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水生态环境遥感监测研究进展

中国水利 2024年第11期 38-44页

作者：吴太夏夏可刘翼遥王树东王雪鸽鞠茂森河海大学地球科学与工程学院南京211100 中国科学院空天信息创新研究院北京100094

水环境污染是影响全球水安全的突出问题之一。我国水资源分布、水资源利用和水环境差异十分明显,科学进行水生态环境监测、评估和规划,以遥感为代表的空间信息技术是必不可少的手段。分析了水生态环境存在的问题和传统监测方法的局限性... 详细信息

水环境污染是影响全球水安全的突出问题之一。我国水资源分布、水资源利用和水环境差异十分明显,科学进行水生态环境监测、评估和规划,以遥感为代表的空间信息技术是必不可少的手段。分析了水生态环境存在的问题和传统监测方法的局限性,阐述了遥感技术在广域、连续和实时数据获取方面的优势,综述了遥感技术在水生态遥感监测、水环境参数遥感反演、面源污染遥感估算、重要引调水工程水生态环境监测以及突发污染事件响应中的应用进展,并展望了以流域为单元的水生态环境系统性治理、新型水生态环境遥感器技术与平台、多源数据融合与跨尺度监测以及“天空地”一体化水质监测体系的发展趋势。遥感技术发展日新月异,在水生态环境保护与管理中也必将大有作为。

关键词：水生态水环境遥感监测系统治理

耦合遥感与SWAT模型的岸边植被带消减面源污染效能研究

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自然资源遥感 2023年

作者：刘翼遥吴太夏王树东鞠茂森中国科学院空天信息创新研究院河海大学河长制研究与培训中心河海大学地球科学与工程学院

岸边带正广泛应用于世界各地的面源污染治理项目,遥感也逐渐成为面源污染研究的重要手段,但如何将遥感技术与岸边带结合使截污效果更佳仍然是一个挑战。该文以云南省星云湖流域为例,耦合遥感建立土壤水分评估模型(soil and water assess... 详细信息

岸边带正广泛应用于世界各地的面源污染治理项目,遥感也逐渐成为面源污染研究的重要手段,但如何将遥感技术与岸边带结合使截污效果更佳仍然是一个挑战。该文以云南省星云湖流域为例,耦合遥感建立土壤水分评估模型(soil and water assessment tool,SWAT),通过改变土地利用类型的方式建立岸边带进行情景模拟,研究不同宽度和植被类型对污染物消减效果的差异。结果发现,设置岸边带对氮元素的截留效果好于磷元素。并且当岸边带植被类型不同时,林地的截污效果明显好于草地。,并随着岸边带宽度的增加污染物消减率逐渐变大。设置30m林地加30m草地的岸边带可以减少5.20%的总氮产量和6.03%的总磷产量,并且可以截留19.83%的有机氮入湖量和21.30%有机磷入湖量,是所有岸边带中截污效果最好的。

关键词： SWAT 面源污染土地利用岸边带遥感

YOLOv3-CBAM长江禁捕垂钓场景识别模型研究

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人民长江 2023年第2期54卷 220-226,233页

作者：彭迪吴太夏王树东鞠茂森河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100 中国科学院空天信息创新研究院北京100000 河海大学河长制研究与培训中心江苏南京210098

河湖水域岸线管控是河湖长制的重要内容,实施长江十年禁渔以来,长江岸线的非法捕捞行为屡禁不止,应用卫星-无人机-地面视频监控等遥感手段联合进行岸线禁捕场景识别成为趋势。为了实现对禁捕中垂钓行为的快速智能化精确检测,采用深度学... 详细信息

