基于环境一号HSI高光谱数据提取叶绿素a浓度的混合光谱分解模型研究

随着遥感技术的应用推广以及对研究精度的要求提高,越来越多的研究注意到混合像元的问题。在水质遥感监测中传感器探测的水体辐射亮度值是纯水和各种水质参数辐射亮度值的叠加,混合像元问题严重影响了水质定量遥感反演的准确性。基于环境一号HSI高光谱数据,首先分析了混合光谱分解模型的物理基础,然后基于采样点浓度大小和PPI(纯净像元指数)方法在遥感影像上提取纯水和叶绿素a的端元波谱,并利用线性光谱分解方法得到叶绿素a的丰度值找丰度值与叶绿素a浓度值之间的统计关系,建立了叶绿素a浓度反演的混合光谱分解模型,且反演精度较高。本文为水质定量遥感提供了一种新的思路。     

基于高分六号卫星遥感影像的太湖叶绿素a质量浓度反演

针对太湖叶绿素a浓度反演大多采用低中分辨率遥感数据,缺少基于高分辨率遥感数据研究的现状,采用高分六号卫星遥感影像,运用波段比值模型、归一化差异叶绿素指数（NDCI）模型和三波段模型定量反演了太湖蓝藻的叶绿素a质量浓度,并采用2018年10月28日、2019年4月6日和2019年6月3日的高分六号卫星遥感影像对3种模型的反演精度进行了验证。结果表明,采用NDCI模型的平均相对误差、均方根误差和平均绝对误差最小,NDCI模型具有更好的精度和稳定性,更适合高分六号卫星遥感影像在太湖叶绿素a质量浓度反演方面的应用。     

"珠海一号"采煤沉陷区叶绿素a浓度反演研究

"珠海一号"卫星高光谱数据具有高时空分辨率的特点,为采煤沉陷区水质时空监测提供了更高精度的数据源.叶绿素a浓度是评价水质状况的重要参数.为探究淮南采煤沉陷区叶绿素a浓度反演模型,以安徽淮南顾桥采煤沉陷区为研究对象,基于"珠海一号"高光谱影像和水样测试数据,对采煤沉陷水域叶绿素a浓度反演模型进行构建,反演并分析了顾桥采煤沉陷区叶绿素a浓度空间分布特征及其成因.结果表明:基于珠海一号高光谱影像(b10+b19-b2)/(b10+b19+b2)波段组合方式构建的三次函数模型精度和稳定性较高,可以用于顾桥采煤沉陷区水质的动态监测;顾桥沉陷区水域总体叶绿素a浓度较高,高值区主要位于水域中部,且南部水域高于北部;农田施肥和工矿生产、居民生活污水的排放是造成沉陷区内叶绿素a浓度上升的主要原因.     

武汉东湖叶绿素a和悬浮物浓度的高光谱遥感反演模型研究

本文以武汉东湖为实验区,以主要水质遥感监测指标叶绿素a和悬浮物为主要研究对象,利用水体光谱数据和同步观测的水质参数浓度数据,研究了东湖叶绿素a和悬浮物定量遥感反演特征波段与波段组合,在此基础上构建了经验模型。     

太湖水体藻类叶绿素浓度高光谱遥感监测研究

为了更好地监测太湖水体富营养化状况,我们利用高光谱地物波谱辐射计,通过垂直水面法和倾斜测量法得到太湖水体3～10月份的波谱信息.利用这些数据,分析了太湖水体藻类的叶绿素（主要是chl_a）与水体反射光谱特征的关系,建立了藻类叶绿素高光谱遥感模型,并分析了模型精度.研究发现：两种测量法数据精度差别不大;叶绿素在700nm附近反射峰的位置、高度与叶绿素浓度有较好的对应性;利用700     

