基于中分辨率卫星遥感数据的旱情监测技术研究
基于Sentinel-2数据土壤表层水分遥感反演

基于Sentinel-2数据土壤表层水分遥感反演于利峰;乌云德吉;乌兰吐雅;闫庆琦;刘文兵;包珺玮;许洪滔;任婷婷;于伟卓【摘要】文章基于土壤表层水分指数(SWCI)模型,将Sentinel-2数据应用于该模型,得到了土壤水分含量及其空间分布情况,该数据可用于精准快速的低植被覆盖下土壤水分遥感反演。
通过SPSS对SWCI与土壤水分的相关性分析,得到Pearson、Kendall''''sTau-b和Spearman3个相关系数分别为0.880,0.778,0.891,呈显著性相关。
在0~20cm土层土壤水分遥感反演中,Sentinel-2数据模型操作简单、精度较高,适用于业务化监测。
【期刊名称】《北方农业学报》【年(卷),期】2018(046)006【总页数】5页(P120-124)【关键词】Sentinel-2;遥感;土壤水分;SWCI【作者】于利峰;乌云德吉;乌兰吐雅;闫庆琦;刘文兵;包珺玮;许洪滔;任婷婷;于伟卓【作者单位】[1]内蒙古农牧业科学院/内蒙古农业遥感工程技术研究中心,内蒙古呼和浩特010031;[1]内蒙古农牧业科学院/内蒙古农业遥感工程技术研究中心,内蒙古呼和浩特010031;[1]内蒙古农牧业科学院/内蒙古农业遥感工程技术研究中心,内蒙古呼和浩特010031;[2]科尔沁右翼前旗农业科学研究所,内蒙古科尔沁137423;[3]科尔沁右翼前旗农业技术推广中心,内蒙古科尔沁137423;[1]内蒙古农牧业科学院/内蒙古农业遥感工程技术研究中心,内蒙古呼和浩特010031;[1]内蒙古农牧业科学院/内蒙古农业遥感工程技术研究中心,内蒙古呼和浩特010031;[1]内蒙古农牧业科学院/内蒙古农业遥感工程技术研究中心,内蒙古呼和浩特010031;[1]内蒙古农牧业科学院/内蒙古农业遥感工程技术研究中心,内蒙古呼和浩特010031;【正文语种】中文【中图分类】TP751农业在国民经济中的基础地位突出,农业干旱是制约农业发展的最突出因素[1]。
黑龙江省干旱遥感监测中基于能量平衡模型的应用

1 引 言
随着人造卫星发射成功 , 遥感对地 观测技 术为 能量平衡 这课题带来 了新 的生命力 。利用遥 感数 据可确 定地表 温度 、
湿度以及地表植被类 型 、 参数 等 , 这些 因子 都直 接影 响 土 而
遥感指数两种方法加 以融合 , 并对前人 的经验模 型进行 适 当 改进 , 以简单 的实用化 作物 缺水 指数 作为监 测 干旱 的指数 , 对黑龙江省进行旱情监测 , 可以提高干旱监 测实用化 程度 。
文章编号 :0 7—79 (0 1 0 0 0 —0 10 5 6 2 1 )5— 0 1 2
黑龙江省干旱遥感监测 中基于能量平衡模型的应用
刘 迪, 岳 马占
( 黑龙 江省水利科 学研 究院 , 尔滨 10 8 ) 哈 50 0
8科技成果 』
、
巳. E目巳. 雹. E目 巳且【 目 目 目
近地 层水热通量的大小及变化过程 , 些就为 大面积 监测地 这
结的潜热通量 , 于 土壤或其 他 下垫 面升温 的土 壤热 通量 , 用 另外 还有一部分消耗于植被光合作 用和生物 量增加 , 这一 部 分能量通常所 占比例较小 , 常常被忽 略不计 。能量 平衡原 理
近地 面能量平衡方程式为 :
获得与卫星过境 时同步 的地 面资料 就更 பைடு நூலகம்难 以实 现。因此
C 1=1一E WS , d
D 0
() 2
以能量平 衡方 程为基础 , N A 用 O A极轨气象 卫星 的数 据资料 和尽量少的地面气象 站资料 , 过 经验 、 通 半经 验公 式估 算 能
地表得到的净辐射是各种热量 交换 的起 点 , 能量分 配 其 形式主要包括用 于大气 升温 的感热 通量 , 于水 分蒸 发 、 用 凝
遥感技术在农田水利资源中的应用

遥感技术在农田水利资源中的应用摘要:遥感技术在农田水利中有着广泛的应用。
遥感技术的应用将有利于农田防洪抗旱工作,有利于对农田利用情况进行科学分析,有利于对农业灌溉系统进行精算,有利于对农田水土流失进行监测、评价和治理,有利于对河道动态变化监测和评价。
因此,从遥感技术的概念和原理出发,分析遥感技术在农田水利资源中的应用情况,从而提出其未来的发展趋势。
