基于HJ星高光谱数据红边参数的冬小麦叶面积指数反演

针对我国HJ-1A星搭载的高光谱成像仪(HSI)数据,探索基于HJ星高光谱影像的LAI反演研究,本文利用inverted Gaussian模型提取红谷位置、红边位置、红边振幅以及红边斜率4个红边参数,结合2009年4月、5月两期同步地面观测LAI数据,经过回归分析构建了反演叶面积指数的最优红边参数模型.结果表明红边位置、红边斜率和红边振幅与叶面积指数都达到了极显著相关,R2分别为0.5592,0.7796和0.8107说明HJ星高光谱影像数据在叶面积指数反演方面有很大的应用潜力.     

用热辐射方向性模型反演非同温像元组分温度

在遥感像元内含有多种组分、温度不均一的情况下，地表像元热红外辐射的方 向性主要源于像元内的三维结构．研究应用多角度方向辐射观测数据对非同温像元组分温度的估计，提出了多组分像元热红外辐射模型的线性反演方法，在反演中，对观测数据信息和反演参数信息量的度量方法、对模型优化函数的改进，及对室内模拟试验观测数据进行了验证．     

高光谱卫星海洋遥感资料辐射精度评价模型研究

对于海洋水色遥感卫星来说,辐射定标精度作为一项重要的核心指标,恰恰是目前我国自主海洋水色卫星存在的不足之处,需要对遥感器进行系统的在轨辐射测量精度评价.文中基于大气辐射传输理论开发了一套高光谱卫星海洋遥感资料辐射精度评价模型(HRSREM),可以比较精确地计算出卫星平台接收到的遥感反射率,来衡量可见光遥感数据的测量精度.通过Gordon查找表方法对HRSREM模型的大气Rayleigh散射和气溶胶散射分量的精度验证,表明模型对两种大气散射计算误差小于2%;利用海上现场ASD高光谱仪测量的天空光反射率对模型的前向散射计算结果验证,其光谱平均相对误差约5.4%;利用宽视场海洋水色扫描仪(SeaWiFS)数据对模型的大气顶遥感反射率计算精度进行验证,其相对误差小于3.5%,说明HRSREM模型对卫星遥感资料的光谱辐射测量评价具有很高的精度.利用HRSREM模型对高光谱遥感卫星Hyperion在澳大利亚附近海域测量数据进行精度估算,可见近红外波段的光谱平均相对误差约为7.3%;对中分辨率成像光谱仪(CMODIS)数据精度评价结果表明,CMODIS存在较大的测量误差,特别是近红外波段的定标系数明显偏大,需要重定标来提高定量化处理和应用水平.     

零散射近似的冠层热红外辐射间隙率模型

对冠层热红外出射辐射的精确物理描述,是利用遥感技术反演植被覆盖区域地表温度工作中的关键一环．侧重于零散射近似下表达连续植被冠层热辐射特征的间隙率模型,包括基本模型与附加光照修正项并考虑热点效应的光照模型,分别对应夜间和白天的冠层热辐射特征;并着重研究辐射的方向性分布,及其与叶面积指数、叶倾角等因子的关系;由于冠层内部温差,如叶片与土壤温差、光照叶片或土壤与处于阴影中的叶片或土壤之间的温差等,引起的冠层方向辐射特性．模型的理论计算值与地面实验实测数据吻合较好,证明模型能在一定范围内较好地反映植被冠层的热辐射特征．     

基于红外辐射特征的空间目标属性预测

利用空间目标红外辐射测量数据,提出了系统的计算分析方法,对空间目标的温度、发射率等属性进行预测,进而判断空间目标的类型和运行状态.通过建立空间目标红外辐射光谱计算模型,模拟了探测器接收到的红外辐射光谱信号,采用独立成分分析方法提取了空间目标不同材料的光谱发射率特征,判断了空间目标的部件个数和材料类型,采用最小二乘拟合方法反演了空间目标各部件的投影面积与表面温度.模拟结果表明:该方法对空间目标参数的反演误差较小,能够实现对空间目标属性的预测.研究成果对于空间目标类型和状态的判断,具有十分重要的意义.     

航天成像光谱仪CHRIS辐射与光谱性能评价

CHRIS是欧空局于2001年10月成功发射的PROBA卫星上搭载的探索性高光谱遥感器,它共有5种可选择的作业模式,在可见光到近红外(0.4～1.05μm)范围,最多可以获取62个波段.文中采用基于图像自身的大气校正方法(模型法ACORN和经验法),在图像上选取最具代表性的植被和土壤光谱,对CHRIS这一新型的航天成像光谱仪进行了光谱与辐射性能评价.计算显示,ACORN校正得到的玉米反射率在498～750nm波长区间能够较好地表征植被的反射率光谱特征(如红边特征),尤其是在对气溶胶敏感的蓝光部分比经验方法更有优势,但是在750nm之后就有很大偏差,表明CHRIS在750nm之后的波段存在光谱定标误差;土壤光谱反射率在800nm之后有递减的误差趋势,表明CHRIS在部分波长区间还不能满足模型法大气校正的要求;ACORN反演得到的水汽含量分布图上存在的竖条纹,则表明CHRIS的辐射定标性能的不足.CHRIS仪器作为欧空局第一个真正意义上的航天高光谱遥感器在光谱和辐射性能上仍有待改善.     