河湖水域岸线管控是河湖长制的重要内容,实施长江十年禁渔以来,长江岸线的非法捕捞行为屡禁不止,应用卫星-无人机-地面视频监控等遥感手段联合进行岸线禁捕场景识别成为趋势。为了实现对禁捕中垂钓行为的快速智能化精确检测,采用深度学习方法,利用Microsoft Common Objects in Context(COCO)数据集训练出一个具有较强特征提取能力的预训练权重,借助迁移学习的思想解决了目前禁捕场景样本量少的问题。为了增强对小目标的检测效果,在目标检测网络YOLOv3的基础上添加多个注意力机制模块,形成改进后的网络模型YOLOv3-CBAM。实验结果表明:YOLOv3算法采用迁移学习的训练策略,可以加快模型的收敛速度,提高模型的识别精度,将精度从78.57%提升至93.27%;添加注意力机制模块之后,在模型参数几乎不增加的情况下,识别精度又可提升到93.99%。研究成果可为长江流域禁捕垂钓的实时动态监管提供技术支持。

关键词： YOLOv3算法长江禁渔河湖管理与保护注意力机制迁移学习

水体的多角度偏振波谱特性及其在水色遥感中应用

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光谱学与光谱分析 2010年第2期30卷 448-452页

作者：吴太夏晏磊相云赵云升陈伟北京大学地球与空间科学学院空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室北京100871 Center for Remote Sensing and Mapping Science the University of Georgia 河北省气象科学研究所河北省生态环境监测实验室河北石家庄050021 东北师范大学城市与环境科学学院吉林长春130024

清洁水体光谱在可见光和近红外波段的反射率比较低,其光谱特征不明显,在光学遥感图像上水体一般都表现为暗色调,造成了利用光谱学手段进行水体遥感识别和水质参数反演的困难。在研究水体的偏振波谱时作者发现,在对水体进行多角度观测时... 详细信息

清洁水体光谱在可见光和近红外波段的反射率比较低,其光谱特征不明显,在光学遥感图像上水体一般都表现为暗色调,造成了利用光谱学手段进行水体遥感识别和水质参数反演的困难。在研究水体的偏振波谱时作者发现,在对水体进行多角度观测时,水体在可见光与近红外波段的偏振度波谱值要远大于其无偏的反射率,表现在图像上即水体的偏振度图像的亮度要远大于其强度图像的亮度,文章对这种现象和规律进行了物理学解释,并利用法国PARASOL多角度偏振卫星遥感图像数据对这个规律进行了验证。该文首次揭示了利用多角度偏振遥感进行水体探测的优势,该方法有效解决了在利用光学遥感进行水体探测时反射率低的难题,大大提高水体的遥感识别能力和水质参数反演精度。

关键词：光谱偏振多角度遥感水色

融合Sentinel-2与ASTER GDEMV2数据的坡耕地遥感提取方法研究——以子洲县为例

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科技创新与应用 2022年第36期12卷 9-15页

作者：刘翼遥吴太夏河海大学南京211100

坡耕地跑水、跑土及跑肥的现象导致黄土高原水土流失问题十分严重。由于坡耕地具有分散、不够集中和地形破碎化的特点,导致坡耕地的识别有一定难度。遥感技术和数据具有全天候、多时相、涵盖信息多且连续观测的特点,在耕地等地物信息分... 详细信息

坡耕地跑水、跑土及跑肥的现象导致黄土高原水土流失问题十分严重。由于坡耕地具有分散、不够集中和地形破碎化的特点,导致坡耕地的识别有一定难度。遥感技术和数据具有全天候、多时相、涵盖信息多且连续观测的特点,在耕地等地物信息分类提取已经取得良好成果。该研究融合Sentinel-2遥感影像和ASTER GDEMV2数据在子洲县建立一种大范围的坡耕地快速提取模型,并且提取结果较好,Kappa系数都大于0.65。得到坡耕地的空间分布情况,对坡耕地进行时空分析。研究发现子洲县在2018年至2020年间,耕地分布情况变化并不明显,面积都在530 km^(2)左右。2021年,坡耕地面积增加到569.48 km^(2),变化较为明显。4年中6~15°坡度级的占比最大,大于50%,最高可达57.28%,其次是15~25°和大于25°。并且这4年中子洲县大于25°的坡耕地依然存在,面积都大于30 km^(2),在2021年甚至达到了44 km^(2)。需要当地政府根据耕地红线,严格执行退耕还林还草。