关键词:遥感技术;农田水利;资源利用0 引言随着农田水利技术的发展,遥感技术在水利资源中的应用显得越来越广泛,尤其在农田水利建设中,遥感技术起着重要的监测和评估作用,能对农田洪涝干旱灾害进行科学有效的监测和评价,能对农田水土流失和水土腐蚀情况进行监控和分析,能对农田中灌溉情况进行分析和判断,将有利于我国现代化农业的发展。
1 遥感技术概述1.1 遥感技术概念遥感技术主要是指从外层空间或者远距离高空的平台(即波探测仪器或者遥感器)上通过电子光学或者光学接收地球表面的反射或者电磁波信号,并利用数据磁带或者图象胶片的形式进行记录再传输至地面,通过信息处理、野外验证、判读分析,从而为环境动态监测、资源勘测等部门规划决策提供服务。
遥感技术是摄影、扫描、信息传输、响应的过程,主要研究的是地面某物状的位置、大小、形状及其跟环境的相关性的科学技术。
遥感技术现广泛应用于地球资源勘探、环境监测、气象、水文、海洋、地理、地质、林业、农业等各个领域。
1.2 遥感技术原理世界上不管是什么物体,都存在着光谱性,也就是说每个物体都有着一定程度的吸收、辐射、反射光谱的性质。
由于各物体在同一光谱区内所出现的光谱特性有所不同,相同物体在不同发光谱区域内所出现的光谱特性也有区别。
也即由于时间和地点的不同,太阳对地面的光照射角度存在着差异,各物体或者同一物体吸收和反射光谱也各不相同。
遥感技术就是依据此光学原理,对不同光谱特性下的物体进行判断和分析。
其常使用的有红外光、红光、绿光三种光谱波段,其红外光波段主要将探测矿产、土地以及资源;红光主要用来探测水污染、植物的生长和变化情况;绿光主要用来探测土壤、岩石、地下水情况。
SRTP结题报告

西南交通大学第五期大学生科研训练计划(SRTP)遥感与气象观测数据耦合的地表干旱状态监测结题报告2010年4月至2011年4月目录目录_______________________________________________________________ 11绪论 ____________________________________________________________ 21. 1项目背景 _________________________________________________________________ 21. 2项目介绍 _________________________________________________________________ 31. 3 开源库GDAL与HDF文件格式介绍________________________________________ 42数据源及GDAL库的配置 __________________________________________ 72. 1 数据源__________________________________________________________________ 72. 2 GDAL库的配置 ___________________________________________________________ 93数据处理原理及实现 _____________________________________________ 103. 1 遥感数据处理___________________________________________________________ 103.2 气象数据处理与降水空间插值法比较 _____________________________________ 203. 3 指数耦合 _______________________________________________________________ 263. 4 程序设计 _______________________________________________________________ 27 4实验结果分析 ___________________________________________________ 27 5不足与期望 _____________________________________________________ 30 6项目感想 _______________________________________________________ 31参考文献__________________________________________________________ 32附录1 程序主要源代码 ______________________________________________ 341绪论1.1项目背景我国是一个旱灾非常严重的国家,旱灾给农业、农村和农民造成了巨大的损失。
