基于暗目标法的Landsat-8 OLI数据气溶胶光学厚度反演

准确地估算地表反射率是利用遥感数据反演气溶胶光学厚度的关键。针对暗目标法难以构建有效的地表反射率估算模型,依据中分辨率成像光谱仪气溶胶C005产品反演算法的地表反射率估算模型,通过分析地物波谱库中典型植被的波谱信息,结合遥感器的光谱响应函数和谱段设置,尝试构建陆地卫星8号陆地成像仪的地表反射率估算模型。模型验证利用阈值法确定暗目标,通过6S大气辐射传输模型构建查找表从陆地卫星8号陆地成像仪数据反演北京地区气溶胶光学厚度,将反演结果与AERONET站点观测值进行对比验证和误差分析。结果表明:使用该地表反射率估算模型得到的长时间序列反演值与AERONET站点的地面观测值一致性较好,70%左右的数据位于预期误差线内,反演结果满足精度需求。利用该地表反射率估算模型能够有效的反演出气溶胶光学厚度,促进陆地卫星8号在地表参数反演中的定量化应用。     

常用大气校正模型对图像清晰度提升的对比分析

大气散射、吸收及临近效应等降低了大气调制传递函数而影响遥感图像清晰度,去除大气影响对提高图像清晰度具有重要意义。文章采用典型遥感卫星Landsat-8多光谱数据进行大气校正对图像清晰度提升的研究,基于6S模型、FLAASH模型和黑暗像元法(DOS)模型进行大气校正,得到各谱段地物反射率图像。采用常用的基于图像特征参数(灰度梯度、边缘、熵及频谱)和多光谱图像色彩保真度的清晰度评价方法对校正前后图像清晰度进行评价。结果表明:采用FLAASH、6S和DOS三种模型,大气校正后的清晰度特征参数(以熵为例)较原图平均提升程度分别为27%、10%、1.3%。而色彩保真度方面,各谱段反射率与实际反射率差(以草地为例)的平均值分别为0.018、0.028、0.038。因此,基于辐射传输模型的方法具有更高的大气校正精度,其中FLAASH模型对图像清晰度的提升最明显。     

红外多角度观测的优势分析

常规单一角度热红外谱段观测获得的是像元平均温度,无法区分像元内不同地物的类别信息,导致物理意义模糊不清,在数据应用时无法满足精细地表温度反演的需求。红外多角度遥感数据通过双层能量模型、结合先验知识可以反演混合像元的组分温度(土壤、植被冠层等);可利用不同辐射传输路径获得红外大气透过率的差异,可从图像自身提供的信息反演所需的大气参数,在无大气廓线情况下有效的完成大气校正,减少地表温度反演过程中带来的误差,提高地表真实温度的反演精度;可以获得更为全面的异质异构地表的热辐射状态,避免由于遮挡或者不可见而损失的热辐射信息。另外,红外多角度观测对于更为客观认识地表热辐射状态提供了可能,其在陆表生态系统建模、地表能量平衡研究等方面具有重要科学价值,同时也为热辐射方向性科学探索提供了必不可少的数据支撑。红外多角度光学遥感为热红外遥感数据定量反演提供了有效的手段,是一个重要的发展方向;无论是对工程应用还是对科学研究,红外多角度空间光学遥感器及其应用的研究都有非常重要的意义。     

民用遥感卫星载荷在轨辐射定标与定量应用

文章总结了中国民用卫星载荷特点和现有定标技术概况,确立了适合中国遥感卫星光学载荷特点的在轨场地定标算法流程,并成功应用于民用遥感卫星的辐射性能在轨检校分析;以民用遥感卫星数据为基础,研究典型的陆地特征参量地表反射率和地表温度反演算法,并基于初级产品开展必要的应用示范研究。结果表明:文章规定的定标方法可准确检校卫星载荷在轨辐射性能变化情况,获取的定标系数精度满足后续定量应用的需要,基于中国遥感数据的应用示范效果良好。     

基于Landsat-8/TIRS的红沿河核电基地海表温度反演算法比对

文章以红沿河核电基地周围海域为研究区,利用Landsat-8热红外遥感影像(thermal infrared sensor,TIRS),分别对辐射传输方程法、单窗算法、普适性单通道法和Qin劈窗算法等四种算法进行海表温度反演模型参数修订与数据处理。通过与实际观测温度数据进行精度验证与比对分析,寻求基于Landsat-8/TIRS数据的区域最佳温度反演算法。结果表明,辐射传输方程法均方根误差在1K以内,反演精度最高;Qin劈窗算法次之,均方根误差达到3K左右,反演精度较差,整体反演温度偏高;单窗算法和普适性单通道法均方根误差高于3K,反演精度最差,整体反演温度偏低。辐射传输方程法可作为红沿河核电海域温排水遥感监测首选算法。     

