水体悬浮泥沙动态监测的遥感反演模型对比分析——以鄱阳湖为例

水体泥沙是进行水环境监测及研究与泥沙输移有关的侵蚀、沉积过程所带来的灾害问题的关键因素,实现悬浮泥沙遥感定量动态监测的关键在于建立合适的反演模型。采用实测光谱模拟TM/ETM 和MERIS数据,对比分析了单波段和波段比值遥感因子构建的5种常用的经验半经验模型。结果表明,以MERIS第7波段遥感反射率为遥感因子建立的对数模型最适宜鄱阳湖地区悬浮泥沙的动态监测。     

基于World View-2影像的西溪湿地悬浮泥沙遥感监测

西溪湿地作为城市次生湿地,其生态和旅游功能为人们所重视,因此监测其水质安全尤为重要．水体中悬浮泥沙浓度是评定水质的相关参数之一,利用环境遥感技术可对水体的悬浮泥沙浓度信息进行监测．以西溪湿地2个时相的World View-2影像为主要数据源,通过水体光谱测量及水样采集,建立悬浮泥沙定量反演模型,并利用实测数据对反演模型精度进行验证评估．研究结果表明：1）采用第三、第五波段遥感反射率比值模型可削弱大气影响,突出悬浮泥沙信息,模型平均相对误差为19.98%;2）采用FLAASH大气校正方法,影像所有波段平均相对误差为17.58%;3)2011年、2013年选用的单景影像反演结果显示西溪湿地悬浮泥沙平均浓度分别为7.48mg/L、9.35mg/L,且湿地各区域悬浮泥沙浓度差异明显;4）采用合适的大气校正和悬浮泥沙反演模型,World View-2影像可较好地应用于西溪湿地悬浮泥沙浓度的遥感监测．     

二类水体悬浮泥沙遥感反演算法综述

鉴于二类水体本身光学性质的复杂性及其与人类生产活动的密切关系,利用遥感数据监测二类水体水质受到了国内外学者的普遍关注,成为海洋学领域的热点问题。悬浮泥沙含量是表征水质优劣的一个重要参数,众多研究致力于建立悬浮泥沙反演模型的研究,定量反演二类水体悬浮泥沙浓度。该文总结了近年来二类水体悬浮泥沙遥感反演算法的研究进展。悬浮泥沙定量反演模型大致可分为以下三类：1）利用水体光学特性和水体组分之间关系建立的经验模型;2）综合经验模型和物理模型构建的半分析模型;3）基于辐射传输模型和生物光学模型建立的物理模型。针对目前反演算法存在的主要问题,提出未来的研究需加强反射率光谱曲线研究、开发高光谱遥感数据以及综合多源数据信息等方面的内容。     

MODIS/Terra辅助的HJ-1B CCD1数据悬浮泥沙浓度反演研究

针对MODIS/Terra传感器服役时间超期需要后续卫星延续观测以及国产陆地卫星数据水环境遥感应用问题,以深圳湾为研究区域,利用2007年～2008年获取的40个现场实测数据与MODIS/Terra NIR-SWIR大气校正反射率数据建立MODIS悬浮泥沙浓度反演模型,以此为基础,反演2010年～2012年4景MODIS悬浮泥沙浓度分布状况,展开同步的瑞利散射校正反射率(Rrc)多波段组合因子的HJ-1B CCD1影像悬浮泥沙浓度反演模型对比研究.结果表明,在不进行气溶胶校正的情况下,HJ-1B CCD1数据波段比值算法(Rrc(660)/ Rrc(560))可以有效实现深圳湾悬浮泥沙浓度的反演,反演模型的决定系数为0.88,均方根误差为7.19 mg/L,模型验证的相对误差为7.45%,该研究对于进一步推进水环境遥感监测有一定的积极意义.     

流域土壤侵蚀对椒江口悬浮泥沙时空分布的影响

利用通用土壤流失方程,对椒江流域1995年、2000年、2005年、2010年及2015年土壤侵蚀模数进行估算,椒江流域1995年、2000年、2005年、2010年及2015年均达到中等土壤侵蚀的强度,其中,1995年至2010年土壤侵蚀有逐年恶化的趋势,而2010年至2015年有所缓解.基于椒江及河口、近岸的野外实测数据,构建椒江及近岸水体悬浮泥沙浓度遥感定量反演模型,对椒江及近岸水体1995年、2000年、2005年、2010年及2015年悬浮泥沙浓度进行估算,对水体悬浮泥沙的空间分布进行分析,椒江口水体悬浮泥沙浓度表现出较强的空间分布规律及高时空动态性,其中,椒江悬浮泥沙浓度明显高于河口和台州湾;椒江中游累年悬浮泥沙浓度平均值最大,时空动态性最低,受陆相及海相输沙综合影响,易形成悬浮泥沙的最大浑浊带.流域土壤侵蚀量越大,水体悬浮泥沙浓度越高.最后,定量分析了降雨,日照时间和人类活动等因素对河口悬浮泥沙格局影响.降雨作为椒江地表径流的主要来源,对悬浮泥沙也起到一定的“稀释”作用.年内日照时长的增加,加剧了水体水量的损失,削弱水体的“稀释”作用.若以流域内居民地面积表征人类活动强度,其与水体年均悬浮泥沙浓度之间相关性较弱,但其年际变化表现出较高的相关性.     

