多角度多波段的核函数及其在BRDF研究中的应用

利用叶片与土壤光谱的先验知识,在核驱动模型的基础上将基于几何学学的LiSparse核与RossThick体散射核改写为角度和波长的共同函数,以核函数的加权来描述亚像元与像元的关系,从而使核系数成为与波长无关而只与冠层结构相关的参数,并基于此模型提出了新的宽波段反照率的新算法.利用波谱数据库收录的冬小麦观层多角度多波段数据进行核系数的反演,证明了在观测角度较少的条件下,用多波段数据联合反演核系数要比用单一波段数据反演核系数的结果更为稳定.     

植被水分遥感监测模型的研究

植被水分含量的遥感测定对农、林业和水文研究具有重要的意义，对于植被干旱评估也十分重要．研究表明，在叶片尺度上建立400-2500nm的反射率数据与表征叶水分含量的参数，如EWT（等价水厚度）与FMC（叶片相对水分含量）之间存在紧密的相关关系；在冠层水平上，植被水分与光谱指数存在很好的相关关系．归一化水分指数（NDWI）（R860-R1240）／（R860＋R1240）等能较好地反演植被冠层的水分含量．同时，本文对辐射传输模型及其与植被水分指数结合对植被水分反演的应用也进行了讨论；从利用高光谱站台辐射传输模型（如PROSPECT等）进行植被水分反演的角度，对植被水分监测进行评述．最后对利用多角度和偏振光技术定量反演植被水分和临测旱情的研究提出展望。     

冬小麦多时期冠层含水量遗传优化遥感反演

开展作物冠层含水量的遥感反演有利于评估麦田干旱胁迫、实施精准灌溉.为快速获取华北地区冬小麦生长期冠层含水量,本文利用在2017年1—5月冬小麦生长期获取的Landsat-8 OLI和Sentinel-2MSI多时相遥感影像,基于混合像元分解模型,建立了归一化水指数与麦田实测含水量之间的定量关系.通过构建反演方程并结合遗传优化算法,求解冬小麦冠层含水量.对比地面实测数据,研究结果显示,本文方法能取得较优的反演结果,决定系数(R²)与均方根误差(root mean squared error, RMSE)分别为0.567和5.6%.与直接利用归一化水指数的反演方法相比,误差降低20%以上.研究表明,量化小麦冠层和土壤背景的不同线性混合比,可以有效消除土壤对小麦冠层含水量反演的影响,对小麦等作物生长的遥感监测具有重要的应用价值.     

基于高光谱的湿地植被冠层叶绿素反演研究

植被冠层叶绿素含量直接反映植物的生长健康情况.以三江平原洪河湿地自然保护区为研究区,采用地面实测光谱数据为数据源,通过对光谱数据预处理以及特征参数(植被光谱指数、吸收特征)提取,在冠层尺度上,利用统计方法分析了植被叶绿素的敏感波段,并对植被叶绿素含量和光谱特征参数进行了相关性分析,最后,构建了植被叶绿素冠层反演模型并进行了验证.结果表明,原始光谱反射率在690~720,755~770nm叶绿素含量具有较高的相关性,植被指数DD与叶绿素含量有非常高的相关性.研究证明,基于吸收特征反演植被叶绿素也是较好的方法之一.     

黄河源区高寒草地植被覆盖度反演模型精度评价

植被覆盖度是许多气候、水文、生态等模型的重要输入参数,其估算精度的提高对相应模型的改进及模拟精度的提高具有重要的现实意义。本研究以黄河源为研究区域,基于大量与卫星遥感像元空间尺度匹配的实测植被覆盖度数据,评估了回归模型法、像元分解法、神经网络算法三种常用植被覆盖度遥感估算方法的反演精度。结果表明:回归模型法中基于归一化植被指数(NDVI)的反演精度高于其他植被指数;像元二分法中,变量因子(L)的加入不能显著提高反演精度;反向传播(BP)神经网络算法应用植被指数替换卫星遥感反射率数据作为驱动数据,反演精度显著提高。因此,通过比较和优化可以提高植被覆盖度的反演精度,但每类反演方法的最高反演精度差异不显著。     