基于ZY-1 02D影像的白洋淀水域叶绿素a浓度遥感反演

白洋淀位于雄安新区的核心区域,是当前社会关注的焦点,对白洋淀水域进行水质监测是水污染防治的重要依据,对周边居民生活和当地经济发展具有重要意义。本文将ZY-1 02D AHSI高光谱影像与ZY-1 02D VNIC多光谱影像作为遥感数据源,分别进行了基于单一影像数据的单独反演与基于两种影像的联合反演,研究结果表明联合反演模型相较于基于AHSI的反演模型可以有效提高叶绿素a浓度的反演精度,三种反演模型中基于VNIC的反演模型精度最高,相较于以往学者的研究结果高光谱数据的优势未充分体现,说明对于白洋淀淀区的叶绿素a浓度反演空间分辨率有更大的影响,从而进一步将ZY-1 02D AHSI的36波段与ZY-1 02D VNIC融合,将空间分辨率提高至10 m,优化后的模型AURE与RMSE分别降低到13.62%、0.52 ug/L,进一步提高了叶绿素a浓度的反演精度。研究表明,ZY-1 02D影像数据在内陆水体水质监测中具有较好的适用性,利用模型算法提升高光谱数据的空间分辨率将是提高叶绿素a浓度反演精度的重要途经,本文研究成果对ZY-1 02D影像在白洋淀水域的水质监测与应用具有重要的意义。     

面向GF-5卫星高光谱传感器的浑浊水体叶绿素a浓度反演算法研究——以鄱阳湖为例

为了分析即将发射的高分5号卫星(GF-5)的高光谱数据在内陆水体水色遥感中的应用潜力,以鄱阳湖为研究区域,利用2009年、2011年和2016年共134组现场实测光谱及其对应的叶绿素a、总悬浮物浓度数据,考虑高浑浊水体引起的叶绿素a浓度变化的光谱响应差异,在进行水体光学分区基础上通过光谱模拟与差分处理开展了叶绿素a浓度跨阶分高光谱反演研究.结果表明：1)进行光学分区有利于提高反演精度,非高浑浊水体(NDCI≥0.06)区域,反演模型判定系数R2达到0.82,均方根误差RMSE为1.12,平均相对误差MRE为0.32,而不进行光学分区的全湖区反演建模R2仅为0.37;2) 相较于鄱阳湖前期研究得到的最优多波段反演模型(R2＝0.76),利用495、591、675、679、684、688、692和696 nm等波长的原始光谱以及差分光谱(一阶差分、二阶差分)建立的跨阶分多波段组合模型可以更有效地反演非高浑浊水体叶绿素a浓度(R2＝0.82),但对于高浑浊水体(NDCI<0.06),叶绿素a浓度的高光谱反演能力还需要进一步挖掘.     

基于高分一号影像的沙河集水库水质遥感反演

沙河集水库是滁州市重要的水源供应地,关系着市民的饮水安全问题,水质的变化监测受到了政府的高度重视。通过遥感影像实现水质参数反演,对水库水质监测和保护工作具有非常重要的理论意义。因此,利用2021年6月和7月高分一号影像和同步的实测水质数据,建立了基于多元回归和BP神经网络的叶绿素a浓度和浊度模型,并进行精度评价,对研究区定量反演,以探求水库水质分布情况。结论如下：从模型精度来看,叶绿素和浊度进行多元回归模拟的RMSE分别为0.745、0.216,R2为0.694、0.844,平均相对误差为13.19%、7.09%,;BP神经网络模拟的RMSE分别为0.103、0.19,R2为0.865、0.958,平均相对误差为2.5%、7.11%,两者对沙河集水库水质反演都具有可行性,但BP神经网络要优于多元回归;从水质遥感反演来看,2021年6月沙河集水库的叶绿素a浓度在2.2～5.6ug/l之间,7月叶绿素a浓度在1.8～6.7ug/l之间,均处于中营养状态,为Ⅱ类水质,6月浊度在0～4NTU之间,均值为1.16NTU,7月浊度值集中0.5～4.6NTU之间,库区均值为2.46NTU,总体达到了...     

