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基于sentinel-2卫星数据的内陆湖泊水体大气校正

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测绘通报 2021年第9期 9-14页

作者：穆超刘振宇孟丹湖北省国土测绘院湖北武汉430010 中南民族大学资源与环境学院湖北武汉430074

利用Acolite、FLAASH和C2RCC 3种大气校正算法,参考内陆湖泊历史实测遥感反射率数据,开展针对sentinel-2卫星数据的内陆湖泊水体大气校正研究。试验结果表明:在数值方面,C2RCC校正结果和实测结果位于相同数量级,Acolite和FLAASH校正结... 详细信息

利用Acolite、FLAASH和C2RCC 3种大气校正算法,参考内陆湖泊历史实测遥感反射率数据,开展针对sentinel-2卫星数据的内陆湖泊水体大气校正研究。试验结果表明:在数值方面,C2RCC校正结果和实测结果位于相同数量级,Acolite和FLAASH校正结果高估;在光谱曲线变化趋势方面,C2RCC校正结果与实测数据相近,Acolite和FLAASH校正结果存在异常,因而推荐使用C2RCC大气校正sentinel-2的内陆水体数据;如果只考虑前5个波段,Acolite校正结果的曲线趋势与实测光谱接近,由于校正结果高估,推荐使用波段比值以消除数值高估。

关键词： sentinel-2卫星内陆湖泊水体大气校正遥感反射率东湖

基于sentinel-2卫星多光谱数据的会仙喀斯特湿地植物理化参数反演研究

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湿地科学 2020年第6期18卷 693-705页

作者：蔡江涛付波霖陈铁喜耿仁方李颖何宏昌范冬林邓腾芳南京信息工程大学地理科学学院江苏南京210044 桂林理工大学测绘地理信息学院广西桂林541004 广西空间信息与测绘重点实验室广西桂林541004 南京信息工程大学遥感与测绘工程学院江苏南京210044 中国科学院湿地生态与环境重点实验室中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130102

植物是喀斯特湿地生态系统中最敏感的要素,其理化参数反映了喀斯特湿地生态系统的固碳能力和生产力水平,定量反演喀斯特湿地植物理化参数,对于揭示喀斯特湿地环境变化规律具有重要意义。以桂林会仙喀斯特国家湿地公园为研究区,利用Senti... 详细信息

植物是喀斯特湿地生态系统中最敏感的要素,其理化参数反映了喀斯特湿地生态系统的固碳能力和生产力水平,定量反演喀斯特湿地植物理化参数,对于揭示喀斯特湿地环境变化规律具有重要意义。以桂林会仙喀斯特国家湿地公园为研究区,利用sentinel-2卫星多光谱数据,定量反演典型喀斯特湿地中植物的光合有效辐射吸收率(fraction of absorbed photosynthetically active radiation,FAPAR)、植被覆盖度(fractional vegetation cover,FVC)、叶面积指数(leaf area index,LAI)、冠层叶绿素含量(canopy chlorophyll content,CCC)和冠层含水量(canopy water content,CWC)共5种参数,构建其2018年3~11月的时间序列,定量研究各种植物的5种理化参数的变化特征;同时,利用两个精度较高的植物叶面积指数经验估算公式,评估利用神经网络的简化的L2级产品原型处理器(simplified level 2 product prototype processor,SL2P)算法反演的植物叶面积指数的精度。研究结果表明,采用SL2P算法反演的喀斯特湿地中植物的理化参数的精度较高;在整个湿地和典型航摄区都发现植物的各种理化参数几乎都有在7月明显减小的现象,5~9月植物的各种理化参数多大于3~11月9个月的平均值;在植物生长期,荷花(Nelumbo nucifera)群落与芦苇(Phragmites australis)-白茅(Imperata cylindrica)群落植物的各种理化参数差异显著。SL2P算法可以用于反演喀斯特湿地植物群落的植物理化参数。sentinel-2卫星多光谱数据可以用于反演喀斯特湿地植物群落的植物理化参数方面的研究。

