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.     

基于可分离性指数的溢油图像定量分析

鉴于许多溢油监测技术都缺少量化指标,为了评价溢油监测方法,提出一种基于数学统计模型的评价指数——可分离性指数SI,通过对TM影像的处理,验证了利用油膜光谱曲线确定溢油监测通道的可行性,评价了几种图像增强的方法,得出高斯拉伸与直方图均衡化增强处理较佳,并经过反复试验建立数学描述性评价指标。结果证明该指数能够有效评价溢油监测方法。     

基于高光谱特征提取的藻类叶绿素a反演模型

选取自然界中分布较广泛的小球藻和铜绿微囊藻为研究对象,进行室内藻类光谱试验,同步测定其ρ(叶绿素a),并分别建立基于混合高斯函数的小球藻和铜绿微囊藻高光谱信息模型. 在此基础上,利用模拟退火算法实现模型的非线性参数拟合,提取这2种藻的高光谱特征,通过非线性回归分析,反演得到分解后的高光谱信息模型的峰高(h_i)与ρ(叶绿素a)的定量模型,实现对水体中小球藻和铜绿微囊藻ρ(叶绿素a)的预测. 结果表明:藻类高光谱特征提取算法能有效揭示小球藻和铜绿微囊藻的光谱本质特征,并得出相应的小球藻和铜绿微囊藻叶绿素a反演模型.      

海上冰区溢油后原油扩散与漂移研究

近年来,在世界及我国发生多次海上溢油事故,在处理海上溢油事故过程中,学习、总结、积累了一定的海上溢油应急处置技术和经验。但是对海上冰区溢油应急处置研究较少,而我国北方海域在冰区发生溢油事故的风险较高。冰区溢油的扩散与漂移和一般海上溢油有着众多不同之处,从而影响溢油的有效围控与回收。冰区溢油处于海面上的原油受水温的影响多为固态,扩散较为缓慢。溢油的漂移与冰区的特征有着重要关系。在浮冰区域,溢油会随浮冰一起漂移而不会与浮冰区域相分离,在大面积块状厚冰区域,溢油进入冰层下部后,扩散与漂移较为复杂,不利于溢油的围控与回收。     

海面原油的挥发

本文对于海面溢油的扩散及其挥发现象,进行了简易的模型试验研究。采用以前发表过的计算原理进行了挥发过程中的空气动力学的计算。文中对热动力学部分,即油的特性与油的风化过程,也进行了详细的的描述。将实验室数据与海洋现场实测数据进行比较后。证明该模型是成功的 同时也证明,在波浪的作用下,油与水的混合对溢油挥发的影响很小,可忽略不计,鉴于在实验室试验初始阶段,尚不能确定波浪与乳化作用对溢油挥发的影响程度,我们有目的地使油的扩散模型尽可能简化。本文给出了计算油膜边缘扩散速度的公式,并提出油膜临界厚度这一概念,小于这一厚度,油膜停止扩散。继而指明了影响溢油挥发的重要因素。本文还列举了溢油挥发的实例,并叙述了风速与温度对溢油挥发的影响。     

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.     

基于OHS-D的四龙镇土壤重金属污染反演研究

文章以珠海一号(OHS-D)高光谱遥感卫星影像为主要数据源,利用偏最小二乘回归(PLSR)建模分析方法和地理信息系统的强大空间分析能力,结合实地采样送检化验的土壤重金属含量数据,分析了Pb、As和Cd等重金属离子在OHS-D数据中的光谱特征,建立了土壤重金属含量与OHS-D高光谱数据的偏最小二乘回归模型,对白银四龙镇农田土壤重金属含量反演并进行专题制图。结果表明,Pb和Cd的模型反演能力相当,判定系数R2分别为0.69和0.65,As的反演模型精度最高,R2为0.78。基于OHS-D数据并结合PLSR方法反演白银四龙镇土壤重金属含量,具有方法可行性与结果可靠性,可为珠海一号高光谱数据在土壤重金属反演方面的推广应用提供有益探索。     

