基于短波红外波段的Ⅱ类水体MODIS影像大气校正算法

提出了一种基于短波红外(SWIR,short wave infrared)波段离水反射率为0的Ⅱ类水体大气校正算法.采用MODIS的1.240μm和1.640μm两个SWIR波段的反射率计算出了可见光及近红外(NIR, near infrared)波段气溶胶散射反射率,进而反演得到了这些波段的离水反射率.应用该算法对中国东部近海及湖泊的Ⅱ类水体进行了大气校正,并与实测数据和常用的大气校正算法进行了比较分析,结果表明该算法能够有效地去除大气的影响.     

气溶胶散射对海洋水色遥感辐射偏振校正的影响

辐射偏振校正对具有相对较大偏振响应的海洋水色卫星遥感器(如Aqua MODIS)是十分必要的,可在一定程度上提高海洋水色信息提取的精度.目前, MODIS已经实现了业务化的辐射偏振校正,但其算法中忽略了气溶胶散射对大气顶辐射偏振分量的影响.利用海洋-大气耦合矢量辐射传输模型PCOART,分别模拟获得纯瑞利大气(无气溶胶)和气溶胶光学厚度为0.2大气时的大气顶辐射偏振分量.结果表明,除太阳耀斑区外,气溶胶散射对蓝光波段(443 nm)大气顶线偏振辐亮度的贡献很小,可以忽略不计,而对近红外波段(865 nm)大气顶线偏振辐亮度的贡献显著.此外,将PCOART数值模拟的大气顶瑞利散射辐射线偏振反射率与POLDER实际观测的大气顶线偏振反射率进行了比较,结果同样说明了气溶胶散射对蓝光波段(443 nm)大气顶线偏振反射率的贡献很小,而对近红外波段(865 nm).大气顶线偏振反射率的贡献显著.最后,在现有MODIS辐射偏振校正算法基础上,提出了考虑气溶胶散射的海洋水色卫星遥感辐射偏振校正算法,并利用POLDER实测的大气顶线偏振反射率对算法进行了检验,结果表明,无论是在443 nm波段,还是在865 nm波段,均比MODIS辐射偏振校正算法估算大气顶辐射偏振分量更接近POLDER实测结果.     

基于实测高光谱的太湖水体悬浮物浓度遥感估算研究

悬浮物浓度是水质和水环境评价的重要参数之一.利用2007-11-08～2007-11-21 14天时间对太湖74个样点进行水质取样分析和波谱实测.在提取水体遥感反射率后,分析其与悬浮物浓度的相关关系,发现在400～900nm波段范围的备波长遥感反射率与总悬浮物、无机悬浮物浓度都存在中高度相关,最大相关系数均出现在725nm处.分别为0.883和0.869,而与有机悬浮物浓度则无较好的相关性.同时利用敏感波段的遥感反射率建立了悬浮物浓度估算的神经网络模型.结果表明:对于总悬浮物浓度,隐含层节点数为6的神经网络模型的R2=0.948,RMSE=4.947,在备节点中的训练效果最佳;而对于无机悬浮物浓度,隐含层节点数为4的神经网络模型的R2=0.956.RMSE:5.104,模型骼体训练结果最好.此外,通过测试样本对神经网络模型和经验模型的预测误差进行分析表明,无论是估算总悬浮物浓度,还是无机悬浮物浓度,无论从建模样本的建模精度,还是测试样本的误差分析,神经网络模型邰优干经验模型.     

400-1000nm波段反演气溶胶光学厚度的暗像元法

从卫星遥感的角度来看,气溶胶的不确定性是可见一近红外遥感中大气校正的难点,从遥感数据本身来反演气溶胶参数,进而完成大气校正,一直是遥感研究的重点.针对可见一近红外波段大气辐射传输特点,提出了利用浓密植被红波段(660 nm)与近红外波段(830 nm)之间的线性关系反演气溶胶光学厚度的基于可见近红外波段的暗像元法,该方法主要思想是首先假设在清洁大气的条件下,利用MODTRAN辐射传输模型对遥感图像进行大气校正,以减少近红外波段大气的影响,再通过双层叠代法搜索浓密植被像元作为暗像元,根据红波段和近红外波段之间的线性关系通过近红外波段计算暗像元的红波段表观反射率,并反演气溶胶光学厚度.利用该方法对PHI航空高光谱图像进行了气溶胶光学厚度的反演,并给出了反演原理、步骤和误差分析.     

