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。

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-1 CCD影像的玉米种植面积估算研究

本研究以HJ-1 CCD影像为主要数据源,风云三号(FY-3)和高分一号(GF-1)影像为辅助数据源,选取作物种植结构复杂的菏泽市为研究区域,采用多时相NDVI阈值剔除法与监督分类相结合的分类方法,以土地利用类型和训练样本区数据作为辅助,提取出菏泽市玉米种植面积和分布区域,并检验其精度。结果显示:在复杂的作物混合种植区可以利用HJ-1 CCD影像提取出玉米种植面积和分布信息,总体分类精度为90.2%,面积总量精度为91.7%。本研究为其他区域利用HJ-1卫星影像提取作物种植面积提供了参考。

基于HJ-1CCD影像的冬小麦种植面积提取研究

针对目前省域冬小麦种植面积遥感监测业务化运行中所存在的监测精度与成本之间相互制约的问题,本研究选取冬小麦主产区——山东省为研究区域,利用HJ-1卫星提供的CCD遥感影像,采用决策树分类法,同时以山东省土地利用类型之林地数据和野外地面调查数据作为辅助,通过分区解译提取出山东省冬小麦种植面积和分布区域。研究表明:利用HJ-1 CCD影像进行山东省冬小麦种植面积提取是可行的,位置精度和面积总量精度分别达到93.0%和96.8%,对国产卫星的推广应用具有良好的示范作用。

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。

HJ-1卫星CCD图像信噪比评估

采用基于边缘块剔除的局部方差法对我国HJ-1环境卫星CCD图像的信噪比进行了评估,选取满足噪声评估环境的图像,分析了HJ-1/CCD影像各个波段的信噪比特征。结果表明,HJ-1/CCD影像第3波段信噪比最高,第4波段相对较低;与美国Landsat/TM图像相比,HJ-1/CCD图像信噪比整体上更高。

融合HJ-1 CCD和MODIS数据生成高分辨率影像方法对比

高时空分辨率遥感影像的反演可有效解决南方云雨地区的数据缺失问题。以广西典型丘陵山地为试验区,利用时空自适应反射率融合模型(spatial and temporal adaptive reflectance fusion model,STRAFM)和增强型时空自适应反射率融合模型(enhanced spatial and temporal adaptive reflectance fusion model,ESTRAFM)两种融合算法,选取小范围的国产环境减灾卫星(HJ-1 CCD)和中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)数据,比较分析两种融合算法所生成的高空间分辨率影像的优劣。与真实HJ-1 CCD的红、近红外(near-infrared,NIR)波段影像相比,STRAFM和ESTRAFM预测影像在空间分布上均具有较好的一致性,R值均为极显著相关,差分图像98. 94%以上像元反射率差值小于0. 1,平均绝对差值(average absolute difference,AAD)、平均差值(average difference,AD)、标准差(standard deviation,SD)均较小,融合效果好。与STRAFM相比较,ESTRAFM对真实HJ-1 CCD影像的细节捕捉能力更强,高低反射率区域没有明显缩小或放大现象,破碎地物边界更清晰,不存在斑块。ESTRAFM预测影像与真实HJ-1 CCD红、近红外波段影像的相关性均高于STRAFM,相关系数(pearson correlation coefficient,R)分别为0. 930、0. 885。ESTRAFM预测影像与真实HJ-1 CCD影像差异小于STRAFM,其差分影像的AD、AAD、SD分别为-0. 005、0. 013、0. 017。

环境一号卫星CCD数据在1:250000地形图框架要素更新中的应用能力研究

探讨了采用环境一号卫星CCD多光谱数据在1∶250 000地形图框架要素更新中的应用情况,对不同框架要素在环境一号卫星CCD影像中的识别率和最小分辨率进行了比较和分析,并对环境一号卫星CCD影像的分辨能力和要素识别精度进行了分析和研究,进一步证实了采用环境一号卫星CCD数据进行1∶250 000地形图框架要素进行更新的可行性。

图像分层匹配的HJ-1A/B CCD影像自动几何精校正技术与系统实现

环境与灾害监测预报小卫星星座(环境一号卫星,HJ-1A/B)自发射以来,在环境监测、灾害评估、土地资源调查等领域发挥了重要的作用。但是HJ-1A/B卫星CCD图像的2级产品(HJ-1 CCD图像)几何精度低,实际应用中需要进行几何精校正。HJ-1 CCD图像具有宽覆盖、大视场角、几何变形复杂的特点,几何精校正难度大。针对该问题,本文提出了一个以Landsat TM全球拼接图像为基准,基于Forstner算子和模板匹配的分层配准方法。该方法使用分层匹配获得的大量高精度且分布均匀的控制点构建Delaunay三角网,有效地解决了HJ-1 CCD图像的几何精校正问题。在配准技术研究的基础上,研发了HJ-1 CCD图像几何精校正系统,系统具有全球HJ-1 CCD图像的自动批量处理能力。实验结果表明,本文提出的几何精校正方法精度高,实现了环境星图像的自动批量处理。

