北冰洋卫星水色遥感观测能力评价与展望

卫星水色遥感是研究北冰洋海洋生态系统及其气候变化响应的重要技术手段.本文从北冰洋卫星水色遥感产品的时空覆盖及其制约因素分析入手,通过剖析北冰洋遥感反射率、叶绿素a浓度、初级生产力等卫星关键水色产品的定量化水平及不确定性来源,凝练了未来需突破的若干关键技术.(1)7～8月是一年之中北冰洋卫星水色遥感产品空间覆盖率最高的时...     

基于深度学习的GF-1卫星WFV影像赤潮探测方法

赤潮是我国主要的海洋生态灾害,有效监测赤潮的发生和空间分布对于赤潮的防治具有重要意义。传统的赤潮监测以低空间分辨率的水色卫星为主,但是其对于频发的小规模赤潮存在监控盲区。GF-1卫星WFV影像具有空间分辨率高、成像幅宽大和重访周期短等优点,在小规模赤潮监测中表现出较大的潜力。然而,GF-1卫星WFV影像的光谱分辨率较低,波段少,传统面向水色卫星的赤潮探测方法无法应用于GF-1卫星WFV数据。而且赤潮具有形态多变、尺度不一的特点,难以精确提取。基于此,本文提出了一种面向GF-1卫星WFV影像的尺度自适应赤潮探测网络（SARTNet）。该网络采用双层主干结构以融合赤潮水体的形状特征与细节特征,并引入注意力机制挖掘不同尺度赤潮特征之间的相关性,提高网络对复杂分布赤潮的探测能力。实验结果表明,SARTNet赤潮探测精度优于现有方法,F1分数达到0.89以上,对不同尺度的赤潮漏提和误提较少,且受环境因素的影响较小。     

基于子空间划分和耀斑抑制的赤潮高光谱高精度快速检测研究

高光谱数据波段多、数据量大,波段间存在信息冗余,影响了赤潮高光谱遥感检测速度。又由于海面太阳耀斑的存在,导致高光谱图像耀斑区的光谱反射远大于周边水体的离水辐亮度,严重影响了赤潮高光谱遥感检测精度。文中提出了互信息子空间划分结合最大信息熵的特征波段提取方法 ME,并与MP、CE和CP 3种方法进行对比分析,采用了3种滤波方法和6个滤波窗口进行耀斑抑制,探讨耀斑对赤潮高光谱遥感检测精度的影响。结果表明:提出的ME方法不仅具有良好的保谱性质,而且在保持原有赤潮检测精度的基础上,相较于原始全波段高光谱数据减少了近一半的检测时间;7×7滤波窗口的Median滤波方法对应的赤潮检测精度最高,达到了96.25%,相比未经滤波高光谱图像的检测精度提高了6.33%。因此,基于子空间划分的特征波段提取和耀斑抑制可实现赤潮高光谱高精度快速检测。     

1973 年以来射阳河口附近海岸蚀淤变化遥感分析

以射阳河口北部扁担港口和射阳河口南部斗龙港口之间的海岸作为研究区,基于1973,1987,2000和2013年四期Landsat影像提取了该岸段岸线,并进行了时空变化分析。结果表明,射阳河口以北的扁担港口—射阳河口岸段仍处于侵蚀状态,呈现侵蚀—淤积—缓慢侵蚀的变化格局,40 a间侵蚀面积为12.6 km2,淤积面积为1.0 km2;射阳河口以南的射阳河口—斗龙港口岸段处于淤积的态势,呈现淤积—快速淤积—缓慢淤积的格局,40 a间淤积的面积为223.1 km2,仅在2000~2013年间该岸段北部出现了侵蚀。结论是虽然射阳河口以南岸段仍总体处于淤积的过程中,但是近年来江苏海岸的侵蚀范围已经扩展到了射阳河口以南,这证明了江苏海岸侵蚀岸段有进一步扩大的趋势。     

近30年来湄洲湾海岸线变迁遥感监测与分析

以Landsat MSS,TM,ETM+影像为数据源,利用目视解译方法提取了1983年、1993年、2001年和2010年湄洲湾四期海岸线。利用基线法和面积法对湄洲湾的海岸线变迁情况进行了分析,并计算了反映岸线曲折度的岸线曲率。结果表明:近30a来湄洲湾海岸线整体一直处于向海增长态势,海岸线整体曲折度增大,海湾面积在减少,减少了70km2。海岸线长度整体处于增加态势,增加了2.99km,这主要由围填海养殖和港口建设引起。其中2001-2010年湄洲湾海岸线变迁最剧烈,向海增长最大距离为3 406m,陆地面积净增51.74km2,主要由外走马埭围垦、斗尾港区建设和养殖池塘的围填引起;1993-2001年变迁最缓和,向海增长最大距离为2 123m,陆地面积净增5.52km2,主要由养殖池塘围填引起;1983-2010年海岸线曲率分布中值在增大,得出整体曲折度在增大,主要原因是养殖池塘围填和港口建设。     

