• / 60
  • 下载费用:10 下载币  

多源遥感协同反演_图文

关 键 词:
遥感 协同 反演 图文
资源描述:
地表参数多源遥感协同反演中国科学院遥感与数字地球研究所 /北京师范大学遥感科学国家重点实验室钦火2013年 11月 1日一、引言二、全球综合观测共性定量遥感产品生成系统设计三、地表参数多源遥感协同反演研究进展报告提纲遥感科学国家重点实验室矿产、森林、水等战略资源短缺 环境风险不粮食安全 新时期重大外交事务 国际气候变化谈判 低碳经济发展 国际碳贸易战略布局 国际河流水事外交谈判急需开展对境外乃至全球的有效监测,为国家决策与外交谈判提供信息支撑国内战略资源的短缺使掌握全球同类资源状况信息迫在眉睫星机地立体综合定量遥感系统,具有充分利用卫星、航空和地基遥感平台的优势,显著增强全球资源环境监测能力遥感技术是跨境获取全球战略资源状况信息的重要手段5地球观测系统发展迅速美国: 断提出以地球系统为研究对象的对地观测计划,引领遥感发展方向, 气象卫星、资源卫星、海洋卫星、环境减灾小卫星星座逐步业务化,高分辨率对地观测专项定量遥感的核心是从观测数据中反演地表参数;遥感辐射传输模型是遥感反演的基础。P 是待反演的地表参数遥感科学国家重点实验室 ,,,,, ,, vo邻近像元 目标像元太阳入射光大气散射:传感器参数:地表参数:观测几何:时相:空间位置:波长,,  ,,,,, ,, 紫外线可见光中红微波热红外太赫兹110 310 10 立地表与大气遥感辐射传输模型。临近效应可见光反射建模热红外辐射建模存在的问题: 以叶面积指数产品为例目前遥感反演 验关系法 、 物理模型法和混合反演法。( 1) 经验关系法 : 建立 算法简单 , 易于实现且计算效率高 但缺乏物理机理描述 , 普适性差 。( 2) 物理模型法 :基于遥感辐射传输模型 , 如 该 方法物理机理明确 , 但模型复杂 , 计算量大 。( 3) 混合反演法 : 基于贝叶斯理论的混合反演方法以及综合物理模型和统计方法一体的混合反演方法 。以上 这些反演方法,都是为了能在反演过程中融入更多的先验知识,包括对参数、模型和观测数据的先验知识库,来解决遥感反演中的“病态”问题。3 4 et 2006 & et 2008 ) 全球 站点尺度 高分辨率 面积指数全球产品及精度分析全球 叉 验证框架和策略(et 2008)存在的问题针对特定遥感传感器的产品,定量化水平低、时空不连续,精度不高;• 定量遥感仍存在关键技术瓶颈亟待突破不同传感器定量遥感产品不一致性问题多源遥感协同反演问题地星协同的定量遥感估算问题( 2008)高精度无缝化定量遥感反演技术已成为遥感科学发展方向多光谱 高光谱 合成孔径雷达 热红外大气激光高度计 地表激光高度计 被动微波 雷达高度计深空探测 微波测距 测光仪 散射计单一遥感器的定量遥感产品精度丌高、时空丌连续、产品之间一致性差,尚缺乏独立于传感器的定量化遥感综合产品。发展多源遥感高精度协同反演技术,综合利用星机地综合观测数据资源,形成高精度无缝化定量遥感产品快速实时生产能力一、引言二、全球综合观测共性定量遥感产品生成系统设计三、地表参数多源遥感协同反演研究进展报告提纲遥感科学国家重点实验室星机地定量遥感技术系统与应用”项目总体目标面向矿产、跨境河流、粮食、森林与碳汇等战略资源的全球监测需求,研究星地协同观测与卫星组网关键技术,攻克多尺度时空遥感数据快速定量流程化处理、基于卫星组网和虚拟星座的综合定量遥感产品生成和真实性检验等关键技术,为建立星机地综合定量遥感应用系统、实现全球资源与环境遥感信息的业务运行服务提供技术支撑,为国家全球资源环境战略决策与外交谈判提供信息支撑。一期: 突破关键技术,建立原型系统 , 集成一期研究、建立业务化系统 , 实现遥感数据服务到遥感产品服务的跨越一、项目总体目标批复经费: 9612万元,分为 11个课题重点开展星机地综合定量遥感标准与规范研究、核心关键技术攻关、系统总体设计和原型系统开发,以及模型方法的实验验证,为二期项目开展提供技术方法支撑。