1 河南理工大学测绘与国土信息工程学院，焦作 454000
2 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
3 江苏省环境监测中心，南京 210019
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'{\text{(}}{B_{\text{5}}}{\text{/}}{B_{\text{3}}}{\text{)}} $与悬浮物浓度为强相关，同时与叶绿素a、CDOM浓度弱相关；利用$ R'{\text{(}}{B_{\text{5}}}{\text{/}}{B_{\text{3}}}{\text{)}} $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。
悬浮物浓度反演 可持续发展科学卫星1号 相关性 水体辐射传输模拟 遥感应用 suspended matter concentration retrieval SDGSAT-1 correlation water body radiative transfer simulation remote sensing applications
1 河南中医药大学药学院, 河南 郑州 450046
2 中国中医科学院中药资源中心道地药材国家重点实验室培育基地, 北京 100700
3 航天恒星科技有限公司大数据项目办公室, 北京 100086
4 中国科学院空天信息创新研究院国家环境保护卫星遥感重点实验室, 北京 100094
5 中国中医科学院道地药材国家重点实验室培育基地, 北京 100700
6 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃省遥感重点实验室, 甘肃 兰州 730000
7 中国科学院长春应用化学研究所吉林省中药化学与质谱重点实验室, 吉林 长春 130022
8 航天工程大学航天信息学院, 北京 101416
人参是传统中药材中的贵重品种, 具有较高的经济价值。 人参生长的地域性很强, 不同产地人参有效成分含量存在差异, 人参因“道地”与否, 会导致其质量、 医学效用和经济价值的差异, 因此人参产地识别的意义重大。 目前常通过磨粉提取等制备, 再采用化学或光学等多种手段检验人参产地, 但会造成样本破坏。 而基于外观性状或芦头特征的鉴别, 因主观性差异不能作为标准化的识别方法。 如何用高精度、 无损、 快速检测识别的方法, 对人参的产地进行识别分析, 是该研究的主要立足点。 通过采用高光谱成像技术, 对已知产地信息的人参样本, 通过获取从4002 500 nm的反射光谱, 经过基于白板的绝对和相对辐射校正处理, 构建了高光谱反射率数据集。 采用随机森林的机器学习方法, 构建了基于高光谱数据的全光谱人参产地识别模型, 并对不同尺度的地域划分规则分别开展了产地识别精度验证, 发现不同产地的人参光谱有明显区别。 其中东三省与否的产地识别精度, 可以达到98.2%。 同时利用随机森林基于决策树构建的优势, 获得了人参产地识别的光谱重要性结果, 为专用轻量化仪器研发指明特征光谱。 高光谱人参产地识别研究作为严格的无损检测方式, 将对人参等道地药材的产地识别、 药材图谱指纹认知和挖掘、 药材鉴定和质量评价等提供理论支撑和技术手段。
高光谱 随机森林 可解释性 人参 中药材 产地 Hyperspectral Random forest Interpretability Ginseng Traditional Chinese medicinal materials Origin 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1217
1 中国科学院遥感与数字地球研究所, 国家环境保护卫星遥感重点实验室, 北京 100101
2 Finnish Meteorological Institute, Helsinki 00101, Finland
3 中国资源卫星应用中心, 北京 100094
4 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
