现有基于高光谱遥感的土壤重金属污染定性分类模型, 大多采用同一地区室内光谱测定训练样本数据进行模型构建与测试。 但室内光谱测定需要复杂的处理过程, 成本高, 效率低, 且无法快速获得目标区域空间上连续的光谱信息。 考虑到实际应用需求, 模型在相同实验区和不同试验区野外光谱数据是否具有较好的迁移推广能力是目前迫切需要回答的问题。 为回答这一问题, 选取湖南省郴州市和衡阳市两铅锌矿区作为实验研究区, 选用支持向量机(SVM)作为分类器, 将郴州实验区室内采样的83个样本数据和衡阳实验区室内采样的46个样本数据分别用于分类器训练, 将衡阳地区野外采样的46个样本数据用于分类测试。 并首先通过基于联合分布适配(JDA)的迁移学习方法进行光谱变换以缩小两地室内外测定光谱分布差异, 然后进行不同区域室内外土壤重金属污染定性分类模型迁移。 实验结果表明: (1)由于野外测得的光谱数据会受到太阳辐射、 提取的土壤成分差异等因素的干扰导致室内外光谱数据存在显著的分布差异, 难以直接将基于室内采样数据训练得到的土壤重金属污染定性分类模型迁移到同一地区测定的野外高光谱数据上。 但通过JDA变换缩小室内外分布差异后, 模型迁移能力得到显著提升, 砷(As)、 铅(Pb)和锌(Zn)三种重金属含量是否超标的分类精度都达到了84%以上, Zn元素含量是否超标的分类精度甚至达到了89%以上。 (2)由于季节性影响、 地区成分的干扰和光谱噪声的增加, 不同地区光谱数据存在着更为显著的分布差异, 加大了不同地区土壤重金属污染监测的难度, 难以将基于室内采样光谱数据所建立的土壤重金属定性分类模型直接迁移到其他地区野外采样数据上(平均分类精度仅在50%左右)。 经过JDA迁移学习方法进行室内外光谱变换处理后, 模型迁移能力得到保证, 因此, 室外光谱采样可直接用于研究不同试验区域重金属(As, Pb和Zn)的污染情况。

空间辐射基准对卫星观测气候变化的研究具有重要意义,空间辐射基准的建立不仅可以提高卫星自身观测的相对精度,而且还能通过基准传递来满足其他卫星的在轨溯源需求,用于基准传递的空间高光谱基准遥感器的光谱分辨率对传递相对精度有重要影响。分别利用MODTRAN模式和AER LBL模式的模拟结果作为高光谱遥感器的太阳反射波段和地球热发射波段的代理数据,分析了光谱采样对光谱辐射观测结果的影响以及光谱采样差异引起的辐射基准传递的不确定性。考虑5种下垫面和6种大气条件,对比了不同光谱采样间隔下光谱辐射的差异,并利用敏感性实验的方法,以MERSI-II为目标遥感器,评估了空间辐射基准交叉传递的光谱不确定性。结果表明:光谱采样间隔越大,光谱辐射的差异越大,在气体吸收区、绝对辐射低信号区、近紫外太阳光谱暗线区的最大辐射差异可达100%;在大气窗区,当太阳反射波段的光谱采样间隔优于4 nm时,基准传递的不确定性小于0.3%,当地球热发射波段光谱的采样间隔优于2 cm ^-1时,不确定性可小于0.1 K;在近紫外太阳光谱暗线区和气体吸收区,太阳反射波段的基准传递对光谱采样十分敏感,当采样间隔为4 nm时,中心波长为1.38 μm的通道的不确定性可达40%,当地球热发射波段在7.2 μm水汽弱吸收区时,光谱采样间隔优于0.8 cm ^-1才能满足不确定性小于0.1 K的需求。

传统的大气辐射传输计算方法受计算资源和效率的限制已无法满足星载高光谱分辨率红外大气遥感资料处理的需要,基于单色波长辐亮度计算加权组合的方法,开发了一种快速准确的高光谱分辨率红外大气辐射传输的计算模型FFRTM_IR.利用FFRTM_IR模型,针对研制中的FY-3D红外高光谱大气探测仪(HIRAS)的光谱指标,模拟计算了仪器的观测通道亮温,并用独立样本对模拟亮温进行了验证和比较,结果显示：FFRTM_IR对HIRAS所有通道的模拟亮温偏差均小于0.06 K,标准差有效控制在0.1 K以内;在同等计算精度下,FFRTM_IR的计算速度略快于目前国际上通用的快速辐射传输计算模型CRTM.利用FFRTM_IR模型,采用解析计算方法可以进一步得到温度廓线、水汽廓线、二氧化碳、臭氧廓线以及地表参数的雅克比矩阵,计算结果与扰动法计算结果一致性较好,有较高的计算精度.计算和分析结果表明,初步建立了一种高效的红外大气辐射传输计算模型,可用于星载高光谱红外大气探测仪器的观测仿真和资料处理.

以移动平台的线推扫式高光谱相机横向推扫成像不同于以卫星平台或飞机平台的竖直摄影成像方式, 其属于水平方向推扫竖直方向成像, 存在投影面选择、 空间方位确定以及光顾混叠等问题。 针对上述情况, 详细推导了适合于线阵高光谱相机地面推扫的影像像素地理参考模型, 可以进行任意方向的地面横向推扫成像; 结合影像的地面采样间隔大小及推扫成像的区域范围, 给出了地理参考后影像格网划分的一般过程; 同时, 考虑到在影像格网划分过程中存在的舍入误差, 以及在影像校正过程中采用传统直接光谱采样可能造成的光谱掺杂问题, 提出了基于地理参考后相邻像素重叠面积作为权重系数进行加权融合的改进光谱采样方法。 最后进行了大量地面横向推扫成像实验, 并依据上述算法进行了影像畸变校正, 验证了线阵影像几何畸变校正算法的有效性及鲁棒性, 同时, 对校正好后的影像选用多个样本点进行了光谱数据验证, 实验表明改进后的光谱采样方法明显优于直接光谱采样算法, 为同类产品的地面应用提供参考。