项目一期: 2012— 2014年项目二期: 2013— 2015年集成一期关键技术,重点解决全球定量遥感信息服务,建立业务化的运行系统批复经费: 3710万元,分为 3个课题二、项目总体设计1. 框架设计:中国遥感网的组成单元及其相互关系卫星遥感网(松 /紧耦合)航空遥感网(区域分布)地面数据传感网(行业 /区域)天空地一体化遥感观测网遥感数据库遥感模型库共性产品库元数据建库遥感综合试验遥感数据共享网真实性检验全球性应用示范行业应用示范全球与行业应用示范网专题1 ….中亚非洲课 题 四按 需 快 速 处 理 与 陆 表 综 合观 测 定 量 遥 感 产 品 生 成课 题 三地 物 目 标 特 性 知 识 库 与 定量 遥 感 产 品 同 化课 题 七大 宗 作 物遥 感 定 量监 测课 题 十生 态 环 境要 素 监 测与 评 估课 题 九国 际 河 流遥 感 监 测课 题 八重 要 矿 产资 源 与 能源 遥 感探 测课 题 一星 机 地 立 体 组 网 协 同 观 测课 题 二载 荷 与 数 据 质 量 综 合 测 试课 题 五遥 感 产 品 真 实 性 检 验课 题 十 一定 量 遥 感 综 合 服 务 平 台课 题 六森 林 生 物量 和 碳 储量 遥 感估 测遥 感 数 据 获 取 与 服 务遥 感 共 性 产 品 提 供课题一:星机地综合观测定量遥感融合处理与共性产品生产系统课题二:典型应用领域全球定量遥感产品生产体系课题三:综合定量遥感产品服务规范及运营系统一期 二期星机地综合定量遥感产品技术服务系统共性产品 提供应用产品 提供数据产品 提供二、项目总体设计课题及项目对接设计( 1)突破多源遥感协同高精度定量反演、特定传感器无关的多尺度定量遥感产品无缝化生产等核心技术;( 2)建立新的全球综合观测多尺度陆表定量遥感产品技术体系;( 3)设计研制新一代可定制流程的全球多尺度多源定量遥感产品生产系统,具备全球公里级、区域百米级和十米级共性定量遥感产品自动化、规模化快速生产能力。星机地综合定量遥感产品生产系统研发目标针对粮食、矿产、森林、水不环境等领域应用定量遥感产品需求分析编号 遥感产品 分辨率主要应用领域主要针对的国内遥感产品主要针对的国外遥感产品 问题1植被 精细分类 、植被指数、 叶面积指数 、植被覆盖度 、叶 率素含量 、物候期 、光合有效辐射吸收比例30林业、生态高 分,空不连续2 气溶胶光学厚度、 反照率 、 地表 温度、冠层温度、 发射率 30境 、生态、气候变化 行 短波辐射 、下行长波辐射 、光合有效辐射 、净辐射 300m 环境、 气候变化 空不连续5 土壤 含水量 、 雪水当量、雪盖面积 、降水 1资源、 气候变化 度不高6 空气动力学粗糙度、感热通量、潜热通量、 蒸散 、 植被的净初级生产力300林业、气候变化 及 即 将 发 射 的 卫星 传 感 器 :v E O S / M O D I O A A 1 6 / A V H R Y 3 A / V I R Y 3 / M E R S e T O P / A V H R Y 2v M S T S A O S A N D S A T / T J - 1v E N V I S A …静 止 卫 星 组 网中 低 分 辨 率 极轨 卫 星 组 网高 分 辨 率 极 轨卫 星 组 网客 观 条 件v 传 感 器 辐 射 性 能v 卫 星 运 行 性 能v 运 行 轨 道v 波 段 设 置v 时 间 分 辨 率v 空 间 分 辨 率v 数 据 质 量v … …主 观 条 件v 应 用 目 的v 行 业 需 求v 参 数 选 择v 算 法 设 计v 精 度 要 求v … …静 止 卫 星 组 网体 系 与 规 范中 低 分 辨 率 极轨 卫 星 组 网体 系 与 规 范高 分 辨 率 极 轨卫 星 组 网体 系 与 规 范组 网 分 类 筛 选 条 件 组 网 体 系 与 规 范星 机 地 多 分 辨 率 多 时 相 多 模 式 多 波 段 多 角 度组 网 数 据反 射 率 ( B R D F )L