“资源三号”卫星多光谱相机在轨辐射性能变化监测

为更好的开展遥感数据定量化应用并分析监测载荷在轨期间的性能变化,文章根据"资源三号"(ZY-3)卫星发射以来的在轨场地观测数据,基于场地定标的反射率基法,计算多光谱(MUX)相机2012~2016年的场地定标系数,并提出利用离散系数评价MUX相机辐射性能变化的方法;对ZY-3卫星MUX相机在中国辐射校正场获取的共10次同步试验数据进行了分析,结果显示自2012年发射以来MUX相机辐射特性的衰变在5%左右。     

物方反投影下的星载多光谱相机内视场虚拟线阵拼接

针对遥感卫星多光谱相机非共线TDICCD成像方式,文章提出了一种基于虚拟线阵CCD的相机内视场拼接方法。参考严格几何模型建立虚拟影像像点与地面点间的对应关系,校正相机内方位畸变,根据物方几何约束的地面点反投影算法,建立虚拟影像像点与原始影像像点的坐标关系模型,实现逐像素灰度赋值。最后,以两景"资源三号"卫星多光谱原始影像作为试验数据,验证所提算法的可靠性,试验结果表明:该拼接方法效果好、精度高,具有较好的应用前景。     

基于Hydrolight模型的太湖SDGSAT-1卫星悬浮物浓度反演研究

利用卫星遥感反演水体中的悬浮物浓度对水质监测和保护具有重要意义,在悬浮物浓度反演过程中,如何避免或最大程度降低水体中叶绿素a、有色可溶性有机物(Colored Dissolved Organic Matter,CDOM)的干扰是当前的技术难点。文章针对可持续发展科学卫星1号(SDGSAT-1)MII传感器,利用Hydrolight辐射传输模型,从理论上挖掘只与悬浮物强相关的反演因子,以此构建适用于MII影像的太湖悬浮物浓度反演模型,通过水体的实测数据和遥感数据对模型应用效果进行验证。结果表明：反演因子R′(B₅/B₃)与悬浮物浓度为强相关,同时与叶绿素a、CDOM浓度弱相关;利用R′(B₅/B₃)作为反演因子构建的幂函数模型为最优反演模型;将幂函数模型分别应用于实测数据和2022年5月4日的太湖SDGSAT-1 MII数据,两次验证试验显示反演结果和现场测量结果具有较强一致性,模型适用性较好。该研究可为SDGSAT-1卫星在湖泊水体悬浮物浓度监测、水资源评估与保护等提供一些技术参考。     

基于MNDWI水体指数的ASTER与ETM+影像交互比较研究

世纪之交以来相继发射的各种新型传感器给遥感领域带来了一个新的热门课题,即多种传感器影像之间的交互比较(Cross Comparison)。通过3对同日过空的ASTER与ETM+影像对,分别基于影像原始DN值、ICM模型反射率和IACM模型反射率数据来对这两种传感器影像的水体指数(MNDWI)进行综合对比,并提供了两种传感器MNDWI指数互为转换的关系方程。结果表明,ASTER与ETM+影像分别基于三类数据(DN、ICM、IACM)计算的MNDWI指数间,均存在很强的线性相关关系,决定系数都大于或接近0.9。精度验证表明,ASTER与ETM+影像MNDWI指数互为转换的关系方程具有很高的精度,其误差RMSE介于0.057～0.073之间;且以基于IACM模型反射率的结果最为稳定、精度最高。因此,推荐使用该模型数据来进行这两种传感器影像MNDWI指数的互为转换。     

星载“偏振交火”传感器设计及初步在轨应用

针对近地表细颗粒物含量的卫星遥感精度问题，系统提出了“偏振交火”的卫星遥感策略和模型，开发了高精度偏振扫描仪(POSP)和多角度偏振成像仪(DPC)双偏振载荷套件，装载在大气环境监测卫星上并成功发射。本文在介绍“偏振交火”原理的基础上，系统论述了载荷工程的实现方法和在轨应用方法，初步展示和评估了在轨应用效果。在轨初步应用结果显示:双偏振载荷间能够实现稳定交火工作，视场匹配精度优于0.077 POSP像元;基于L1级数据初步开展了双偏振载荷间的辐射和偏振交叉定标/验证，共有波段拟合优度(R²)分别达到0.999和0.993;基于“偏振交火”载荷观测数据融合反演的近地表PM2.5与地基网络监测结果的相关性为0.684，偏差落在期望误差(EE)范围内的比例为88.36%。初步在轨结果达到了预期应用目标，显示了“偏振交火”方案在气溶胶污染监测方面的应用潜力。     

