环境污染监测中的植物光谱效应研究

介绍了健康植物光谱特征及各波段反射率的影响因子,以及植物受到污染胁迫后其光谱特征的变化情况,如可见光、近红外波段光谱反射率升高或降低,红边漂移等,同时指出污染物质主要通过改变植物叶片的色素含量而对植物光谱产生影响。阐述了污染植物光谱信息提取方法,及植物光谱效应在环境污染遥感监测中的应用情况,提出了今后高光谱遥感在植物监测应用方面需要进一步解决的问题。     

基于光谱分析的生物结皮提取研究——以毛乌素沙地为例

利用典型地物高光谱数据和TM遥感影像,对毛乌素沙地处于旺盛生长期(7-9 月)的由苔藓结皮主导的生物结皮进行了提取研究.结果表明:① 苔藓结皮在生长期具有与绿色植物相似的光谱曲线变化趋势;红边参数显示,二者除红边位置非常接近外,红边振幅、红边宽度和红边面积差异均较大;在近红外区域,苔藓结皮比绿色植物的反射率低很多;苔藓结皮无明显的553 nm反射峰;低盖度苔藓结皮(33%)、藻类结皮和植被枯落物在整个波段光谱曲线比较接近,与裸沙相比,三者反射率均较低.② 基于TM影像,用生物结皮指数(BSCI)、归一化植被指数(NDVI)、监督分类和坡度分级相结合的方法提取生物结皮,发现苔藓结皮的像元面积为0.72×10⁴ km²,占研究区总面积的6.43%.     

GF-5高光谱遥感影像的土壤有机质含量反演估算研究

本文基于高光谱遥感影像对土壤有机质含量进行反演估算,以哈尔滨与兴安盟交界处的平原地表土壤为试验对象.首先,基于辐射和几何校正等预处理的高分五号（GF-5）高光谱遥感影像,依据五点采样法采集影像覆盖范围的地表土壤样本共100组,在实验室内进行理化分析等一系列处理获取样本土壤有机质含量数据.然后,运用偏最小二乘法建立高光谱影像土壤沙化指数、土壤退化指数、归一化亮度指数和土壤盐分指数反演土壤有机质含量的估算模型.比较基于原始反射率数据、一节微分反射率数据和4种土壤指数构建的反演模型的预测精度,通过65%的建模样本和35%的预测样本验证表明,反演模型中基于土壤指数建立的反演模型的预测验证精度最高,预测集验证中ρ为0.816,RMSE为1.7287.并将该反演模型运用到高光谱影像的土壤有机质含量的反演估算,实际测量的SOM与影像反演SOM含量变化趋势一致,相关性达到80.023%以上,验证了模型的反演估算精度.     

基于多源同步数据的闽江下游悬浮物定量遥感

利用2006-09-18的同步Landsat TM数据、水面实测光谱数据和现场水样数据,研究了闽江下游的悬浮物,在这3种同步数据的基础上建立了分别基于实测光谱与影像光谱的悬浮物遥感预测模型.结果表明,实测光谱数据在690nm波长处,归一化光谱反射率与悬浮物浓度达到最大正相关,由690nm和530nm二处的反射率构成的比值预测模型与实测悬浮物浓度的拟合精度最高,最佳拟合模型可表达为SS=116.2(R690/R530)-33.4.TM影像各波段中以(TM2 TM3)2波段组合与实测悬浮物浓度的相关性最佳.由其所建立的影像光谱预测模型与实测悬浮物浓度的拟合精度最高.最佳拟合模型可表达为SS=3793.7(RTM3 RTM2)2-16.5.模型的精度评价表明,实测光谱模型的预测能力要强于影像光谱模型.但二者差异不大.在缺乏地面实测光谱数据时.基于影像光谱的遥感定量模型仍不失为一种预测悬浮物浓度的有效方法,其对闽江下游悬浮物浓度的反演结果能较准确地反映出该区域悬浮物浓度分布的空间差异,具有较高的实用性.     