A I / N P 库 、 模 型 库 、 真 实 性 检 验 : 协 同 反 演 与 同 化作 物 产 量 、 森 林 生 物 量全 球 粮 食 安 全 、 碳 贸 易共 性 产 品 + 专 业 模 型基 础 产 品共 性 产 品专 题 产 品应 用 产 品应 用交 出 辐 射 定 标 、 几 何 配 准 、 大 气 校 正基础产品:星机地组网观测的多传感器标准化、归一化处理的标准产品;共性产品:具有明确地学含义的时空无缝定量遥感产品:专题产品:结合专业模型生成具有明确应用意义的遥感产品;应用产品:行业应用决策支持信息产品。定量遥感产品体系定量遥感产品按需生产与服务流程面临的问题与挑战构建多维度定量遥感网 , 构建全球高精度定量遥感产品无缝化生产技术体系 , 面临的问题和挑战:卫星 、 航空不地面传感器组网不协同观测技术体系 多维度定量遥感网产品生成技术体系 ? 多尺度时空遥感数据的高精度定标不流程化处理 ?光学不微波的协同反演 ( 光谱维 ) 星地协同观测不同化 ( 知识维 ) 遥感产品的空间尺度效应不真实性检验 ( 空间维 ) 定量遥感产品不过程模型同化 ,提高模型模拟预报能力 ? ( 时间维 )25总体思路卫星组网 ,提高时空覆盖多源多尺度协同反演 算法,提高产品精度多源多尺度数据归一化 ,为算法提供标准输入数据高性能 计算,提高效率自动化 技术,提高算法的实用性多源多尺度定量遥感产品生产系统二期一期26产品体系设计:产品种类多源协同的产品将在性能上得到提高 空间分辨率提高: 7种 时间分辨率提高: 15种 空间覆盖范围提高: 2种 新产品: 6种产品体系设计:组网卫星数据数据类型 卫星 /传感器 数据类型 卫星 /传感器静止卫星数据(波段:可见光 —热红外;分辨率:公里至 10公里 )高分辨率极轨卫星数据(波段:可见光 、 近红外 、 中红外 、 热红外;分辨率:十米级 )段:可见光 —热红外;分辨率:百米到 1公里 )7,18,19象 再 分析数据(字高程数据等27多源多尺度数据源28研究内容拟解决的关键技术卫星组网标准多源数据生成技术 —— 技术基础基于虚拟星座的单日多角度观测数据集技术 —— 提高时间分辨率频段 — 提高精度光学与被动微波结合的混合像元提取技术 —— 提高空间连续性静止卫星与极轨卫星相结合的星地协同地表能量平衡参量产品生成技术 —— 提高过程参量估算精度流程可定制的定量遥感产品生产线原型系统 —— 形成生产能力星地协同 /卫星组网 /虚拟星座产品体系 &标准规范遥感反演 &生产技术系统集成 &产品生产全球 /区域产品植被结构与生长状态参量冰雪参量辐射与能量收支参量水热通量一、引言二、全球综合观测共性定量遥感产品生成系统设计三、 地表参数多源遥感协同反演研究进展报告提纲遥感科学国家重点实验室1) 多源多尺度遥感数据归一化技术一 级 遥 感 数 据 : 多 源 、 多 尺度 、 多 谱 段几 何 精 校 正针 对 中 高 分 辨率 数 据针 对 中 低 分 辨率 数 据光 谱 归 一 化交 叉 辐 射 定 标针 对 中 高 分 辨率 数 据针 对 中 低 分 辨 率 数 据V N I R 和 T I 校 正空 间 、 光 谱 、 辐 射 一 致 性 增 强 的遥 感 数 据 ; 支 持 多 源 协 同 反 演A O 前 期 的 地表 反 射 率产 品共性算法库定 量 产 品 生产 算 法 研 发空间一致光谱一致辐射一致多源多尺度遥感数据归一化技术——几何归一化技术基于不同分辨率底图的技术方案 在不同尺度的数据中,选取性能较高的数据作为基础对其他数据进行归一化 中高分辨率基底数据: 中低分辨率基底数据: 静止卫星基底数据: 000景环境星影像进行自动几何精校正和自动评价,评价结果如下:040415123个像元以上的影像个数: 84中低分辨率数据校正精度优于 2个像元• 分层剔除误匹配点技术解决由于几何变形和复杂地形的影响,所有的控制点无法满足 小二乘等传统方法拟合模型的问题!