基于环境一号卫星高光谱遥感数据的巢湖水体叶绿素a浓度反演

三波段模型是基于生物光学模型构建的叶绿素a浓度反演半分析模型,是目前反演内陆富营养化浑浊水体叶绿素a浓度效果较好的方法.本文通过星地同步实验,分析巢湖水体各组分光谱特征,分别基于地面实测数据与环境一号卫星高光谱遥感数据建立三波段模型反演巢湖水体叶绿素a浓度.结果表明,由于特征波段在不同数据源的位置不同,导致了两个模型波段选择及反演精度的差异.因此,只有在充分考虑遥感数据的光谱特征的条件下,分析遥感信息理论和实际图幅影像有效结合在一起的地物信息,才能进一步优化三波段模型的波段选择,实现遥感数据定量反演水体叶绿素a浓度的目标.

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。

环境一号卫星CCD相机应用于陆地气溶胶的监测

环境一号卫星CCD相机应用在陆地气溶胶的监测中,因缺少短波红外通道,使地表反射的去除变得异常困难.应用改进的暗目标法,利用辐射传输方程(6S)构建查找表,对CCD相机数据进行图像重采样和辐射定标处理,进而对查找表进行插值,获得气溶胶光学厚度(AOD)分布.通过AERONET地基数据的验证及与MODIS气溶胶产品的对比表明,环境一号卫星CCD相机对陆地气溶胶的监测结果在AOD较大(>0.2)时,精度与MODIS相近;在AOD较小(<0.2)时,结果欠理想.

环境一号卫星高光谱遥感数据的内陆水质监测适宜性——以巢湖为例

环境一号星座的A星(HJ-1A)上搭载了超光谱成像仪(HSI),它是具有高光谱分辨率的全新国产遥感数据源,为水质遥感特别是内陆水质遥感提供了新的高光谱数据.但HSI影像的处理方法尚不完善,在广泛应用于水质遥感前对其进行质量研究和评价非常必要.本文针对HSI数据在巢湖水质监测应用方面的适宜性,对信噪比和数据真实性、倾斜条纹去除方法、大气校正方法等方面分别进行了评价.结果表明,HSI水体图像在530-900 nm波段范围内数据质量较为真实可靠;6S与FLAASH方法均能有效去除大气效应,在530-830 nm范围内效果较好.

基于环境一号卫星的霾监测应用

随着我国城市的发展,霾已经成为大气污染的重要形式。从霾的物理性质出发,利用米理论和RT3计算了霾的光学性质和反射特性,表明环境一号(HJ-1)卫星CCD相机的第一和第二波段最适宜霾的反演。然后,利用深蓝算法,基于MODIS地表反射率产品建立地表反射率库,实现霾的反演。最后,以北京为试验区进行了2009年全年的反演试验,结合地面观测结果的验证表明,HJ-1监测结果与地面结果有着较好的相关性(相关系数大于0.9),但整体大于地面监测结果。讨论表明,地表反射率库的误差对区分霾影响较小(带来的霾光学厚度误差小于0.1),HJ-1的CCD传感器的辐射分辨率尚不能完全满足霾监测需求。

基于环境一号卫星的太湖叶绿素a浓度提取

综合环境一号小卫星的CCD数据和同步地面水质监测数据,发现可见光红波段与近红外波段的波段组合与叶绿素a实测浓度存在较高相关性,并以此为基础建立了3个提取水体表层叶绿素a浓度的遥感信息模型.经验证分析,基于近红外波段与红波段比值的模型用于叶绿素a浓度反演提取的精度良好,RMSE达到了6.04mg/m3.将该模型应用于环境一号卫星CCD数据,生成了2009年5～12月共8幅太湖水体叶绿素a浓度分布图,并对其进行了时空分析,结果符合实际,并与以往的研究结果相一致.但模型不适用于水生植被覆盖较多区域叶绿素a浓度估算.

