基于HJ-1A卫星CCD1数据的滇池水质参数反演模型研究

将遥感技术应用于水质监测能够较好地反映区域水质在空间和时间上的分布情况和变化,尤其适用于大范围水域的快速监测。使用HJ-1A卫星CCD1数据,以滇池为研究区,对滇池悬浮物、叶绿素a两个水质参数的遥感定量反演进行了研究。研究结果表明CCD1数据的2、3、4波段与滇池悬浮物浓度的相关性最好,构建悬浮物浓度反演模型的最佳波段组合为:(b2+b3)/(b2/b3);3、4波段与滇池叶绿素a浓度的相关性最好,构建叶绿素a浓度反演模型的最佳波段组合为:(b4-b3)/(b4+b3)。通过对遴选出来的波段组合进行趋势拟合分析,得到最适合滇池水质参数的反演模型。

GST-Ccd1融合蛋白的表达、纯化及多克隆抗体制备

目的:利用大肠杆菌DH5α表达GST—Ccd1融合蛋白,并用亲和层析分离纯化,进行动物免疫制备多克隆抗体。方法:利用本室构建好的pGEX-5X-1-Ccd1-N原核表达重组质粒,转化大肠杆菌DH5α,经IPTG诱导表达,在大肠杆菌表达系统中获得可溶性表达。经谷胱甘肽Sepharose 4B介质填充的层析柱分离纯化蛋白,制备抗原免疫动物,得到Ccd1的兔源多克隆抗体。结果:ELISA结果显示血清抗体效价可以达到1∶40 000。免疫组化分析表明自制的抗体能特异性与Ccd1蛋白相互作用,可以用于实验分析。结论:制备了效价高特异性良好的抗Ccd1多克隆抗体,经实验验证获得的抗体能够满足针对Ccd1的免疫印迹和免疫组化检测的实验要求,为今后深入研究Ccd1表达的组织分布、细胞内定位及其生物学功能提供了有用的实验工具。

MODIS/Terra辅助的HJ-1B CCD1数据悬浮泥沙浓度反演研究

针对MODIS/Terra传感器服役时间超期需要后续卫星延续观测以及国产陆地卫星数据水环境遥感应用问题,以深圳湾为研究区域,利用2007年-2008年获取的40个现场实测数据与MODIS/Terra NIR-SWIR大气校正反射率数据建立MODIS悬浮泥沙浓度反演模型,以此为基础,反演2010年-2012年4景MODIS悬浮泥沙浓度分布状况,展开同步的瑞利散射校正反射率（Rrc）多波段组合因子的HJ-1BCCD1影像悬浮泥沙浓度反演模型对比研究.结果表明,在不进行气溶胶校正的情况下,HJ-1BCCD1数据波段比值算法（Rrc（660）/Rrc（560））可以有效实现深圳湾悬浮泥沙浓度的反演,反演模型的决定系数为0.88,均方根误差为7.19mg/L,模型验证的相对误差为7.45%,该研究对于进一步推进水环境遥感监测有一定的积极意义。

HJ-1A卫星CCD1数据的大气校正及在滇池蓝藻监测中的应用

HJ-1A卫星CCD1数据具有免费、高空间分辨率等优点,但是由于受大气的影响,电磁波在传输过程中发生失真。为了提高CCD1数据的提取精度,就必须对其进行大气校正。本文利用6S模型对2013年9月30日的HJ-1A卫星CCD1数据进行了大气校正,并从归一化植被指数(NDVI)的变化、与中分辨率成像光谱仪(MODIS)地表反射率数据对比2个方面对校正结果进行精度验证。结果表明:NDVI的标准差校正前为0.179866,校正后为0.247689,大气校正能够有效地降低大气对遥感图像造成的影响,图像的层次更加丰富;在滇池的建筑物、水体、植被3种地物中分别选取1个像元,获得CCD1数据和MODIS数据分别在这3个像元上的反射率值。3种地物的地表反射率在2种数据中都具有较好的一致性,在4个波段的误差均在15%左右。对于水体,波段3和波段4的误差较小(<10%),建议在进行滇池水质参数反演时尽量选用3、4波段。利用经过大气校正后的CCD1数据计算NDVI并结合密度分割的方法对滇池蓝藻信息进行了提取,提取的结果与滇池蓝藻实测数据具有较好的相关性,相关系数达到0.7703,说明利用HJ-1A卫星CCD1数据可以快速、动态地监测滇池蓝藻暴发。

