当前位置:365速发国际APP > 365速发国际APP > 使遥感定性分析向定量或半定 量的转化成为可能 高光谱遥感在海洋科学研究中的进展海洋是 20 世纪后期海365速发国际AP

使遥感定性分析向定量或半定 量的转化成为可能 高光谱遥感在海洋科学研究中的进展海洋是 20 世纪后期海365速发国际AP

作者: 365速发国际APP|来源: http://www.puntounonews.com|栏目:365速发国际APP
文章关键词:

365速发国际APP,波龄

  (国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院广东 广州 510300) 摘要 :在分析高光谱遥感特点的基础上 ,从其在海洋应用的基础研究和在海洋与海岸带资源 环境监测研究 个方面,论述了高光谱遥感在海水叶绿素浓度 、悬浮泥沙含量 、污染物和表层 水温 、海冰 、海岸带探测的应用和研究进展 ,最后本文提出了高光谱遥感在海洋研究中着重发 展的几个问题 开展基于高光谱遥感数据的海陆系统交互作用的环境效应研究 关键词:高光谱遥感 ;海洋 中图分类号 :P412 27文献标识码 引言高光谱遥感技术又称为成像光谱技术 ,是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体 获取有关数据 。它是源于多光谱遥感技术,以测绘学为基础在 1980 年代初发展起来的遥感 前沿技术 高光谱遥感的显著特点之一是其所提供的高光谱分辨率。过去的多光谱遥感 分辨率的间断波段信息,高光谱遥感则可提供几十数百个 10 nm 右分辨率的连续波段信息,使得高光谱遥感有足够的光谱分辨率对那些具有纳米级诊断光谱 特性的地表物体进行区分 。谱像合一技术是高光谱遥感的另一显著特点 。在对目标地物成像 的同时 ,每一个像素都获得了几十至几百个连续光谱的覆盖 ,使其图像同时具有空间 、辐射和 波谱的信息 。高光谱遥感的出现使遥感领域发生了巨大的变化 ,大大加快了遥感技术从定性 到定量发展的步伐 高光谱遥感技术与多光谱遥感相比有着诸多的优势,该技术的广泛应用得到了重视 前世界上许多国家都在进行成像光谱卫星、高光谱遥感仪器的研究 。如美国 EO 计划中已发射升空的 MOD1 的电磁波谱范围内具有36 个光谱通道 EOS2I 范围内有486 个波段 ;我国也先后研制出了多种成像光谱仪 M1S2I 、68 M1S22 、71 、224个波段的 高光谱遥感的特点成像光谱系统能获得的连续波段宽度一般在 10 nm 以内 ,而研究表明许多地表物质的诊 SOA0743)资助 第一作者简介 :娄全胜 ,工程师,博士 ,主要从事遥感和地理信息系统在海洋及海岸带资源环境监测 、管理 中的应用研究 。Tel ,教授级高工,通讯作者 收稿日期:2007203208 断光谱特征要求的分辨率在 20~40 nm ,所以这种数据能有足够的光谱分辨率来区分那些具 有诊断光谱特征的地表物质 。因此对高光谱数据特征的研究和分析对于我们准确地获得目标 地物的有用信息是至关重要的 多波段、波段宽度窄 、光谱分辨率高 ,地物的分辨识别能力大大提高 ,引起数据处理与 信息分析技术的根本性的变化 。与传统的遥感相比 ,高光谱分辨率的成像光谱仪为每一个成 像象元提供很窄的 (一般 10nm) 成像波段 ,波段数与多光谱遥感相比大大增多 ,在可见光和 近红外波段可达几十到几百个 ,且在某个光谱区间是连续分布的 ,这不只是简单的数量的增 ,而是有关地物光谱空间信息量的增加。按照信息处理的观点 ,遥感所能区别的地物在光 谱空间上应满足两个反射峰值的中心点的距离大于每一个反射波的半波宽 ,传统的遥感由于 可以看作是在光谱空间的离散采样 ,因此所能区分的地物一般是在波谱空间上具有明显的差 异性 ,如水体 、植被 ,它们具有完全不同的光学行为,同一种地物的不同类别的区分在 传统的低光谱分辨率遥感中是不容易实现的 ;而高光谱分辨率遥感由于成像光谱的波段变窄 可选择的成像通道变多,满足连续性与光谱可分性的要求 ,能对地物的吸收光谱特征进行很好 的识别 ,因此能够区别同一种地物的不同类别 ,使得“异物同谱”与“同谱异物”的现象减少 要波段的选择与组合得恰当,一般地物光谱空间混淆的现象可以得到极大的控制 ,这无疑为进 一步的分析提供了最为可靠的保证 ,为遥感技术在环境调查中的应用提供了更为完整的理论 基础和更加有力的方法 ,这使得过去以定性 、半定量的遥感向定量遥感发展的进程被大大加 实现了所谓的“谱像合一”。