HJ-1A/1B卫星CCD影像的鄱阳湖6S大气校正研究

HJ-1A/1B卫星CCD数据具有较高的空间、时间分辨率,在内陆湖泊水色遥感定量监测中有较大的应用潜力,大气校正是其需要解决的首要问题.采用6S模型对2009年10月24日鄱阳湖HJ-1A/1B卫星CCD影像进行大气校正处理,并用实测数据进行了对比分析,结果表明6S模型校正后的CCD影像水体遥感反射率能表现鄱阳湖水体悬浮泥沙浓度入江水道高于主湖区的空间分布特征;二波段(绿光波段)和三波段(红光波段),大气校正结果精度较高,平均相对误差分别为9.6%、12.6%,最小相对误差分别达到3.0%、1.6%;一波段(蓝光波段)、四波段(近红外波段)大气校正结果误差较大,建议参数反演时尽量避免采用这两个波段.     

杭州湾悬浮泥沙遥感反演与变化动力分析

利用2012年5月3日～4日,5月7日～8日实测悬浮泥沙浓度和光谱数据构建反演模型,反演了2012年5月7日杭州湾HJ-1A卫星CCD影像悬浮泥沙浓度,并进行了空间分布分析,结合水深、风速数据等其他实测要素对悬浮泥沙浓度的变化动力进行了分析.结果显示：杭州湾悬浮泥沙的空间分布受潮汐、湾底地形、风速、注入径流和长江口来沙的综合影响,悬浮泥沙浓度随时间变化十分剧烈,潮汐是其变化的主要因素,当风速较大时,风对悬浮泥沙的影响也不容忽略.     

基于TM影像的长江口悬沙浓度遥感反演定量模式研究

近年来,由于水利工程等因素,长江入海径流量变化较大并导致入海泥沙量明显呈下降趋势,必会影响海岸带环境．利用遥感技术研究泥沙含量不仅速度快,效率高,周期短,而且对分析河口海岸带冲淤变化,研究流域入海物质通量、物质循环、河口沙洲变化,港口建设,航道治理以及海岸带环境管理都有十分重要韵意义．利用长江口TM影像数据以及现场采集的多个长江口表层悬沙浓度数据,建立悬沙浓度遥感定量反演模式．通过对遥感数据预处理,运用不同的悬沙反演模式进行回93分析,得到低浓度悬沙水体运用多项武模式反演效果较好,高浓度表层悬沙水体运用乘幂模式反演效果较好,同时应用Arcgis软件绘制成悬浮泥沙空间分布图,并归纳出长江口悬沙分布和输移的基本规律．     

基于GOCI数据的杭州湾跨海大桥两侧水域悬浮泥沙浓度空间分异规律研究

静止轨道卫星数据具有时间分辨率高的特点,对高动态的河口水质环境监测具有极大的科学价值.本研究使用GOCI数据,杭州湾水域样点实测数据,建立基于GOCI数据的反演悬浮泥沙浓度的经验模型,并对2013年8月9日杭州湾跨海大桥两侧水域进行了悬浮泥沙浓度反演.通过对杭州湾跨海大桥两侧钱塘江上下游悬浮泥沙浓度进行差异性对比研究,结果表明,杭州湾大桥两侧悬浮泥沙浓度呈现一定的梯度特征,表现为大桥上游浓度高,下游浓度相对较低.不同时间段研究区悬浮泥沙浓度为南北两侧变化不同,跨海大桥上游一侧悬浮泥沙浓度变化强度明显高于下游.     

基于GRNN模型的悬浮物遥感反演研究——以长江城陵矶段为例

遥感反演是监测水体表层悬浮物浓度的有效手段之一.广义回归神经网络(GRNN)较其它神经网络具有更强的非线性拟合能力,在小样本情况下有更好的推广性能,适用于遥感反演模型.使用长江中游城陵矶段HJ-1BCCD2遥感影像结合实地同步采样数据分别建立悬浮物GRNN及BP神经网络(BPNN)遥感反演模型,分析对比模型的精度,并使用GRNN模型预测了区域水体悬浮物分布信息.结果表明,相对于BPNN模型,GRNN模型具有较强的非线性拟合能力和较高的反演精度;长江干流的悬浮泥沙浓度总体上明显小于洞庭湖,这主要是三峡工程下泄泥沙大幅减少造成的;洞庭湖浑浊的湖水汇入长江后,在城陵矶至洪湖之间形成明显的混合带;而洞庭湖湖口悬浮物浓度明显高于其他湖区,这可能是该区域采砂活动的强烈扰动引起的.     

