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。     

机载光学图像至卫星光学图像转换方法研究

利用机载遥感数据,模拟了可见光/近红外卫星成像,旨在探讨遥感数据模拟的原理和方法.在模拟过程中,从遥感信号的辐射传输机理出发,综合考虑各种影响因素,对机载图像模拟星载图像的技术流程进行了一体化设计,将大气影响和空间分辨率转换进行了有机结合.对MODTRAN 4.0大气辐射传输程序的改造,使其输出符合模拟需求的6个辐射亮度值,并在此基础上建立了具有广泛适应性的大气辐射计算的查找表.对大气点扩散函数的解析近似进行了改进并软件实现,将其与改造后的MODTRAN程序结合,模拟临近像元效应.采用定量化的指标,通过比较模拟图像和实际遥感图像,对成像模拟精度进行了评价.     

基于图像的AVIRIS数据大气校正方法

为实现机载可见光/红外成像光谱仪(AVIRIS)数据的自动化、高精度大气校正,研究基于图像的气溶胶遥感反演方法,并将反演结果用于图像大气校正。主要工作包括:1使用浓密植被法反演获得AVIRIS数据的气溶胶光学厚度;2利用辐射传输模型构建AVIRIS数据的大气校正查找表;3开展AVIRIS数据的大气校正实验,并通过典型地物光谱数据以及校正前后NDVI变化对校正结果进行验证分析。     

广东飞来峡库区水深遥感

 通过深入分析太阳光在水体中传输的物理过程,引入水体光学厚度概念,根据辐射传输理论,推导出水深遥感物理模型。以广东省飞来峡水库为例,采用SPOT5多光谱遥感数据,对其进行精确的辐射纠正、大气纠正,转化为符合地表实际反射率的反射率图像。经过水陆分离,选用合适的遥感波段数据,代入有关水体光学参数,应用水深遥感模型,计算出水域各像元水深值,通过图像处理软件绘制水深遥感制图。由于水面采砂、网箱养殖等人类活动的影响,水库采砂区水域水体浑浊以及库湾水域叶绿素浓度偏大,影响水深遥感精度,本文的模型综合考虑了水中泥沙和叶绿素对水深遥感的影响,并采用多波段数据求解水深,信息量丰富,精度得到大幅度提高。     

基于波谱数据库先验信息的地表参数同化反演方法

我国典型地物波谱数据库的构建为地表参数反演提供了先验信息,而时间序列遥感观测数据则能够提供反演目标参数的动态变化信息．文中将描述植被冠层反射的遥感辐射传输模型与描述作物生长变化的过程模型结合,提出了综合利用时间序列遥感观测数据和波谱库所提供的参数先验信息对农作物生长过程中的关键结构参数叶面积指数（LAI）进行反演的方法．时间序列遥感观测数据能为目标参数LAI的反演提供更多信息,而作物生长模型的引入则能够对反演过程中LAI的变化趋势进行约束．实验结果表明,利用地物波谱库中提供的参数先验信息结合时间序列遥感观测数据,采用变分数据同化算法可以明显提高具有时间变化特征的地表目标参数反演精度．     

基于6S模型的可见光、近红外遥感数据的大气校正

受大气吸收与散射的影响,电磁波在大气—目标物—遥感器途径传输过程中发生失真,造成目标地物反射辐射能量到达遥感器时被衰减。给计算地表反照率/反射率和地表温度等关键参数带来较大的误差。选择陆地卫星7号ETM+遥感影像的可见光、近红外波段数据,利用6S模型,进行大气辐射校正和反射率反演。同步气象数据用于遥感器所接受的大气顶部辐射的模拟、验证和评价6S对大气校正的可靠性。最后对ETM+可见光和近红外波段数据大气校正前后的反射辐射和均一化植被指数（NDVI）的变化进行了对比研究。     

土壤水分遥感反演研究进展

土壤水分是陆面生态水文循环的重要组成部分. 及时、准确地获取土壤水分数据,对研究全球气候问题、构建流域水文模型、监测干旱等具有极其重要的意义. 遥感技术具有范围广和信息传输快等优点,为土壤水分监测提供了全新的手段. 本文梳理了可见光–近红外遥感、热红外遥感、可见光–近红外–热红外遥感、主动微波遥感、被动微波遥感的发展现状及对应的土壤水分反演方法,介绍了结合主被动微波遥感的GNSS-R技术,对土壤水分反演研究中的热点问题进行了归纳和总结,并展望了土壤水分遥感反演的发展趋势.      

