微波遥感农业应用研究进展

微波遥感有着全天时全天候的工作能力,可以穿透植被,在农业应用中潜力巨大。早期的农作物监测和估产系统主要应用光学数据源,近几十年来,微波遥感数据应用于农业的研究逐渐开展。介绍了植被的微波散射与辐射机理,综述了微波遥感在农作物识别和面积提取、长势监测和农作物覆盖下的土壤湿度估算、农作物产量估算研究的最新进展,展望了未来微波遥感应用于农业的研究重点。

基于遥感数据与作物生长模型同化的冬小麦长势监测与估产方法研究

本文以LAI作为结合点,讨论了利用复合型混合演化(SCE_UA)算法实现CERES_W heat模型与遥感数据同化的可行性。CERES_W heat模型同化后主要生育期和产量的模拟值分别与真实条件下模型相应模拟值以及实测值进行比较。结果表明,同化后CERES_W heat模型的模拟精度对LAI外部同化数据的误差并不十分敏感。并且在LAI同化数据较少时,也可获得较好的同化结果。这一特点体现了SCE_UA算法应用于同化过程的优越性,为同化策略在区域冬小麦长势监测及估产中的应用提供了基础。

叶绿素吸收的光合有效辐射比率的遥感估算模型研究

光合有效辐射比率(FPAR)是陆地生态系统碳循环研究的重要参数。根据FPAR的物理意义,本文提出了有效FPAR的概念:即叶绿素吸收的FPAR(FPARch l),利用模拟数据建立了有效FPAR信息模型,探讨了基于叶绿素含量估算有效FPAR的可行性,为进一步采用有效FPAR来估算NPP/GPP提供思路和途径。利用实测数据对有效FPAR模型进行验证表明:(1)叶片吸收的FPAR(FPARleaf)与有效FPAR(FPARch l)之间的差异较大。FPARch l通常不足FPARleaf的50%,两者之间虽存在一定的相关性,而这种相关性是非线性的;(2)叶绿素含量与FPARleaf的相关性较高,而与FPARch l的相关性更高,基于叶绿素含量可以以较高的精度估算FPARleaf和FPARch l,经过验证,估算的平均相对误差分别为2.90%和6.6%;(3)应用模拟数据建立的FPARleaf及有效FPAR模型均在叶绿素含量大于20μg/cm2时估算的精度较高,而低于20μg/cm2时估算的精度较低,本文中叶绿素含量大于20μg/cm2的60个样本的FPARleaf及FPARch l的估算的平均相对误差,分别为1.79%和5.07%。

中国遥感卫星辐射校正场陆表热红外发射率光谱野外测量

中国遥感卫星辐射校正场陆表发射率光谱是利用陆表场地进行遥感器红外通道绝对辐射定标的关键因子之一。基于光谱平滑的温度与发射率分离反演迭代算法,利用高精度的BOMEMMR154傅里叶变换红外光谱仪和红外标准板,对敦煌戈壁陆表发射率光谱进行测量。获得了不同时间和地点测量的陆表发射率光谱数据,并与利用CE312通道式红外辐射计在相同区域的测量结果进行比较分析。结果表明各个通道发射率的差别均在0.012以内,具有较好的一致性。利用该发射率光谱测量结果,可以在敦煌戈壁——中国遥感卫星辐射校正陆面场,对目前国内外主流的遥感卫星热红外通道进行在轨场地绝对辐射定标。

基于水面实测光谱的太湖蓝藻卫星遥感研究

水体叶绿素a含量和蓝藻密度是评价水质污染的主要参数,对监测水体蓝藻水华有重要意义。该文利用2008年11月10日和11日太湖水面实测光谱及FY-3A/MERSI,AQUA/MODIS卫星的波段响应函数,计算了卫星波段的水体表面等效反射率。水体实测光谱显示蓝藻污染提高了近红外波段的遥感反射率,在蓝光波段和绿光波段有明显的吸收谷和反射峰。根据这一原理,该文建立了近红外和红光波段的比值指数RI模型,成功反演了太湖水体叶绿素a含量(均方根误差分别为0.0174 mg·L^(-1)和0.0188 mg·L^(-1))和蓝藻密度(均方根误差分别为247.21×10~6L^(-1)和275.64×10~6L^(-1))。这一结果为分析太湖水面光学特性、水质污染状况提供了重要依据。