基于哨兵3A-OLCI影像的内陆湖泊藻蓝蛋白浓度反演算法研究

蓝藻是内陆富营养水体水华发生的主要优势藻种, 而藻蓝蛋白 (Phycocyanin, PC) 是蓝藻的标志性色素, 因此利用遥感估算水体中藻蓝蛋白浓度从而对蓝藻水华预警具有重要意义。利用太湖、滇池、洪泽湖的实测数据, 构建藻蓝蛋白随机森林遥感估算模型, 并将模型应用到哨兵3A-OLCI影像。通过对随机森林的输入自变量进行重要性分析, 发现第7波段 (620 nm) 、第8波段 (665 nm) 和第9波段 (675 nm) 三个波段对藻蓝蛋白反演的影响程度最大。同时, 反演结果表明, 随机森林反演的藻蓝蛋白浓度平均绝对百分比误差 (MAPE) 为34. 86%, 均方根误差 (RMSE) 为38. 67μg/L, 与Simis等半分析算法和齐琳的PCI (Phycocyanin Index) 指数模型相比, 平均绝对百分比误差 (MAPE) 分别提高了85. 06%和15. 65%, 均方根误差分别提高了26. 08μg/L和19. 86μg/L。利用地面实测数据对同步卫星影像大气校正进行精度评价, 发现MUMM (The Management Uint Mathematical Model) 算法可以用于OLCI影像的大气校正, 尤其在560779 nm处共8个波段的MAPE低于30%, 光谱曲线与实测光谱曲线形状保持一致。结果表明所构建的基于哨兵3A-OLCI影像的藻蓝蛋白随机森林反演模型, 可以成功的应用于我国的内陆富营养化湖泊, 为我国内陆湖泊藻蓝蛋白浓度的遥感反演提供一个新的算法。     

基于VIIRS数据洪泽湖悬浮物浓度估算算法研究

基于2012~2015年洪泽湖4次星地同步试验数据,建立了较高精度的水体悬浮物浓度单波段(671 nm)模型(R~2=0.74,RMSE=8.58 mg/L),并进行了验证(R~2=0.72,RMSE=11.98 mg/L);然后,将该算法成功应用到了2012~2015年464景VIIRS无云影像上.结果表明,洪泽湖悬浮物浓度呈现春夏低、秋冬高的季节特征和东、中部高,西、北部低的空间分布特征;在年际变化尺度上,悬浮物浓度年均值呈现较小的减少趋势.总体来说,VIIRS在浑浊水体悬浮物浓度上表现了较好的探测能力,在湖泊水色遥感领域具有较大潜力.     

基于统计的MODIS地表反射率简单估算方法

利用NASA-ESE提供的大气校正算法对EOS/MODIS进行计算,得到CH1-7的地面反射率,再与MODIS所接收到的大气上界反射率数据进行比较,参考野外实测得到的大气光学特性和地面反射率数据,提出一种基于统计方法的MODIS前7个通道的大气校正方法.     

中巴地球资源02星CCD图像交叉定标与大气校正研究

利用LANDSAT-5的TM对CBERS-2的CCD 1-4波段进行交叉定标,得到了CCD 1-4波段的参考辐射定标系数,并对这组定标系数进行了验证.利用6S模型和同步气象资料,对CBERS-2的CCD数据,进行了大气校正和反射率反演.最后对CCD 1-4波段大气校正前后的反射率和归一化植被指数(NDVI)的变化进行了对比研究.发现大气校正后的CCD3和CCD4波段的地面反射率明显升高,大气校正后的CCD图像呈现出高植被覆盖区NDVI增大,低植被覆盖区NDVI减小的趋势.     

利用Hyperion星载高光谱传感器监测太湖水质的研究

通过分析Hyperion星载高光谱传感器的数据特征和水质参数监测精度,确定并详细讨论了波段比值、差值和NDVI算法与叶绿素、悬浮物浓度的相关性差异和敏感波段分布,建立并验证了水质参数高光谱遥感反演模型,初步评价了太湖水体富营养化状况.利用模拟环境小卫星的波段设置和反射率光谱,对比分析了Hyperion和环境小卫星高光谱监测太湖水质参数的反演精度,展示了星载高光谱监测内陆水体水质的应用潜力,有力地促进了我国环境小卫星高光谱数据在水体生态遥感监测中的预研工作.     