资源三号影像质量评价及海岸带地物识别能力分析

为了检验资源三号(ZY-3)影像质量,利用印度的IRS P5和德国的RapidEye影像,采用主观和客观评价相结合的评价方法,对ZY-3传感器校正产品进行了质量评价。主观评价结果表明,ZY-3影像表观质量优于IRS P5和RapidEye影像,地物的纹理、边界更加清晰,影像所反映的细节信息更加丰富,在海岸带地物识别方面表现更好。在客观评价方面:ZY-3全色影像灰度动态范围和信息熵等指标均优于IRS P5影像;ZY-3多光谱影像的灰度范围和信息熵等指标与RapidEye影像相比稍差,但各波段之间的独立性要优于RapidEye影像。总的来说,ZY-3影像成像质量较高,海岸带地物识别能力强,在海岸带遥感研究与应用领域具有巨大潜力。     

基于光谱特征的HY-1C/D卫星赤潮探测方法以红夜光藻为例

红夜光藻是我国主要的赤潮优势种,在渤海、黄海、东海和南海均有发生。近年来,红夜光藻赤潮发生频率明显上升,监测需求迫切。但红夜光藻赤潮发生具有分布范围广、变化速度快、多呈条带状分布的特点,其探测对卫星影像空间分辨率、覆盖范围和重访周期要求高。虽然水色卫星在赤潮监测中发挥了重要作用,但其空间分辨率低,无法准确探测条带状分布的红夜光藻赤潮。海洋一号C、D（HY-1C/D）卫星搭载的海岸带成像仪（Coastal Zone Imager,CZI）以其高空间分辨率、大幅宽和短重访周期的优势,被越来越多地用于赤潮监测。现有的红夜光藻赤潮HY-1C/D CZI探测模型大多基于深度学习方法,需要大量赤潮样本,但赤潮样本获取困难,影响模型的精度。因此,本文以2022年3月发生在广东省汕尾市红海湾的红夜光藻赤潮为例,分析了红夜光藻赤潮光谱特征,基于红夜光藻赤潮在红光和近红外波段的高反射特性和浑浊水体在绿光波段的高反射特性,构建了一个面向HY-1C/D CZI的红夜光藻赤潮探测方法。实验结果表明,该方法可以有效地探测赤潮,并避免浑浊水体的干扰,精确率和F1-Score达到89.72%和0.90。而且,该方法具有较好的适用性,可适用于不同海洋环境、不同宽波段卫星传感器的红夜光藻赤潮探测。     

ZY-3影像在我国海岸带区域的定位精度评价

以我国海岸带为研究对象,从北往南依次选取了覆盖山东青岛、江苏盐城和浙江温州海岸带的6景资源三号(ZY-3)传感器校正产品,利用实测像控点开展了影像自主定位精度评价,并将其结果与覆盖相同区域的SPOT5影像进行了比较。在此基础上,利用实测地面控制点和国家1∶5万比例尺DEM产品对覆盖青岛和温州的全色影像进行了正射校正实验,分析控制点数量与分布对校正精度的影响。研究发现:在无控制点情况下,ZY-3全色影像的平面校正精度平均为19.6 m,多光谱影像的平面校正精度为23.0 m,均优于SPOT5卫星影像的校正精度;用1个角点作为控制点,可达到优于2个像元的校正精度,用4个角点作为控制点,校正精度在1个像元左右;以向陆一侧的2个角点作为控制点,可达到优于3 m的校正精度,但采用3个控制点时,校正精度较低,特别是向海一侧影像的校正精度更低。上述研究结果表明,ZY-3影像在少量控制点下即可达到较高的校正精度,能够满足海岸带遥感调查工作的精度要求。     

三沙湾30余年来围填海遥感监测与分析

环三沙湾区域是海峡西岸经济区重要组成部分,经济发展迅速,围填海活动频繁。为了全面摸清三沙湾围填海状况,以美国Landsat系列卫星影像为数据源,采用人机交互的方式提取了1982—1991年、1991—2001年和2001一2013年间的围填海信息,并进行了时空变化分析。结果表明:研究区30余年来围填海活动频繁,围填海总面积为16 122.99 hm~2,围填海利用类型以水产养殖为主;三个时间段中,1991—2001年间围填海面积最大,为9 950.53 hm~2;空间分布上,三沙湾沿岸围填海主要分布在宁德市,其中福安市围填海面积最大。结合相关资料分析发现,研究区围填海变迁与当地的经济发展历程一致。     

中高空间分辨率宽波段光学卫星传感器参数赤潮探测影响研究

中高空间分辨率宽波段光学卫星已成为赤潮监测的主要数据源,但与水色卫星传感器不同,中高空间分辨率卫星传感器主要面向陆地应用,其波段数量少、宽度大,由此对赤潮探测带来的影响尚待研究。为此,本文基于不同优势种赤潮实测高光谱数据、时空同步的GF-1 WFV2、GF-1 WFV3传感器影像、Sentinel-2A MSI传感器影像及GF-6 WFV传感器影像,探究了波段设置、光谱响应函数、信噪比及空间分辨率对赤潮探测的影响,并分析了红边波段赤潮探测优势。结果表明：波段设置对赤潮探测影响大,特别是红光波段和红边波段的中心波长和波段宽度;波段设置相同的情况下,赤潮探测精度受光谱响应函数的影响大,受信噪比的影响较小;空间分辨率对赤潮探测的影响较大,空间分辨率的提升有助于提高赤潮探测的精度。红边波段赤潮探测实验表明,较之红光波段,基于红边波段的赤潮探测具有明显的优势,平均F1-Score提高了11%。本文的研究结果一方面可为赤潮中高空间分辨率卫星探测的数据选取提供理论依据,另一方面可为中高空间分辨率卫星传感器的设计提供参考。