基于分区的太湖叶绿素a遥感估测模型

以太湖为研究区域,测试水体的反射光谱和表层水质并分析叶绿素的光谱特征,对比MODIS波段并找出与叶绿素a质量浓度相关性较好或对叶绿素a质量浓度变化较为敏感的波段,根据主成分变换后的MODIS图像色调对太湖进行分区并分别用主成分、单波段及波段组合因子建立各区内相应的叶绿素a质量浓度估测模型.结果表明:对太湖合理分区可以提高叶绿素a质量浓度的遥感估测精度;经过主成分变化后的第2主成分,MODIS波段1,3~4,10~14的反射率及波段反射率组合可以较好地估测分区后的叶绿素a质量浓度.     

大豆叶片水平叶绿素含量的高光谱反射率反演模型研究

利用便携式光谱仪和分光光度计法分别测得大豆生长期内叶片的高光谱数据及相应的叶绿素质量分数w,利用多元统计分析和红边参数反演提取与叶片水平的w(叶绿素)相关性较高的敏感波段和光谱形式,及特征光谱位置,并以此为基础推演得到一个基于神经网络算法的叶绿素含量反演模型,结合了3种方法的优点,具有较高的反演精度.     

Operational spectrum reconstruction of data from the Fourier transform hyperspectral imager onboard HJ-1A satellite

The HJ-1A satellite was successfully launched on September 6, 2008. The inclusion of a HyperSpectral Imager (HSI) as one of the payloads of the HJ-1A Satellite is a major milestone in the field of the remote sensing in China. It is also the first Fourier transform imaging spectrometer routinely used to acquire scientific data from a satellite orbiting Earth. This paper briefly introduces the basic imaging theories of the spatially modulated Fourier transform imaging spectrometer, and then discusses the theoretical analysis and algorithms of spectrum reconstruction. Results of the operational spectrum reconstruction for the raw data of the HJ-1A satellite Fourier transform HSI are presented. At present, the algorithms and processing flow have been used successfully in the Ground Data Processing System (GDPS) built by the China Center for Resource Satellite Data and Applications (CRESDA).     

Research on HJ-1A/B satellite data automatic geometric precision correction design

Developed independently by China, HJ-1A/B satellites have operated well on-orbit for five years and acquired a large number of high-quality observation data. The realization of the observation data geometric precision correction is of great significance for macro and dynamic ecological environment monitoring. The paper analyzed the parameter characteristics of HJ- 1 satellite and geometric features of HJ- 1 satellite level 2 data （systematic geo-corrected data）. Based on this, the overall H J- 1 multi-sensor geometric correction flow and charge-coupled device （CCD） automatic geometric precision correction method were designed. Actual operating data showed that the method could achieve good result for automatic geometric precision correction of HJ- 1 sat- ellite data, automatic HJ- 1 CCD image geometric precision correction accuracy could be achieved within two pixels and automatic matching accuracy between the images of same satellite could be obtained less than one pixel.     

基于半分析模型的叶绿素a浓度估算

为监测江苏省常熟市昆承湖的水质状况,以2009年5月在湖区实测的AsD高光谱遥感数据和实验室的分析数据为依据,采用三波段半分析模型估算叶绿素a的浓度.结果表明,三波段法比归一化实测光谱波段比法、实测光谱一阶微分法的估算精度更高.三波段法通过分析叶绿素a、悬浮物、黄色物质、纯水的固有光学特性,优化这三个特征波段的位置组合...     

基于BP神经网络的内陆河流水质遥感反演

高效、全面、连续和准确地监测河流及湖库的有机污染能够为水质评价和水体污染防治提供可靠的依据.该文以淮河信阳段干流及其支流潢河、浉河、白露河等水域为研究对象,针对化学需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)浓度两个重要的水质指标,基于Landsat 8数据和实测水质数据进行相关性分析,构建反演模型得到COD和NH3-N的空间...     