基于环境一号卫星超光谱数据的多元回归克里格模型反演湖泊总氮浓度的研究

水体中总氮含量是表征湖泊水质的主要指标,利用遥感技术对其动态定量监测可以及时掌握湖泊污染状况。文章以巢湖为例,利用HJ-1A卫星HSI超光谱遥感数据,通过分析总氮与叶绿素a、悬浮物的相关性,采用回归克里格方法建立总氮浓度的定量反演模型,实现了对巢湖水体总氮浓度的反演。结果显示,波段B72,B79和B97的多元线性组合与总氮浓度的相关系数R2为0.76,而利用多元回归克里格模型,相关系数R2提高到0.83。通过使用这种对常规回归模型残差优化的方法,能有效提高反演的精度,为建立通用的湖泊总氮浓度定量反演模型提供了有益的探索。

利用环境一号卫星热红外通道反演太湖流域地表温度的3种方法比较

利用太湖流域2010年3月26日过境的1景环境一号卫星热红外数据(轨道号为451/77),根据同步modis数据反演大气水汽含量参数,分别利用覃志豪单窗算法、普适性单通道算法、基于影像的Artis反演算法反演太湖流域地表温度,通过与同期的MOD11_L2级modis温度产品进行对比分析,探寻适合于环境卫星热红外通道反演地表温度的方法,以达到对环境一号卫星热红外数据定量化应用示范的目的。结果表明,相比其他算法,普适性单通道算法精度较高,与modis温度产品温差较小,为+1.23 K,而环境一号卫星过境时间与modis温度产品时差为39 min,因此该方法的反演精度可以接受。

环境一号卫星及其在环境监测中的应用

2008年9月发射的环境一号卫星是中国自主研发的首颗专门用于环境与灾害监测的新型卫星,对中国环境遥感监测技术发展与应用具有里程碑意义。围绕环境一号卫星应用关键技术研究与业务运行,首先对在大量研究基础上形成的环境一号卫星技术性能指标进行了介绍和分析,给出了环境一号卫星CCD、红外和超光谱数据的实例,并从几何精度和辐射特性等多个方面对环境一号卫星数据质量进行了分析和评价;然后从大型水体环境遥感监测、区域环境空气遥感监测、宏观生态环境遥感监测的角度,系统提出了环境一号卫星的应用需求;在此基础上设计了包括业务流程和数据产品定义在内的环境一号卫星应用方案;最后将所建立的基于环境一号卫星的环境参数反演方法用于京津塘地区气溶胶光学厚度及巢湖叶绿素a浓度反演,显示了环境一号卫星应用的作用和效果。

环境一号卫星在监测大气PM_(10)中的应用

选择京津唐地区作为实验区,从环境一号卫星(HJ-1)的CCD数据出发,利用暗目标法反演陆地气溶胶,然后在对气溶胶光学厚度进行垂直订正和湿度校正的基础上,得到PM10的反演模型,进行PM10的反演实验.并利用中国环境监测总站的地面监测数据对结果进行了检验.结果表明,HJ-1的时空分辨率满足PM10周监测的需要,结果与地面数据有一定的相关性(相关系数为0.58),为提高PM10的反演精度还需结合更多的地面数据进行模型的修正。

基于环境一号卫星的自然保护区生态系统健康评价

以生态系统健康及压力-状态响应模型作为研究方法,设计了一套基于环境一号卫星CCD数据的自然保护区生态系统健康评价评价方法、指标体系和技术流程.同时选择向海湿地自然保护区为示范区,以环境一号卫星CCD影像为数据源,对指标,对其生态系统健康现状进行了评价.结果表明,向海湿地自然保护区生态系统相对不健康、中等健康、较健康和相对健康的区域面积分别占整个自然保护区总面积的46.49%、18.02%、21.18%、14.31%,整个自然保护区生态系统健康水平一般,人类干扰严重,组织结构不太合理.向海湿地自然保护区生态系统健康水平一般的主要原因是人类活动日益增强和年降水量明显减少.