万寿菊类胡萝卜素裂解双加氧酶基因CCD1克隆与表达分析

【目的】克隆万寿菊(Tagetes erecta L.‘Scarletade’)类胡萝卜素裂解双加氧酶基因CCD1(TeCCD1),分析其序列特征和表达特性,为阐明其在类胡萝卜素降解途径中生物学功能及进一步探讨万寿菊花色形成机理提供理论基础。【方法】依据万寿菊花蕾转录组数据,利用同源序列比对结果设计引物,结合RT-PCR技术克隆获得万寿菊CCD1 cDNA全长,分析其序列特征;利用Real-time PCR分析舌状花未开花蕾、半开花蕾、开放的头状花序和完全开放的头状花序4个不同发育时期的基因表达特性。【结果】克隆获得万寿菊CCD1(Gen Bank登录号:KX557488)的cDNA全长序列为1 746 bp,编码区长度1 626 bp,编码541个氨基酸。蛋白质分析表明TeCCD1为不稳定蛋白,不含信号肽,属RPE65超家族(登录号:PF03055),包含CCD家族保守结构域,主要定位于细胞质。万寿菊CCD1核酸序列与除虫菊CCD1同源性最高,为89%;氨基酸序列分析表明万寿菊CCD1与除虫菊CCD1同源性高达93%,与其他19个不同种属的CCD1同源性在75%—83%,说明TeCCD1是高度保守的基因;系统进化树分析显示TeCCD1的进化基本符合植物分类学的进化规律,并具有明显的种属特征,万寿菊与菊科同源基因亲缘关系最近。Real-time PCR分析表明TeCCD1在舌状花发育过程中均有表达,随舌状花的开放逐渐升高,S4期达到最大值。【结论】克隆获得万寿菊舌状花的CCD1,是典型的CCD家族成员,为高度保守的基因,主要定位于细胞质,万寿菊舌状花颜色变浅可能与CCD1表达量增加导致类胡萝卜素降解有关。

柿果实CCD1基因超表达和RNAi表达载体的构建

采用CTAB法提取小方柿果肉总RNA,根据带有不同酶切位点的引物获得目的基因柿类胡萝卜素裂解双加氧酶基因(DkCCD1),将扩增的目的基因序列与NCBI登录的基因序列进行核苷酸序列和氨基酸序列比对,发现核苷酸序列相似度均超过99%,氨基酸序列相似度均为100%,由此得到可用于后续试验的目的基因。将得到的目的基因与双元表达载体pCAMBIA1301连接,构建pCAMBIA1301-CCD1超表达载体和具有发卡结构的pCAMBIA1301-CCD1-RNAi表达载体,通过冻融法将载体导入农杆菌EHA105。PCR扩增结果表明:所构建的pCAMBIA1301-CCD1超表达载体和pCAMBIA1301-CCD1-RNAi载体已导入农杆菌,可用于后续的遗传转化研究。