大视场偏振多光谱相机比传统的光谱相机多探测角度和偏振两个维度的信息, 尤其在气溶胶遥感监测领域, 具有很大优势, 所以在2020年前后全球将大量发射搭载该类载荷的卫星。 作为定量化程度很高的光学载荷, 在轨定标一直受到很大的重视。 因受限于缺乏星上定标设备和低空间分辨率特点, 使用自然景物作为替代参考光源进行在轨辐射定标。 多角度偏振相机内部的辐射传递过程复杂, 需要进行辐射定标的相机参数有多个。 辐射定标系数包括辐射强度和偏振两种类型多个参数, 使用的自然景物类型多, 导致多种定标方法组合、 并行发展。 2018年新发射的高分五号卫星是我国第一颗, 也是同期国际上唯一搭载偏振运行载荷的卫星, 在其后国际上也会有多颗卫星搭载同类型传感器上天, 有必要梳理替代定标的研究进展情况。 文章系统介绍了大视场偏振多光谱相机的一般光学结构及其光谱设置等重要技术参数, 梳理了相机的辐射传递模型。 划分了绝对辐射强度、 相对辐射强度和偏振参数三类来描述不同定标系数的在轨定标方法和原理。 针对特定的待定标系数, 介绍了在轨替代定标所需选用的自然景物目标和定标的流程方法。 形成了大视场偏振多光谱相机在轨辐射定标的方法系统。 并汇总了定标结果检验的一般方法。 新的大视场偏振多光谱相机的在轨辐射定标, 将继承原有研究基础, 使用特殊自然景物开展定标。 在后续的同类遥感相机在轨定标工作中, 也可以充分借助同一个卫星平台上的其他载荷及其星上定标器、 借助地面人工光源等方法开展新形式的在轨辐射定标。 我国、 欧洲以及美国等规划了新型偏振相机航天发射计划, 面向未来几年的我国和欧美诸多同类相机, 结合作者研究基础, 对未来在轨定标方法进行了初步设计和展望。 偏振类型的多光谱相机主要服务于大气颗粒物遥感监测, 对我国当前关注的大气环境问题非常重要。 卫星发射后持续的在轨辐射定标是保障卫星遥感产品反演精度的必要条件。 系统的在轨定标研究梳理和在轨定标未来方法的初步设计将为后续卫星遥感应用系统提供方法和模型参考。
偏振相机 多角度遥感 在轨定标 替代定标 Polarized camera Multi-angle remote sensing In-flight calibration Vicarious calibration
1 合肥工业大学, 安徽 合肥 230009
2 国家环境保护卫星遥感重点实验室,中国科学院遥感与数字地球研究所,北京 100101
3 河南理工大学,河南 焦作 454000
卫星遥感技术是研究大气气溶胶时空变化规律的重要手段之一。高分四号卫星(GF-4)作为新一代静止卫星,不仅具备更多的可见-近红外波段,而且具有超高 时空分辨率的特点,可以执行对固定区域连续观测或凝视扫描覆盖观测,为气溶胶光学厚度定量反演提供了有利条件。基于GF-4静止卫星超高时 空分辨率卫星数据,在深入了解卫星观测模式及传感器波段对气溶胶反演敏感性基础上,基于地气时变差异核心思路,开发了针对GF-4超高时空分辨 率数据气溶胶光学厚度反演算法;设计并实现了具备业务化反演气溶胶光学厚度能力的软件系统,软件系统具备多线程、全自动运行能力, 满足卫星数据处理业务化需求。利用该系统对GF-4数据进行了处理和分析,通过地基仪器实测的气溶胶光学厚度进行了验证, 取得了初步结果。结果表明,该系统具有良好的可靠性和稳定性,可以服务于大气颗粒物时空变化遥感监测。
超高时空分辨率 地气时变差异 气溶胶光学厚度 遥感反演系统 ultra-high spatio-temporal resolution time-varying difference of reflectance between sur aerosol optical depth remote sensing retrieval system 大气与环境光学学报
2018, 13(2): 112
1 环境保护部卫星环境应用中心,北京 100094
2 中国科学院遥感与数字地球研究所,北京 100101
海洋卫星COMs-1(Communication, Ocean & Meteorological Satellite-1)上携带的GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)传感器以海洋监测为主,也具备较好 的陆地监测潜力,但传感器陆地辐射特性存在偏差。为改善GOCI陆地辐射特性,基于MODIS数据,对GOCI可见光 和近红外波段开展交叉辐射定标,弥补场地定标成本较高、定标参数更新周期长的不足,拓展其陆地定量遥感监测能力。交叉辐射定标中,考虑了GOCI和MODIS传感 器相应波段光谱响应函数之间的匹配; 通过辐射传输模拟,订正两传感器观测角度对辐射定标的影响;通过选取两传感器同一过境时刻的数据,降低太阳角度对 辐射定标的影响,提高交叉定标精度。通过MODIS数据模拟的GOCI相应波段的表观辐亮度与GOCI实测结果比对, R2大于0.88。对定标结果进行初步验证,表明交 叉辐射定标后, GOCI陆地上的辐射特性满足基本的定量遥感需求。
