卫星数据融合技术在环境遥感监测中的应用

在丹东典型区域环境遥感监测中,将CBERS-1（“中巴地球资源一号”卫星）信息与地面监测站、数据传输与处理系统、地理信息系统（GIS）相结合,采用多源卫星遥感数据融合技术,实现了对区域环境准确、客观、动态、简捷、快速的监测。     

高原山区星载合成孔径雷达数据与多光谱数据的图像融合探究——以贵州省毕节市为例

为了推动雷达数据在贵州高原山区的应用,针对高原山区的气候与地形特点,基于雷达数据的优势,本文对此类高原山区应用星载雷达数据进行初步探讨。利用TM影像4,3,2波段和雷达SAR数据,通过不同融合方法进行融合,应用标准差、信息熵、相关系数等参数对融合效果进行分析。结果表明:几种方法得到的图像都在不同程度上增强了多光谱图像的光谱信息,同时也增加了雷达数据的纹理信息。其中PC变换能够最好地保持TM数据的多光谱特性,对于植被信息最为突出;HSV变换很好地保留了SAR数据的纹理信息,有利于居民点、建筑物等目标的识别;GS变换增加了图像的可识别度,但降低了整体的清晰程度;Brovey变换效果最差,图像失真较大。     

卫星数据在本溪地区矿山遥感调查中的应用

选择了不同矿山、矿种,以卫星遥感资料为主要信息源,对矿产资源开发状况及其引发的矿山环境问题进行了遥感调查与监测试验,为矿产资源的合理开发、有效管理和科学规划,为矿山环境保护和综合治理提供了基础资料与决策依据。     

微小卫星数据在大连典型区域环境监测中的应用

通过“航天清华一号”微小卫星数据在辽宁大连典型区域环境监测中的应用,对其0,1,2波段数据进行评价;对图像数据空间分辨率、数据噪声、传感器等进行评价;提出图像处理方法及提高图像质量的数据融合技术;评述其专业应用潜力并指出存在的主要问题和发展建议。     

基于连续小波变换的土壤重金属镉含量的高光谱估测

选择合理的处理方法可增强土壤光谱中有效信息特征,提高模型估测精度。以新疆渭-库绿洲土壤为研究对象,基于连续小波变换(continuous wavelet transformation, CWT)与传统数学变换相结合的方法进行光谱数据处理并提取特征波段,采用偏最小二乘回归(PLSR)、BP神经网络(BPNN)、随机森林回归(RFR)和支持向量机回归(SVMR)方法构建土壤重金属镉含量估测模型。结果表明：(1)土壤原始光谱曲线趋势基本一致,在600～2 450 nm范围内,随着重金属镉含量增加,其光谱反射率降低,二者呈负相关。(2)CWT与原始光谱一阶微分(R′)相结合的处理效果最佳,|r|值可达到0.586,为极显著负相关(P<0.001),表明数学变换与连续小波变换相结合的处理方法可有效反应光谱细节特征。(3)对比各模型的反演结果,发现CWT-R′-SVMR模型的训练集和验证集的决定系数(R²)大于0.86,均方根误差(RMSE)小于0.02 mg/kg,相对分析误差(RPD)大于2,建模效果较好,可作为最优模型对研究区土壤重金属镉含量进行估测。结合数学变换...     

基于微分变换的湿地植物高光谱全氮反演

叶片全氮含量是监测和诊断湿地植物生理状况及生长趋势的重要指标,利用高光谱技术监测湿地植物氮含量,对于理解湿地生态系统氮循环具有重要意义.为探究湿地植物叶片全氮含量遥感光谱的估算方法,以云南省大理西湖湿地公园优势植物芦苇（Phragmites australis）和茭草（Zizania caduciflora）全氮含量为研究对象,对叶片光谱数据进行预处理并建立二者的关系模型,包括单变量模型、多变量模型（偏最小二乘回归模型和BP神经网络模型）,并利用决定系数（r²）和均方根误差（RMSE）对模型精度进行检验.结果表明:（1）不同形式的光谱变换增强了植物全氮含量与光谱变量的细节特征,二者的短波红外波段相关性强于可见光近红外波段.芦苇二阶微分（R"）反射率与全氮含量在1682 nm处相关性最强,相关系数为0.70;茭草平方根二阶微分[(R^1/2)"]反射率与全氮含量在1 190 nm处相关性最强,相关系数高达-0.80.（2）不同植物类型相比,利用茭草的变换光谱反射率建立的单变量和偏最小二乘回归模型建模精度都高于芦苇.（3）不同回归模型相比,BP神经...     