北美鹅掌楸CCD1基因的克隆与表达分析

本研究以北美鹅掌楸为试验材料,从北美鹅掌楸和鹅掌楸转录组数据库中挖掘出37条CCD基因家族的EST序列,并将这些序列归类于CCD基因家族中。以其中一条预测为CCD1的EST序列为基准设计引物,通过反转录PCR(RT-PCR)与c DNA末端快速扩增(RACE)技术从北美鹅掌楸中克隆得到一条全长为1 929 bp的序列,命名为LtCCD1基因。该基因包含102 bp 5'端、177 bp 3'端非翻译区序列和1 650 bp的开放阅读框,共编码549aa。LtCCD1基因与多个物种CCD1基因相似度大于80%,其编码的蛋白质拥有CCD基因家族典型的结构域RPE65。系统发育分析发现,LtCCD1基因编码的蛋白质与Anthurium amnicola、Crocus ancyrensis和番红花的CCD1基因编码的蛋白质亲缘关系较近。LtCCD1蛋白质分子量为61.96 kD,等电点为6.10,属酸性蛋白;无规则卷曲是该蛋白质二级结构的主要成分。利用在线软件Target P进行亚细胞定位预测并结合CCD1蛋白在其它植物中的定位信息,推测该蛋白可能位于细胞质内。使用实时荧光定量PCR技术对该基因进行组织特异性表达分析,发现LtCCD1基因在北美鹅掌楸的花瓣、花萼、雄蕊、雌蕊、花芽、叶、叶芽、茎8个组织中均有表达,表达量从大到小的顺序依次为:叶、花萼、花瓣、茎、雌蕊、叶芽、花芽、雄蕊。该研究结果可为进一步分析北美鹅掌楸中CCD1基因的功能奠定基础。

杏CCD1和CCD4启动子克隆及顺式作用元件分析

以‘轮台小白杏’杏果实为材料,根据转录组数据库中的CCD1和CCD4基因片段,通过基因组步移法克隆了两个启动子pPaCCD1和pPaCCD4,获得了长度分别为2 233和1 838 bp的启动子序列。利用PlantCare数据库对启动子序列的顺式作用元件进行预测分析,结果表明两个启动子均含有多个光响应、脱落酸和茉莉酸甲酯等共有顺式作用元件,此外,PaCCD1启动子中含有刺激诱导和种子特异性调控等响应元件,PaCCD4启动子中含有赤霉素、低温和增强转录水平等响应元件,这暗示PaCCD1和PaCCD4的表达可能受光信号、激素和胁迫等多种信号的共同调节。为进一步确定其启动子核心区,基于基因结构特征与顺式作用元件的分布情况,分别构建两个不同长度缺失启动子与GUS基因融合的表达载体并瞬时转化烟草叶片。GUS活性检测发现,在PaCCD1的启动子上游–2 174~–1 700 bp、–1 700~–1 200 bp、–1 200~–600 bp区间内均包含影响启动子活性的顺式作用元件;PaCCD4启动子在上游–1740~–1200bp和–1200~–600bp这两个区间内含有顺式作用元件,随着启动子片段的缺失,PaCCD1和PaCCD4的GUS活性逐渐减弱。PaCCD1的启动子核心区域在–1200~2174bp区段内,PaCCD4的启动子核心区域在–1 200~1 740 bp区段内。