• 针对 视场、畸变复杂的特点• 唯一针对多源中低分辨率数据的几何校正• 采用海岸线和大型不变地物作为特征点,进行几何校正B R D F c h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e c a l i b r a t i o n s i t - 1 / C C D s u r f a c e r e f l e c t a n c e s i m u l a t i o nL a n d s a t T M / E T M + i m a g e r A r e f l e c t a n c e s i m u l a t i o n o f H J - 1 / C C DT i m e s e r i e s o f M O D I S d a t aC r o s s -c a l i b r a t i o nV i c a r i o u s l y c a l i b r a t e - 1 / C C D T O A r e f l e c t a n c T E R G D E M p r o d u c tS o l a r i l l u m n i t i o n s a n d v i e w g e o m e t r i e sD e r i v e d B R D F v e r i f i c a t i o D s f o r H J C C D i m a g e r i e sR a d i a t i v e t r a n s f e r c o d e ( 6 S )多源多尺度遥感数据归一化技术 ——交叉辐射定标技术时间序列净”像元“ 干净”像元的地表反射率拟合 模糊”像元的地表反射率“ 模糊”像元的气溶胶光学厚度查找表形成了多尺度、从 针对 展了基于 据的方法,从而避免了简单使用分辨率相差极大的 中低 入了时间序列信息,同时反演了 低分辨率( 高分辨率( 红外多源多尺度遥感数据归一化技术——中高分辨率数据大气校正技术T M 图 像暗 地 表 的 A O 扩 展 后 的A O A O D 的 地 表反 射 率已 知 地 表 反 射 率区 域 的 A O 的 A O ll = 发展了一种基于空间扩展的大气校正方法,申请专利一项; 与 演 气校正精度得到保障2)基于极轨卫星组网的单日多角度数据协同反演技术• 多角度极轨数据构建提高时间分辨率多角度数据构建 卫 星 遥 感 数 据( M O D I S 、 A V H R R 、 F Y 3 、 E T M 等 )卫 星 组 网 的 多源 遥 感 数 据 集低 分 辨 率 遥 感 数 据地 表 二 向 反 射 / 反照 率 反 演区 域 / 全 球 陆 表B R D F 和 窄 波 段 反照 率 产 品先 验 知识 库高 分 辨 率 遥 感 数 据地 表 二 向 反 射 / 反照 率 反 演1天地表反照率产品地表反照率遥感反演地表反照率 定义为太阳短波波段在半球空间的所有地表反射辐射能量与所有入射能量之比 ( 2004) 。 地表能量平衡、中长期天气预测和全球变化研究的重要参数(1995) 。针对在轨运行的卫星遥感数据进行地表反照率的遥感反演模型和算法研究得到了较好的发展 。反照率反演方法研究者 时间 研究内容多角度et 2002, et ,2000, et 1997), 即 利用半经验 一角度199920032005①以 部反射率与陆地表面反照率的关系②以 ③ 考虑地表反射率各向异性,在辐射传输模拟基础上建立训练数据集, 进行角度划分建立线性回归关系。. 2009 利用 立地表反照率与地表方向反射率的经验模型. 2010 基于 用改进的线性核驱动模型、波段转换公式以及格网线性回归分析方法,得到终获得地表宽波段反照率数据产品 (即 地表反照率遥感反演直接依赖多角度遥感观测,不卫星传感器多角度观测丌足矛盾 。4/16 地表反照率遥感反演基于 均一地表 假设 ,对于 山区难以 进行 高精度反演。传感器观测角度较小,多天覆盖无法获取广泛的角度信息,如何解决?