HJ1A与Landsat8卫星多光谱数据的交互对比

为定量分析HJ与Landsat8卫星多光谱数据之间的可比性,基于河北和新疆HJ1A与Landsat8-OLI同步影像,对两种传感器之间的表观反射率一致性进行交互对比。结果显示,HJ1A-CCD与Landsat8-OLI数据之间有一定的可比性,发现在蓝、绿波段HJ1A信号强度小于Landsat8,而红、近红外波段HJ1A信号强度强于Landsat8。通过本文模型方程可以实现HJ1A向Landsat8-OLI的较好转换,各波段的精度表现依次为：绿波段>蓝波段>红波段>近红外波段。本文转换模型提高了HJ1A的数据质量,也提升了数据的应用价值。     

基于FY4A-AGRI反演东北地区云顶高度

云对全球的能量收支及大气循环系统具有不可替代的调节作用,是影响天气及气候变化的重要因子。云顶高度作为云的重要参数,有助于分析云在大气中的物理机制,对局部地区监测和预报具有实质性作用。基于多通道扫描辐射成像仪(AGRI)数据反演东北地区云顶高度,采用红外分裂窗查算表方法,并对不同季节和不同云类型建立查算表,探讨基于静止卫星反演中高纬度地区云顶高度的可行性。同时,引入主动式高精度仪器正交偏振云-气溶胶偏振雷达(CALIOP),结合11、12 通道亮温数据搭建云顶高度反演模型。分析结果表明:1) AGRI遥感的云顶高度与CALIPSO搭载的CALIOP云顶高度变化趋势一致,算法计算效率较高;2) 从4个季节的统计结果来看,均方根误差(RMSE)上都小于2.3 km,平均偏差在500 m左右,受季节的影响较小,反演结果与CALIOP探测结果具有较高的一致性;3) 利用该方法基于AGRI结果精度不亚于官方采用的CO2薄片法,该方法估算的RMSE和相对误差较小,并且该算法的反演模型只提取红外分裂窗区通道数据,无需大气廓线资料进行辅助计算,节省计算资源,提高计算效率。     

基于Sentinel-2影像的鄱阳湖大气校正方法适用性评价

随着水色遥感技术逐步应用于内陆浑浊水体,大气校正成为水色遥感中最关键的一步。文章以"哨兵二号"卫星(Sentinel-2)数据为基础,采用Sen2cor、6S、FLAASH、ACOLITE和QUAC五种大气校正方法对鄱阳湖水体进行大气校正研究,结合实测水体反射率对不同校正结果进行精度验证分析。从整体对比结果来看,经过校正后的反射率曲线与实测光谱曲线的变化趋势基本一致,具有较高的拟合度,其中Sen2cor方法整体精度最高,依次是FLAASH、6S、ACOLITE和QUAC。对比单波段校正精度,Sen2cor在490nm和560nm波段表现最好,在665nm和705nm波段,6S、ACOLITE和Sen2cor效果较好,平均相对误差均在13%以内,而在842nm和865nm波段,除FLAASH算法表现相对较好以外,其他四种方法表现均较差,其中QUAC算法在所有波段的校正效果表现最差。结果表明,这五种大气校正方法均使水体影像品质得到了提高,增加了可用性,该结果可为其他类似Ⅱ类水体大气校正研究提供参考。     

基于图像灰度统计的空间相机载荷响应稳定性测试

相对辐射校正残余条纹是影响光学遥感卫星影像品质的因素之一。文章通过灰度统计法分析证明,空间相机载荷响应不稳定是相对辐射校正残余条纹的重要成因。以辐射响应函数模型为基础,通过直方图统计和直方图匹配,以某立体测绘相机载荷图像奇偶条纹现象为例,分析了不同成像时间段感光探元响应变化。分析结果表明:空间相机响应状态变化可明显影响相对辐射校正效果,相对辐射校正后还需一定的后处理,才能保证图像品质符合要求。     