基于HJ-1星和GF-1号影像融合特征提取冬小麦种植面积

为提高基于国产环境与灾害监测预报卫星(HJ-1/CCD)影像大范围提取冬小麦种植面积的精度,以江苏省宿迁市沭阳县为研究区域,对冬小麦拔节期30 m×30 m的HJ-1/CCD多光谱影像和2 m×2 m的高分1号卫星全色影像(GF-1/PMS)进行融合与面向对象分类研究。将GF-1/PMS全色影像进行8、16和24 m重采样,得到4种空间分辨率(含2 m)的全色影像,分别与HJ-1/CCD多光谱影像利用光谱锐化法(Gram-Schmidt,GS)进行融合。通过对融合影像进行质量评价,选择适合研究区冬小麦种植田块格局的适宜尺度影像。将HJ-1/CCD多光谱影像重采样,得到与适宜尺度融合影像相同尺度的影像,在两景影像中分别选取包含光谱、纹理信息的训练融合影像样本(samples of fused image,SFI)和重采样影像样本(samples of resampling image,SRI),采用面向对象分类方法对适宜尺度融合影像(fused image,FI)和重采样影像(resampling image,RI)进行冬小麦种植面积提取。结果表明,16 m×16 m融合影像的效果优于2 m×2 m、8 m×8 m和24 m×24 m融合影像,其均值、标准差、平均梯度和相关系数分别为161.15、83.01、4.55和0.97。面向对象分类后,SFI对重采样影像RI16m分类的总体精度为92.22%,Kappa系数为0.90。SFI对融合影像FI16m分类的总体精度为94.44%,Kappa系数为0.93。SRI对重采样影像RI16m分类的总体精度为84.44%,Kappa系数为0.80。SFI对融合影像FI16m分类效果最好,说明基于融合影像和融合影像提取样本(SFI)结合的面向对象分类方法能准确提取冬小麦种植面积。另外,重采样影像和融合影像提取样本(SFI)相结合的面向对象分类方法也可较好提取冬小麦种植面积。为利用国产中空间分辨率HJ-1/CCD卫星和高分1号卫星融合影像有效提取大区域冬小麦种植面积信息提供了参考。

基于HJ-1A CCD数据的湖泊叶绿素a浓度反演——以贵阳市百花湖为例

为及时、快速地获取百花湖叶绿素a浓度情况,形成具有可操作性的水质遥感监测技术,结合HJ-1A卫星数据与2012年4月实测的光谱数据,建立百花湖叶绿素a的遥感反演模型。结果表明:①第1波段和第2波段比值(B2/B1)与叶绿素a浓度的相关性最好,相关系数(R^2)为0.84。②利用波段比值构建的回归模型具有不错的反演效果,模型决定系数(R^2)为0.87,平均绝对误差(MAPE)为13%,均方根误差(RMSE)为4.32 mg/m^3;用12月份实测的数据对模型进行验证,效果也比较理想,说明该模型适用于百花湖冬、春季叶绿素a浓度的反演,在一定时间范围内具有一定的普适性。③百花湖湖边叶绿素a浓度高于湖心,分布趋势自北向南逐渐增加;④营养状态指数空间分布主要呈富营养化状态,富营养状态区域占全湖的85%,中营养状态区域仅占全湖的15%。叶绿素a反演及富营养化评价结果与实际分析情况相符,表明HJ-1A CCD数据可用于百花湖水质参数的遥感监测。

基于NDVI与丰度关系的MODIS影像浒苔混合像元分解方法

MODIS影像是浒苔业务化卫星遥感监测的重要数据源,但其空间分辨率(250m)较低,混合像元效应导致传统的NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)阈值法浒苔提取误差较大。为解决此问题,本文以准同步的较高分辨率的HJ-1CCD影像浒苔提取结果为基准,建立基于MODIS NDVI与浒苔像元丰度(浒苔覆盖面积占像元面积百分比)关系的浒苔信息提取模型,利用该模型可提取每个像元的丰度(即浒苔覆盖率),从而提高整景影像浒苔覆盖面积提取精度。该模型可为浒苔灾害等级的确定以及防灾减灾应急决策提供支持。

HY-1 CCD宽波段水色要素反演算法

利用2003年春季黄海、东海区现场实测数据,建立了HY1卫星4波段CCD成像仪水色要素反演算法.由于HY1CCD的宽波段特性阻碍了黄色物质的反演,因此反演的水色要素仅包括水体表层的总悬浮物、悬浮泥沙(SS)以及叶绿素a的浓度.现场遥感反射率光谱由ASD地物波谱仪测量,对于叶绿素a的浓度利用现场萃取荧光法测量,总悬浮物、悬浮泥沙由实验室滤膜称重法获得.反演算法的拟合相关系数均大于0.88,平均相对误差在40%以下.对反演算法进行了误差灵敏度分析,结果表明对于总悬浮物、悬浮泥沙和低浊度水体中的叶绿素a的浓度反演算法能够满足日常的业务运行要求,但是对于高浊度水体中叶绿素a的浓度反演算法对某个波段组合比较敏感,仍需要进一步探讨.