( 分数据)多天覆盖无法满足变化较快的地表覆盖的反照率?(融雪、生长的植被)发展考虑地形影响的反照率估算模型面临的主要问题发展多传感器地表 时空滤波技术,解决地表 持全国和全球地表 et 013)。. in —多传感器联合的 选对反演有利的数据。—基于统计知识的时空滤波算法( 0 100 150 200 250 300 35000 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 80 . 91D a y o f Y e a i e l d M e a su r e m e n t D 4 3 B 3 S e r i e A S S 0 2 A 2 2 S e r i e A S S 0 2 A 0 6 S e r i e sS t a t i st i ca l M e a nS t a t i st i ca l S t a n d a r d D e vi a t i o (222*2^       滤波结果 先验知识 根据前后时段有效 产品做出的预测, , , , , , ,1( , , ) [ ( , , ) ( , , ) ]NT j i j i i j v ol i v ol i j ge o i ge f K f K              同类型多源遥感数据形成多角度多波段数据集的地表参数反演技术 ——地表 10 158天合成)联合反演与2011黑河反照率测量试验及验证反照率精度有 5~10%左右提高 时间分辨率从 16天提高到了 8天甚至 4天同类型多源遥感数据形成多角度多波段数据集的地表参数反演技术 ——地表 照率反演植被参数总体技术流程图( 3)多星协同的植被结构与生长状态参量反演全球及区域植被精细分类算法研发植被精细分类区域及全球算法研发技术流程图全球及区域基于时间序列 在归一化处理技术的支持下,实现了基于 将时间维信息引入,进行分类,极大的提高了分类精度,在 90%以上 利用 30., P. et 2013, 多光谱多空间分辨率协同反演高精度植被参数技术 ——50m 0000 200 3005%以上( 4)极轨与静止卫星组网的地表辐射星地协同反演• 静止卫星与极轨卫星相结合的星地协同地表能量平衡参量产品生成技术 —— 提高过程参量估算精度 地表发射率 /温度 下行短波和长波辐射 地表净辐射 地表通量全球静止卫星组网示意图极 轨 卫 星红 外 传 感 器 数 据M O D I S , A V H R R , V I R R 等静 止 卫 星红 外 传 感 器 数 据F Y - 2 , M T S A T , G O E S , M S G 等卫 星 组 网 多 角 度 多 波段 多 时 段 红 外 数 据全 球 1 k m / 5 k m 地 表 温 度 产 品M O D I S 发 射 率 产 品交 叉 验 证野 外 台 站 数 据直 接 验 证1 k m 窄 波 段 地 表 方向 发 射 率 数 据 集劈 窗 算 法 优 选劈 窗 分 组 数 目 分 析发 射 率 敏 感 性 分 析总 水 汽 含 量 敏 感 性分 析最 优 劈 窗 算 法 水 汽 含 量 二 次 项5 k m 窄 波 段 地 表 方向 发 射 率 数 据 集1 k m 地 表 温 度数 据 集1 k m 地 表 温 度数 据 集空 间 / 光 谱 尺 度 转 换全球 51小时地表温度产品技术路线图全球 53小时下行辐射产品技术路线图静止与极轨卫星组网的全球下行长短波辐射 /光合有效辐射 —下行 短波辐射48常觃气象观测数据(能见度 )像 (2010年 7月 30日 ) 反演参数可见光 云光学厚度云相态中红外云有效粒子半径热红外输入数据:关键技术的解决方案: 云检测:针对不同下垫面,在区分冰雪的基础上,结合云的时空动态及光谱特性实现晴阴天像元区分 气溶胶光学厚度 /云光学厚度反演:针对晴天 /阴天,结合晴空背景反射率底图,分别晴阴天 时间尺度扩展:梯形积分法实现瞬时辐射到小时 /日总辐射累积 