在成像高光谱遥感中,以波长为横轴 ,灰度值为纵轴建立 坐标系 ,可以使高光谱图像中的每一个像元在各通道的灰度值都能产生 条完整、连续的光谱 曲线 ,即所谓的“谱像合一”,它是高光谱成像技术的一大特点 扩大遥感技术应用范围,开辟了传统遥感无法涉足的新的研究方向 。365速发国际APP成像通道大大增 ,由于光谱空间分辨率的提高,使得在处理不同应用的分析中 ,光谱的可选择性变的灵活和 多样化 ,为利用遥感的技术手段进行对地观测 、监测地表的环境变化提供了更充分的信息 而也使得传统的遥感监测目标发生了本质的变化,这极大的增加了可以通过遥感手段进行分 析的地物的数量 :如不同树种的识别 ,不同矿物的识别 ,使遥感技术应用的范围大大提高 ;利用 高光谱数据进行有关植被叶绿素 、木质索、纤维素 、生物物理化学参数的提取等生化分析取 得了较好的结果 ,为遥感技术的应用提供了新的研究方向,使得原先无法进行的应用方向 成为可能 推动遥感定性分析向定量或半定量的转化成为可能传统成像遥感技术主要的应用是 以定性化的分析为主 ,部分定量分析结果的精度并不理 ,这显然是由于成像传感器的光谱和空间分辨率、大气和土壤背景的干扰等限制有关 谱分辨率成像遥感首先突破了光谱分辨率这一个限制,在光谱空间很大程度上抑制了其它干 扰因素的影响 ,这对于定量分析结果精度的提高有很大的帮助 ,使遥感定性分析向定量或半定 量的转化成为可能 高光谱遥感在海洋科学研究中的进展海洋遥感是 20 世纪后期海洋科学取得重大进展的关键技术之一 ,其主要目的是了解海 、研究海洋、开发利用和保护海洋资源 ,因而具有十分重要的战略意义 。随着科学技术的发 探测 高光谱遥感在海洋应用中的基础研究在海洋水色高光谱遥感信息分析研究方面 等人把辐射传输机理与数学中逼近理论相结合 ,发展了海洋水色高光谱信息多因子反演算法 ,研究了叶绿素 、悬浮泥沙及黄色 物质等多因子对离水辐射率的定量关系 ,提出了多因子离水辐射模型 ,中国科学院遥感应用研究所利用MA 成像光谱数据制作了澳大利亚达尔文市海水叶绿素浓度分布图 等建立了海洋光学三维Mo nt Carlo 模型 ,模拟了不同太 阳天顶角 、水体成分等参数对离水辐射率方向特性的影响 。模拟结果表明 ,在一定的遥感器 太阳和像元几何条件下,同一水体的光场二向性带来的离水辐射率变化可能大于已有的业务 化水色大气修正算法反演离水辐射率的误差 ,模拟结果对水色遥感中正确进行现场数据获取 及遥感与地面数据对比有一定的意义 ,给出了黄海叶绿素的估算模式。叶绿素浓度是反映浮游植物光合作用强弱 、藻类长势的重 要参量 ,叶绿素含量和水体的导数光具有一定的相关性 ,基于此 等选择相关性最大的波段 ,建立了浮游植物浓度与其导数光谱相关关系的简约模型 。可见 ,国内海洋遥感应 用基础研究主要是一些数学模型的构建 。关于如何解决水体的低反射率 、大气对蓝紫波段光 谱的散射影响等难题的研究还未涉足 海洋与海岸带资源环境监测中的应用研究在海洋水质监测应用方面 ,只有可见光光谱能够观测水下的状况 ,其中穿透性最强的波长 范围为 (蓝光至黄光),被称为“海洋窗口”,利用成像光谱技术可以观测到海洋中 沉积性悬浮物 、浮游生物 、叶绿素的分布等海况 ,例如 ,用于估值海洋沉淀物和叶绿素含量 对我国而言,随着沿海地区工业化 、城市化的发展 ,海洋环境污染日趋严重 。海洋污染给国家 造成了巨大的经济损失 等利用2001 年鱿鱼圈赤潮围隔实验获取的光谱数据 ,开发了赤潮光谱数 ,该数据库,具备统计查询分析 、光谱数据特征提取 、插值拟合 、曲线帄滑及各种曲线绘图 等功能 ;赵冬至 等也进行了赤潮地物光谱数据获取与处理工作。赤潮光谱数据库是赤潮光 学遥感的一项基础性工作 ,可为高光谱遥感赤潮信息提取提供数据输入 成像遥感数据,根据可见和近红外波段信号强度的高低 功地把油污辨别出来,并且探讨了根据油污厚薄不同在图像上表现的灰度不同利用密度分割 结果对油污含油量进行半定量计算 ,从而来估算其覆盖的面积和数量 ,以此获得海水污染的严 重程度 ;同时 ,利用其不同波段间遥感反射率的比值数据结合卫星数据 ,探讨得到水体的悬浮 物质分布特性 数据,采用协方差最大 、相关性最小的波段组合方式合成 假彩色图像 ,通过与正常海水和赤潮水体的反射率曲线比较 ,提取异常区域的反射率曲线及构 造相关分析函数等方法 ,提出了基于反射率曲线和反射率微分曲线的识别方法 ,即通过比较未 知赤潮生物种类和数据库中已知赤潮生物种类的反射率曲线和反射率微分曲线 ,根据相关分 析识别函数的函数值 ,探讨了赤潮发现及自动化检测 、赤潮生物优势种类识别和赤潮生物量分 布特征提取技术 此外,拟通过对海冰 、海水的反射特征进行统计分析 ,在正态分布假定下得到冰 、水反照率 的概率密度分布曲线 ,由该概率密度分布曲线进行冰水区分 ,并计算海冰密集度 源污染、海水养殖 、滩涂等海岸带典型要素的光谱特性研究工作也在开展 ,研究人员以航空高 光谱图像为数据源 ,选取陆源污染 、海水养殖 、滩涂为监测要素 ,进行上述要素的光谱波段敏感 性研究 ,试图获得其探测的最佳波段 ,并进一步发展准确 、快速识别和探测技术 ,在海洋表面温度测量 、海洋表层悬浮泥沙浓度的定性或半定量的观测 、海洋动力现象的研究等方面都开 展了相应的研究 国际相关发展动态目前国际上开展的主要研究有 海洋碳通量研究,认识其控制机理和变化规律 海洋生态系统与混合层物理性质的关系研究 厄尔尼诺)对海洋环境的影响 CO2净通量与生物过程的关系 。这方面的模型强 调生物和物理过程对海洋 CO2 吸收的重要影响及与全球变暖的关系 开发全球海洋初级生产力计算模型 。研究表明 ,模型对输入的表面叶绿素浓度场非常敏感 在生物海洋学及上层海洋过程研究方面,主要研究了 利用海洋水色卫星遥感数据验证某些数值模型所预测浮游植物分布的真实性 。把从卫星数据得到的叶绿素场经同化处理输入 到数值模型后 ,提高了海洋模拟的预测能力 ,这种新方法在阿拉伯海赤道太帄洋海区的海气热通量及上层海洋热量垂直分布计算中得到了很好的结果 展望高光谱遥感的发展历史虽然只有短短 10 年左右的时间 ,但在很多国家 、许多领域已得到 了越来越广泛的应用 ,尤其是在地质和植被方而 ,该技术成为对目标地物进行定性 、特别是定 量研究 、调查的 种重要手段。在海洋环境监测和管理方面的应用的潜力巨大 21世纪是海洋的世纪 ,海洋经济是未来的朝阳产业 ,如何把我国由海洋大国变为海洋强 ,是我们每个海洋人肩上的重任。以我国进行有史以来投入最大 、调查范围最广 、调查技术 最先进的近海海洋调查项目 ,建设全国海域使用动态监视监测系统 ,构建我国数字海洋为契 ,通过目前国内外研究状况的分析,笔者认为 ,我国海洋高光谱遥感应用研究的发展应首先 着力解决以几个关键问题 大量获取海洋及海岸带要素的高光谱数据,大力建设海洋及海岸带要素的地物光谱数 。近年来海洋经济的腾飞,导致近海及海岸带污染加剧 ,获取海洋及海岸带高光谱数据 结合地面队伍监测数据的采集,开展海洋及海岸带要素的地物光谱数据库基础工作的研究 成多源数据,充分利用高光谱遥感光谱分辨率高的优势 ,认识 、归纳 、总结我国近海赤潮 、溢油 等海洋污染的特征 、规律 ,为加强海洋污染监测 、防治提供理论基础和技术保障 ,具有重要意 开展海洋遥感信息系统建设,积累系列光谱数据 ,实现对海洋资源和环境变化有效的 开展航空高光谱遥感和地面同步监测研究,建立基于高光谱遥感数据的海洋系统光学 特性提取模型 。相对于陆地地物来说 ,在海洋遥感中 ,其光谱信息取决于多种物质的复杂集合 ,它包括纯水、无机盐 、溶解的有机物质 、浮游植物 、碎屑 、矿物性悬浮体等 ,各种信息重叠干 ,使水体目标具有高度的变化特性和通常很低的水体反射率,而且由于水体参数之间的相对 较高的相关性 、气水界面的影响 、低的仪器辐射灵敏度以及大气相对较强的影响 ,这些不利因 素都限制着高光谱数据在大洋以及沿岸水体监测 、组分识别 、水体测深制图 、底质类型探测等 方面的应用 ,开展航空高光谱遥感和地面同步监测工作 ,集成多种数据源 ,建立基于高光谱数 据的叶绿素 、悬浮泥沙等水色因子参量的定量遥感反演模型 ,是实现海洋资源环境动态监视监 测和综合管理的重要举措 利用高光谱遥感的优势,开展海陆系统交互作用的环境效应的定量研究 ,为促进我国 海洋资源和环境的可持续发展提供决策服务 。海岸带环境兼有陆地系统与海洋系统的特点 是全球环境中的敏感与脆弱地带,海岸带环境的调查与监测 ,对于海岸带系统的良性生态循 、海岸区域的可持续发展是十分重要的。充分利用高光谱遥感光谱分辨率高的优势 ,对海岸 、海岛的调研,滩涂 、海岸带环境监测 、河口三角洲变迁勘测 、环境质量评价以及海陆系统交 互作用的环境效应等开展定量研究 ,为海洋环境监测提供先进的技术支撑 北京:高等教育出版社 ,2000 北京:科学出版社 高光谱数据的光谱信息特点及面向对象的特征参数选择———以北京顺义区为例 遥感技术与应用,2002 杨古龙,李家存 高光谱高分辩率遥感在植被检测中的应用综述 世界地理 Price.App roach fo reflecta nce sp ect ral remote Sensing Enviro nment ,1998 ,64 :3162 330 遥感学报,1998 航天返回与遥感,2001 离水辐射非朗伯特性的Mo nte Carlo 模拟及分析 海洋学报,2000 ,22 1999,17 