基于深度学习的日间逐小时地表PM2.5浓度反演

以长三角地区作为研究区域,提出了使用深度学习算法来实现主被动遥感数据结合反演地表PM2.5浓度的方法。基于MPL观测数据,使用雾霾层高度(HLH)替换了边界层高度(BLH)特征,对已有的基于气溶胶光学厚度(AOD)结合大气BLH来反演PM2.5浓度的算法进行了改进。为提高数据覆盖率,对研究区域内的MAIAC AOD进行了填补与评估。利用多种机器学习算法实现了日间逐小时的PM2.5浓度估算,模型验证相关性最高可达0.87。该方法能够为观测气候变化、应对大气污染提供有效帮助。     

星载大气监测光谱仪高精度星上定标技术

大气成分的高精度反演及应用对星载超光谱载荷的辐射精度和光谱精度均提出了更高要求,且随着遥感器运行寿命的不断延长,需建立高精度、高稳定的星上定标系统。文章介绍了一种满足大气监测光谱仪高精度定标要求的星上定标技术,结合时间调制型傅里叶变换光谱仪的技术特点,制定了星上绝对辐射定标、仪器线形函数ILS测量和光谱定标的方案。采用太阳漫反射板定标法实现全口径、全视场、全光路绝对辐射定标,定标漫反射板在光谱仪光路的最前端将太阳光谱引入,通过已知的大气层外太阳光谱照度和地面标定的漫反射板双向反射分布函数BRDF确立星上绝对辐射定标基准。设置参考漫反射板进行在轨性能衰减的监测和校正,采用的QVD漫反射板具有高稳定性,可保证全寿命周期内星上绝对辐射定标精度优于5%。星上设置单色稳频激光器对光谱仪的仪器线形函数进行定期监测,以评估光谱仪的光谱分辨率等光学性能的在轨状态。利用太阳光谱和大气光谱中的特征谱线进行在轨波长校正。     

哨兵2卫星综合水质指标的河流水质遥感监测方法

上海市河流水污染监测是当前研究的热点问题。针对上海市河流水质监测的需求,提出了一种基于因子分析的河流综合水质遥感反演的方法。以欧洲航空局发射的哨兵-2A(Sentinel-2A)卫星搭载的多光谱成像仪获取的遥感影像,以及准同步获取的河流断面实测水质参数数据为例,研究对象为上海市青浦区和松江区部分河道。选取高锰酸盐指数、氨氮等5项主要水质参数为监测指标,在因子分析的基础上建立水质遥感反演的模型,得到综合水质指标用于确定水质类别。实验结果表明:综合水质指标值越小,内陆河流水质状况越良好,水体更清洁。该方法能够应用于内陆河流水质遥感监测,为水环境管理部门提供参考信息。     

ICCD相机遥感模型与仿真

文章介绍了一个基于增强型CCD相机 (ICCD)的遥感成像模型 ,并对模型的 4个基本组成部分 ,即ICCD相机模型、大气传输模型、地面反射率模型、星历模型 ,进行了探讨和分析 ,该模型可以模拟动态条件下 (时间、地点、气象条件等变化 )ICCD相机的成像过程。     

分块变换和GPU并行的遥感影像快速正射校正方法

正射校正是整个遥感数据处理过程中计算量最大、耗时最长的步骤之一,已经成为制约整个遥感数据处理快速完成的瓶颈。为了提高正射校正处理效率,文章系统地探讨了基于分块三维直接线性变换和图形处理单元(GPU)并行的遥感影像快速正射校正方法。首先针对正射校正坐标转换计算量过大的问题,提出了分块三维直接线性变换策略,有效地降低了坐标转换的计算量;在此基础上,采用"渐进式"策略开展GPU并行处理,首先通过GPU并行映射(核函数任务映射、基本设置),使方法在GPU上可执行,然后通过"两层次"性能优化(核函数性能优化、整体流程性能优化),进一步提高了方法的执行效率。在CPU和GPU组成的实验环境中,使用文中方法对"高分二号"卫星全色标准景影像进行实验,GPU执行时间仅为5.13s,与CPU相比,相应加速比达到142.42倍,可以满足对大数据遥感影像的快速正射校正需求。     

ICCD相机遥感模型与仿真

文章介绍了一个基于增强型CCD相机(ICCD)的遥感成像模型，并对模型的4个基本组成部分，即ICCD相机模型、大气传输模型、地面反射率模型、星历模型，进行了探讨和分析，该模型可以模拟动态条件下(时间、地点、气象条件等变化)ICCD相机的成像过程。