了主要水质遥感监测产品的业务化生产与服务,将为新时期水资源管理与水环境修复、治理等工作提供重要数据支撑。

珠海一号高光谱卫星数据及应用概况

珠海一号高光谱卫星是由珠海欧比特宇航科技股份有限公司发射并运营的商业遥感卫星星座中的第2组卫星,该组5颗卫星(4颗高光谱+1颗高分辨率)于2018年4月26日在酒泉卫星发射中心成功发射并正常运行。高光谱卫星数据设计传输32个波段,空间分辨率可达到10m,扫描带宽可达150km。本文介绍了珠海一号高光谱卫星,描述了不同级别的高光谱卫星数据产品,分析了珠海一号高光谱卫星在农业、林业、环境监测及海洋监测等方面的应用前景。

珠海一号高光谱卫星在内陆湖泊监测中的应用

针对珠海欧比特宇航科技股份有限公司(以下简称欧比特公司)2018年4月26日发射的02组4颗高光谱卫星(OrbitaHyperSpectral,简称OHS),本文开展了珠海一号高光谱卫星数据在内陆湖泊水质监测、富营养化状态评价、水体污染监测中的应用示范研究。研究发现,在叶绿素a、悬浮物浓度等定量遥感反演方面,高光谱分辨率的珠海一号高光谱卫星数据能够捕捉到精细的光谱特征进而提取更多水体要素的信息;在水华水草识别等精细化定量提取方面,高空间分辨率的珠海一号高光谱卫星数据占有优势。

基于高光谱遥感数据的土壤微量元素监测应用

土壤中的微量元素含量不仅影响农作物品质和产量,若过量存在还会对生态环境构成威胁。本文利用高光谱卫星遥感影像,结合地面实测样本数据构建了土壤微量元素监测模型,定量反演土壤中的微量元素含量。高光谱卫星遥感技术在定量反演方向的应用,弥补了传统土壤微量元素测量方法的不足,可实现大范围、短周期、高时效、高精度的无损探测。

珠海一号高光谱卫星辐射精度真实性检验研究

“珠海一号(OHS)”高光谱商业遥感卫星数据在国民经济建设中发挥着越来越重要的作用。当前,针对商业遥感卫星数据质量精度的验证和评价研究成果较少。本文基于地面实测数据,对OHS卫星高光谱数据的辐射精度进行了真实性检验和定量分析。结果表明:OHS卫星表观辐亮度与实测结果具有较好的线性相关关系,相关系数R2大于0.7。与实测结果相比,OHS卫星各通道表观辐亮度值整体偏低,但两者光谱曲线形态基本一致。随着时间的推移,OHS传感器性能可能存在衰减,不同通道的衰减程度不一;在31个通道中,与实测值之间的相对差异在20%以内的通道数为9个;在20%~30%之间为14个,30%~40%为8个。

基于“珠海一号”高光谱卫星的石头口门水库水边线提取方法研究

近年来遥感影像的分辨率逐渐升高,应用范围也变得逐渐广泛,在地物特征提取中具有重要的意义。水边线是水体和陆地的分界线,是在水系遥感影像相关研究中具有极其重要意义的特征线。将“珠海一号”卫星星座02组A类星座(OHS-2A)的高光谱影像资料作为数据源,研究区域选在吉林省长春市石头口门水库,提取方法采用单波段阈值法,最终对水边线进行提取。研究结果发现,OHS-2A卫星轨道上所获取到的高光谱影像与归一化差异水体指数法(Normal Differential Water Index,NDWI)相结合,获取的石头口门水库水边线精度较高,同时还可抑制山体及建筑物影像对水面的影响,效果较好。

苏门答腊两次M>8.0地震前后CO和O_3卫星遥感气体地球化学异常与地面验证

利用印度尼西亚Bukit Koto Tabang(BKT)观测站的地面和大气红外探测仪(AIRS)卫星观测数据,分别提取了该观测站2004年和2005年苏门答腊两次M>8.0地震前后地面和卫星观测所获得的CO总量、近地面(1 000 hPa)CO体积分数和O3总量的高光谱气体地球化学信息,对BKT台站附近卫星观测数据和地面观测数据进行了相互验证。结果表明两次大地震前卫星和地面观测均捕获到了CO和O3异常,其中卫星观测获得的CO总量和CO体积分数与地面测得的CO浓度呈强正相关,相关系数分别为0.83和0.75,表明CO浓度异常可能主要源于孕震过程中地下逸出的气体,大气中的化学反应对CO异常的贡献次之。O3卫星观测结果与地面观测结果也呈正相关关系(r=0.49),地震前O3异常可能主要归因于地震前地下逸出的气体在大气中的化学反应。地面观测的CO和O3浓度在两次地震前标准偏差变大,且CO和O3浓度变化与分别以地面观测站和地震震中为中心从卫星数据提取的气体浓度与地面观测数据变化趋势一致。研究结果丰富了利用高光谱卫星数据提取地震前后气体地球化学异常信息的方法。