基于稳定目标场的高分一号卫星时间序列交叉定标研究
发布时间：2021-08-30 19:58
辐射定标是定量遥感的前提,其精度直接影响遥感数据定量应用的可靠性和准确性。研究者们提出了多种在轨辐射定标方法,包括星上定标、场地定标、交叉定标和场景定标,其中交叉定标的精度可以接近场地定标方法,同时具有更高的校准频率和更低的校准成本,还可用于历史图像的定标。理想的辐射定标场是实现在轨辐射定标的基础,当前我国主要利用敦煌国家辐射定标场进行在轨辐射定标,但敦煌国家辐射定标场受周边太阳能板的影响大,地表破坏日益严重,迫切需要开展新定标场地的选址与评估。高分一号卫星发射以来,主要以场地定标为主,定标频次较少,缺少卫星传感器的时间序列研究,对卫星传感器的衰减情况了解不足,且缺乏多场地定标结果的相互验证。针对以上内容,本文通过分析定标场地的选址要求,确定了敦煌国家场、敦煌新场、大灶火东、大灶火西四个稳定目标场地,并进行场地的地表和大气特性评价。以Landsat8 OLI为参考传感器,GF1 WFV1-4为待定标传感器,获取了2013-2019年长时间序列的影像数据。利用光谱匹配因子校正的方法,对确定好的影像对进行交叉定标,得到时间序列的定标结果,构建卫星传感器的衰减模型,并与中国资源卫星应用中心发...
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各定标场地的位置
桂林理工大学硕士学位论文9图2.1各定标场地的位置红色：敦煌国家场；黄色：敦煌新场；蓝色：大灶火东；绿色：大灶火西2.2稳定目标场地的地表和大气特性评价辐射定标场地的选择是在轨替代定标的关键环节，辐射定标场地的特征直接影响辐射定标的精度。为了减小在轨定标过程中各环节的不确定性，需要从场地的地表特性和大气特性等多个方面进行考虑[78]。场地地表特性包括场地空间均匀性、辐射稳定性、光谱特性和地表方向特性等，场地大气特性包括场地水汽含量、晴天数等。辐射定标场的选址原则及场地特性评价指标如下：2.2.1地表特性评价（1）空间均匀性空间均匀性好的试验场，不仅可以满足不同空间分辨率卫星定标的需要，减少配准不佳的影响，还可以减少地面测量仪器带来的混合像元误差的影响。选择试验区域的高分卫星全色影像，用场地灰度值的变异系数（CV=标准差/均值）来评价均匀性。获取每个场地的一幅无云影像数据，以场地经纬度为中心点，把场地分成100m×100m，500m×500m，1km×1km和5km×5km的大小，计算其灰度值的变异系数，如表2.1所示。表2.1场地空间均匀性场地变异系数%卫星传感器影像时间100m×100m500m×500m1km×1km5km×5km敦煌国家场0.65530.61891.43326.4033GF1B_PMS20190814敦煌新场0.61760.80861.00561.6654GF1B_PMS20190814大灶火东0.45170.97611.03081.7289GF1_PMS220190814大灶火西0.69630.98430.97871.2650GF1_PMS120190814图2.2太阳能发电站位置
桂林理工大学硕士学位论文10场地空间均匀性计算结果表明，当场地面积小于5km×5km时，各场地的变异系数均小于1.5%；当场地面积为5km×5km时，敦煌国家场的变异系数最大可达到6.4%，这是由于敦煌国家场附近的太阳能发电站（如图2.2中的黑色方框所示）所导致的变异系数偏高。总体来说，敦煌新尝大灶火东和大灶火西的变异系数与敦煌国家场相差较小，均具有较好的空间均匀性。（2）辐射稳定性试验场的地表应尽可能均匀，通常要求试验场无植被覆盖，例如沙漠、戈壁等。利用时间序列Landsat8卫星影像，计算不同时相表观反射率，实现辐射稳定性评价。在2013-2019年间，每个季度选取一景Landsat8的四个波段（波段2-5）影像，以场地经纬度为中心点，场地大小为600m×600m，对应Landsat8卫星影像的20*20个像元，对场地辐射稳定性进行评价。首先，根据经纬度确定Landsat8影像，计算出对应场地的平均灰度值；然后，根据各波段辐射定标系数，计算出对应的表观辐亮度；再根据太阳天顶角和各波段太阳等效辐照度，利用公式（2.1）得到各波段的表观反射率，具体结果如图2.3和表2.2所示。0,iiisLE（2.1）其中，i为第i波段的表观反射率；Li为第i波段的表观辐亮度，由定标系数计算得到，即LiDNigainoffset，DNi为第i波段平均灰度值，gain和offset为定标系数的增益和偏置，来自中国资源卫星应用中心官方网站。E0,i为第i波段大气层外等效辐照度，s为太阳天顶角余弦值。图2.3各场地的表观反射率（a）敦煌国家场（b）敦煌新场（c）大灶火东（d）大灶火西