辅以纹理特征的HJ-CCD海上溢油信息提取 ——以PL19-3溢油为例

鉴于依赖光谱特征的传统溢油信息提取方法面临信息提取精度低的困境,提出采用光谱特征与纹理分析结合的方法应用于溢油监测.选择位于渤海的蓬莱19-3油田溢油事故为研究对象,基于覆盖溢油事故阶段的8景30m分辨率HJ-CCD数据,在溢油目标提取过程中,引入了方向性纹理特征分析,将主成分光谱降维、方向梯度边缘检测等技术相结合,形成了基于光谱与纹理特征的溢油信息提取技术.所述方法经8组数据检验后,用类间分歧度方法进行了对比评价.结果表明:将纹理分析方法应用于溢油信息提取,类间分歧度提高到1.9999,提高了油膜影响边界和油膜厚度分区识别能力.     

黄河三角洲典型植被地物光谱特征分析与可分性查找表

通过实地测量黄河三角洲的6种典型植被的现场光谱,开展了基于反射率光谱的植被特征光谱分析和提取,该工作在原始反射率光谱曲线和经过包络线去除法变换后的曲线上分别开展。论文主要工作和结论包括:(1)通过分析建立了黄河三角洲6种典型植被类型的光谱特征波段查找表,并给出了每一种植被区别于其它5种植被类型的特征波段分布范围;(2)分析了包络线去除变换对上述6种植被光谱可分性的影响,发现柽柳由不可分变为可分,碱蓬、棉花、刺槐和天然柳树的可分性光谱波段明显增多和展宽。     

基于热红外遥感数据和光谱混合分解模型的城市不透水面估算

不透水面的迅速增长是城市化的显著特征之一,针对大范围的城市监测,运用遥感技术迅速提取城市不透水面是当前国内外研究的热点。论文选用Landsat 7的ETM+影像,基于光谱混合分解模型,结合热红外遥感数据反演生成的地表温度,研究杭州市的不透水面分布信息的提取。通过高、低反照率、植被及土壤4类光谱端元的线性组合来表征不同城市土地类型,并利用地表温度和土壤分量分别剔除高、低反照率分量中的"噪声",综合修正后的高反照率分量和低反照率分量估算杭州市不透水面分布。结果显示,研究区中均方根误差的平均值为0.003 6,不透水面分布结果与同期Google earth上的高分辨率影像和SPOT 4影像的解译结果对比分析,绝大多数样本的估算值与解译值之差落在±0.15区间内,精度令人满意。研究表明,热红外遥感数据和光谱混合分解模型相结合,可以实现对不透水面进行快速、精确的估算。     

基于GOCI影像的黄海海雾提取方法研究

海雾作为灾害性天气,是海洋环境监测的重要内容。以黄海为研究区,分析研究了海水、海雾和云在GOCI影像中光谱特征,建立了结合波段比较法和波段运算的海雾提取方法。将该方法应用于2015年5月25日发生的黄海海雾事件,利用Kappa系数评价该方法的分类精度。结果表明:该分类方法的kappa系数为86.74%;海雾提取结果与中国气象局发布的监测结果的空间分布趋势基本一致;基于GOCI影像的海雾信息提取方法为海雾监测提供了新方向,为实时监测海雾动态提供了有利条件。     

航空高光谱反演耕地土壤重金属分布特征——以苏北灌河地区为例

为探索航空高光谱遥感开展大比例尺、大面积土壤重金属含量和分布特征快速调查的技术方法和工作流程,以苏北灌河地区为例,利用国产高光谱成像仪和自主集成的航空高光谱遥感测量系统获取影像光谱数据,通过数据预处理、CARS特征波段选择及BP神经网络建模反演等方法,建立了从数据获取到数据分析评价的工作流程,反演了土壤重金属元素含量,展示了其空间分布特征。与传统地球化学调查数据进行对比分析,结果显示高光谱反演成果与地球化学调查的重金属浓度空间分布特征吻合度较高,验证了航空高光谱反演耕地土壤重金属分布特征的可靠性。在区域性耕地土壤重金属污染调查评价方面,航空高光谱遥感能够快速、及时地获取土壤污染及相关信息,并具有很好的实用性和经济性。     

基于导数光谱的混浊河口水体叶绿素浓度反演

基于2004年5月和2006年8月于珠江口现场实测的遥感反射率光谱及叶绿素浓度数据,采用导数光谱技术,对高光谱在河口浑浊水体的叶绿素反演的应用进行了研究。结果表明,二阶导数光谱的特征波段较原始光谱、一阶导数光谱对浑浊水体的叶绿素含量更为敏感;当水体浊度变化范围为10～130 NTU,光谱分辨率为10 nm、中心波长为620 nm、670 nm及680 nm的二阶导数光谱与叶绿素浓度(1～50μg/L)呈显著相关(线性相关系数分别为0.75、0.85及0.7);基于670 nm处二阶导数光谱的简单线性模型对叶绿素浓度有较好的反演精度。该结果可为光学复杂水体的叶绿素高光谱遥感估算提供新的方法。     