1982～2001年间中国干旱发生时空特征的遥感分析

利用1982～2001年NOAA-AVHRR旬合成的光谱植被指数和NOAA-AVHRR第4和第5通道亮温计算的陆地表面温度资料,利用水分亏缺指数（WDI）作为干旱评价指标,分析了全国近20 a干旱时空分布特征,并对近20 a来各月份发生干旱的频率进行了分析.提取全国雨量观测站点的水分亏缺指数和20 a干旱发生频次,分析了它们与降水量的关系.研究结果表明：（1）我国地域辽阔,气候类型多样,干旱发生具有明显的时空差异.四川盆地属于冬春旱型;西北为常年干旱型;黄淮海平原为春夏旱型;西南青藏区为常年湿润型;华南为冬春旱型;（2）在年降水量少于500mm时,20 a平均降水量与20a平均水分亏缺指数和20a总干旱发生频次都呈明显线性关系,但在年均降水大于500mm时,水分亏缺指数及干旱发生频次与降水量关系都不显著,表明WDI可以很好地评价干旱胁迫的程度,但并不适宜评价湿润程度.

遥感地面辐射观测中的视场效应问题研究

以典型的垄行作物玉米为研究对象,提出了一种新的视场效应分析方法:网格模型法。该方法将目标空间和测量空间网格化,然后在网格空间计算观测视场内的组分比例,进而确定组合信号值。本文采用网格模型法分析了垄行作物亮叶、暗叶、亮土、暗土四分量在传感器视场中面积权重变化、空隙率的变化、方向亮温的变化、红波段反射率的变化、红外波段反射率的变化以及植被指数NDVI的变化率,研究了不同观测角度情况下视场效应的变化。

农田辐射传输光学遥感成像模拟研究综述

首先对光电物理仿真、图像合成法、计算机图形学法及遥感物理模型法等光学遥感成像模拟方法的技术方法和研究进展进行了分析,其中由于遥感物理模型法较为详细地刻画了真实辐射传输过程,成为国内遥感成像模拟的主要发展趋势。然后对作物关键参数时空变化分析、农田辐射传输建模及遥感成像模拟系统等方面进行了分析讨论,表明结合作物全生育期结构、光谱变化特征,进而建立叶片–土壤–冠层–大气–遥感器成像模拟耦合模型是主要途径,能够实现农田多维遥感数据模拟,为农业定量遥感研究与应用提供模拟数据支持。

1982—2001年间我国受旱和受旱成灾耕地的遥感提取研究

水分亏缺指数(WDI)是综合陆地表面温度和植被指数建立的区域干旱遥感监测评价指标。本研究利用1982—2001年NOAA AVHRR资料计算了全国20年间各旬WDI,提出基于WDI判断农田受旱及受旱成灾的标准,结合土地覆盖分类提取的耕地范围,提取我国1982—2001年间各年份受旱和受旱成灾耕地面积。结果表明:利用遥感手段提取农田受旱面积具有一定参考价值,遥感获取的农田受旱成灾面积与统计结果基本一致,是快速有效获取干旱成灾范围和成灾面积的方法。

地基多波段遥感大气可降水量研究

利用自动观测多波段CE 318太阳分光光度计,首先结合地面资料求出瑞利散射光学厚度,再用870 nm和1020 nm非吸收通道内插出936 nm通道的气溶胶光学厚度。通过辐射传输模型MODTRAN模拟不同大气模式和观测角下的大气可降水量和透过率关系,利用改进的Langley法计算出大气可降水量,分析了影响结果的误差源。

TM遥感影像的地形辐射校正研究

从地面所接收到的太阳直接辐射、天空散射辐射和临近地形反射附加的辐射三个方面分析计算地面每个像元的太阳总辐射,并在此基础上建立地表真实反射率恢复模型,实现对地形的辐射校正。在算法实现上,采用交互式数据语言(Interactive Data Language,IDL),结合6S大气校正模型和数字高程模型(DEM)进行编程实现。利用北京山区的TM遥感影像所做的实验表明该方法能有效地消除卫星影像中地形的影响,为影像的后续处理提供更真实的信息。

山地森林地区遥感影像地形辐射校正研究

山区遥感影像反射率反演不但需要消除大气影响,而且必须消除地形影响。传统的地形校正方法通常属于经验统计方法,具有简单易用的优点,但本身也存在一些缺点,如理论上缺乏全面的物理分析,使用时具有较强的主观性,且不能与大气校正相耦合。相比之下,一些学者提出的基于辐射传输理论物理模型能在一定程度上克服这些缺点。本文针对森林地区,提出了一种基于辐射传输理论的地形校正及反射率反演模型。该模型与现有模型相比,考虑了树木冠层受地形影响的特殊性,因此适合于高植被覆盖的森林地区。最后以贵州省黎平县的ETM影像及DEM数据为例,对模型的有效性进行了验证。通过对比分析,证明该模型在森林地区的地形校正效果明显优于现有模型。