关键词：喀斯特湿地植物理化参数 sentinel-2卫星会仙喀斯特国家湿地公园

水盐交互效应对sentinel-2卫星光谱反射率的影响及应用

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水盐交互效应对Sentinel-2卫星光谱反射率的影响及应用

作者：杜瑞麒西北农林科技大学

学位级别：硕士

及时、准确地监测土壤盐分动态变化具有重要意义。当前利用遥感技术监测土壤盐分的研究已经取得一定进展,但精度会因植被覆盖和水盐共存而受到局限。因此,有必要研究土壤水盐与光谱之间的作用机理,为提升土壤盐分的监测精度提供策略。对... 详细信息

及时、准确地监测土壤盐分动态变化具有重要意义。当前利用遥感技术监测土壤盐分的研究已经取得一定进展,但精度会因植被覆盖和水盐共存而受到局限。因此,有必要研究土壤水盐与光谱之间的作用机理,为提升土壤盐分的监测精度提供策略。对此,本研究以河套灌区沙壕渠灌域为研究区域,于2019年4—10月收集的土壤样本为水盐数据,同步获取的sentinel-2卫星为光谱数据。对裸露土壤和植被覆盖的土壤分别构建模型来模拟光谱在不同水盐条件下的变化分布规律,分析水盐交互效应对光谱的作用机理,以此实现土壤盐分的精准监测,研究结果为光学卫星遥感监测土壤盐分提供理论依据和技术手段,希望对精准农业的发展起到促进作用,主要的研究结果如下:(1)土壤水分和盐分之间存在交互效应,并能以此方式来影响土壤光谱。与当前理论模型相比,交互模型能明显地提升光谱特征在不同水盐下分布的模拟效果,相关系数由0.14～0.44提升到0.29～0.59,均方根误差由0.032～0.082降低到0.029～0.068。这表明,在利用卫星遥感监测土壤盐分时,考虑水盐之间的交互效应能进一步提高反演精度,是实现土壤盐分精准监测的有效策略。(2)土壤水分和盐分对植被光谱分别起促进和抑制作用,并能以交互方式对植被光谱产生影响,使光谱反射率在同一土壤水分(盐分)含量下发生变化。在植被光谱的构成中,土壤水分是影响植被光谱变化的首要因素。植被覆盖程度对土壤水盐与植被光谱之间的作用机制产生影响,随着植被覆盖覆盖程度增加,植被光谱对的深层土壤的水分和盐分响应更加敏感,土壤水盐对植被光谱的变化分布规律影响减弱,土壤水分在光谱构成中的所占比例降低,土壤盐分在光谱构成中的所占比例增加。(3)基于决策树算法和机器学习模型的土壤盐分遥感反演模型可识别出土壤盐分的最佳反演深度和消除水分对光谱的干扰,从而实现土壤盐分的精准监测,模型的决定系数为0.77,均方根误差为9.43 m S/cm,相对分布误差为2.65,相对分析误差为8.99。在不同深度范围上,模型能较好地实现土壤表层(20 cm)和深层(>40～60 cm)的盐分反演,但在中层(20～40 cm)上存在一定的局限。研究结果为监测灌区内作物生育期间土壤盐分的动态变化提供了一种途径。

关键词：土壤盐分土壤水分交互效应 sentinel-2卫星河套灌区

基于多时相sentinel-2卫星影像的冬小麦面积提取

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杭州师范大学学报（自然科学版） 2024年第2期23卷 209-216页

作者：陈雨琪席瑞陈佳麒章健高国军刘海威盛莉王福民刘占宇杭州师范大学遥感与地球科学研究院浙江杭州311121 浙江大学计算机科学与技术学院浙江杭州310058 杭州市余杭区农业技术推广中心浙江杭州310023 浙江省农业科学院数字农业研究所浙江杭州310022 浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所浙江杭州310058 浙江大学生物灾害空间信息技术研究实验室浙江杭州310058

