地表参数的多源遥感信息综合定量反演

谢
谢
THANKS
原 始 图 像 高 云 检 测 薄 云 和 云 的 边 缘
云 检 测
可 见 光 通 道 检 测
低 云 检 测
最 终 检 测 结 果
使用云雪辐射差异指数解决了可见光检测中云和雪及其它亮度较大 的地表的区分问题，以及红外通道中低云和温度较低的地表的区分。
大 气 参 数 反 演
系统能够反演气溶胶光学厚度与大气水汽含量，并利用它们，使 用6S模型进行大气纠正。
7月11日MODIS-1km图像 提取的棉花旱情分布图
3. 面临的机遇与挑战
我国已启动科技共享大平台建设，卫星遥感数据的共享是其重要内容，不但 数据要有效共享，更需要遥感信息资源的共享，目前缺乏综合遥感信息定量 处理平台。




我国农业、林业、大气、海洋、资源、环境等领域对遥感定量应用的需 求也越来越迫切； 遥感逐步从定性向定量发展，而定量遥感则以地表参数的定量遥感反演 为核心； 单一遥感传感器总是面临遥感信息量不足的问题，反演的定量遥感数据 产品精度、时间频度不能满足应用的需求。 目前地表参数的反演通常是单一传感器数据多天数据构成的数据集，但 地表信息随时间是变化的，多天数据组合对特定目标并不适合；多传感 器构成的数据集并未真正应用。 目前国内外的商业遥感图像处理软件系统，没有遥感定量反演地表参数 的功能。
地表参数的定量遥感反演结果展示
两个热点与叶绿素没有明 显的相关关系 MODIS Aqua星2005.01.13
MODIS海洋产品：海面温度与叶绿素产品
地表参数的定量遥感反演结果展 示
MODIS陆地产品：叶面积指数
地表参数的定量遥感反演结果展 示
VEGETATION全球变化产品
地表参数的定量遥感反演结果展示
地表参数的定量遥感反演结果展示
ATSR的多年SST产品
地表参数的定量遥感反演结果展示
通过ATSR海温产品对EI Nino的观测
地表参数的定量遥感反演结果展示
睛空总的大气水汽含量图 2002.11-2003.6
汽溶胶光学厚度图 2002.11-2003.6
云量图 2002.11-2003.6
MODIS 大气产品
2003年10月18日江西干烟洲地区森林表面日累积实 际蒸散量(左图)和潜在蒸散量(右图)。（单位：mm)
12
10
Calculated Observed
NPP(gc/m day)
8
-2
6
4
2
0 0 50 100 150 200 250 300 350 400
天 数 /Days in 2003
2003年8月27日华北平原玉 米的NPP分布图
遥感反演系统RSIS1.0

软件界面
► 软件功能
数据预处理 几何纠正 大气纠正 。。。
大气参数反演
云检测
水汽反演
气溶胶反演
。。。
地表参数反演
反照率反演
地表温度反演
叶面积指数反演
。。。
应用产品
PAR
地表蒸散
NPP
。。。
针对高云、低云、薄云和厚云以及云的中心和边缘地带分别使用不同 的方法进行检测。检测中合理设置了基于MODIS图像的阈值。

美国EOS计划（发展为ESE计划） 欧空局的卫星计划－Living Planet计划 全球综合对地观测系统GOESS

我国的气象、海洋、资源、环境减灾、小卫星计划 高分辨率对地观测专项
目前国内外定量遥感已经取得很大进展，地表参数遥感 反演产品与传感器有关，很多传感器都有自己的产品体系。
以EOS/MODIS为主要遥感数据源，以1公里尺度地表参数 定量遥感产品为目标，开发“RSIS遥感反演系统（1.0）”， 2003年进行软件产权登记，在科技部2003年遥感软件评测中被 评为“优秀软件”，目前国内用户40余家。功能包括：





数据管理模块：实现对数据组织管理，以及数据的导入 导出。 数据预处理模块:去云处理、辐射纠正、大气纠正、几何 纠正与图像匹配等功能。 大气气溶胶与大气水汽含量反演模块 地表二向反射率与地表反照率反演模块 植被指数提取、叶面积指数反演模块 地表发射率与温度反演 FPAR、NPP的遥感定量估算 地表感热通量与地表蒸散遥感定量估算 土地覆盖信息综合提取模块