GPM卫星降水数据在天山山区的适用性分析

卫星降水产品在山区的适用性具有较高的不确定性。论文基于天山山区2014-2015年167个气象站点数据,应用较为广泛的两套卫星降水产品--TRMM与CMORPH,选用均方根误差（RMSE）、相关系数（R）、相对误差（PB）,以及分类统计分析指标（错报率FAR、探测率POD、公正先兆评分ETS、频率偏差BIAS）等,评估了新一代卫星降水产品--Global Precipitation Measurement（GPM）在天山山区的适用性。结果表明：相对于以上两种产品,GPM在山区的精度最高。具体表现在：1）3套产品在降水较多的夏秋季均表现较好,相对于TRMM与CMORPH,GPM与观测数据的相关系数最高（R≥0.6）,相对误差最小（PB≈10%）;2）在整个天山山区,GPM相对于其他两套产品表现出较低的误差范围（-55%~55%）;3）GPM在不同的高程带内,均表现出同观测站点较低的误差与较高的相关系数;4）3套降水产品均表现出对探测弱降水事件较高的准确性（POD≈0.58）和较低的错误率（FAR≈0.63）,但综合分析4种指数,GPM表现最佳,能够以较准确的精度和较低的误差估测降水系统。     

基于HJ-1A卫星超光谱数据的太湖叶绿素a浓度及悬浮物浓度反演

通过对2010年5月2日太湖HJ-1A卫星超光谱影像的几何纠正和6S模型辐射校正,以及水体实测光谱数据和影像光谱数据分析,将太湖28个水体采样点光谱数据分别进行归一化处理和一阶微分处理后,选取和水质参数相关系数最大的波段或波段组合建立反演模型,获得太湖叶绿素a浓度以及悬浮物浓度的空间分布图.研究表明,超光谱影像B73波...     

GPM卫星降水数据在黑河流域的适用性评价

论文分别从时间和空间两个角度对GPM卫星降水数据在黑河流域适用性进行评价。以TRMM卫星的降水产品和气象观测站点实测的降水数据作为参考,选用相关系数（R）、均方根误差（RMSE）、相对误差（BIAS）、平均误差（ME）以及标准偏差（SD）多种统计分析指标进行精度评价。结果表明：1）GPM卫星降水数据具有与观测数据较好的一致性以及良好的时间模式;2）GPM卫星降水数据与观测数据之间有着较高的相关系数（R>0.72）以及较低的误差范围 （-0.59%~1.62%）;3）相比TRMM,GPM具有较低的均方根误差（RMSE<28.76）,尤其是对夏季降水,GPM具有相对更高的相关系数（R>0.76）和更小的相对误差（BIAS<1.14）;4）卫星估测降水量的精度与高程具有明显的相关性。总的来说,GPM卫星降水数据在地形复杂的干旱半干旱区域也能够具有较好的精度,能够较为准确地反映干旱半干旱地区的降水分布。     

基于OMI卫星数据的渤海对流层NO2分布特征

利用OMI卫星数据,分析了2005～2009年渤海对流层NO2的时空分布特征,研究发现近5 a渤海海域对流层NO2浓度空间分布不均,季节变化及年度增长趋势明显。空间分布上渤海西南部的渤海湾及莱州湾等海域浓度比较大,而东北部的辽东湾浓度比较低;NO2浓度季节变化也非常大,12月份垂直柱浓度(13.464×1015mol/cm2)是8月份(4.959×1015mol/cm2)的2.7倍。分析渤海湾与其周边的京津塘、环渤海西南部地区NO2浓度的月变化,发现冬季京津塘地区对渤海NO2浓度影响比较大,而夏季环渤海西南部地区对其影响比较大。     

基于卫星数据识别臭氧生成高值区的方法及其应用

近年来,我国臭氧污染问题逐步显现。为持续推动京津冀及周边、汾渭平原等重点区域环境质量改善,生态环境部实施了“千里眼”计划,构建了大气污染网格化监管体系。2020年,针对夏季臭氧污染问题,开展了臭氧生成高值区识别研究,向重点区域生态环境部门、监督帮扶现场工作组推送环境异常信息,为打赢蓝天保卫战提供了重要支撑。利用哨兵-5卫星数据,结合企业清单、用电数据、历史污染源检查问题等数据,通过RFM模型综合挖掘识别臭氧生成高值区。结果表明：京津冀和汾渭平原的大多数城市地区和工业集聚区属于VOCs控制区或VOCs-NO_x共同控制区;该方法推送的臭氧生成高值区问题率为65.3%,高出整体问题率21.5个百分点;高值区内企业发现问题率为27.1%,高出非高值区3.7个百分点,提升了2020年夏季臭氧污染防治监督帮扶的工作成效。高值区问题率、高值区内企业问题率和推送次数有关,实践结果表明,经过重复推送,高值区内企业问题率呈先升后降的规律,企业问题率拐点时间与企业整改完成周期有关。该方法对于以包装印刷、工业涂装为主导的产业集群,应用效果较好。

     

基于环境一号卫星的太湖流域地表温度与地表类型的关系分析

利用我国新发射的环境一号小卫星数据,以2010年3月26日环境一号卫星的红外波段为例,尝试根据同步MODIS数据反演大气水汽含量参数,采用Jimenez-Munoz和Sobrino的普适性单通道算法反演地表温度,经MODIS地表温度产品验证,地表温度反演精度满足要求. 将人工目视解译的2009年太湖流域土地利用、地表温度和归一化植被指数作相关性分析. 结果表明:当林地和农田、草地植被指数相同时,林地的地表温度比农田和草地低,因此林地比农田和草地的调节温度效果好,在城市中增加林地的面积,对缓解城市热岛效应的作用最大.      