基于TSVM和纹理特征的WIS遥感影像分类方法

针对宽波段成像光谱仪数据为中等空间分辨率、谱段多的特点,提出一种结合双子支持向量机(TSVM)和纹理特征的WIS遥感影像快速分类方法。选用经过几何校正的二级数据产品,进行大气校正、反射率计算等预处理后,裁切出500×500大小的影像作为实验对象。选择以相关性分析的方法获取特征波段。为解决狭小水体混合像元难以区分的问题,选择计算NDWI指数,然后提取其纹理特征。最后,基于TSVM和传统SVM进行分类实验,样本训练及预测的时间分别为14.27 s,26.41 s,得到的总体分类精度分别为87.861 3%,87.659 0%。结果表明,基于TSVM和纹理特征的分类算法不仅训练速度快,而且具有良好的泛化能力。宽波段成像光谱仪数据在中等尺度的土地覆盖分类中具有极大的应用价值。     

多种卫星传感器反演长江口悬浮泥沙浓度的对比分析

通过用Shen等~([1])的方法对Terra/MODIS、FY-3A/MERSI、COMS/GOCI传感器入瞳处的辐射亮度即天顶辐射亮度进行反演计算,得出了遥感反射率Rrs与悬浮颗粒物(Suspended Particulate Matter,SPM)浓度的数据,并将上述反演与Envisat/MERIS反演进行了对比。结果表明,MODIS、MERSI、GOCI传感器的天顶辐射亮度与MERIS的线性相关性均较好;GOCI、MODIS与MERIS的Rrs一致,MERSI与MERIS的R_(rs)相差较大,尤其在近红外区域。MODIS、MERSI和GOCI反演的SPM数据与MERIS反演的绝对偏差分别为36%、31%和26%。对于长江口、杭州湾及江苏沿岸的高浊度水体,3种传感器反演的SPM均与MERIS反演的SPM相近。对于离岸较远的低浊度水体,仅GOCI能很好地体现。     

利用MODIS图像同时反演水色三要素的方法研究

为了建立水色三要素的反演模式,根据2003年和2004年测量的珠江口区域水色数据,采用中分辨率成像光谱仪(MODIS)图像水色通道的遥感反射率组合建立神经网络模型,同时反演珠江口水域水色三要素(叶绿素、悬浮泥沙、黄色物质)的浓度,并对模型进行验证分析.根据反演模型利用MODIS数据获取三要素的浓度图,对形成原因进行了简...     

太湖水体悬浮颗粒物生物光学模型及MERIS数据反演

根据太湖悬浮颗粒物生物光学特性建立的悬浮颗粒物红外单波段生物光学模型具有明确的机理性.利用2006年至2009年野外实测悬浮颗粒物浓度和水体光学数据对该生物光学模型进行检验和分析.结果表明,悬浮颗粒物比后向散射系数的时空差异是影响总悬浮颗粒物生物光学模型精度的主要因素.总悬浮颗粒物在红外波长的吸收系数对总悬浮颗粒物生物光学模型精度也具有显著的影响.根据中分辨率光谱成像仪(MERIS)悬浮颗粒物 反演结果和野外实测风速数据,太湖沉积物再悬浮将显著增加水体中悬浮颗粒物的含量.     

基于多源卫星数据的淀山湖富营养化时空分布研究

准确监测蓝藻水华是湖泊富营养化研究的基础,可为水环境部门的管理和决策提供依据。以淀山湖为研究对象,利用Sentinel-2/MSI、Landsat-8/OLI两种影像数据,并通过改进的浮游藻类指数（Floating Algae Index, FAI）监测了2019~2021年共21幅淀山湖区域影像的水华情况,然后在此基础上分析了淀山湖富营养化的分布规律。结果表明：（1）淀山湖连续三年都有蓝藻水华出现,存在富营养化情况;（2）每年的6~9月份是蓝藻水华的高发期,湖体富营养化发生的面积较大、频率较高,2020年9月和2021年8月爆发水华面积超过20 km2;（3）水华爆发速度较快,持续时间较短。     

Landsat-5 TM and Landsat-7 ETM+ absolute radiometric calibration using the reflectance-based method