基于连续小波变换、SHAP和XGBoost的土壤有机质含量高光谱反演

针对土壤有机质含量高光谱反演中存在的光谱有效信号薄弱和光谱信息冗余问题,提出结合连续小波变换、SHAP和XGBoost的土壤有机质含量高光谱反演框架.以北京市延庆区和房山区永久基本农田土壤为研究对象,首先,基于连续小波变换处理的土壤光谱反射率数据构建初始XGBoost模型;然后,利用SHAP方法分析模型中各波段的贡献度以筛选特征波段;最后,基于特征波段重新构建和优化XGBoost模型,实现土壤有机质含量高光谱反演.发现连续小波变换尺度为25时,利用SHAP方法选取的40个特征波段构建的XGBoost模型准确性最高,有机质含量反演值和实测值之间的R²为0.80,RMSE为3.60g·kg^-1;随着连续小波变换尺度的增大,R2呈现先升高后降低的趋势,25尺度下的R2比21尺度的高0.37;SHAP方法选取的特征波段比Pearson相关分析法少682个,RMSE低0.69 g·kg^-1;XGBoost模型的R2分别比随机森林和支持向量机模型高4%和8%.验证了结合连续小波变换、SHAP和XGBoost在土壤有机质含量高光谱反演...     

渤海冰区溢油预报微机系统

本溢油预报微机系统针对渤海冰区。文中叙述了系统的结构，冰区溢油模拟方法及输入／输出的形式。除了溢油的时间、地点、溢油量等数据，用户还需输入风场条件和冰场初始条件。该具有特征；模拟瞬时或连续溢油源、动态图形输出显示油膜的分布及质心轨迹，界面友好、易于 、运算快速且有效、该系统可用于同事故发生时进行清除决策并对于可能溢油情形进行环境监评价。     

基于光谱混合分析和反照率-植被盖度特征空间的土地荒漠化遥感评价

采用线性光谱混合分析模型对Landsat TM遥感影像进行混合像元分解,获取植被、裸土和水体组分的相对丰度分布;在反演地表反照率的基础上,构建了基于Albedo-Vegetation特征空间的土地荒漠化遥感监测模型;以黑河中游部分区域为例,进行了实证研究,并利用实地调查数据进行精度验证。结果表明:此方法充分利用了多维遥感信息,反映了荒漠化土地地表覆盖、水热组合及其变化,具有明确的生物物理意义,而且指标简单、易于获取,精度较高,有利于荒漠化的定量分析与监测。     

月球表面钛的研究进展

月球表面(尤其是月海玄武岩)蕴藏有丰富的钛铁矿,因此对月球表面Ti含量进行研究十分的重要。本文总结了目前已有的利用UV、VIS和NIR光谱进行月表Ti含量的反演机理和方法,特别是发展比较成熟的光谱比值反演方法的机理和反演步骤,该工作为我国利用嫦娥工程的干涉成像光谱仪的科学数据开展月表Ti含量的反演研究奠定了坚实的基础,最后针对我国的干涉成像光谱仪数据提出了研究Ti含量的思路与方法。     

城市河道无人机高光谱水质监测与应用

高光谱成像技术具有大范围、快速、动态监测等优势,提供了一种客观监测大面积水体污染状况的方法,是水环境监测体系发展的趋势。文章以广东省鹤山市沙坪河为研究区域,通过无人机高光谱成像遥感数据对城市河网的Chl-a、COD、TN、TP、NH_4~+-N等水质参数进行了定量反演研究,研究结果显示,沙坪河原始光谱主要表现为4种不同的光谱曲线特征,对于沙坪河河道而言,导数光谱具有更高的估算精度。选择拟合效果较好的一阶导数对应的线性拟合模型(R~2介于0.85～0.96之间)为沙坪河水质指标定量反演模型,拟合效果次序依次为TNNH_4~+-NChl-aCODTP。各指标的反演误差绝对值介于1.01%～35.81%之间,认为一阶导数对应的线性拟合模型具有较好的反演精度。通过高光谱水质监测仪测量的区域性结果,可快速获取城市河道水质分布情况,对城市水体环境治理具有重要意义。     