基于Landsat 8数据反演地表发射率的几种不同算法对比分析

为了分析研究不同地表发射率反演算法的精度和适用性,文中选取西安市的遥感影像Landsat 8为基础数据,运用ENVI,ArcGIS等软件,首先对Landsat 8数据进行预处理,提取西安市的NDVI影像;然后,建立决策树模型得到西安市地表分类影像,并基于像元二分模型反演得到植被覆盖度,基于NDVI得到4种不同算法的地表发射率;最后,以精度0. 01的MODIS LSE产品为标准数据,从像元尺度上对比分析了4种算法的精度,并依据回归决策树方法的分类结果,对比分析了不同算法在各类地表覆盖类型上的发射率反演差异。结果表明:在像元尺度上,植被指数混合模型法与NDVI~(TEM)改进算法精度较高且较为接近;从不同下垫面的反演差异来看,在植被区域4种算法之间的差异较小,而对于水体区域,4种算法之间的差异较大;从反演方法的适用性而言,植被指数混合模型法与NDVI~(TEM)改进算法较为适合本研究区。     

叶面积指数遥感反演方法进展

叶面积指数（LAI）是描述植被冠层结构的关键参数,而模型反演法是提取LAI的潜在有效方法．论文综述了植被冠层辐射传输模型和辐射传输模型遥感反演LAI方法的理论发展,详述了植被冠层辐射传输模型和LAI反演的发展历程．通过逐步的理论扩展,进而引出目前学者广泛关注的LAI提取同化算法,为遥感观测提取LAI或其它参数提供了理论参考．     

地表组分温度反演

在热辐射方向性规律的基础上,以喜直型连续植被为例,进行了大量的Monte Carlo模拟,建立了辐射亮度和组分温度、植被叶面积指数及土壤比辐射率之间的经验函数关系。采用遗传算法,从热红外2个波段2个角度数据中,同时反演混合像元组分温度、土壤比辐射率和叶面积指数等5个参数。通过对模拟的观测数据进行大量的遗传算法反演试验,结果表明,遗传算法反演组分温度非常稳健,在宽松的先验知识条件下,遗传算法可以解决不确定性反演问题。遗传算法反演结果和野外实测数据作了比较,证实了反演方法的正确性。为基于热红外方向性辐射模型反演地表组分温度,提供了新的实例。     

基于ASTER影像的土壤流失方程植被覆盖因子估计

针对土壤流失方程中植被覆盖度遥感估计存在的方法不确定问题,利用ASTER影像数据,使用植被指数及混合像元线性分解方法,结合地面调查数据,对土壤流失方程中植被因子做了进一步的研究分析,改进了利用混合像元分解定量估计土壤流失方程植被覆盖因子的方法.     

地面植被的主被动同步观测实验方法

针对植被冠层结构参数主被动遥感协同反演的问题,开展了不同地形、不同植被覆盖类型的地面观测实验,获取了典型植被不同方位、不同角度的地面激光雷达和成像光谱数据,同时,测量了多种冠层结构参数,构成了与飞行数据配套的地面同步观测数据集。该文介绍了实验中样地选择,观测站点设置,主被动数据获取,辅助数据测量等过程的具体目标和设计;总结了实验中获得的主要经验,对遥感类专业的实践教学及科研实验均具有指导意义。     

The concept of effective emissivity of nonisothermal mixed pixel and its test

Based on two preconditions, the local thermal equilibrium is satisfied and emissivities do not change with temperature, the concept of component effective emissivity of nonisothermal mixed pixel has been put forward and then the radiant directionality model of nonisothermal mixed pixel constructed from it. Our study shows that the component effective emissivity is associated with geometric structure, optical properties of target, and viewing angle, but does not depend on the component temepratures. The component temperatures can only change the ratio of component radiance to the total radiance of the mixed-pixel. The total effective emissivity of this pixel is the complement of its directional-hemisphere reflectance. After the simulation of component effective emissivity of the discrete cones and continuous vegetation canopy (winter wheat) by the Monte Carlo method, our model of radiant directionality of nonisothermal mixed pixel have been proved by lab and field measurements.     

地表参量反演与遗传自组织神经元网络联合估算子像元地表温度

在热红外遥感成像模拟中,高空间分辨率的地表温度场景可以由中、低分辨率的热红外遥感数据估算得出。基于可见光 近红外数据反演的若干地表参量和低分辨率的地表温度数据,在二者间引入遗传自组织神经元网络,建立非线性像元分解方法,最终获得高空间分辨率的地表温度场景。利用ASTER卫星产品数据对该方法进行了验证,结果表明： 对于无法直接进行高分辨率地表温度反演,或缺少大量地表先验知识情况下,该方法只需利用两组遥感数据即可估算出不同地表覆盖下子像元地表温度,方法简便易行,精度较高,为快速模拟和估算高分辨率地表温度分布提供了一条新途径。最后对方法的估算精度、适用性及应用前景进行了探讨。     