应用CDOM光学特性估算水体COD--以辽宁省盘锦市双台子河和辽东湾为例

有色可溶性有机物(chromophoric dissolved organic matter,CDOM)是水体中一类重要的光吸收物质,在水色遥感中,其光学特性主要以440 nm处的吸收系数和光谱斜率来表征,利用这些光学特性进行水环境要素遥感反演具有较广泛的应用前景。化学需氧量(chemical oxygen de-mand,COD)是指以化学方法(锰法和铬法)测量水样中需被氧化的还原性物质的量,而水体中的还原性物质主要以有机物为主,因此COD是反映水体中有机污染程度的一个重要参数。根据2008年5月和2009年8月在辽宁省盘锦市境内双台子河和入海口获取的CDOM吸收系数和水体表观光谱数据,结合现场COD分析数据,首先对COD与水体CDOM吸收系数进行相关性分析,结果表明有机污染物对水体吸收系数的影响主要体现在黄色物质吸收系数的光谱特性上;其次,确定表征有机污染水体CDOM吸收光谱特性指数模型的光谱斜率S;第三,针对环境一号卫星(HJ-1)/CCD传感器,建立利用其第一波段和第三波段遥感反射比反演表征CDOM浓度在440 nm处的CDOM光吸收系数ag(440)的模式;第四,建立应用CDOM光学特性估算水体COD的遥感模式;最后将模式应用于辽东湾,获取河流和近岸水体COD空间分布专题图。

杭州湾悬浮泥沙遥感反演与变化动力分析

利用2012年5月3日～4日,5月7日～8日实测悬浮泥沙浓度和光谱数据构建反演模型,反演了2012年5月7日杭州湾HJ-1A卫星CCD影像悬浮泥沙浓度,并进行了空间分布分析,结合水深、风速数据等其他实测要素对悬浮泥沙浓度的变化动力进行了分析.结果显示：杭州湾悬浮泥沙的空间分布受潮汐、湾底地形、风速、注入径流和长江口来沙的综合影响,悬浮泥沙浓度随时间变化十分剧烈,潮汐是其变化的主要因素,当风速较大时,风对悬浮泥沙的影响也不容忽略.

HJ-1 CCD图像自动几何精纠正系统的设计与实现

由于环境与灾害监测预报小卫星HJ-1A/1B星CCD数据幅宽大,时间分辨率高,数据量大,实现一个自动几何精纠正系统有迫切的现实意义。描述一个HJ-1 CCD图像自动几何精纠正系统的框架设计和集成实现方案,包括系统功能组成、工作流程和模块集成方法以及系统的具体实现过程和实验结果的分析。系统采用全球或局部区域的经过地理编码的TM数据作为基准图像,将图像精纠正问题转化为图像自动配准的问题,同时通过任务流程管理实现图像的批量处理功能。

鄱阳湖HJ-1A/1B卫星CCD影像TSM浓度时空变化分析

应用2008年～2011年近4年鄱阳湖151景HJ-1A/1B卫星CCD传感器影像,以2008年10月、2009年10月和2011年7月开展3个航次的外业调查数据为基础,建立了总悬浮物(TSM,Total Suspended Matter)浓度遥感反演模型,研究鄱阳湖TSM浓度时空动态分布及其变化规律.鄱阳湖TSM浓度时空变化特征明显,日变率北湖为0～17mg/L,平均值为5.66mg/L,南湖0～12mg/L,平均值为3.01mg/L;TSM浓度季相变化上枯水期高于丰水期,且具有明显的季节性变化特征,月平均TSM浓度最大值/最小值之比变化最大的区域为北湖,2011年9月比2008年9月高出20.4倍;2009年～2011年年平均TSM浓度北湖分别为37.96、50.57、74.54mg/L;南湖区分别为23.40、31.50、33.28mg/L.