基于多光谱数据的植被水分反演及其在旱情评估中的应用分析

个滞后的过程 ,因而降水 的变化对植被水 的影响也存在一定滞后效应 。 在上述分析基础之 , 时间和空 从
问尺度对植被水分在旱情监测和评估中的应用进行了评价 。通过时 间合 成以及与 其他数据 ( 如历 史数据 ) 的 结合 ,呵克服多光谱 数据的 自身不足 , 提高多光谱 遥感 数据在旱情 监测 和评估 的应用性 。 关键词 多光谱遥感 ; 植被水分 ;旱情监测
存在着时效性 差、代 表 范 围有 限 、需要 大 量 人力 物 力 的缺
点 ,难 以 实 现 实 时 、 范 的 动 态 监 测 。随 着 遥 感 技 术 的 不 大
断发展 ,利用遥感手段进 行植 被水分 监测 , 弥补 了传 统方法 的不足 ,为实时 、 快速 、大范 围的动态监测 和 区域 评估 提供
源。
干旱是影 响我 闲工农业生产和社会经济发展的 主要 自然 灾 害之一 。遥感数据 困其 自身特点 ,在 旱灾监测 、旱情 评估 中发挥 _ 『重要作用 , 为抗旱救灾提供 了实时 、动态 的旱情评
估 数 据 。目 前 , 用 较 为 J 的 旱情 遥 感 监 测 评 估 方 法 ,主 应 泛
传感器之一 , 拥有 3 6个波段的光谱观测数据 , 这些数据有 助 于深入理解全球陆地 、海洋 和低层 大气 内的动 态变化 过程 。 MOD S50m数据集 中有 7个波 段 ( 1 ,包括 r植 被状 I 0 图 )
践 ,同时 在 灾 评 估 、火 险评 价 等 方 面 也 得 到 了 一 定 应
作为重要的植被状态指数 , 早情监测 与评估 中得到 了一定 在 本文以 2 1 0 0年初西 南地 发牛 的大旱 为案例 , 用 多 利 光谱遥感数据进 行植 被含水量的提取 和时序分析 , 结合 台 并 站的气象数据 , 对植被含水量在旱情监测 中的应 用进行 分
基于HJ-1B卫星数据的地表温度反演方法研究

间、 空 间分 布不 均匀 , 年 际 间变 化 大 , 因此 常 有 区域
基于 H J 一1 B卫 星数 据 的 地表 温 度 反演 方 法 研 究
李
( 1 .贵州省黔西南 自治州气象局 , 贵州
雪 , 钟仕全
兴义 5 6 2 4 0 0 ; 2 . 广西壮族 自治 区气象减灾研究所/ 国家
南宁 5 3 0 0 2 2 )
卫星气象中心遥感应用试验基地 , 广西
摘 要 : 以典型岩溶地貌区为研究区, 脚一 1 B 遥感数据为数据源, 通过分别采用覃志豪单窗算法、 普适性单通道算法、
基于影像的 A r t i s 反演算法 , 并对其 中的经验关 系式 进行修 订 , 最后 反演 出研究 区的地表 温度 , 与 MO D I S温度产 品 ( MO D1 1 一
一
个 热点 。而地 表 温 度 是 干 旱 遥 感 监 测 模 型 建 立
中的重 要输 入参 数 之一 , 由 于受 大气 和 地 表 比辐 射 率 的影 响 , 使得亮温 ( 即遥 感 器 在 卫 星 高度 所 观 测
到 的热 辐 射强度 相 对应 的黑体 的温度 ) 与实 际 的地 表温度 差异 很大 。在干 旱 监 测 等研 究 中 , 可 能会 由 于这样 的差 异 而错 过提 前 防 灾措 施 的时 间 , 进 而造 成很 大 的损 失 , 因此 准 确反 演 地 表 温度 对 干 旱监 测
洪涝灾害遥感监测方法

洪涝灾害遥感监测方法简介:洪涝灾害是一种常见的自然灾害,给人们的生活和财产带来巨大损失。
为了及时准确地监测和预警洪涝灾害,遥感技术被广泛应用。
本文将介绍洪涝灾害遥感监测的方法和技术。
一、遥感图像获取1. 卫星遥感卫星遥感是一种常用的遥感手段,它可以获取大范围的图像数据。
通过卫星遥感,可以得到整个洪涝灾害区域的影像数据,覆盖范围广。
卫星遥感可以利用可见光、红外线等不同波段的传感器来获取图像,进而分析洪涝灾害的形成和发展情况。