交叉辐射定标 光谱 几何 cross-calibration Geostationary Ocean Color Imager GOCI MODIS MODIS spectrum geometry 大气与环境光学学报
2016, 11(6): 412
1 中国海洋大学, 物理海洋教育部重点实验室, 山东 青岛 266100
2 中国科学院遥感与数字地球研究所, 遥感科学国家重点实验室, 国家环境保护卫星遥感重点实验室, 北京 100101
3 中国航空综合技术研究所, 北京 100028
4 中国资源卫星应用中心, 北京 100094
临近空间（20~50 km）航空活动是全世界航空大国竞相研究的热点。 太阳辐射环境研究是开展该高度层航空活动的必要前提, 然而临近空间辐射观测资料空白对其开发利用造成了障碍。 臭氧是影响高空辐射环境的关键因子, 基于欧洲中尺度预报中心再分析资料对中国区临近空间臭氧的空间分布、 季节变化特征进行了分析, 发现其时空分布及演变具备区域性特点, 同时根据平流层大气数据及地表特征等将中国临近空间划分为5个区域, 确定不同区域关键参数值, 利用SBDART辐射传输模型对临近空间全波段太阳辐射及紫外辐射分别进行模拟。 模拟结果显示受纬度、 臭氧总量、 垂直分布等影响, 辐射值变化规律较为复杂。 全波段太阳辐射年均和逐月值随纬度降低而增大, 年较差则相反; 大气的吸收作用与纬度、 海陆差异有关, 表现出不同的强度和季节变化特征; 在紫外波段, 南海上空辐射最强, 年较差小, 月较差很小且夏强冬弱, 其他区域辐射值夏强冬弱, 月较差呈双峰特征, 春秋强, 冬夏弱; 大气的吸收作用受多因子影响, 除南海外, 各区域夏季辐射垂向差异更大; 大气吸收引起的月较差垂向变化均表现为6、 7月高低空月振幅一致, 其它月份辐射值在高层月较差更大。
临近空间 太阳辐射 紫外辐射 Near space Solar radiation Ultraviolet radiation SBDART SBDART
1 中国科学院遥感与数字地球研究所 国家环境保护卫星遥感重点实验室, 北京 100101
2 中国科学院大学, 北京 100049
卫星偏振测量是气溶胶遥感的一种重要手段.气溶胶模型的准确性是影响卫星遥感气溶胶参数精度的关键因素之一.在卫星反演气溶胶算法中, 若忽略气溶胶粗模态贡献(星载偏振传感器气溶胶反演的一种常用假设)或选错气溶胶类型, 均会带来反演结果的误差.基于六种典型的气溶胶类型(沙尘型、生物质燃烧型、乡村背景型、污染大陆型、污染海洋型和重污染型)模型, 模拟研究了气溶胶模态和类型选择对卫星近红外偏振通道反演气溶胶光学厚度(AOD)的影响.利用矢量的辐射传输模式, 模拟分析了六种气溶胶类型在865 nm波长的大气偏振反射分布函数(BPDF); 发现大气BPDF与气溶胶粒子尺度密切相关, 粗模态对大气BPDF的贡献远小于细模态; 粗、细模态同时存在时, 大气BPDF反而小于仅细模态时的BPDF.在此基础上, 分析了“忽略粗模态贡献”和“选择错误气溶胶类型”两种情况下AOD的反演误差, 得到如下结论：(1)忽略气溶胶粗模态贡献, 会导致反演的细模态气溶胶光学厚度(AODf)偏小.六种典型气溶胶类型模型情况下, AODf反演结果可偏低12.3%～35.7%, 其中沙尘型气溶胶时AODf反演误差最大, 污染大陆型气溶胶时AODf反演误差最小.(2)若气溶胶类型选择错误, 反演的AOD可能偏大或偏小, 取决于与气溶胶类型对应的大气BPDF的差别.测试的六种气溶胶类型中, 沙尘型与重污染型的大气BPDF差别最大, 二者互换(即“选择错误”)时, AOD反演误差最大, 分别可达220.3%或-60.6%; 乡村背景型与污染大陆型的大气BPDF差别最小, 两者互换时, AOD反演误差最小, 分别为7.1%和-3.0%.研究结果对于发展新一代星载偏振传感器及其气溶胶反演算法研究具有参考价值.