南宁市HJ-1CCD数据气溶胶光学厚度反演

利用环境一号卫星(HJ-1)CCD数据高时间分辨率、空间分辨率和宽覆盖的特点,进行城市地区气溶胶光学厚度定量反演研究。提出使用环境卫星数据自带的逐像元卫星观测角度文件及相应参数进行逐像元太阳天顶角、太阳方位角推算,生成四波段合成角度数据。结合改进后的暗目标算法,以及基于逐像元角度数据的6S查找表,对南宁市2014年1月14日、15日、16日HJ-1CCD数据进行气溶胶光学厚度反演。反演结果与ARONET地基观测数据进行验证,表明该算法有较高反演精度,相关系数为0.865,同时与MODIS气溶胶反演结果进行比较。结果表明,经过HJ-1CCD数据反演的气溶胶光学厚度可作为气溶胶时空分布的实时监测手段。

基于多时相环境星数据的甘蔗收割过程遥感监测

广西是中国最大的蔗糖产地,种蔗面积和蔗糖产量均占全国的约60%。及时、准确地监测广西甘蔗种植和收割信息,对于甘蔗生产具有重要的意义。该文采用多时相HJ-1A、B星CCD图像开展广西扶绥县甘蔗种植和收割信息提取及面积估算示范研究。选取从2009年11月5日到2010年2月19日共四个时相CCD图像,逐时相提取甘蔗信息,通过叠加运算,得到相邻两个时相期间甘蔗收割范围和收割面积,完成对2009/2010榨季甘蔗种植和收割情况的遥感监测。研究表明,1)在适当的时相下,HJ-1A、B星CCD图像的空间分辨率,波段设置和辐射分辨率,能够满足县域及以上区域尺度下地物复杂地区进行大宗农作物种植信息提取和面积估算的应用需求;2)多时相HJ-1A、B星CCD图像能够监测甘蔗收割过程,可以满足时相要求较高的农业资源调查统计遥感应用的要求。

近海水体悬浮物HJ-1号小卫星CCD定量反演研究

基于HJ-1号小卫星CCD数据,开展近海水体悬浮物含量监测研究。采用邻近清洁水体和同日MODIS气溶胶产品的方法对CCD辐亮度数据进行较精准的大气校正;利用得到的水体遥感反射率,结合地面准同步实测悬浮物含量数据建立悬浮物反演模型,获得研究区悬浮物的空间分布。模型的相关系数R2为0.849,平均误差为33.0%,反演结果较为理想。结果表明,HJ-1号小卫星作为中国首个灾害监测小卫星星座,能够实现定量反演近海水体的悬浮物含量,对中国近海水体水质的监测和治理具有重要意义。

基于HJ-1A/B-CCD影像的湖北省冬小麦和油菜分布信息的提取方法

利用不同时期HJ-1A/B-CCD影像提取湖北省冬小麦和油菜分布信息。计算冬小麦、油菜不同生长期的NDVI曲线,通过野外调查和测量,获取冬小麦、油菜和其它典型地物的光谱特征。确定CCD影像提取冬小麦和油菜信息的最佳时相及不同地物在CCD影像上的色彩特征。采取最大似然分类法,对CCD影像进行分类,提取冬小麦、油菜分布信息。结果表明,HJ-1A/B-CCD影像提取精度达95.48%,可以用于提取冬小麦、油菜分布信息;对于湖北省而言,3月中、下旬(冬小麦拔节、油菜开花)是HJ卫星提取冬小麦、油菜信息的最佳时相;在最佳时相内,冬小麦和油菜具有不同的光谱特征和CCD影像色彩特点,且样本分布服从近似正态分布,可以用最大似然方法提取其信息。