2. 航空遥感航空遥感是指利用飞机或无人机等载具进行观测的遥感方法。
相比卫星遥感,航空遥感的分辨率更高,可以显示更细节的信息。
通过航空遥感,可以获取洪涝灾害区域的高分辨率图像,对灾害的范围和程度有更准确的了解。
二、图像处理与分析1. 影像预处理在利用遥感图像进行洪涝灾害监测之前,需要进行一些预处理工作,例如去除云层、大气校正、辐射定标等,以确保图像质量和准确性。
这些预处理步骤可以提高图像的可用性和可操作性。
2. 洪涝灾害指标提取利用遥感图像,可以提取出一些与洪涝灾害相关的指标,如水体面积、水深、变化检测等。
这些指标可以反映出洪涝灾害的程度和范围。
常用的指标提取方法包括阈值分割、特征提取、纹理分析等。
三、监测和预警系统1. 模型构建和监测利用遥感图像和指标数据,可以建立洪涝灾害的监测模型。
监测模型可以利用机器学习算法,如支持向量机、随机森林等,对图像进行分类和分析,实现洪涝灾害的自动监测。
2. 预警系统基于洪涝灾害监测模型,可以建立灾害预警系统。
预警系统可以根据监测结果,及时向相关部门或居民发送预警信息,从而提高灾害防范和救援的效果。
预警系统还可以利用地理信息系统(GIS)技术,将监测结果可视化展示,并提供决策支持。
四、应用案例1. 洪涝灾害监测与评估利用遥感监测方法,可以对洪涝灾害进行实时监测和评估。
例如,在洪涝灾害发生后,可以通过遥感图像分析,了解灾害范围和损失情况,为灾后救援和重建提供数据支持。
面向应用需求的遥感卫星载荷空间分辨率标准化研究

摘
要
遥感应用需求是对地观测卫星载荷设计 的出发点 和落脚点 , 载荷 的通用化 、标准化 、系列化是未来
载荷发展的必然趋势 。 在对遥感应用 需求 分析的基础 上 ,从应用 部 门关 注 的空间分 辨率这一 主要 指标对遥 感 卫星载荷标准化进行 了研究 ,提出了我国对地观测 卫星 载荷 的空间分辨 率设 计标准 ,对促 进遥感 卫星 载
荷 的大规模 批量生产 、 节约设计成本具有 重要意义 。
关键 词 遥感 ; 卫星 ;应用需求 ; 间分辨率 ; 空 标准化
中图分 类号 : 1 7 S2 文献标识 码 : A D I 1 . 9 4ji n 1 0 —5 3 2 1 )30 8 —5 O : 0 36 /.s . 0 00 9 (0 2 0—7 10 s
供能力 、多样化 的载荷指标选择 以及数据 质量和稳 定性 的保
引 言
应用需求是遥感卫 星载荷设计 的出发点和 落脚 点 。遥感 应用需求分析是指从全 面分析 我国遥感 应用发展 现状 ,以行
业应用需求为牵 引,确定重点发展领 域 , 而确定 所需 载荷 进 的发展指标 、 成空间数据 接收 、处理 、应用 等相关 技术 研 完
服务 型的转 变 。 本工作选择 国家制 图基本 比例尺 为载荷空 间
图、环境 、 减灾等 领域 部 门长期 以来从 事航 空 、 天遥 感数 航 据 的应用[ ] 各遥感 应用部 门经 过对 地球 观测卫 星数 据 的 4 。 长期应用实践 ,应用水平逐步提高 , 其应 用方式 从单一 信息 分析发展到多种信息综合 , 从静态调查转变 为动态监 测和预 报, 从定 性分析提升到定量研究 , 一般 性应用 形成 为业 务 从 化运行 。为此 ,国家各行业部 门对 于继续 发展我 国的对地 观
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基于中分辨率卫星遥感数据的旱情监测技术研究摘要:本文基于笔者多年从事遥感监测的相关工作经验,以基于中分辨率卫星遥感数据(MODIS)的遥感旱情监测为研究对象,以某地区生长季的4月和7月为研究背景,分析了,及NDWI三个指标的变化趋势,给出了该地区旱情的变化趋势,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词:MODIS 遥感旱情NDVI
旱情监测是一个公认的难题。
旱情的监测最初是利用气象数据,数据主要来源于稀疏的气象站点。
这些基于气象站点数据不能完全的或不能及时获取,干旱监测的精确性和及时性就会降低。
遥感技术宏观、客观、迅速和廉价的优势及其近年来的飞速发展,为旱情监测开辟了一条新途径。
卫星系统以相当少的设备提供全球尺度上时间和空间连续的数据,基于卫星数据进行干旱监测的潜力大大增加。
