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水环境参数定量遥感反演空间尺度误差分析

发布时间:2019-08-27 13:14
【摘要】:对地观测技术的快速发展为水环境定量遥感监测提供了多源遥感数据的有利支撑,然而多源数据空间尺度差异引起的遥感数据和定量产品的不一致性严重制约了水环境科学研究和业务化应用。针对多源遥感数据的空间尺度转换和尺度误差问题,本文提出一种模拟遥感成像过程点扩散函数(PSF)的多源遥感数据空间尺度转换方法。以高空间分辨率GF-1卫星16m遥感数据为基础,模拟了常用的内陆水环境监测卫星Landsat TM/ETM+/OLI(30m)、Terra/Aqua MODIS(250m、500m、1000m)数据,系统研究了高动态浑浊水体(以鄱阳湖悬浮颗粒物监测为例)多源定量遥感监测的空间尺度误差,并对比分析了常用的多源数据尺度转换方法(基于遥感反射率数据平均法和基于悬浮颗粒物产品平均法)的有效性。结果表明,基于点扩散函数的空间尺度转换方法与传统方法具有较高的相关性,基于遥感反射率数据平均法的水环境定量遥感产品的误差水平低于基于悬浮颗粒物产品平均法;相对于南海等相对平稳水体的低空间尺度误差水平(0.5%),在高动态浑浊的内陆或近岸水环境遥感监测中,由空间尺度变化引起的产品误差可达±5%左右。因此,在高精度水环境定量遥感发展应用的需求和多源多尺度遥感数据协同的背景下,本文研究对于提高多源遥感监测产品的一致性和应用能力具有重要理论和现实意义。
【图文】:

示意图,尺度转换,点扩散函数,原理


果比较一致,其误差绝对值的平均值均小于0.2%,并且误差水平随空间尺度下降而变化的趋势不明显,只有在空间分辨率降低到992m的时候,空间尺度误差才由较稳定的0.05%升高到0.12%。相比以鄱阳湖为典型代表的近岸/内陆高动态浑浊水体,在本文研究的空间尺度变化范围内,由尺度差异引起的水环境定量产品差异在南海等平静清洁海水区域可以忽略不计。而对于鄱阳湖等浑浊水体,由于其较活跃的水环境特性,空间尺度变化引起的产品误差可能超过±5%,最大可达到±10%左右。图1基于点扩散函数(PSF)的尺度转换原理示意图Fig.1SchematicdiagramofPoint-Spread-Function(PSF)basedspatialscaletransformation482

误差趋势,悬浮颗粒物,平均法,像元


第4期李建,等:水环境参数定量遥感反演空间尺度误差分析图5基于遥感反射率数据(PSF-RRS)和基于悬浮颗粒物产品(PSF-TSS)像元平均法误差趋势图Fig.5InfluenceofspatialscalesonerrordistributionbetweenPixelreflectanceaveraged(PSF-RRS)andPixelTSSaveraged(PSF-TSS)basedspatialscaletransformationmethods5结论利用基于点扩散函数PSF的空间尺度转换方法可以更真实地描述高空间分辨率到低空间分辨率遥感数据的成像过程的优点,采用理论PSF模型为基准,对比分析了水环境定量遥感多空间尺度转换方法的精度。在近岸/内陆水环境监测中,基于遥感反射率数据(PSF-RRS)的空间像元平均法得到水环境遥感产品的误差水平整体要小于基于悬浮颗粒物产品(PSF-TSS)的像元平均法。在相对稳定的南海区域,由尺度差异引起的水环境定量产品差异较小,而在高动态活跃的水环境监测中,由空间尺度变化引起的产品误差可能超过±5%。因此,在高精度水环境定量遥感发展应用的需求,,以及多源多空间尺度遥感数据综合应用的背景下,本文关于空间尺度及尺度误差问题的研究具有重要理论和现实意义。参考文献:[1]杨桂山,翁立达,李利锋.长江保护与发展报告2007[M].武汉:长江出版社,2007.YANGGuishan,WENGLida,LILifeng.YangtzeConserva-tionandDevelopmentReport:2
【作者单位】: 武汉大学遥感信息工程学院 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室
【基金】:国家自然科学基金(41571344;41331174;41071261) 测绘地理信息公益性行业科研专项项目(201512026) 湖北省自然科学基金面上项目(2016CFB244) 测绘遥感信息工程重点实验室开放基金(1501) 中央高校基本科研业务费专项资金(2042016kf0053) 中国博士后科学基金 高分辨率对地观测系统重大专项(41-Y20A31-9003-15/17) 地理国情监测国家测绘地理信息局重点实验室基金~~
【分类号】:X87

【参考文献】

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本文编号:2529793

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