多星对地立体观测体系已经形成
Terra Aqua FY-1 ERS-1
开发具有多星多源遥感数据综合定量反演能力的软件平台
4.多星多源遥感综合反演技术
为克服单一遥感传感器遥感反演难以克 服的信息量不足、反演精度不能满足要求的 缺点，通过多星多源遥感数据构成多角度遥 感数据集，实现关键地表参数的遥感综合定 量反演，提高遥感定量反演的精度和数据产 品的质量； 系统开发、应用与产业化前景。
2003年10月中下旬同一地区14、16、18日蓝光波段的光学厚度
通过反演结果可以大致看出，12日降雨过后，随时间气溶胶光学厚度 逐渐增加。通过与实测数据比较，发现反演结果与实测数据基本一致。
地 表 反 照 率 反 演
通过16天经过配准的7个通道的反射率数据以及土地覆盖类型 数据、先验知识库和核函数积分查找表，生成为7通道的反射率中 间产品和全波段反照率产品。
地表温度的反演
针对不同的地表条件、大气条件和不同的观测角度，通过分裂 窗算法实现地表温度的反演。
20000 18000 16000 14000
样 12000 点 10000 数
8000 6000 4000 2000 0 -4 -2 0 2 4
差值（K）
RSIS结果
N源自文库SA产品
差值的直方图
2001年9月18日
（2）典型地物的多角度遥感信息模型库的扩充
扩充已有的典型地物模型库，继续收集 土壤、典型植被（农作物、草地、森林）等 地面目标的多尺度二向反射（BRDF）和方 向性辐射模型和大气辐射传输模型，在对比 研究的基础上，进行适应性分析和评级，建 立模型库
（3）关键地表参数的多星多源遥感综合反演技术与方法
MISR产品：LAI,FPAR,NDVI,OPTICAL DEPTH
2. “遥感反演系统”研究进展
“遥感反演系统”主要在863课题“对地观测系统 技术”支持下，由中科院遥感所与北京师范大学联合 开发完成。它是以MODIS 数据为主要遥感数据源，具 有数据管理、图像预处理以及多种参数定量反演的功 能。 针对中国区域性特点 多年研究的成果总结 后期研究发展的平台 满足用户的需求
地表土地覆盖/土地利用及变化监测 大气汽溶胶与大气水汽含量 大气衡量气体/污染气体遥感反演:NO2, O3, SO2 水质参数遥感反演：叶绿素、泥沙、黄色物质 地表二向反射率与地表反照率 植被指数、植被叶面积指数 地表温度、地表发射率 土壤含水量 植被生物量/净初级生产力 感热通量/地表蒸散 ……
NPP遥感模型估算结果和千 烟洲通量塔观测结果比较
红外沙尘暴监测(白天)
28 Terra at 11:17on Apr. 28
Aqua at 12:53 on Apr. 28
红外沙尘暴监测(晚上)
Terra at 22:21 on Apr. 28
Aqua at 2:31 on Apr. 29
7月11日MODIS-1km图 像提取的棉花长势图
使用RSIS软件反演的温度（右边）与MODIS温度产品（左边） 的对比，结果明显改进。
除传统的生成NDVI、EVI以及SAVI，系统针对不同的下界面条件选择 不同的植被反射模型进行叶面积指数的遥感反演。
植 被 指 数 与 叶 面 积 指 数
TM图像 （红框为第三个实验点区域 ）
8月11日 混合像元反演精度 72% 8月31日 62% 9月13日 73%
地表参数的多源遥感综合反演
柳钦火 遥感科学国家重点实验室 中国科学院遥感应用研究所 2006.9.6
报告提纲
1. 2.
3.
4.
地表参数遥感反演研究国内外现状 “遥感反演系统”研究进展 面临的机遇与挑战 多星多源遥感综合反演技术平台
1. 地表参数遥感反演研究国内外现状
对地观测，即earth observing起源于八十年代中期美国空间站对地 观测系统（EOS）。 目前较大的卫星计划主要有：
（1）多星多源遥感数据集的构建 为开展多星多源遥感综合反演技术研究，主要选择各种相 近分辨率的遥感数据源，如： 风云气象卫星 海洋卫星 资源卫星 科技部小卫星 环境减灾小卫星星座 以及国际新型传感器 EOS/MODIS， NOAA/AVHRR, SPOT/VEGETATION NPOESS、NPP EnviSat
RSIS结果
NASA产品
黑半球第一波段MODIS反照率
0-0.01 0.01-0.03 0.03-0.06 0.06-0.09 0.09-0.1 0.1-1.0 >1.0反演失 败
黑半球第一波段反照率差值图
差值直方图
从反演失败像元看，NASA 产品反演结果失败像元有8096个， 占总像元数的4.6%，而我们的反演结果没有失败像元。

（4）多星多源遥感数据综合反演原型系统设计 与开发

多星遥感数据综合预处理模块 我国主要卫星遥感数据预处理 国际已有主要卫星遥感数据预处理 未来的国内外卫星遥感数据预处理


算法与模型库
典型地表参数遥感综合反演模块 我国典型卫星遥感传感器的地表参数定量反演 多星多源遥感数据综合反演 遥感反演地表参数与应用模型的同化
2001年4月3日至5月19日LAI
经TM纠正的纯像元 反演精度
92%
93%
90%
由右图可知，随着时间的推移，叶面积指数在不断的 增大。同时通过验证，反演结果与实测数据基本一致。
除参数反演的功能，系统结合气象数据，能够生成光合有效辐 射（PAR）、地表蒸散以及净初级生产力（NPP）等专题产品。
专 题 产 品