基于环境一号卫星数据的太湖叶绿素a浓度反演

环境一号卫星在大型水体水环境监测与评价中具有独特的优势。为探求遥感影像在水体叶绿素a浓度反演中的应用,基于环境一号卫星CCD数据和同步实测叶绿素a浓度值,通过影像辐射定标、大气校正和几何精校正等预处理获取水体反射率,分别将单波段和不同特征波段组合的反射率与实测叶绿素a值进行皮尔逊相关分析,选取R2>0.8的波段组合进行建模,通过对3种波段组合反演结果对比和精度验证,发现基于CCD数据第4波段与第3波段反射率比值的二次模型具有良好的反演效果,模型预测值与实测值的最小相对误差为0.76%,平均相对误差10.99%,均方根误差为0.007 6 mg/L,明显低于实测叶绿素a浓度的平均值;最后基于该模型实现了太湖叶绿素a浓度反演,并对叶绿素a的时空分布进行了初步分析。

基于太湖气溶胶类型分区的环境一号卫星CCD大气校正

由两颗卫星组成的环境卫星星座系统所提供的CCD数据具有较高的时间分辨率,使其在内陆湖泊水环境遥感监测中具有较大的应用潜力,对其有效的大气校正方法的研究则是其定量化参数反演的前提.基于准同步的MODIS数据辅助,根据气溶胶的差异性,将太湖划分为北部湖区、其他湖区两块区域,利用辐射传输模型,研究太湖环境一号CCD数据大气校正的方法,并对2009年4月17、21、25日数据进行大气校正.研究结果表明,该大气校正方法直接使用较为成熟的MODIS各类产品,克服了传统大气校正中依赖于现场同步测量大气参数的缺陷,能够快速、有效地完成环境一号CCD数据的大气校正.基于气溶胶类型对太湖进行分区后,所求算的遥感反射率精度高于6S模型和暗像元等大气校正方法得到的结果.

基于环境一号卫星CCD数据的巢湖叶绿素a的动态监测

环境一号卫星CCD数据具有获取周期短、空间分辨率高等特点,能够及时准确地监测叶绿素a的浓度变化和分布,其在内陆湖泊水质遥感监测方面具有良好的应用前景。文章通过星地同步地面实验,建立起巢湖水体的叶绿素a浓度遥感反演模型,利用2009年4月至2010年3月的环境一号卫星CCD数据,分季节对巢湖叶绿素a行动态监测和分析。结果表明,巢湖叶绿素a具有明显的时空分布特征,夏季叶绿素a浓度最高,冬季最低,秋季高于春季;西半湖湖区叶绿素a浓度一般高于东半湖湖区,西北部和中部湖区空间变化比较大,东部湖区变化较小。

基于辐射传输模型的环境一号卫星CCD相机的水体大气校正方法研究

水体大气校正问题是开展我国环境一号卫星水色遥感定量化应用的关键。针对环境卫星CCD相机的特点,以水气耦合的辐射传输模型构建大气校正参数查找表,研究以地面气象数据辅助的逐像元水体大气校正方法,实现水体离水反射率和遥感反射比的反演。以现场测量数据和MODIS数据为参考进行水体大气校正效果验证,研究发现CCD相机的反演结果在蓝、绿波段的精度较高而红、近红的反演结果系统偏大。研究结果还表明气溶胶模型是影响水体大气校正精度的重要因素。

环境一号卫星CCD相机水体信息采集特性分析

利用覆盖我国4大海区共88景图像数据,针对4波段CCD相机(HJ-1A/CCD1、HJ-1A/CCD2、HJ-1B/CCD1、HJ-1B/CCD2)在水体中的信息采集特性进行分析。结果表明:(1)HJ-1A和B星虽不是水色卫星,但其CCD相机在水体中依然有一定的信息,可作为水色遥感器服务于水环境;(2)HJ-1B/CCD1在南海海域水体信息采集过程存在明显的太阳耀斑现象,因而在水色信息提取时太阳耀斑是一个不可忽略的因子;(3)无论是在一类水体还是在二类水体,各遥感器的近红外波段皆存在水体信息采集为零的现象,其中HJ1B-CCD2尤为明显。利用近10景涵盖了HJ-1A/CCD1、HJ-1A/CCD2、HJ-1B/CCD1、HJ-1B/CCD2数据,以及同时过境的EOS/MODIS,采用基于遥感器入瞳处总辐亮度的交叉定标方法进行交叉辐射定标,获取适用于水体目标的交叉辐射定标参数。最后根据瑞利散射和气溶胶散射的计算值,以及获取的交叉定标系数,反推出HJ1B-CCD2可能接受到的灰度值。