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于高分一号对资源三号卫星交叉定标的研究[J]. 张天霖,付兴科,唐洪钊. 测绘科学. 2019(10)
[2]“委遥二号”卫星长波红外通道在轨辐射定标[J]. 刘莉,陈林,徐寒列,胡秀清,张正慧,汪红强. 航天返回与遥感. 2019(03)
[3]GF-4可见光及近红外谱段的辐射定标[J]. 钟雯娇,谢勇,宦海,杨邦会,丁闯,田传阳. 现代电子技术. 2019(08)
[4]基于Metop-B/GOME-2的TG-2/MAI可见光通道交叉定标[J]. 郭俊杰,姚志刚,韩志刚,赵增亮,严卫. 光谱学与光谱分析. 2019(01)
[5]天绘一号卫星相机的辐射交叉定标研究[J]. 窦乃英,丛琳,黄令勇. 地理空间信息. 2018(11)
[6]高分一号宽视场成像仪多场地高频次辐射定标[J]. 韦玮,张艳娜,张孟,赵春艳,李新,郑小兵. 光子学报. 2018(02)
[7]光谱匹配因子对GF-1/WFV时间序列交叉定标的影响分析[J]. 周珂,刘李,余涛,顾行发,郑逢斌,臧文乾. 光谱学与光谱分析. 2017(12)
[8]Landsat 5 TM、Landsat 7 ETM+及Landsat 8 OLI交叉定标研究[J]. 邵琦,王思懿,杨春熙,张雪红. 产业与科技论坛. 2017(17)
[9]针对GF-1遥感影像的基于影像与基于辐射传输模型的两种交叉定标方法比较[J]. 李娟,冯炼,庞小平. 测绘学报. 2017(07)
[10]基于深度学习的在轨辐射定标方法研究[J]. 刘李,高海亮,潘志强,傅俏燕,顾行发. 航天返回与遥感. 2017(02)
博士论文
[1]全球定标场反射率特性分析与高频次定标应用[D]. 赵春艳.中国科学技术大学 2019
[2]基于全球定标场网的卫星遥感器长时间序列定标方法研究[D]. 韦玮.中国科学技术大学 2017
硕士论文
[1]高分一号宽幅多光谱时间序列定标[D]. 丁闯.南京信息工程大学 2019
[2]资源三号卫星多光谱相机交叉定标研究[D]. 张艳秋.长安大学 2014
本文编号：3373407
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各定标场地的位置
桂林理工大学硕士学位论文9图2.1各定标场地的位置红色：敦煌国家场；黄色：敦煌新场；蓝色：大灶火东；绿色：大灶火西2.2稳定目标场地的地表和大气特性评价辐射定标场地的选择是在轨替代定标的关键环节，辐射定标场地的特征直接影响辐射定标的精度。为了减小在轨定标过程中各环节的不确定性，需要从场地的地表特性和大气特性等多个方面进行考虑[78]。场地地表特性包括场地空间均匀性、辐射稳定性、光谱特性和地表方向特性等，场地大气特性包括场地水汽含量、晴天数等。辐射定标场的选址原则及场地特性评价指标如下：2.2.1地表特性评价（1）空间均匀性空间均匀性好的试验场，不仅可以满足不同空间分辨率卫星定标的需要，减少配准不佳的影响，还可以减少地面测量仪器带来的混合像元误差的影响。选择试验区域的高分卫星全色影像，用场地灰度值的变异系数（CV=标准差/均值）来评价均匀性。获取每个场地的一幅无云影像数据，以场地经纬度为中心点，把场地分成100m×100m，500m×500m，1km×1km和5km×5km的大小，计算其灰度值的变异系数，如表2.1所示。表2.1场地空间均匀性场地变异系数%卫星传感器影像时间100m×100m500m×500m1km×1km5km×5km敦煌国家场0.65530.61891.43326.4033GF1B_PMS20190814敦煌新场0.61760.80861.00561.6654GF1B_PMS20190814大灶火东0.45170.97611.03081.7289GF1_PMS220190814大灶火西0.69630.98430.97871.2650GF1_PMS120190814图2.2太阳能发电站位置