及时准确地提取冬小麦种植信息,对开展冬小麦农情遥感监测具有重要的意义.以杭州市余杭区冬小麦越冬期(2021-12-04)、扬花期(2022-04-08)和乳熟期(2022-05-03)sentinel-2遥感影像为数据源,分别采用最大似然法、支持向量机、归一化差值... 详细信息

及时准确地提取冬小麦种植信息,对开展冬小麦农情遥感监测具有重要的意义.以杭州市余杭区冬小麦越冬期(2021-12-04)、扬花期(2022-04-08)和乳熟期(2022-05-03)sentinel-2遥感影像为数据源,分别采用最大似然法、支持向量机、归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)相加和相减合成运算提取冬小麦种植面积.结合冬小麦地面调查数据与实测种植面积,对不同方法的提取结果进行精度评价.结果显示,利用越冬期影像NDVI阈值将常绿植被区(茶园、林地)掩膜处理,对非常绿植被区(建筑、水体、冬小麦)扬花期与乳熟期影像NDVI值进行和值运算,是提取余杭区冬小麦种植面积的最佳方法,面积精度为91.96%,说明基于多时相遥感影像结合植被物候特征与典型地物类型,能够实现冬小麦种植面积的高精度提取.

关键词：冬小麦 sentinel-2卫星多时相遥感影像植被分类种植面积提取

基于sentinel-2卫星的湖泊水面动态监测——以枫沙湖为例

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安徽农业科学 2022年第17期50卷 43-46,51页

作者：孙金彦董丹丹张曦王昆仑安徽省(水利部淮河水利委员会)水利科学研究院安徽合肥230088

以枫沙湖为例,研究sentinel-2卫星遥感数据在湖泊水面动态监测中的应用方法,通过采集处理2017年4月—2020年4月含云量少的70景sentinel-2卫星数据,利用改进的归一化差异水体指数,对枫沙湖水体面积进行提取,对湖泊水体面积月度、季度等... 详细信息

以枫沙湖为例,研究sentinel-2卫星遥感数据在湖泊水面动态监测中的应用方法,通过采集处理2017年4月—2020年4月含云量少的70景sentinel-2卫星数据,利用改进的归一化差异水体指数,对枫沙湖水体面积进行提取,对湖泊水体面积月度、季度等变化特征及面积变化驱动因素进行分析。结果表明,2017—2020年枫沙湖水体面积呈减少趋势,每年减少0.19 km^(2),3周年监测枫沙湖水体面积均值为16.82 km^(2),比2014年水利普查中常年水体面积大0.62 km^(2);最大水体面积为17.76 km^(2),最小水体面积为14.24 km^(2);1月份水体面积均值最小,为15.26 km^(2),7月份水体面积均值最大,为16.99 km^(2),两者相差1.73 km^(2)。

关键词：水体面积动态监测变化特征 sentinel-2卫星枫沙湖

sentinel-2多光谱卫星遥感反演植被覆盖下的土壤盐分变化

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农业工程学报 2021年第17期37卷 107-115页

作者：杜瑞麒陈俊英张智韬徐洋洋张兴殷皓原杨宁西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100

为克服植被覆盖条件下土壤盐分含量与光谱反射率之间相关性较差所带来反演精度较低的问题,该研究以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域为研究区域,利用sentinel-2卫星同步获取光谱数据,通过构建以归一化植被指数(Normalized Difference Vegetatio... 详细信息