ASAR数据与ETM＋图像融合探测干旱区浅层地下水的应用

介绍了ETM＋图像与ASAR数据在探测浅层地下水方面的优缺点,并通过对内蒙古阿拉善左旗地区遥感资料的处理,研究了光谱图像与雷达数据融合后在探测浅层地下水方面的应用效果。研究表明该方法虽不能精确地探测到浅层地下水的埋深与范围,但对掌握宏观区域上浅表层地下水的分布较之单一数据源具有更快速、更直观的效果。     

基于环境一号卫星多光谱影像数据的三湖一库富营养化状态评价

环境一号卫星是我国2008年自主发射的环境与灾害监测小卫星,其2d的时间分辨率使其成为环境变化监测的重要数据源.根据实测的太湖、巢湖、滇池和三峡水库的水面光谱信息以及水质参数,构建基于环境一号卫星多光谱数据的富营养化评价模型,对太湖、巢湖、滇池和三峡水库2009年水体营养状况进行了评价分析.研究结果表明:利用环境一号卫...     

ASAR数据与ETM＋图像融合探测干旱区浅层地下水的应用

介绍了ETM＋图像与ASAR数据在探测浅层地下水方面的优缺点，并通过对内蒙古阿拉善左旗地区遥感资料的处理，研究了光谱图像与雷达数据融合后在探测浅层地下水方面的应用效果。研究表明该方法虽不能精确地探测到浅层地下水的埋深与范围，但对掌握宏观区域上浅表层地下水的分布较之单一数据源具有更快速、更直观的效果。     

傅里叶变换红外光谱谱图排疑分析

阐述了傅里叶变换红外光谱的基本原理及特点,并通过利用红外光谱图对未知气体进行分析判定的方法,探讨了这一方法在化学事故应急监测中的应用.     

高光谱植被覆盖度遥感估算研究

以北京大学"无人机遥感载荷综合试验场"为试验区,采集草地植被覆盖度(Vegetation Cover, VC)和相应样方冠层高光谱反射率数据,并对比研究了高光谱反射率三种变换形式(小波能量系数、主成分和植被指数)与VC之间的关系模型。结果表明:在三种变换形式中,植被指数模型(R²大于0.8,RMSE小于等于0.018 8)优于基于小波变换和主成分分析的VC模型;经过对高光谱数据进行小波分解获得的第二和第四小波能量系数与VC之间存在显著的对数相关(R²分别为0.811和0813;RMSE分别为0.019 9和0.019 8);以多个小波能量系数作为自变量的VC多元回归模型明显优于基于主成分的多元线性回归,R²和RMSE分别提高0.058和0.030;将高光谱EVI模型与TM-EVI数据相结合生成的试验区VC空间分布总体上呈北部和南部植被覆盖度高(分别>75%和>55%),中部相对低(15%~55%)的特征,与其土地利用/覆被特征相吻合。     

基于实测光谱与MODIS数据的太湖悬浮物定量估测

以太湖为研究区域,对太湖水体的水面反射光谱进行实地测试,并取样在实验室进行水质分析;根据光谱分析得到的悬浮物特征波段,估测悬浮物浓度;最后,对比MODIS波段,用最敏感波段及主成分分析法建立悬浮物估测模型.结果表明,576nm附近的反射率峰值、841nm处反射率一阶微分值和808nm附近的反射峰高与悬浮物浓度都有较好的相关性,其中峰高法和一阶微分法对悬浮物浓度的估测精度相当;MODIS波段1与悬浮物浓度相关性最好,经过主成分变化后的第一主成分和第二主成分可以较好地估测悬浮物浓度.因此,可利用MODIS数据对太湖悬浮物进行长期动态监测.     

基于MODIS-OLI遥感数据融合技术的农田生产力估算

大范围、高精度的农田生产力遥感监测依赖于高时空分辨率的遥感数据,单纯依靠由单一类型传感器数据获取的高时相或者高空间分辨率的遥感数据都不能满足清晰掌握田块尺度上作物生长动态的需求。全球免费提供的空间分辨率250~1 000 m的MODIS数据和空间分辨率30 m的Landsat数据是植被动态监测普遍应用的数据源,针对应用MODIS数据估算的农田生产力空间分辨率较低而Landsat卫星重访周期长的局限性,研究基于空间分辨率30 m的Landsat 8 OLI数据与空间分辨率500 m的MODIS数据,应用时空数据融合技术,融合OLI数据的高清晰空间表达能力与时间间隔8 d的MODIS数据的植被生长时间序列过程的监测能力,获得空间分辨率30 m、时间步长8 d的时间序列数据,利用VPM （Vegetation Photosynthesis Model）模型以宁夏永宁县部分地区为试验区估算该区域的NPP。研究结果表明,融合后所得30 m分辨率的NPP具有良好的空间细节信息,提高了MODIS数据中混合像元上的估算精度,并保留了MODIS数据原始的时间过程信息,以30 m的空间分辨率刻画出作物的生长动态;较单独应用MODIS数据,使用融合数据估算的NPP可更有效检测出高标准农田建设对农田生产力的提升。