顾及时间因子的航空高光谱影像辐射归一化校正

航空高光谱影像的采集需要一个时间过程,其间成像条件(太阳辐射、大气等)处于持续变化之中,不可避免地会对大气辐射校正带来一定影响.主要针对上述影响,对邻近航带的明暗地物、大气辐射传输分量、同名地物反射率进行对比,分析了时间因子对经验线性法、大气辐射传输法反演结果的影响.结果 表明:随着时间变化,不同时刻对应的大气辐射传输参量存在一定差异,不同时刻的明暗参考地物所计算的校正系数也不同,这些差异都会对反射率校正结果产生一定的影响;通过对不同时刻的同名地物反射率反演结果对比,同名地物采集的时间间隔越长,校正结果的数值偏差越大.随后,提出了顾及时间因子的航空高光谱影像相对辐射归一化校正方法.实验证明,与常用的伪不变特征点方法相比,本文方法能够有效地消除时间因子变化对反射率反演带来的影响,提高同名地物的光谱一致性.     

基于SCIATRAN模型的Limb大气辐射传输模拟

大气辐射传输模型SCIATRAN是一种较新的高光谱分辨率大气辐射传输模型。结合欧洲空间局环境卫星(ENVISAT-1)搭载的SCIAMACHY传感器在Limb观测模式下的相关参数,利用SCIATRAN模型模拟传感器辐射亮度值,将模拟得到的辐射亮度值与SCIAMACHY传感器实测数据的辐射亮度值进行对比,通过对比发现模拟值辐射亮度曲线总体走向、趋势和分布上与实测值符合较好,但存在差别。通过对臭氧廓线数据、气溶胶以及地表反照率数值进行调整分别模拟,经分析得出SCIATRAN模型中自带臭氧廓线数据和真实的臭氧廓线数据存在差异是模拟和实测辐射亮度值存在差别的主要原因。     

黄河灌区水热通量的观测与分析

为解决农田节水问题,进行了田间水热通量观测和水热耦合循环过程机理分析。观测系统主要包括:常规气象、辐射、涡度相关法观测系统以及土壤水分观测剖面。该系统能够连续和稳定地观测土壤-植物-大气连续体中的水热循环过程,涡度相关法观测数据具有与国际同类观测一致的精度。对2005年山东省位山引黄灌区冬小麦和夏玉米生长期内水热平衡的分析表明:当叶面积指数较大时潜热是农田能量消耗的主要方式;在冬小麦返青至收割期内作物耗水略小于供水,而在玉米生长期内供水远大于作物耗水,灌区供水充分。     

黄河灌区水热通量的观测与分析

为解决农田节水问题,进行了田间水热通量观测和水热耦合循环过程机制分析。观测系统主要包括:常规气象、辐射、涡度相关法观测系统以及土壤水分观测剖面。该系统能够连续和稳定地观测土壤-植物-大气连续体中的水热循环过程,涡度相关法观测数据具有与国际同类观测一致的精度。对2005年山东省位山引黄灌区冬小麦和夏玉米生长期内水热平衡的分析表明:当叶面积指数较大时潜热是农田能量消耗的主要方式;在冬小麦返青至收割期内作物耗水略小于供水,而在玉米生长期内供水远大于作物耗水,灌区供水充分。     

复旦大学波散射和遥感信息教育部重点实验室简介

<正> 电磁场与波是信息科学技术的物理基础,作为信息传输、信息获取与信息诠释的载体与手段,形成了空对地观测与地球空间遥感、现代通信、广播电视、雷达探测、遥控、制导与电子对抗、目标成像与识别、高频高速电子技术、电磁兼容技术等现代信息高技术。根据国内外前沿发展与国家需求,利用自身在自然环境中电磁散射传输与空间遥感信息理论、数理建模与反演、计算智能等长年的研究积累优势,本实验室开展了电磁散射与空间遥感的基础与应用研究。包括:电磁散射与辐射传输理论、在轨与将在轨遥感器成像机理与遥感定量信息获取的理论与方法,星载遥感数据验证、特征物理参数反演、立体目     

从数据到信息--地球环境遥感中的电磁散射与辐射传输

论述了地球自然环境中电磁散射信息与辐射传输的理论研究进展,以及以散射辐射理论模拟为基础,用星载遥感观测数据进行各类环境特征参数的反演,提出了从多源数据到地球定量科学信息的若干研究方向与课题.     