气溶胶模型 气溶胶光学厚度 偏振遥感 反演误差 aerosol model aerosol optical depth polarimetric remote sensing retrieval error
Author Affiliations
Abstract
1 State Environmental Protection Key Laboratory of Satellite Remote Sensing, Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
4 University of Lille 1, Lille 59655, France
A transfer method is introduced to derive the normalized radiance for CE318 Sun/sky radiometer using viewing solid angles and extraterrestrial calibration constants. The new transfer method has a good consistency at different parts of the sky scanning. Error analysis suggests that the uncertainty of the transferred method is about 2.0%–2.4%. The normalized radiances are used as input of the aerosol inversion to test the performance of the new transfer method. The residuals of the inversion (e.g., difference between fitted and measured radiance) are chosen as the index of the radiance calibration accuracy. Analyses of one year’s measurements in Beijing suggest an average sky residual of 3.3% for almucantar scanning (while 3.7% for the AERONET method), which suggest a better accuracy of the transfer method when used in aerosol retrieval.
010.0280 Remote sensing and sensors 010.1310 Atmospheric scattering 010.3920 Meteorology 120.5630 Radiometry Chinese Optics Letters
2015, 13(4): 041001
1 遥感科学国家重点实验室, 中国科学院遥感应用研究所, 北京 100101
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
3 国家航天局航天遥感论证中心, 北京 100101
地基CE312热红外辐射计用于星载传感器的定标, 其定标精度直接影响热红外传感器的场地定标精度。 文章论述CE312-1b带宽辐亮度定标法和分谱辐亮度定标法的定标原理, 利用实验室黑体对CE312-1b热红外辐射计进行定标, 最后利用2010年8月青海湖的野外实测数据结合MODIS观测值, 分析对比两种定标方法所得定标结果的准确性及误差来源。 结果表明, 带宽辐亮度定标法得到的CE312热红外辐射计定标系数相对分谱辐亮度定标法所得结果在准确性、 适用性方面表现更好。
热红外辐射计 定标 青海湖 Thermal-infrared radiometer Calibration Qinghai lake MODIS MODIS
陈兴峰 1,2,3,*顾行发 1,2,3,4程天海 1,2,3李正强 1,2,4[ ... ]谢东海 1,2,3
1 遥感科学国家重点实验室, 中国科学院遥感应用研究所, 北京100101
2 中国科学院研究生院, 北京100049
3 国家航天局航天遥感论证中心, 北京100101
4 国家环境保护卫星遥感重点实验室, 北京100101
由于镜面反射的原因, 海洋表面呈现反射强烈的太阳耀光。 水体本身属于低反射率的暗目标, 太阳耀光成为水体航空航天遥感图像中的噪声; 太阳耀光具有强偏振的特点, 经过计算可以作为评价在轨传感器偏振指标的替代定标标准光源; 也可以用来计算气体成分或者反演气溶胶参数。 无论是去除噪声还是获取标准光源, 都需要精确计算其辐射特性物理参数。 文章首先采用Cox&Munk模型建立真实海洋表面的三维场景, 根据考虑偏振的菲涅尔反射定律, 推导了太阳耀光偏振辐射模型, 并分析了天顶角、 太阳-观测相对方位角、 风速、 风向等参数对反射率及偏振度的影响规律。 通过太阳耀光偏振辐射特性分析为偏振定量遥感中计算太阳耀光相关参数提供了理论基础。
太阳耀光 偏振 遥感 海洋表面 线偏振度 Sunglint Polarization Remote sensing Sea surface DOLP (degree of linear polarization) 光谱学与光谱分析
2011, 31(6): 1648