基于可见/近红外光谱的土壤有机质含量预测

应用可见/近红外光谱技术对土壤有机质含量进行了定量分析和预测,为土壤肥力快速测定和评价提供依据.利用ASD FieldSpec 3 Hi-Res光谱仪对116份不同有机质含量的土壤样本进行光谱测量,系统分析了土壤有机质含量与350～2500 nm波段范围光谱反射率之间的关系.利用PLS和小波-BP神经网络对350～2500 nm整个波段范围和剔除水波段的光谱数据进行分析.两种建模方法的结果均表明剔除水波段的预测效果较好,其中,PLS模型预测的相关系数R为0.8416,均方根误差RMSEP为0.2848,相对分析误差RPD为1.7768,WT-BP神经网络模型预测的R为0.9167,RMSEP为0.2196,RPD为2.3043.预测结果表明,PLS模型可以对土壤有机质含量进行粗略估测,而BP神经网络可实现较精确的预测.     

基于能量平衡与端元合成技术的地表热辐射场景动态模拟

地表热辐射场景动态变化模拟分析是热红外遥感领域研究热点之一.首先基于地表能量平衡方程和一维导热方程,建立地表温度二次谐波模型,模拟裸露地表温度日变化规律,并利用CUPID模型模拟植被冠层温度;其次利用高空间分辨率多光谱遥感影像的可见光-近红外光谱特征,提取植被、裸土、水体、不透水面等地物端元的覆盖比例及分布;最后结合地表温度模拟结果和典型发射率波谱,基于端元能量线性混合的假设,模拟地表热红外辐射动态场景.结果表明,地表温度日变化模拟值与实测值吻合较好,标准偏差在2.7℃以内;模拟场景可展现出清晰的纹理细节和较强的遥感成像真实感,场景热辐射特征与地物类型及其空间分布、成像时刻、观测角度均有关联.     

CBERS-02卫星CCD与WFI的NDVI影响因子的分析与比较

CCD和WFI是CBERS-02星上可见光及近红外的载荷.主要探讨它们在植被监测中的应用潜力.比较分析了辐射定标、大气条件及观测几何等因素分别对CCD及WFI传感器观测的NDVI的影响.并分析比较了CCD与WFI红波段及近红外波段的光谱差异对它们NDVI的影响.分析结果表明辐射定标的影响最大,如果不进行辐射定标,NDVI值很难用于植被的监测,而且不同传感器之间的NDVI不具可比性;地表NDVI与TOA的NDVI值相差较大,TOA的NDVI值随着大气条件而改变;地物的非朗伯性及大气路径随观测几何的变化对NDVI值也有影响.CCD与WFI之间由于光谱差异,它们的NDVI值也不同,WFI的NDVI值普遍高于CCD的NDVI值,但两个传感器的地表NDVI值具有很好的线性相关关系.     

CBERS-02卫星IRMSS传感器热红外通道综合辐射定标

以CBERS-02/IRMSS热红外通道发射前实验室定标为基础,开展了星上黑体定标和与MODIS传感器相应通道的交叉辐射定标,并选择青海湖水面辐射校正场作为在轨绝对辐射定标场地,于2004年8月17日卫星过境青海湖时进行了在轨场地绝对辐射定标实验.星上黑体定标必须清楚的了解IRMSS相机的内部结构和光路,获取和处理星上下传的常温和高温黑体定标数据.星上黑体逐探元定标结果,对后续图像处理中的相对辐射校正和逐探元的绝对辐射定标都具有重要应用价值.与MODES相应通道的交叉定标选取了2004年8月-12月间的6次双星同步观测青海湖和太湖的昼夜数据,通过两传感器的光谱匹配、星地光谱苞配处理和MODTRAN辐射传输计算等几部分工作.综合场地和交叉定标获取的数据,进行多点线性回归,获取定标系数,这种方法可以有效控制由于交叉和场地定标两种独立方法所产生的误差,从而获得稳事实上的定标结果.此次定标的最终结果是通过多种独立定标方法的相互补充和印证,利用多点线性回归法获取了该传感器的定标数据斜率8.53,单位DN/W·m-2·sr-1·um-1;截距44.92,单位DN.     