基于半分析方法的内陆湖泊水体总悬浮物浓度遥感估算研究

根据生物光学原理,通过对总悬浮物吸收占水体总吸收比例光谱的分析,确定适宜总悬浮物浓度反演的波段范围;结合以往学者对太湖等水体固有光学特性的研究成果,运用最小二乘法,确定生物光学模型的相关参数,建立了浑浊湖泊水体总悬浮物浓度的单波段估算模型.结果表明,在短波波段,总悬浮物的吸收占水体总吸收的比例较高,出现光饱和现象,不适...     

空间紫外辐射高加速地面模拟技术

目的实现空间紫外辐射地面高加速模拟。方法分别利用氙灯和氘灯作为近紫外和远紫外的模拟源,利用反射滤光技术实现对可见红外波段光谱的过滤,利用准直和发散技术实现不同的辐照面积,利用热沉和浴油温控实现温度控制,搭建光学性能原位测试系统,对辐照腔和试验腔进行分离设计。结果实现了Φ300 mm面积上1~15 SC和Φ180 mm面积上5~24 SC的近紫外的加速模拟,以及Φ150 mm面积上辐照度为10.5SC的远紫外加速模拟,具有–70℃~+110℃的样品快速温度控制,具备光谱反射率原位测试,以及辐照腔与测试腔分离操作的功能。结论建立了具有高加速倍率的近紫外和远紫外的地面辐照加速模拟装置,具备较宽范围的温度快速控制和光谱反射率的原位测试功能。     

飞机金属结构胶接修理前的原位表面处理技术研究

目的形成一套工程实用的金属飞机结构胶接修理前的原位表面处理技术方法。方法以典型铝合金为基材,采用便携式磷酸阳极化设备进行原位表面处理技术及工艺研究,并进行微观形貌、能谱分析和楔子耐久性试验对比验证。结果铝合金原位磷酸阳极化处理膜层中的氧含量较高,膜层较厚,且呈蜂窝状结构,体现了优良的抗腐蚀和耐久性。结论提出的铝合金结构胶接修理前原位磷酸阳极化处理方法,可改善严酷环境下应用情况的耐久性,其耐久性与传统的槽式磷酸阳极化表面处理相当。     

二氧化硫对棉花叶片光谱反射特性的影响

在动态熏气箱中对棉株进行SO_2处理(2ppm,8小时).测定叶片光谱反射率和微分光谱.受SO_2伤害的棉叶光谱反射率发生变化:在可见光部分,反射率普遍增加;在近红外部分,反射率降低.整个光谱反射曲线发生蓝移,初步确定几个波段可用于区别污染的与正常的棉叶光谱反射特性.     

卫星光学反射膜光谱反射率空间综合环境退化研究

对玻璃基底和金属基底的铝反射膜在紫外、低能电子、低能质子的综合环境作用下的光谱反射率退化进行了实验研究。试验结果表明两种铝反射膜的光谱反射率均发生了退化,且光谱反射率的退化主要集中在可见光波段,在近红外波段退化很小;玻璃基底铝反射膜退化在420 nm左右出现峰值点,2种金属基底铝反射膜的退化的峰值点在450 nm左右。由于电荷沉积在玻璃中后会抑制带电粒子入射,因此玻璃基底铝反射膜的退化要小于金属基底铝反射膜。     

真实环境条件下溢油风化规律

在2010年7月16日大连输油管道爆炸事故发生后,分别于事故油罐、溢油发生后1 d、5 d、9 d的海面厚油膜区域以及溢油事故发生后15 d、23 d、210 d的岸滩石油重污染区域采集原始油样及溢油样品。采用气相色谱质谱联用(GC-MS)对样品中的生物标志物进行了检测,对常规生物标志物特征比值的变化趋势进行分析。结果表明:在为期9 d的海面溢油风化过程中nCl7/Pr、nC18/Ph、Pr/Ph、奥利烷/藿烷、C2-D/C2-P、C3-D/C3-P和ΣP/ΣD受风化影响较大(相对标准偏差值均在10%～20%范围内);在为期210 d的岸滩溢油风化过程中C17/Pr和nC18/Ph受风化影响最大(相对标准偏差值均大于50%),奥利烷/藿烷、C2-D/C2-P、C3-D/C3-P、ΣP/ΣD和2-MP/1-MP受风化影响较大(相对标准偏差值均在10%～30%范围内);Pr/Ph在不同环境介质中的风化过程存在显著差异。     