环境一号卫星多光谱数据在巢湖蓝藻动态监测中的应用

采用环境一号卫星(HJ1A/1B)的多光谱(CCD)数据,通过影像预处理提取巢湖湖域蓝藻的归一化植被指数(NDVI),对巢湖湖域的蓝藻进行动态遥感监测,在GIS平台上计算蓝藻在研究时段内的平均空间分布、模拟其变化趋势及平均改善速度,结果表明,HJ1A/1B-CCD影像数据具有较高时空分辨率,对巢湖湖域蓝藻的识别能力强;巢湖湖域生态环境总体较好,蓝藻只是在局部湖域暴发,其中蓝藻极高密度区、高密度区呈团状、片状,主要集中分布在巢湖西湖区北部沿岸,并且为楔形向中心延伸;巢湖蓝藻暴发的湖域总体呈现改善趋势,但各区改善的程度、速度差异较大,原因复杂,尤其是西湖区北部沿岸不仅改善速度缓、改善程度不佳,甚至出现退化;巢湖西区应以治理为主、监测为重,东区则以着重监测。

环境一号卫星热红外数据监测核电站温排水分布——以大亚湾为例

选择2009年的2景环境一号卫星热红外数据,利用单通道算法计算了大亚湾海水表面温度,分析该算法反演的海温空间分布特征,得到如下结论:大亚湾和岭澳核电站排水的出口温度,比周围水温高3℃～5℃,呈现明显的扩散状。然后,综合直方图和选取的5个样本点,将本文反演结果和当天的MODIS海水表面温度产品进行比较,结果表明:二者的海温分布特征基本一致。本文证实了环境一号卫星热红外遥感数据监测温排水的可行性。

基于环境一号卫星的大洋河河口海域营养盐遥感反演

综合利用大洋河河口海域水体调查的实测数据及环境一号CCD影像数据,进行了该区域营养盐反演研究.结果表明,对数函数拟合NO2--N与Rrs(Band2)效果最佳,而线性函数拟合NH4+-N与Rrs(Band2)、NO3--N与Rrs(Band1)、TIN与Rrs(Band1)效果最佳,相关性R2分别可达0.939、0.935、0.945、0.970,未发现较佳的PO43--P反演模型;营养盐在可见光波段并非光敏感性物质,其与等效遥感反射率存在相关性的主要原因在于河口海域陆源输入物质典型的扩散特征,使得营养盐与某些水色参数存在较高的相关性,NO2--N、NH4+-N、NO3--N以及TIN与有色溶解性有机物吸收系数ag(400)的相关性R2分别可达0.836、0.808、0.786、0.854,这决定了在河口海域进行营养盐遥感反演的可行性;从卫星产品专题图可看出,大洋河河口海域NO2--N、NH4+-N、NO3--N以及TIN都存在一个明显的高值区,该高值区营养盐浓度由河口向外逐渐降低,直至外海最低.

环境一号卫星数据产品共享机制研究

在对国内外遥感数据共享现状综合分析比较的基础上,针对环境一号卫星数据产品海量性、多源性、异构性、应用复杂性等特点,提出相应的数据产品共享标准规范、共享平台和共享政策,为环境一号卫星数据产品的高效、广泛应用奠定坚实的基础,以达到最大限度地满足用户的多样性需求、加强环境一号卫星数据产品的公益性服务和国际市场服务的最终目标。