桂林理工大学硕士学位论文10场地空间均匀性计算结果表明，当场地面积小于5km×5km时，各场地的变异系数均小于1.5%；当场地面积为5km×5km时，敦煌国家场的变异系数最大可达到6.4%，这是由于敦煌国家场附近的太阳能发电站（如图2.2中的黑色方框所示）所导致的变异系数偏高。总体来说，敦煌新尝大灶火东和大灶火西的变异系数与敦煌国家场相差较小，均具有较好的空间均匀性。（2）辐射稳定性试验场的地表应尽可能均匀，通常要求试验场无植被覆盖，例如沙漠、戈壁等。利用时间序列Landsat8卫星影像，计算不同时相表观反射率，实现辐射稳定性评价。在2013-2019年间，每个季度选取一景Landsat8的四个波段（波段2-5）影像，以场地经纬度为中心点，场地大小为600m×600m，对应Landsat8卫星影像的20*20个像元，对场地辐射稳定性进行评价。首先，根据经纬度确定Landsat8影像，计算出对应场地的平均灰度值；然后，根据各波段辐射定标系数，计算出对应的表观辐亮度；再根据太阳天顶角和各波段太阳等效辐照度，利用公式（2.1）得到各波段的表观反射率，具体结果如图2.3和表2.2所示。0,iiisLE（2.1）其中，i为第i波段的表观反射率；Li为第i波段的表观辐亮度，由定标系数计算得到，即LiDNigainoffset，DNi为第i波段平均灰度值，gain和offset为定标系数的增益和偏置，来自中国资源卫星应用中心官方网站。E0,i为第i波段大气层外等效辐照度，s为太阳天顶角余弦值。图2.3各场地的表观反射率（a）敦煌国家场（b）敦煌新场（c）大灶火东（d）大灶火西
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于高分一号对资源三号卫星交叉定标的研究[J]. 张天霖,付兴科,唐洪钊. 测绘科学. 2019(10)
[2]“委遥二号”卫星长波红外通道在轨辐射定标[J]. 刘莉,陈林,徐寒列,胡秀清,张正慧,汪红强. 航天返回与遥感. 2019(03)
[3]GF-4可见光及近红外谱段的辐射定标[J]. 钟雯娇,谢勇,宦海,杨邦会,丁闯,田传阳. 现代电子技术. 2019(08)
[4]基于Metop-B/GOME-2的TG-2/MAI可见光通道交叉定标[J]. 郭俊杰,姚志刚,韩志刚,赵增亮,严卫. 光谱学与光谱分析. 2019(01)
[5]天绘一号卫星相机的辐射交叉定标研究[J]. 窦乃英,丛琳,黄令勇. 地理空间信息. 2018(11)
[6]高分一号宽视场成像仪多场地高频次辐射定标[J]. 韦玮,张艳娜,张孟,赵春艳,李新,郑小兵. 光子学报. 2018(02)
[7]光谱匹配因子对GF-1/WFV时间序列交叉定标的影响分析[J]. 周珂,刘李,余涛,顾行发,郑逢斌,臧文乾. 光谱学与光谱分析. 2017(12)
[8]Landsat 5 TM、Landsat 7 ETM+及Landsat 8 OLI交叉定标研究[J]. 邵琦,王思懿,杨春熙,张雪红. 产业与科技论坛. 2017(17)
[9]针对GF-1遥感影像的基于影像与基于辐射传输模型的两种交叉定标方法比较[J]. 李娟,冯炼,庞小平. 测绘学报. 2017(07)
[10]基于深度学习的在轨辐射定标方法研究[J]. 刘李,高海亮,潘志强,傅俏燕,顾行发. 航天返回与遥感. 2017(02)
博士论文
[1]全球定标场反射率特性分析与高频次定标应用[D]. 赵春艳.中国科学技术大学 2019
[2]基于全球定标场网的卫星遥感器长时间序列定标方法研究[D]. 韦玮.中国科学技术大学 2017
硕士论文
[1]高分一号宽幅多光谱时间序列定标[D]. 丁闯.南京信息工程大学 2019
[2]资源三号卫星多光谱相机交叉定标研究[D]. 张艳秋.长安大学 2014
本文编号：3373407
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