针对有云情况改进了算法,增强了算法的适应性静止与极轨卫星组网的全球下行长短波辐射 /光合有效辐射 —下行 短波辐射云检测 算法原理 ( d'et 2003)态阈值法检测结果 光谱识别法检测结果 时间差分法:针对短时间内改变位置或强度的云ΔV –Δ ΔΔΔT > Δ动态阈值法:针对大面积块状云团 γ( δ( 光谱识别法:针对静止云,高反射,低亮温特征 Ω t > Ω止与极轨卫星组网的全球下行长短波辐射 /光合有效辐射 —下行 短波辐射云光学厚度( 演 结果空间分布与 ~5: ~10: 10: 光学厚度反演结果静止与极轨卫星组网的全球下行长短波辐射 /光合有效辐射 —下行 短波辐射品生产 产品: 区域范围:中国陆地 空间分辨率: 5 时间分辨率:瞬时;小时;日总 时间段: 12;光合有效辐射 —下行 短波辐射全国站点实测值对比散点图 城市型气溶胶估算结果 日总辐射整体高估;  模型误差主要受气溶胶光学厚度及类型影响;受地表反照率影响较小i, An of in 2013,6(1):光合有效辐射 —下行 短波辐射云天下行短波辐射的参数化模型改进( 5)流程可定制的全球陆表综合观测共性定量遥感产品生产系统产 品 生 产流 程 模 板各 级 定 量 遥 感 产 品定 量 遥 感 产 品 体 系数据库管理系统定 量 产 品 数据 库辅 助数 据 库流 程 模 板 库标 准 化 算 法输 入 输 出 接 口定 量遥 感产 品算 法模 块1定 量 遥 感 产 品 算 法 池定 量遥 感产 品算 法模 块2定 量遥 感产 品算 法模 块 数 据 库几 何 处 理算 法 模 块辐 射 处 理算 法 模 块遥 感 数 据 预 处 理 算 法标 准 产 品 数据 库形成全球定量遥感产品生产与发布能力生产发布全球 1域 307种: 气溶胶光学厚度,下行短波辐射、下行长波辐射、 照率、地表温度、发射率、净辐射、植被精细分类、植被指数、植被覆盖度、叶面积指数、物候期、光合有效辐射吸收比例、植被的净初级生产力、蒸散、雪盖面积;生产发布全球 25种: 雪水当量和土壤含水量。试生产研究型产品 6种: 冠层温度、空气动力学粗糙度、感热通量、潜热通量、叶绿素含量、降水。定量遥感产品生产分系统产品 2算法……用户 用户 用户产品 1算法产品 3 3 3 3 助数据库数据库管理分系统 运行管理分系统资源管理 调度管理 状态监控任务管理 配置管理系统服务层原始数据库务端分系统系 统 前 端 用 户 界 面 ( 览器 )多尺度遥感数据预处理分系统投影转换拼接与标准分幅空间一致性匹配辐射处理存储和计算资源定量产品库系统底层资源原型系统总体架构完成共性定量遥感产品生产原型系统设计,初步搭建了原型系统软硬件环境小结已经取得的进展① 中高分辨率数据归一化处理技术;② 多波段多角度数据协同反演 照率技术;③ 多尺度数据协同的植被指数反演技术;④ 光学与微波协同的土壤水分与冰雪参数反演技术;⑤ 静止与极轨卫星协同的辐射参数估算技术;⑥ 多 源共性定量遥感产品支撑的地表通量估算技术。继续攻关的关键技术① 中低分辨率数据归一化处理技术;② 多源数据支持的全球多时相 全球时间序列地表温度多源遥感协同反演技术;④ 云天下行长波辐射多源遥感协同估算技术;⑤ 多源遥感协同的全球 多源多尺度共性定量产品生产体系的设计与实现。相关参考论文1. 仲波,马鹏,聂爱华,杨爱霞,姚延娟,张航,吕文博,柳钦火,基于时间序列 国科学 . A F : 132 页 : 221 5 20133. of : 56 期 : 5 页 : 829 013 4. F N : 6 期 : 1 特刊 : : 1800135. i, u, of
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:多源遥感协同反演_图文
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-64272.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开