曹妃甸甸头海域溢油行为数值模拟研究

采用三角型网格系统结合有限体积法,建立河北省曹妃甸海域的潮流数值模型,潮位、潮流数值模拟结果与实测值符合良好,在近岸水动力场模拟结果基础上,耦合基于油粒子模式的海上溢油漂移扩散数值模型,对曹妃甸南部甸头航道交汇区域的船舶相撞溢油事故进行了数值模拟研究。研究中拟合了该区域风场与潮流涨落的不利效应的叠加,对该海域船舶相撞溢油事故各响应时间节点处油膜运动可能产生的最大漂移距离、扫海面积及运动趋势等进行了分析。     

有冰海区中的溢油行为

在冰海区中的溢油事故直接污染海洋环境。本文介绍了国外对溢油在有冰海区中行为的研究。研究表明，与温水中有很大的不同在于，结冰海区溢油行为与冰的密集度、冰厚及冰的类型等有关。本文学介绍了国内第一个为海洋管理服务的渤海有冰海区溢油行为数值计算模拟。     

海面溢油扩展,离散和迁移的组合模型

本文提出的海面溢油扩展、离散和迁移的组合模型是在溢油扩展、离散和海流、风力作用下建立的不平静海面油膜组合运动模型,同时考虑了油膜挥发和溶解损失以及油膜边缘的消失过程。利用欧拉-啦格朗日方法跟踪油膜若干边缘点的运动变化,从而预报整个油膜的行为轨迹。该模型可直接用于事故溢油预报,为溢油的围收治理提供依据,特别适用于与流场和风场数值计算模型配套,用来进行水域溢油污染风险区划研究。     

航海雷达溢油监测轨迹回放模型

溢油事故发生后,责任鉴定工作往往进展缓慢。本文依据多时段采集和处理分析得到的雷达监测数据,基于ArcGIS二次开发技术,利用坐标转换、空间投影和空间对象动态生成方法,建立溢油漂移轨迹回放模型。实践结果表明,该模型能够实时计算溢油面积,动态还原事故现场情况,并且能够以较小的资源消耗,高效模拟溢油回放过程,为溢油事故起因鉴定和油膜漂移趋势分析提供真实可靠的技术依据。     

浓度层析荧光光谱局部匹配溢油鉴别技术

溢油事故的频繁发生对海洋环境造成极大的影响,建立一种快速、准确、经济的现场溢油检测技术及时对事故作出响应有着重要的意义.针对海洋环境中溢油样品浓度和油源都未知的情况,对于溢油可疑样本,获取其浓度参量同步荧光光谱(concentration-synchronous-matrix fluorescence,CSMF),通过在浓度维度上进行插值处理获取的样品的CSMF浓度层析荧光光谱.而对于肇事溢油样品,无需进行脱水浓缩等预处理,只需取现场样本逐级稀释获取小浓度范围内的CSMF局部谱图,并将之与可疑油样大浓度范围内的CSMF浓度层析荧光光谱进行曲面匹配,利用最小二乘法确定最佳匹配光谱,最佳匹配的可疑油样即满足最近油种符合度,而对应的浓度即为待测样本的初始浓度值.对原油样品集交叉检验的结果,样品的识别准确度为92%.该油种鉴别方法快速,准确,并可以同时实现油种鉴别和单位体积内溢油含量的定量.     

深海溢油输移扩散模型研究

在对深海中泄漏的油气混合物在海洋环境中的输运过程及行为变化的分析基础上,建立三维深海溢油输移扩散模型。该模型采用拉格朗日积分法模拟溢油在近区的水下浮射扩散过程,应用粒子追踪法模拟油滴在水下远区的对流扩散以及油膜在海面的漂移扩散过程,并考虑了油气分离输移、气体溶解、天然气水合物形成与分解等复杂行为对溢油运动轨迹的影响。应用该模型数值模拟了两个大型深海溢油现场试验,结果显示溢油在水下环境中的时空分布模拟结果与现场监测数据符合较好,表明该模型具有较高的准确性和实用性,能够为深海溢油的防治管理提供理论与技术支持。     

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.     

有冰海区溢油清理技术及对策研究

对有冰海区溢油行为的特点，中国海水监测、海冰数字预报和冰区溢油监测、溢油行为的研究状况进行了较为详尽的综述。介绍了有冰海区溢油的清除技术，并提出今后有冰海区溢油研究的关键问题。