The reflectance-based method of vicarious calibration has been used for the absolute radiometric calibration of the Landsat series of sensors since the launch of Landsat-4. The reflectance-based method relies on ground-based measurements of the surface reflectance and atmospheric conditions at a selected test site nearly coincident with the imaging of that site by the sensor of interest. The results of this approach are presented here for Landsat-5 Thematic Mapper (TM) and Landsat-7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+). The data have been collected by two groups, one from the University of Arizona and the other from South Dakota State University. The test sites used by the University of Arizona group for this work are the Railroad Valley Playa, Lunar Lake Playa, and Roach Lake Playa all of which are in Nevada, Ivanpah Playa in California, and White Sands Missile Range, New Mexico. The test site for the South Dakota State group is a grass site in Brookings, SD. The gains derived from dates using these sites spanning the period from 1984 to 2003 are presented for TM and for the period of 1999 to 2003 for ETM+. Differences between the two groups are less than the combined uncertainties of the methods, and the data are thus treated as a single dataset. The results of these vicarious data indicate that there has been no degradation apparent in TM since 1995 and in ETM+ since launch. Agreement between the reflectance-based results and the preflight calibration of ETM+ is better than 4% in all bands, and the standard deviation of the average difference indicates a precision of the reflectance-based method on the order of 3%.     

A method for the surface reflectance retrieval from PROBA/CHRIS data over land: application to ESA SPARC campaigns

The Compact High Resolution Imaging Spectrometer (CHRIS) onboard the Project for On-Board Autonomy (PROBA) platform system provides the first high spatial resolution hyperspectral/multiangular remote sensing data from a satellite system, what represents a new source of information for Earth Observation purposes. A fully consistent radiative transfer approach is always preferred when dealing with the retrieval of surface reflectance from hyperspectral/multiangular data. However, due to the reported calibration anomalies for CHRIS data, a direct atmospheric correction based on physical radiative transfer modeling is not possible, and the method must somehow compensate for such calibration problems in specific wavelength ranges. A dedicated atmospheric correction algorithm for PROBA/CHRIS data over land is presented in this work. It consists in the combination of radiative transfer and empirical line approaches to atmospheric correction, in order to retrieve surface reflectance images free from both the atmospheric distortion and artifacts due to miscalibration. The atmospheric optical parameters and the updated set of calibration coefficients are obtained jointly in an autonomous process, without the need for any ancillary data. Results from the application of the algorithm to PROBA/CHRIS data from the two European Space Agency SPectra bARrax Campaign (SPARC) held at the Barrax study site (La Mancha, Spain) in 2003 and 2004 are presented in this work, focusing on the validation of the final surface reflectance using in situ measurements acquired simultaneously to PROBA overpasses.     

激光测高卫星大气散射延迟改正现状及展望

激光测高卫星可以在大范围内获得亚米甚至厘米级的地表高程信息,但不可避免受云、气溶胶等粒子引起的散射影响,其中前向散射引起的激光测距和最终测高误差不容忽视。文中系统梳理激光测高卫星大气散射误差改正技术,介绍了国内外卫星激光测高系统参数、大气探测及散射改正算法,有别于已有的蒙特卡洛模拟改正方法,提出了一种基于指数函数模型的大气散射改正算法,选择青海湖等区域的ICESat/GLAS开展试验,结果表明,光学厚度小于2时能有效提升受大气散射影响的数据精度,同时提升数据可利用率约9%,该算法更易于实现业务化应用。最后针对大气参数同步探测的必要性,结合星载大气参数探测设备对后续国产激光测高卫星大气散射改正提出了若干建议。     

Validation and refinement of hyperspectral/multispectral atmospheric compensation using shadowband radiometers

First-principles atmospheric compensation of Earth-viewing spectral imagery requires atmospheric property information derived from the image itself or measured independently. A field experiment was conducted in May, 2003 at Davis, CA to investigate the consistency of atmospheric properties and surface reflectances derived from simultaneous ground-, aircraft- and satellite-based spectral measurements. The experiment involved the simultaneous collection of HyMap hyperspectral and Landsat-7 multispectral imagery, in situ reflectance spectra of calibration surfaces, and sun and sky radiances from ultraviolet and visible multifilter rotating shadowband radiometers (MFRSRs). The data were analyzed using several different radiation transport and atmospheric compensation algorithms. Reasonable self-consistency was found between aerosol property retrievals from the radiometers and from dark pixels of the imagery, and, when using the most accurate algorithm, there was excellent agreement between the retrieved surface spectra and the ground truth measurements.