为克服植被覆盖条件下土壤盐分含量与光谱反射率之间相关性较差所带来反演精度较低的问题,该研究以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域为研究区域,利用sentinel-2卫星同步获取光谱数据,通过构建以归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)为分支标准的盐分深度决策树确定反演土壤盐分含量的最佳深度,然后构建以NDVI和表层土壤含水率为分支标准的类别决策树,将土壤样本划分为不同类别,以此分别构建土壤盐分反演模型,并评估反演效果。研究结果表明,决策树能增强光谱反射率对土壤盐分含量的敏感性,基于随机森林(Random Forest,RF)的盐分反演模型可取得理想的反演效果,决定系数为0.70,均方根误差为0.25%,相对分布误差为0.35,相对分析误差为1.67。土壤盐分含量反演模型能较好地反演表层(20 cm)和深层(>40~60 cm)土壤盐分含量,在反演中层(20~40 cm)土壤盐分含量上存在一定局限。当地表有植被覆盖时,利用决策树可有效地提高土壤盐分含量的反演精度(与未考虑决策树相比,决定系数和相对分析误差分别提高0.32和0.80)。研究结果可为监测灌区内作物生育期间土壤盐分含量的动态变化提供方法参考。

关键词：土壤盐分遥感 sentinel-2卫星土壤水分河套灌区反演

基于sentinel-2影像与PROSAIL模型参数标定的玉米冠层LAI反演

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光谱学与光谱分析 2021年第6期41卷 1891-1897页

作者：苏伟邬佳昱王新盛谢茈萱张颖陶万成金添中国农业大学土地科学与技术学院北京100083 农业部农业灾害遥感重点实验室北京100083

叶面积指数(LAI)与植被光合作用、蒸腾作用、生物量的形成等有密切联系,是玉米长势监测、灾害胁迫监测、产量预测等重要参数之一,也是辐射传输模型、作物生长模型等机理模型的一个重要参数。sentinel-2卫星是“全球环境与安全监测”计... 详细信息

叶面积指数(LAI)与植被光合作用、蒸腾作用、生物量的形成等有密切联系,是玉米长势监测、灾害胁迫监测、产量预测等重要参数之一,也是辐射传输模型、作物生长模型等机理模型的一个重要参数。sentinel-2卫星是“全球环境与安全监测”计划的第二颗卫星,具有较高的时空分辨率,且具有红边波段,其可见光和近红外波段的分辨率为10m,是农业遥感应用的理想数据源。PROSAIL辐射传输模型是遥感反演玉米冠层LAI的有效途径,然而在反演中存在输入参数不确定性大、调参困难、病态反演、速度慢等问题。模型的参数标定能够获取观测反射率及不确定性范围内的参数取值,提供丰富准确的参数信息,降低模型反演过程中的偏差。为探索参数标定在玉米冠层LAI反演中的应用,研究以sentinel-2A卫星影像为数据源,使用马尔可夫链蒙特卡洛方法(MCMC)对PROSAIL模型进行参数标定,通过加入5%的观测光谱不确定性,获取各参数在不确定性范围内的后验取值概率分布,以优化反演过程中的参数设置,提高LAI反演精度。研究结果表明:(1)PROSAIL模型对可见光和近红外波段较为敏感的输入参数有LAI、叶片叶绿素含量及结构系数,将此三个参数作为查找表反演中的可变参数能够有效地进行LAI的反演,反演精度的决定系数达0.7以上。(2)MCMC方法能够对PROSAIL模型进行参数标定,获取研究区内玉米各参数取值分布信息,参数后验分布与实际情况接近,表明利用MCMC方法进行参数标定可行有效。(3)通过参数标定可以有效提高LAI的反演精度,在降低反演偏差和异常值方面尤为明显,参数标定优化后的反演平均偏差由原先的20%降低至8%,同时估算精度由76%提高至90%。研究结果表明:利用MCMC进行PROSAIL模型参数标定,能够提高PROSAIL模型的LAI反演精度,降低反演偏差,为利用PROSAIL辐射传输模型提高作物冠层参数反演精度提供借鉴。