利用AIRS高光谱数据开展HJ-1B热红外通道的多点交叉定标及验证

我国热红外传感器在轨辐射定标主要通过基于大面积均匀目标的实测数据开展的单点法场地定标以及与高精度中分辨率载荷的多点法交叉定标来实现.单点法场地定标耗时、费力,且无法计算定标系数的截距,与中分辨率载荷的多点法交叉定标受到入瞳辐亮度匹配算法的制约,两者都影响着我国在轨定标系数精度的提高.利用AIRS高光谱数据的光谱特征,针对国产HJ-1B卫星热红外通道进行多点交叉定标方法研究,通过选择临近成像时间、选择均匀区域消除时空差异,同时通过MODTRAN辐射传输模型开展逐像元计算,对不同像元间的观测几何因素进行归一化处理.通过基于单一均匀区域、不同时相的时间序列多点法和基于同一时相、不同均匀区域的均匀目标多点法交叉定标获得HJ-1B热红外通道定标系数,并以基于HJ-1B热红外通道查找表法获取的星上定标系数为基准,对多点法交叉定标所得定标系数进行验证.经过分析,通过剔除时间序列多点法中的异常点和调整均匀目标多点法中的匹配因子,所得定标系数模拟得到的等效离水亮温值与基于星上定标系数反演得到的离水亮温值偏差分别达到1.81和0.92 K.由结果可知,基于AIRS的HJ-1B热红外通道的均匀目标多点法交叉定标结果更精确可信.     

用极化脉冲镜向回波反演非均匀植被下地表面的粗糙度与湿度

给出矢量辐射传输方程(VRT)求解非球形粒子非均匀随机介质的时间相关的Mueller矩阵, 数值模拟了极化脉冲入射下同极化和交叉极化双站散射. 极化脉冲回波表明了体散射和面散射机制, 描绘了随机散射粒子非均匀占空比的廓线分布, 可以清楚地辨别出由于下垫面反射引起的回波尾峰. 用镜向同极化双站散射的尾峰可以同时反演非均匀植被下地表面粗糙度和湿度.     

HJ-1星CCD相机交叉定标不确定性分析

传感器辐射定标是定量遥感的前提和基础,不确定性分析是保证交叉定标精度的关键.本文通过重新定义定标系数及光谱匹配因子,将定标系数cci定义为归一化表观反射率定标系数,光谱匹配因子定义为归一化表观反射率之比,改进了交叉定标公式.然后通过对比交叉定标的理想状况与实际条件,提出了交叉定标不确定性的八大来源:标准传感器自身定标不确定性、像元匹配不确定性、定标点海拔设置引起的光谱匹配因子不确定性、大气参量设置引起的光谱匹配因子不确定性、地表光谱数据来源引起的光谱匹配因子不确定性、地表二向反射特性引起的光谱匹配因子不确定性、大气辐射传输模型精度引起的光谱匹配因子不确定性以及其他未考虑因素引起的定标结果不确定性.最后针对HJ-1星CCD相机进一步分析了各不确定性来源的贡献大小,为交叉定标选择各种替代措施的可行性提供了判断依据.     

利用光子晶体抑制大气窗口发射辐射的优化设计及实验研究

利用传输矩阵法讨论了光子晶体对大气窗口（8～14μm）内发射辐射的抑制作用.根据材料的光学特性,选择了Ge与ZnS作为光子晶体的组成材料.对光子晶体的结构进行了优化,优化值为Ge与ZnS的厚度分别为0.63和1.11μm,光学厚度比为1：1,周期数为8.利用蒸发镀膜制备了光子晶体,并对制得的光子晶体的光学性质进行了测定,验证光子晶体对大气窗口发射辐射的抑制作用.     

基于分段辐射校正的星载TDI-CCD成像数据辐射处理方法

文中在分析现有的相对辐射校正方法的局限性基础上,提出了一种基于分段辐射校正的星载TDI-CCD成像数据辐射处理方法.该方法利用实验室定标数据对探元不同感光范围的光电响应模式采用不同的模型进行拟合,从而提高定标系数或者查找表的拟合精度.文中选取资源1号02BHR光学影像进行实验,实验结果表明文中提出的方法与现有的方法相比有较大提高.     