DLT方法在遥感相机几何定标中的应用

为建立适用于遥感相机定标的实验室,需要有几何标定的算法和软件对摄影图像进行计算。使用近景摄影测量中基于3维控制场的定标方法,对单CCD四波段遥感相机进行了几何定标,研究并自主编程实现了直接线性变换DLT(Direct Linear Transformation)算法,与基于空间后方交会算法的定标结果进行了精度对比。结论证明了DLT算法满足遥感相机实验室几何定标的精度要求,验证了其作为遥感相机室内定标解算方法的可靠性。

无人飞艇低空遥感系统关键技术研究

简要分析了在我国发展无人飞艇低空遥感系统的必要性和可行性,对构建无人飞艇低空遥感系统所涉及的关键技术进行了研究,包括飞行控制与导航系统、遥测遥控地面站系统、任务载荷系统、数据处理系统,并对无人飞艇遥感飞行作业流程进行了研究。

基于沙漠场景的可见近红外遥感器辐射定标研究进展

沙漠场景法是一种基于时间序列的相对辐射定标方法,通常用于气象卫星等低空间分辨率卫星。沙漠场景法选择均匀稳定的大面积沙漠地区作为研究区,通过长时间序列图图像的统计分析,假设实验场地的地表和大气稳定,监测传感器的长期变化趋势。分析沙漠场景法的基本原理及场地选择标准,介绍国内外利用沙漠场景进行辐射定标的研究现状,指出各种方法的优缺点,为今后开展国产卫星沙漠场景的时间序列定标提供参考。

RSIN-网格支持下的遥感信息服务平台及其应用

作为一种具有广泛应用前景的高性能计算技术,网格计算将在遥感信息领域起着重要作用。本文介绍了遥感信息网格服务节点(RSIN)的体系结构,以及在RSIN平台上构建遥感反演应用的方法和关键技术。最后以一个中国陆地遥感气溶胶定量反演实例的形式进行了实验。结果表明在网格技术的支持下,在RISN平台上可以实现大范围海量卫星遥感数据的近实时反演。

星载紫外遥感辐射计积分球定标新方法的研究

在紫外波段,使用常规手段实现高精度的辐射定标是比较困难的,这主要是由于标准灯的定标不确定度约4%和漫反射板双向反射分布函数(BRDF)的测量不确定度4%—6%所致。为了提高定标精度,本文应用积分球辐亮度定标方法[1],获得了接近理想的大面积辐亮度光源(约2%),标定了在研的星载紫外遥感光谱辐射计的亮度响应度。文中将标准灯考虑为均匀亮度的点光源,对辐射计的投影视场进行了照明因子修正。同时进行了常规的灯-板定标方法与积分球定标新方法的比较,得到了采用两种方法标定的辐射计亮度响应度有较好的一致性(3%)的结论。初步的定标数据分析比对显示,漫反射板BRDF的测量不确定度和仪器投影视场内辐亮度的计算不确定度是比对中不一致主要的来源。

中红外大气辐射传输解析模型及遥感成像模拟

为了建立完整的星载高分辨率中红外成像模拟系统,并为航天器载荷设计等相关工作提供有力参考,需要对大气辐射传输这一环节进行重点考虑,设计出切实可行,精度较高的大气辐射传输数值成像模拟方法。针对中红外大气辐射传输具有大气散射和自身发射的特性,将整个大气辐射传输过程进行了合理分解,并利用MODTRAN4对各辐射分量进行求解,以查找表方式实现了大气辐射传输成像模拟。此外,针对大气散射导致的邻近效应进行了分析,将原有PSF模型扩展至中红外波段,并与大气辐射传输解析模型相互耦合共同完成模拟成像。最后对模型进行了初步验证和成像模拟,结果表明:模型具有较好的模拟精度,通过给定观测几何和大气条件,并根据地表输入的温度和发射率等,实现逐像元的大气辐射传输计算。

遥感影像邻近效应的实测数据校正(Ⅱ)

本文在总结2004年工作的基础上,以辐射传输理论为基础,改进和增加了地面同步测量邻近效应模型设计和测量参数,实现了航空和卫星数据获取过程的地面同步参数测量。在此基础上,分别对航空ADS40和Landsat-5 TM数字影像进行了邻近效应校正实验,特别对城区ADS40数字影像大气校正和邻近效应校正后的图像做了对比,邻近效应校正的图像较只做大气校正的图像像元值反差更大,细节得到更多增强,图像质量得到一定程度提高。