城市生活污水偏振反射特性研究

人类正面临着水污染的严峻挑战,其中生活污水是水污染的一大来源。研究城市生活污水的液面偏振反射特性．对于水资源的监测与利用、环境生态保护都具有重大理论意义和应用前景。本文选取不同浓度的三个生活污水样本,应用二向反射光度计测了不同样本在2π空间的多角度偏振反射光谱数据,建立探测方位角、光线入射角、探测天顶角、偏振角、波段等方面对所测水体的偏振反射数据的关系,并进行了初步分析与研究.这为偏振遥感在水资源环境上的应用奠定了实验基础,并对生活污水的偏振光遥感进行了初步研究。     

太阳辐射试验标准中的太阳光谱分布

目的为太阳辐射试验标准、光老化试验标准修订时正确选择太阳光谱提供依据。方法辨析CIE NO.20,CIE NO.85两种出版物太阳辐射光谱特点,从五个方面对此问题进行探讨,统计这两种太阳辐射光谱带宽辐照度的误差;分析相对空气质量、臭氧与水分、云层光学厚度、地表反射率等因素对太阳辐射光谱辐照度的影响;分析人工辐射光源光谱分布特点,以及它们与太阳辐射光谱的差别;分析当前光老化试验标准对光谱辐照度允差的要求;介绍光老化试验结果间的可比性。结果 CIE NO.85光谱更准确、更细致,但其波长范围较窄,两种光谱辐照度的差别很小,大气环境中许多因素会降低到达地面的光谱辐照度;人工辐射光源光谱与太阳光谱的误差、光老化试验标准中光谱辐照度允差都远大于前述太阳辐射光谱间的误差,标准对太阳光谱波长范围的要求比CIE NO.85光谱宽。结论太阳辐射试验标准、光老化试验标准修订时,仍可选用CIE NO.20光谱作为太阳辐射光谱。     

城市生活污水偏振反射特性研究

人类正面临着水污染的严峻挑战,其中生活污水是水污染的一大来源。研究城市生活污水的液面偏振反射特性,对于水资源的监测与利用、环境生态保护都具有重大理论意义和应用前景。本文选取不同浓度的三个生活污水样本,应用二向反射光度计测了不同样本在2π空间的多角度偏振反射光谱数据,建立探测方位角、光线入射角、探测天顶角、偏振角、波段等方面对所测水体的偏振反射数据的关系,并进行了初步分析与研究。这为偏振遥感在水资源环境上的应用奠定了实验基础,并对生活污水的偏振光遥感进行了初步研究。     

S13Cr在超高温超临界CO2环境下的腐蚀行为及产物膜特征

目的明确超级13Cr在超高温超临界CO2环境下的适用性、耐蚀性及腐蚀产物膜特征。方法采用高温高压反应釜模拟气井井底超高温超临界CO2腐蚀工况,采用腐蚀失重法获取腐蚀速率,结合扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)及X射线衍射仪(XRD)对腐蚀产物特性进行分析研究。结果在215℃、31.2 MPa CO2分压、7.24 kPa H2S分压下,超级13Cr在含饱和水的超临界相中及含饱和CO2的模拟凝析水相中均呈现均匀腐蚀特征,腐蚀速率分别为0.009 mm/a及0.126 mm/a。腐蚀受CO2-H2S共同控制。腐蚀产物呈双层结构,内层腐蚀产物以碳酸亚铁为主,外层以磁黄铁矿为主,且内外两层腐蚀产物膜结合较弱,易剥离。超临界相中,内外层腐蚀产物膜均较为稀疏,水相区内外层腐蚀产物膜更为致密,但外层腐蚀产物膜容易发生破裂剥落。结论以0.125 mm/a作为油套管选材标准,对于仅含凝析水、无积水问题的气井,可选用超级13Cr作为油套管材质(温度≤215℃,CO2分压≤31.2 MPa,H2S分压≤7.24 kPa,Cl^–质量浓度≤4646 mg/L),但对于井底有比较严重积水问题的气井,或者含水率较高的油井,超级13Cr并不适合。