关键词： Sentinel-2 遥感坡耕地耕地提取水土流失

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全天空偏振模式及其影响因素初探

遥感学报 2018年第6期22卷 989-995页

作者：陈伟李延飞吴太夏关桂霞中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 北京大学空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室北京100871 北京大学遥感与地理信息研究所北京100871 河海大学地球科学与工程学院南京211100 首都师范大学信息工程学院北京100048

太阳光入射与地表、大气相互作用,会在天空中出现较为稳定的天空偏振模式图,即以太阳为中心,天空中的偏振信号呈现一定的规律分布。影响天空偏振模式图的强度及形态主要由地表反射性质、空气分子散射性质及气溶胶光学性质共同影响。本... 详细信息

太阳光入射与地表、大气相互作用,会在天空中出现较为稳定的天空偏振模式图,即以太阳为中心,天空中的偏振信号呈现一定的规律分布。影响天空偏振模式图的强度及形态主要由地表反射性质、空气分子散射性质及气溶胶光学性质共同影响。本研究利用矢量辐射传输模型,以海洋下垫面为例,在获取沙尘非球形与煤烟非球型气溶胶单次散射性质的基础上,模拟了不同气溶胶光学厚度情况下的全天空偏振模式图。结果表明,天空以太阳入射方向为中心呈现一个较为稳定的天空偏振模式图。沙尘型散射气溶胶光学厚度的增大会减弱该模式图的强度,而煤烟型吸收气溶胶光学厚度的增大会增大该模式图的强度。利用双模态(沙尘型与煤烟型混合)气溶胶模型,系统分析不同气溶胶比例情况下的天空偏振模式图,结果表明全天空偏振模式图的基本模态依旧存在,但是其强度受气溶胶模型与光学厚度双重影响。因此在利用全天空偏振模式图进行气溶胶光学性质反演时需要注意气溶胶模态信息的选择。

关键词：偏振偏振场气溶胶偏振模式图

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偏振方向反射与二向性反射定量关系研究

偏振方向反射与二向性反射定量关系研究

作者：吴太夏东北师范大学

学位级别：硕士

在利用多波段、多时相、高光谱的遥感数据来提高遥感对地物识别能力的同时,人们注意到角度信息在遥感图像识别和分类中所起的影响和贡献,即地物在2π空间上的三维光谱特征。常用两种方法用来刻画地物的角度信息,第一种是基于遥感应用的... 详细信息

在利用多波段、多时相、高光谱的遥感数据来提高遥感对地物识别能力的同时,人们注意到角度信息在遥感图像识别和分类中所起的影响和贡献,即地物在2π空间上的三维光谱特征。常用两种方法用来刻画地物的角度信息,第一种是基于遥感应用的方法,假定目标地物的反射光谱在2π空间内分布是一致的,即所谓的朗伯体,忽略地物的方向性信息;另一种方法是强调地物在不同光线入射天顶角、探测天顶角和探测方位角等角度信息,二向性反射分布函数(BRDF)就是基于这种思想发展起来的。在反射、散射和透射电磁辐射的过程中,地表或大气中的目标地物将产生与它们自身性质有关的偏振特性。偏振遥感信息在表达暗目标(或低照度)和人工建筑目标方面有更丰富的内涵,并且有着其本身的探测优势,偏振完全可以作为遥感的另一维更有价值的信息来源。多角度对地观测能获得更为详细可靠的地面目标三维空间结构参数,使定量遥感成为可能,对地物的多角度偏振信息探测成为定量遥感的一种新手段。偏振反射是伴随着目标的二向性反射而产生的,在探测目标地物的二向性反射的同时,可以通过偏振器获得目标地物偏振态的三维空间分布。本文从理论上证明了光倾斜入射到地物表面时,其反射光存在偏振现象,并进一步推导了偏振度与太阳高度角之间的函数关系,总结出其中的变化规律;并从多角度偏振遥感机理的角度出发,研究了偏振化二向性反射与二向性反射之间存在的定量关系,并从实验上验证了二向反射、45度偏振、偏振均值三者在2π空间的相应探测方位角、入射天顶角、探测天顶角以及通道上的反射比均相等,通过研究偏振方向反射与二向性反射之间的定量规律,可以为偏振遥感解译提供重要参数,对地物的精确识别和反演有重要的现实意义。根据二者的关系,本文提出一种太阳耀光剥离的新方法,从多角度遥感与偏振光遥感的角度,找出偏振特性与太阳高度角的函数关系,利用偏振方位角和偏振光在布儒斯特角时的特性对耀光进行偏振剥离,为水色遥感消除太阳耀光影响提供技术参考;然后建立了一个新的土壤偏振化二向性反射模型,即BPDF模型,以提高土壤的分类精度和反演精度。