鄱阳湖HJ-1A/1B卫星CCD影像TSM浓度时空变化分析

应用2008年～2011年近4年鄱阳湖151景HJ-1A/1B卫星CCD传感器影像,以2008年10月、2009年10月和2011年7月开展3个航次的外业调查数据为基础,建立了总悬浮物(TSM,Total Suspended Matter)浓度遥感反演模型,研究鄱阳湖TSM浓度时空动态分布及其变化规律.鄱阳湖TSM浓度时空变化特征明显,日变率北湖为0～17mg/L,平均值为5.66mg/L,南湖0～12mg/L,平均值为3.01mg/L;TSM浓度季相变化上枯水期高于丰水期,且具有明显的季节性变化特征,月平均TSM浓度最大值/最小值之比变化最大的区域为北湖,2011年9月比2008年9月高出20.4倍;2009年～2011年年平均TSM浓度北湖分别为37.96、50.57、74.54mg/L;南湖区分别为23.40、31.50、33.28mg/L.     

基于穷举法的鄱阳湖叶绿素a浓度高光谱反演模型与应用研究——以GF-5卫星AHSI数据为例

光学特性复杂的浑浊水体叶绿素a浓度反演一直是水环境遥感研究的难点，高光谱以其波宽窄、谱段多、获取地物信息近似连续等优势，有望成为解决该难题的有效手段.该文以鄱阳湖为研究水域，利用2009年10月、2011年7月及2016年10月获取的实测高光谱及叶绿素a浓度数据，基于穷举法建立了针对高分五号(Gaofen-5， GF-5)卫星可见短波红外高光谱相机(Advanced HyperSpectral Imager， AHSI)的叶绿素a浓度三波段反演模型(决定系数R2＝0.82；均方根误差RMSE＝1.468 μg·L－1).通过与2018年10月7日Sentinel-2A卫星多光谱成像仪(MultiSpectral Instrument， MSI)的叶绿素a浓度反演结果对比分析，两者的空间分布具有较高的一致性，超过80%的研究水域相对偏差小于8%，在一定程度上证明了GF-5卫星高光谱数据在浑浊水体叶绿素a浓度反演中的潜力.     

基于HJ-1卫星CCD数据的长江中游武汉河段悬浮物浓度反演

环境一号(HJ-1)卫星是我国自发研制的专门用于环境和灾害监测的光学卫星.其数据获取周期短、空间分辨率高,能及时、连续、准确地监测悬浮物浓度时空变化,在内陆二类水体遥感监测方面具有良好的应用前景.该文以长江中游武汉河段为研究区,利用HJ-1卫星CCD数据第1、3波段建立了具有较高精度的悬浮物浓度反演模型,并对2008年11月14日武汉河段悬浮物浓度进行了反演,得到其空间分布图.结果表明,该模型的悬浮物浓度反演均方根误差(RMSE)为8.84mg/L,平均绝对百分比误差(MAPE)为13.6%.从空间分布来看,在武汉附近,长江干流悬浮物浓度高于支流汉江,江心洲滩附近水体悬浮物浓度偏高.     

基于高分一号影像数据的水稻定量施肥可视化

为提高水稻施肥便捷和精准的生产管理能力,实现实时监测和决策一体的可视化定量施肥,利用高分一号卫星遥感(GF-1)影像数据,研究了以多种典型植被指数的水稻分蘖期、拔节期和抽穗期等关键生育时期的氮素营养诊断模型,临界诊断植被指数值和定量追肥模型,并实现了氮素营养诊断和定量施肥推荐的可视化表达。研究结果表明:建立的水稻关键生育时期分蘖期、拔节期和抽穗期的最优植被指数临界诊断值分别为-0.384、0.658和0.782;根据水稻氮肥效应曲线的分析得到的总施氮量(298.4 kg/hm~2)和最佳经济施肥量(285.5 kg/hm~2);综合水稻施氮总量与最优植被指数值线性关系、最佳施肥量、最高施肥量可得定量追肥模型。水稻关键生育时期的氮素营养诊断和定量模型的建立,实现了定量施肥可视化表达。