Mayzha ng etal research domina nt sp ecie redtide gani sm airbo nehyper spect ral SPIE Proceedings2Ocea Remote Sensing ndApplicatio ns. 2002 etal Applications database echnology reeltitle remo te sensing SPIE Proceeding Ocea Remote Sensing ndApplicatio ns. 2002 北京:海洋出版社 ,2000 红外与毫米波学报,2002 Gong Hyper spect ral remo applications Beijing HigherEducatio ress ,2000 北京:高等教育出版社 ,2000 Behrenfeld Falko consumer hytoplankto roductivit model imnology Ocea graphy 1997,42 bservations he198221983 EINino alo ng Pacificcoa st 1984,22 :425121254 Hofmann inter di sciplina ry mo deling fo marine eco syst ems Robinso NewYo hnWiley &So ns Inc 1998,10 :5072540 enetrating sola heheat budget hee2 quato rial Pacific Ocea Nature 1990 ,347 :5432545 Sathyendra nat Gouveia Shetye etal Biological co nt rol surface emperature heA2 rabia ns Sea Nature 1991,349 :54256 Halper Satellitecolo bservations hytoplankto dist ributio heea ster equatorial Pacific during he1982283 Encino Science,1984 ,226 :106921071 bservations he198221983 Encino alo ng Pacificcoa st 224:125121254 APPLICATIO ROSPECTING HYPERSPECTRAL REMOTE SENSI NG TEC HNOLO GY MARI NE RESEA RC sheng Ping Sout ChinaSea Marine Engineering Environment Instit ute 510300,China) Abstract :Ba se nalysi haract spect ral re mo sing heba sic re sea rch here so urce nviro nme nt mo nito ri ng hema ri ne hecoa st al zo ne heapp licatio spect ral re mo sing stimati ng hlorop hyll seaice ypicalele me nt hecoa st al zo ne rese nt ed Finall four key poi nt developing heapp licatio spect ral re mo sing mari ne re sea rch China roposed setti ng up hedat base hyper sp ect ral re mo sing satisf here sea rc acquisitio vast mount spect ral dat mari ne ndcoa st al ele me nt developing hema ri ne re mo syst developing hemo del spect ral re mo sing mari ne ecolo gy study nviro ment mari ne sland. Key words spect ral re mo sing mari ne

文章标签: 365速发国际APP ,波龄
上一篇:365速发国际APP你可以通过身份认证进行实名认证     下一篇:365速发国际APP请用下方联系方式告知我们



热门文章

经典文章




相关文章

Tags标签