面向土地利用分类的HJ-1CCD影像最佳分形波段选择

环境一号卫星(HJ-1)CCD影像光谱波段较少,地物之间的准确分类识别有一定困难。采用分形纹理辅助地物分类识别是一种有效方法,而波段选择是提高分类识别精度的关键。本文以江西赣州定南县土地利用分类为例,采用双毯覆盖模型对HJ卫星CCD影像6类典型地物的波谱分形特征进行了分析,利用不同地物在不同波段上的分形区分度差异构建了最佳分形波段选择模型,并利用该模型挑选出最佳分形波段来辅助土地利用分类,最后对分类结果进行检验。结果表明:最佳分形波段选择模型能够综合权衡不同地物在不同波段上的分形区分度差异,利用挑选出来的最佳分形波段来辅助分类,其分类总体精度相对于原始影像分类提高了11.77%,相对于第1主成分分形辅助下的分类提高了1.56%。

纹理特征对松林郁闭度的判别能力研究

郁闭度具有获取便捷的特点,是森林资源调查的基本因子之一,也是检测森林状态、检验营林效果的重要指标,并已成为许多重要特征遥感反演的基础数据。另一方面,纹理特征成为遥感信息挖掘的重要方向,并被用于判别单纯依靠光谱特征无法有效识别的信息,但纹理的应用范围与可行性仍缺乏验证。以福建省三明市、将乐县、沙县、延平区4县(市、区)HJ-1 CCD多光谱数据及实测松林郁闭度为主要数据,基于灰度共生矩阵法提取均值、方差、协同性、对比度、相异性、熵、角二阶矩及相关性等8类纹理特征(共计32个),利用单因素方差分析法筛选24个对松林郁闭度变化有所响应的纹理,并分别以单个、单类纹理特征及多纹理特征联合为自变量,建立极弱度郁闭林、弱度郁闭林与中度郁闭林的Fisher判别函数。结果表明,单个纹理特征对松林郁闭度的判别能力普遍较差,仅COR_2、COR_4、CON_1、CON_2判别精度高于50%;单类纹理特征对郁闭度的判别能力有所提高,均值、方差、对比度的判别精度高于50%,而相关性的判别精度可达62.7%;多纹理特征联合对松林郁闭度有更高的判别能力,精度达74.6%。由此证明,纹理具备郁闭度的响应能力,在其他特征的遥感反演过程中可以应用,但需要深入挖掘其相关性与响应机制。

龄组植被指数的构建及其初步应用研究

林龄(龄组)是划分林分结构的主要指标之一,其对监测森林健康,推进森林可持续发展具有重要意义。本文提出一种基于遥感数据的龄组植被指数(AGVI),并对其可行性进行验证。以福建省三明市、将乐县、沙县、南平市、华安县、云霄县、南安市、安溪县、莆田市、长汀县、建阳市、宁德市及福清市等13个县(市)518组松林龄组数据及同时相HJ-1CCD多光谱影像为基础,对各龄组松林冠层的蓝光、绿光、红光、近红外及NDVI的光谱差异性进行分析,各龄组在近红外波段表现为幼龄林>中龄林>过熟林>成熟林>近熟林的特征,NDVI则表现为成熟林>近熟林>过熟林>幼龄林>中龄林的特征,由此构建龄组植被指数AGVI;该指数可以扩大各龄组松林的绝对及相对光谱差异。采用K-均值法对松林AGVI进行聚类分析,结果显示,松林龄组的划分精度为80.45%,准确率为90.41%。由此证实本文所构建的龄组植被指数具备有效性。

石河子市PM_(2.5)浓度的遥感反演研究

大气悬浮细颗粒物PM_(2.5)已成为中国各大城市的首要空气污染问题,快速了解其浓度及空间分布状况,对于控制PM_(2.5)质量浓度、提高空气质量具有重要意义。以石河子市为研究区,利用HJ-1 CCD影像,通过暗像元法、6S模型反演气溶胶光学厚度,结合DTF-6太阳光度计数据进行验证,然后根据AOD与PM_(2.5)之间的统计关系建立符合研究区实际特点的PM_(2.5)反演参数和算法,建立遥感反演模型获取PM_(2.5)的空间分布。结果表明:PM_(2.5)浓度反演结果的平均绝对误差为0.93 ug/m3,反演精度较高,石河子市PM_(2.5)的空间分布呈现北低南高,西低东高的特点。

环境一号遥感卫星影像质量评估和应用分析

以CCD影像分析为主,通过随机抽取的环境一号卫星遥感影像,按照卫星影像标准处理流程获得遥感影像,综合利用多种计算机分析和人眼判定方法,对卫星影像质量进行分析,获得环境一号卫星遥感影像质量评定结果,并确定其应用范围与适用性。其相关结果可以为环境一号卫星的应用提供借鉴,也为未来我国发展多光谱宽幅中分辨率遥感卫星提供参考。