基于改进型温度植被干旱指数的旱情监测研究

在温度植被旱情指数的基础上,利用MODIS数据提取改进型调整植被指数(MSAVI)和地表温度(Ts),构建MSAVI-Ts特征空间,并定义该旱情指标为改进型温度植被旱情指数(MTVDI),介绍了该监测模型构建的方法。综合利用MODIS多波段数据对湖北省2005年10月10日的旱情监测结果表明,MTVDI能较好的反映区域相对旱情的空间差异;对MTVDI随MSAVI和Ts变化的敏感性评价结果表明,以地表温度为基础的旱情指标相对比以植被指数为基础的旱情指标更合理。     

基于遥感信息和作物生长模型同化的水稻估产方法研究

本研究的目的是通过数据同化方法,将国产环境卫星HJ-1A/B数据提取的水稻叶面积指数LAI信息和作物生长模型相结合,以提高水稻估产的精度.具体方法为:首先通过分析水稻叶面积指数LAI和水稻归一化植被指数NDVI的时域变化关系建立模型反演水稻LAI,并应用研究区历史数据和作物生长模型WOFOST建立初始水稻生长模型估算水稻产量.在构建代价函数的基础上,采用SCE(shuffledcomplex evolution)数据同化方法对初始水稻生长模型参数进行优化,使水稻生长模型估算的水稻LAI和遥感数据反演的LAI差值最小.最后将采用同化方法的水稻生长模型估算的研究区水稻产量和不加同化方法的原始水稻生长模型估算的水稻产量进行比较,结果显示水稻估产精度有明显提高.研究结果表明采用遥感数据提取的农作物实时生长信息可以修正作物生长模型关键参数以提高区域范围的农作物估产精度,同时也显示国产环境卫星数据在农作物生长监测上具有广阔的应用潜力.     

大数据系统综述

随着科学、技术和工程的迅猛发展,近20年来,许多领域(如光学观测、光学监控、健康医护、传感器、用户数据、互联网和金融公司以及供应链系统)都产生了海量的数据(更恰当的描述或许是“无限”的数据,例如,在光学观测和监控等应用中,数据都是源源不断而来的,形成了“数据灾难”),大数据的概念也随之再次引起重视.与传统的数据相比,除了大容量等表象特点,大数据还具有其他独特的特点,例如大数据通常是无结构的,并且需要得到实时分析,因此大数据的发展需要全新的体系架构,用于处理大规模数据的获取、传输、存储和分析.本文对大数据分析平台进行了尽可能详尽的文献调研,首先介绍了大数据的基本定义和大数据面临的一些挑战;然后提出了大数据系统框架,将大数据系统分解为数据生成、数据获取、数据存储和数据分析等4个模块,这4个模块也构成了大数据价值链;随后讨论了学术界和工业界中和大数据相关的方法和机制;最后介绍了典型的大数据系统基准和大数据的一些科学问题.本文意图为非专业读者提供大数据的全景知识,也为高级读者定制自己的大数据解决方案提供辅助思想,希望能够对大数据相关的科技和工程人员起到一些参考作用.     

利用MODIS对CBERS-02卫星CCD相机进行辐射交叉定标

CCD相机数据的应用是CBERS-02为国民服务的重要部分,而提供长期稳定的绝对辐射定标系数是其应用的关键.试验场定标法是一种有效的方法,但该方法需要地面同步测量数据,提供的定标系数数量不可能很多,且该方法不能对历史数据进行定标.交叉定标是解决该问题的有效方法之一.但目前该方法对同步测量数据的依赖性较大.模拟分析各种因素对光谱匹配因子的影响.结果表明地物的光谱匹配因子受大气条件、传感器观测几何条件及地物类型的影响.但是在环境一样时,不同时期或测区获取的同类型地物的光谱匹配因子相对稳定,可代替同步测量数据来模拟光谱匹配因子.基于该方法,利用MODIS数据对CCD数据进行交叉定标,研究发现CCD各波段都存在偏移量,传统的单点定标法不适用于CCD的辐射定标.文中以多点交叉定标法计算获取各波段偏移量,并获得了时间序列图像的定标系数,发现CCD传感器响应随时间衰减.     

“嫦娥”1号对月球表面微波辐射观测分析及其月壤厚度反演

我国"嫦娥"1号绕月卫星在世界上首次搭载了多通道微波辐射计,测量整个月球表面的微波热辐射,由此用以反演月球表面月壤厚度分布.文中以"嫦娥"1号微波辐射计2007年11月至2008年2月对月表的621轨观测数据为基础,由太阳入射角选取与归组对应的月表辐射亮度温度,按近邻插值方法得到整个月球表面昼夜辐射亮度温度分布.由月尘、月壤、月岩三层微波热辐射模型分析月球表面辐射亮度温度随纬度、频率以及FeO+TiO₂含量的分布特征.首先以Apollo着陆点月壤层参数的实测值为基础,对Apollo着陆点辐射亮度温度的实测值与理论值进行了比较和定标分析。以Apollo着陆点高频通道对物理温度的反演为基础,结合月表面物理温度随纬度变化的经验性结果,由穿透深度较大的3 GHz通道的辐射亮度温度反演出整个月球表面的月壤厚度分布,并与Apollo着陆点月壤厚度的实测值做了比较与验证。