水色遥感理论模型探讨

由于目前技术条件的限制 ,黑箱模型在水体组份反演的研究中占据了主导地位 ,但其理论基础不足 ,针对具体成像条件推得的黑箱模型难以推广 ,故需从水色遥感成像机理出发来研究理论模型的识别和求解。意识到辐射传输方程难以实用 ,提出基于辐射传输方程求解结论的水色遥感理论模型架构。并讨论了模型的若干影响因素。特别指出 ,应该使用传感器灵敏度积分的方法来关联传感器接收到的辐射率和灰度值数据 ,而不是简单地使用传感器在波段中心波长处接收的辐射率。     

基于陆面过程模式的热红外卫星遥感影像模拟

遥感服务于气象、气候领域的一个关键环节就是建立地表过程模式与遥感数据之间的联系,利用过程模式的可靠输出参数来模拟卫星影像,并与真实的观测数据进行对比.本文建立了一个以通用陆面过程模式(CLM)相关参数为地表输入信息,以再分析大气廓线为大气输入信息的卫星影像模拟系统,以期通过模拟数据与真实卫星数据的比较,为模式背景场、强迫场的修订及预报精度的提高服务.模拟结果表明,对于由植被和土壤等组成的自然地表,模拟的热红外卫星信号主要取决于过程模式输出的地表温度,模拟的地表方向性辐射温度与模拟的大气层顶部表观辐射温度相关性高达0.99.模拟到的表观辐射温度与AVHRR影像对应的辐射温度差异比较大,最大值超过30 K,大多数像元温差分布在-20～20 K之间.温差在高海拔地区普遍比较大,这可能是由于CLM对高海拔地区的温度估计偏低导致的.     

沙尘暴过程观测数据与实测数据的综合分析

不断加深沙尘暴起沙、传输、沉降机制及其辐射强迫机理认识,提高沙尘暴的预测预警以及防治水平,已成为科研界和政府部门共同关注的问题.我们充分利用已观测的数据进行了深入的综合研究和方法探索,在数据处理本身和多元数据分析方面均取得一些新进展.本文充分利用遥感观测和地面实测手段,对亚洲沙尘暴进行监测.通过对多元数据进行分析和综合,建立了遥感监测结果与地面观测结果之间的关联关系,这些监测结果能够为综合风侵蚀模型系统和GCM(全球尺度沙尘模拟模型)模型系统提供参数和验证数据,同时为沙尘暴的预警预报提供基础数据和客观依据.     

陆面产品的全球陆表变化示范研究

该研究目标是对项目生成的长时间序列遥感数据产品进行全球陆表变化的特征分析,并开展对该产品在地球系统模式模拟中的应用示范研究。(1)分析了遥感全球陆表特征参量的时空特征及变化趋势;(2)研究植被叶子物候特征与碳积累的变化,建立了基于叶面积指数的叶子物候的统计模型;分析物候的空间特性,包括全球分布格局、物候日期的全球分布特征及区域尺度的分布特征;进行物候数据在全球变化研究的应用示范等;(3)进行了陆表特征参量产品在地球系统模式中的应用示范。利用GLASS数据集进行陆表-大气耦合模式模拟,研究其对地表气温、对流层气温、降水等气候因素的多年平均值、变化趋势、年际变化等的影响,发现应用可体现植被长期演变的GLASS数据集后,可明显改善对模拟地表气温的变化趋势及年际变化等的模拟。     

内蒙古羊草草原返青期遥感识别方法研究

研究羊草返青期遥感识别方法对于模拟及预测内蒙古草原植被物候变化具有重要意义.为了有效识别内蒙古羊草草原的返青期,本研究基于250m分辨率的MODIS归一化差值植被指数(NDVI)时序数据,首先分别采用双高斯函数、多项式、S-G滤波3种拟合方法对原始NDVI时序数据进行重建,然后进一步分别采用最大斜率阈值法、动态阈值法及滑动平均法对重建的最优NDVI数据进行返青期识别,并利用33个样本点的返青期地面观测数据对遥感监测结果进行了地面验证.结果表明,"基于S-G滤波拟合的滑动平均法"是内蒙古羊草草原返青期的最佳遥感识别方法,可以此为基础开展内蒙古草原主要植被返青期的时空变化规律研究.     

陕西丰镐地区航空高光谱遥感数据预处理研究

目的对获取的丰镐地区航空高光谱遥感数据进行前期数据处理和校正。方法通过辐射校正、噪音去除、航带间差异调整、几何校正等图像处理方法对畸变和误差较大的遥感数据进行校正。结果获得了高质量、高精度的数据,为后续光谱定标、分类识别及信息提取提供了理想的图像。结论本方法对校正航空高光谱图像存在的较为严重的辐射畸变和几何畸变有良好效果。     

基于RS和GIS的江西省生态系统格局和空间结构动态变化研究

利用多源多时相遥感数据,在RS和GIS技术的支持下,按照生态学的分类方法对地表覆盖数据进行解译,从生态系统的景观格局、空间结构变化趋势和变化速率等方面进行深入分析。研究结果表明:1)2000-2010年江西省主要生态系统类型为森林生态系统和农田生态系统;2)研究期内,城镇生态系统面积增加明显,而森林、湿地和农田生态系统面积减少;3)生态系统转换特征主要表现为农田生态系统转为城镇生态系统;4)生态系统的波动性前5年大于后5年,南昌市和新余市是江西省生态系统变化的热点区域。