关键词： sentinel-2卫星 PROSAIL辐射传输模型参数标定 LAI反演敏感性分析

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水盐交互作用对河套灌区土壤光谱特征的影响

农业工程学报 2020年第18期36卷 153-164页

作者：张智韬杜瑞麒杨帅杨宁魏广飞姚志华邱元霖西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100

为探究土壤水盐交互作用对sentinel-2卫星光谱特征的影响,该研究以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域为研究区域,分别在2018年和2019年的4—5月共采集280个裸土期表层土壤样本,测定其土壤含水率和含盐量,并获取同步的sentinel-2卫星遥感数据,构... 详细信息

为探究土壤水盐交互作用对sentinel-2卫星光谱特征的影响,该研究以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域为研究区域,分别在2018年和2019年的4—5月共采集280个裸土期表层土壤样本,测定其土壤含水率和含盐量,并获取同步的sentinel-2卫星遥感数据,构建基于土壤水盐-反射率原理的土壤光谱特征理论模型,在此基础上结合土壤水盐交互作用构建水盐交互模型,并比较2种模型对土壤光谱的模拟效果,分析土壤水盐交互作用对土壤光谱估算的影响。结果表明:1)土壤水盐交互作用对光谱的影响因波段类型和水盐含量的不同而有所不同。在可见光范围上影响相对较弱,其作用范围为-0.11~0.29;在近红外和短波红外范围上影响相对较强,其作用范围为-0.35~0.61;当水分或盐分中某个含量较高时对光谱影响较弱,在水盐含量程度相似时影响较强。2)与土壤光谱特征理论模型相比,水盐交互模型能明显地改善土壤光谱的模拟效果,能将模拟相关系数由0.14~0.44提升到0.29~0.59,均方根误差由0.032~0.082降低到0.029~0.068。该研究结果揭示了盐分和水分对光谱特征的干扰过程,为土壤盐分的估算提供策略与方法,对实现区域尺度上土壤盐分的精准监测具有一定的意义。

关键词：土壤水分盐分交互 sentinel-2卫星河套灌区光谱特征

基于sentinel-2超分辨率影像的干旱区水体提取方法

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农业机械学报 2023年第10期54卷 316-328页

作者：赵文举李聪聪马宏曾凯兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 农业农村部智慧农业节水灌溉装备重点实验室兰州730050

针对干旱区复杂环境下水体光谱特性空间差异大、水体提取方法适用性差的问题,本研究基于sentinel-2卫星多光谱数据,通过超分辨率算法重建10 m空间分辨率多光谱影像,将短波红外(Short-wave infrared,SWIR)重建波段、近红外(Near-infrared... 详细信息

针对干旱区复杂环境下水体光谱特性空间差异大、水体提取方法适用性差的问题,本研究基于sentinel-2卫星多光谱数据,通过超分辨率算法重建10 m空间分辨率多光谱影像,将短波红外(Short-wave infrared,SWIR)重建波段、近红外(Near-infrared,NIR)重建波段作为水体识别特征波段,在此基础上采用超像素分割算法识别水体像元,基于24种光谱指数、支持向量机(Support vector machine,SVM)、神经网络(Neural network,NN)、K-means共构建60种水体提取方法,采用总体精度(Overall accuracy,OA)、准确率(Precision)、F1值、马修斯相关系数(Matthews correlation coefficient,MCC)等水体提取精度指标进行综合评价,以黑河流域为典型研究区,确定干旱区最佳水体提取方法。结果表明,基于sentinel-2绿色波段(中心波长为560 nm)与超分辨率重建短波红外波段(中心波长为1610 nm)构建的改进的归一化水体指数方法,显著增强水体提取时对干旱区细小水体、阴影、云层像元识别能力,水体提取总体精度为99.81%,准确率为92.04%,F1值为88.02%,G-mean、马修斯相关系数均大于0.88,水体提取精度优于其他方法。研究结果可快速精准地提取干旱区水体,为干旱区水体应用领域提供理论支持。

关键词：干旱区水体提取 sentinel-2卫星超分辨率重建超像素分割