基于多光谱遥感的水质监测处理方法与分析

基于定量遥感理论和方法，将多光谱遥感数据和实测水质数据相结合，研究了水生态环境的空间分布，并对其进行了分析和评价．探讨了多光谱水遥感图像的处理方法和水质参数的数学回归模型，并以太湖水域的悬浮物含量为例，进行了回归分析．结果表明，采用遥感手段对水质进行监测是可行和正确的，由遥感数据得到的太湖水域悬浮物含量的空间分布也与太湖水域的实际情况相符．     

模糊回归在太湖悬浮物反演中的应用

模糊回归分析是一种能直接处理不确定性的分析方法,突破了传统的“观测值的不确定性就是随机性”这一基本假设本文将此方法应用于悬浮物的遥感定量反演问题中,在太湖水质的采样数据和Landsat7 ETM遥感图像的基础上,应用模糊回归分析方法,针对悬浮物与遥感反射率数据之间的相关关系,建立了二者之间的模糊回归方程,并将该方法的计算结果与统计学中的最小二乘回归分析结果进行比较．结果表明：模糊同归模型比最小二乘同归模型提供了更多的信息量,更具优越性;用模糊回归模型进行反演,可信度更高,且更具推广价值．     

基于Landsat-8 OLI与Sentinel-2 MSI传感器的香港近海海域叶绿素a浓度遥感反演

为验证Landsat-8 OLI遥感数据与Sentinel-2 MSI遥感数据监测近海海域叶绿素a浓度可行性,以其为数据源,香港近海海域为研究区域,以半分析模型为方法,挑选与监测点实测叶绿素a浓度采集时间一致且遥感影像云覆盖率小于10% 影像清晰的两类遥感影像。对两类遥感影像分别选取2/3的遥感影像数据经预处理后提取其对应实测日期监测点位置遥感反射率进行相关性分析,得到相关性最高的反演因子进行建模,并且利用剩下的1/3数据对其反演回复回归模型进行精度检验,其结果与OCx模型反演结果进行对比效果显著。基于Landsat-8遥感数据建立的最佳反演回归模型为Y=6.8x2-20.77x+17.02,R2=0.906略高于基于Sentinel-2遥感数据建立的最佳反演回归模型Y=-3.345e+05x2+3826x-3.44,R2=0.801,证明了就香港近海海域叶绿素a浓度反演两类遥感数据的可行性,且两类数据的反演结果均呈现出香港近海海域内部海域叶绿素a浓度高于外部叶绿素a浓度的现象。     

国家资源环境遥感监测数据系统设计

随着国家资源与生态环境遥感监测的深入,急需建立一个面向全国范围开放式的资源与生态环境遥感监测数据管理与服务系统.用数据管理子系统提供数据管理、资源生态环境分析评价等功能,用信息服务子系统提供数据产品检索查询、在线下载等服务,系统在Visual.NET环境下嵌入ArcObjects控件,利用ArcIMS等编程实现.     

定量遥感的发展与创新

对遥感科学面临的问题、定量遥感研究的意义作了总结,讨论了定量遥感的几个重要的基础研究问题．特别强调了中国遥感学者在定量遥感方面的学术思想和研究进展,就几何光学模型、尺度变换、尺度效应和尺度纠正、病态反演作了研究、回顾与展望．指出定量遥感的四个研究方向：第一,在像元尺度上对基本物理定律进行检验及修正,开展尺度转换研究,提高定量遥感精度．第二,开展遥感与非遥感信息数据融合的模拟试验,探索地表时空多变要素的尺度转换规律．第三,进行多角度、多时相、多光谱相结合的混合像元分解和亚像元信息提取;运用多阶段的反演策略,提高反演的精度．第四,基础研究和应用示范相结合,估算高难度的地表时空多变要素,推动相关学科的发展．最后,作者回顾了自己从事遥感科学研究经历中的‘阵痛’与艰辛,坚信国家需要自主创新;对于真正的原始创新,客观公正的评价迟早是会到来的．     

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。     

西南喀斯特地区植被定量遥感研究进展

喀斯特地区植被相比非喀斯特地区具有更高的时空差异性,在维持脆弱生态系统稳定与可持续发展中具有极其重要的作用。西南喀斯特地区作为全球生物多样性热点地区,植被类型多样且存在显著的同物异谱/同谱异物现象。为更精准、高效地进行喀斯特地区植被定量遥感研究,本文从个体尺度到生态系统尺度,从遥感数据源选择和方法应用上回顾了西南喀斯特地区植被定量遥感的研究进展,并探讨下一步需要重点关注的研究方向。西南喀斯特地区植被定量遥感研究主要集中在群落和生态系统尺度的植被覆盖度、植被分类、生态系统服务功能与价值研究;遥感影像数据应用相对单一,主要为被动成像中低分辨率的光学影像(如Landsat和MODIS)。在个体和种群尺度上,虽采用了地物高光谱遥感技术和无人机遥感技术,但该技术主要应用于小尺度近地面植物个体和种群研究,难以扩展到区域范围。亟待开展融合多源影像,尤其是激光雷达影像(Light Detection and Ranging, LiDAR)与非影像数据的应用及其先进分析方法研究,以及个体和种群尺度的喀斯特地区植被生化参数定量估算与自然植被物种精准识别,群落和生态系统尺度的生物多样性与碳循环定量遥感研究工...