关键词： BRDF 偏振方向性模型多角度遥感定量遥感

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垂直观测时水平粗糙地表偏振反射作用研究

红外与毫米波学报 2009年第2期28卷 151-155页

作者：吴太夏晏磊相云施健赵云升北京大学空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室北京100871 河北省气象科学研究所河北省生态环境监测实验室河北石家庄050021 东北师范大学城市与环境科学学院吉林长春130024

在利用偏振遥感对地表目标或大气进行研究时,由于大气散射光相对地表反射具有更强的偏振特性,故常认为经地气系统反射回空间的太阳辐射偏振信息主要来源于大气,而在遥感反演时常忽略地表的偏振反射作用.这个结论是基于地面目标为漫反射... 详细信息

在利用偏振遥感对地表目标或大气进行研究时,由于大气散射光相对地表反射具有更强的偏振特性,故常认为经地气系统反射回空间的太阳辐射偏振信息主要来源于大气,而在遥感反演时常忽略地表的偏振反射作用.这个结论是基于地面目标为漫反射体的假定,但事实上,在绝大多数情况下,地表并非朗伯体,在某些时候这种非朗伯体的地表偏振作用甚至超过大气的影响.本文从推导地表的偏振反射作用机理及偏振光谱解译模型出发,首次利用偏振成像光谱实验,证明了地表的偏振度在某些情况下甚至达到50%以上,说明地表的偏振作用对传感器的信号有时会有很大影响.该作用是进行定量遥感研究时不容忽视的一个重要因素.

关键词：遥感偏振成像光谱定量遥感

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单次散射条件下大气偏振中性点的特性研究

哈尔滨工程大学学报 2010年第4期31卷 503-506页

作者：关桂霞晏磊陈家斌吴太夏北京理工大学信息科学技术学院北京100081 北京大学空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室北京100871 首都师范大学信息工程学院北京100048

为了消除大气散射辐射对地物识别的影响,提高地物遥感偏振识别的精度,从平面分层大气中的辐射传输方程入手,推导单次散射时天空散射光的偏振度及偏振中性点的大小与分布,利用全天空遥感偏振测量装置对天空偏振现象进行了观测实验.测量... 详细信息

为了消除大气散射辐射对地物识别的影响,提高地物遥感偏振识别的精度,从平面分层大气中的辐射传输方程入手,推导单次散射时天空散射光的偏振度及偏振中性点的大小与分布,利用全天空遥感偏振测量装置对天空偏振现象进行了观测实验.测量结果表明,天空散射光的偏振度分布与单位体积空气散射光偏振度的分布是一致的;大气偏振中性点在距反日点角距约15°~25°的范围内变化;偏振度围绕偏振中性点有规律的分布.

关键词：偏振遥感偏振中性点大气地物识别