热红外遥感应用研究

热红外遥感对研究全球能量变换和可持续发展具有重要的意义，尤其在生态学领域，借助地面实测数据和遥感数据，通过红外波段的解析、反演可以进行各种问题的定量化探讨。文章从多光谱遥感、多时相遥感和多角度遥感3个方面阐述了热红外遥感的应用。     

A kernel-driven model of effective directional emissivity fornon-isothermal surfaces

Land surface temperature (LST) is a key geophysical parameter that reflects the combined effects of land surface energy and radiation balance. Remote sensing of LST, however, requires understanding the directional patterns of thermal emission from heterogeneous land surfaces. Recently, semi-empirical, linear, kernel-driven models have been successfully used to describe observed directional patterns of land surface reflectance. Following a similar methodology and based on a recent model of the physics of directional thermal emission from heterogeneous land surfaces, a kernel-driven semi-empirical model for thermal emission is developed using three kernels: (i) an isotropic kernel, corresponding to the gray-body component in a heterogeneous pixel; (ii) a two-layer canopy kernel, derived from a previous conceptual model; and (iii) a geometric optical kernel that accounts for the fact that sunlit parts are hotter than shaded parts in a pixel. The three-kernel model fits 1997 airborne directional thermal brightness data over Avignon, France, very well.     

基于多重角度离散的排气系统红外辐射特性数值模拟

为解决有限体积法耦合求解排气系统红外辐射特性时角度离散数目不足的问题,提出多重角度离散方法,并计算了某轴对称排气系统的空腔-喷流组合红外辐射特性。用较粗的离散角度耦合计算每个喷管空腔微元面的辐射亮度,用较细的离散角度对空腔-喷流组合辐射的每个控制角进行独立计算,求解红外辐射强度。结果表明,多重角度离散方法可以使排气系统红外辐射程序在保证计算精度的同时,探测方向更加灵活,克服了有限体积法求解喷管空腔-喷流组合辐射强度分布时角度离散数目不足的问题。     

利用Himawari-8卫星红外图像反演降雨

利用静止气象卫星Himawari-8的红外图像数据, 结合全球降雨测量计划的降水产品2AGPROFGMI, 通过将匹配的红外亮温和亮温差数据点与近地面雨强数据点一一对应, 使二者之间建立联系。利用静止气象卫星通道多的优点, 进一步建立多个以红外亮温(BT)、亮温差(BTD)以及近地面雨强为参数的二维和三维雨强查算表。通过反演试验, 找到能够较好地识别不同等级降雨强度的查算表, 其中三维查算表(BT10.4, BTD12.4-10.4, BTD6.2-7.3)对降雨事件表现出较高的检测概率(POD=0.8817)和较低的错判率(FAR=0.4042), 可以较好地判识降雨区域。     

船舶排气热特征求解器开发及结果影响因素分析

为了分析船舶中排气羽流热和气体组分的流动特性，更好的揭示其热分布及红外辐射特征，以某现代常规动力船舶为例，基于开源软件OpenFOAM开发了recRhoSimpleFoam可压缩羽流热特征求解器，该求解器能够计算船舶羽流温度的热分布及各气体组分的分布特性，在此基础上分析不同网格数量、离散格式和边界条件对排气羽流温度和气体组分流动的影响。结果表明，网格划分精细度能够影响其数值模拟的求解结果，精细网格对于热特征的分析更为有利，离散格式和边界条件的改变对于其羽流温度的影响较小。该研究可为下一步流场的优化以及红外仿真工作提供参考依据。     

红外图像与热分析法联合分析药品包装材料成分

利用傅里叶变换衰减全反射红外光谱结合热分析对4种不同型号的塑料药瓶进行成分分析,并运用红外图像系统研究了塑料药瓶组成成分的分布情况.结果表明:4种药瓶主要成分为高密度聚乙烯(HDPE),此外里面含有一定量的聚丙烯(PP),红外图像系统分析结果与热分析及傅里叶变换衰减全反射红外光谱的实验数据相吻合.红外图像系统能够将混在复杂混合体系中的痕量杂质检出,为药品包装材料检验提供一种与国外同行同步的技术手段.     

利用ETM+和MODIS数据反演陆地表面温度

Landsat 7 ETM+数据是一种常用的中分辨率卫星遥感数据,它的热红外波段的空间分辨率为60m,是目前星载遥感数据中分辨率最高的。然而由于Landsat 7 ETM+只有一个热红外波段,给ETM+陆地表面温度反演造成了困难。本文在前人研究的基础上开展ETM+数据陆地表面温度反演研究,首先利用MODIS数据反演总大气水蒸汽含量,然后利用普适性单通道算法从ETM+数据得到陆地表面温度,试验结果表明该方法能够取得较好的反演结果。