应用遥感技术监测干旱从20世纪70年代开始,到目前为止,存在着以下几方面的问题。
(1)目前开展的旱情监测主要还是停留在气象灾害层面上,还没有深入到农业层面,现有的监测仅是气象灾害或灾害性天气的监测,仅知道哪里有旱情发生,但这种旱情能否成为农业灾害,还不能确切地得知。
(2)随着遥感传感器的发展,用不同的传感器获取数据成为可能,但是旱情监测对于遥感数据的选择有一定的限制。
空间分辨率提高,则微观尺度监测的结果精度会提高;时间分辨率提高,对各种突发性、快速变化的自然灾害有更强的实时监测能力。
一般空间分辨率越高,时间分辨率就会降低。
因此,在遥感数据的选择上需要考虑空间和时间上的折衷,这取决于旱情监测范围、精度要求以及旱情自身的特点等等。
例如,小范围的监测可以选择TM数据或雷达数据计算反映旱情的指标,全国范围内的监测可以选择NOAA/A VHRR数据或MODIS 数据。
由于干旱是一个累积的过程,如果有一个长时间序列的遥感数据进行干旱的监测,就可以很好的监测旱情的发展趋势,为决策提供更加可靠的信息。
遥感数据多通道信息可以增强对地球复杂系统的观测能力和对地表类型的识别能力。
在考虑遥感数据空间分辨率和时间分辨率的前提下,也要充分利用遥感数据提供的多光谱信息。
因此,实现全国范围内的旱情监测,遥感数据是否容易获取也是旱情监测最后能否运行的一个决定因素。
(3)目前利用遥感数据计算各种能直接或间接反映干旱情况的物理指标,己形成了很多种方法。
但是干旱的发生由众多因素决定,而旱灾更为复杂,涉及农作物生长及其对水分的时空需要变化。
因此,指标的选取也是旱情监测最后能否运行的一个决定因素。
各种指标都有自身的优缺点,例如,有些对于作物的监测比较好,有些对于裸土监测效果比较理想;有些指标容易计算,但考虑的影响因子比较少,有些指标考虑的影响因子比较全面,但太过于复杂,使得全国范围内的计算难以
实现。
因此在指数的选取上不仅要体现对作物旱情监测的优势,而且要考虑指数在全国范围内的计算是否可以进行。
1 国内遥感旱情监测指标反演进展
我国对VCI和TCI两个指数的应用都相对国外晚一些,蔡斌等用VCI参照当时降水对全国1991年春季干早进行了监测和研究,使用的是1985年至1991年的NOAA全球标准化植被指数资料,时间分辨率为7天。
选取出中国范围内的NDVI时间序列数据,并对NDVI时间序列资料采用中值滤波法来去除噪声,然后计算NDVI最大值和NDVI 最小值。
冯强等在基于植被状态指数的全国干早遥感监测试验研究中,使用的是1981年至1994年的NDVI时间序列数据,空间范围覆盖全国,空间分辨率为8 km,时间分辨率为10天。
但是在计算NDVI最大值和最小值时首先将NDVI历史数据从8 km重采样为1.1 km。
冯强等在基于植被状态指数的土壤湿度遥感方法研究中使用的数据与上述一样。
2 某地区遥感旱情监测指标反演
遥感技术提供了丰富的信息,从可见光到短波,再到热红外,最后是微波。
1990年以来,利用各波谱段数据计算各种反映干旱指标的方法己经有很多,例如NDVI、距平植被指数、植被状态指数(VCI)、温度条件指数(TCI)等等。
最近10年里,遥感监测干旱的方法的研究有以下三个特点,一是使用己有的指数,如NDVI、VCI、TCI、CWSI和TS/NDVI等等。
计算的原理相同,使用的数据空间时间分辨率不同,或是计算时参数的处理方法不同,或是模型的不同;二是根据已有的原理,提取新的指数,如VTCI、VTDI、DSI等等;三是遥感与气象或是水文数据结合建立的新的指数,如BMVCI等等。
借用某种气象或水文指数,分析其原理并将其中一些参数用遥感数据代替得到新的指数。
现将最近几年中用于旱情监测的几种主要方法的原理分别介绍如图1。
(1)距平植被指数法。
归一化植被NDVI是迄今为止应用最广的一个植被指数。
很多卫星遥感数据都提供了计算这个指数所需的通道信息,以MODIS为例,计算式为:
本文所用数据是2009年4月与7月的MODIS月合成的NDVI 产品。
MODIS数据的几何纠正和镶嵌是用USGS EROS数据中心开发的MRT几何纠正软件进行的。
得到该地区的每月合成数据后,生成
生长季4月与7月的数据(图2)。
从图上可以看出,7月份相对于4月旱情有所缓解。
(2)植被状态指数法。
在不同地区,因为不同区域作物生长季处于不同阶段,需水情况不同,旱不旱不能通过NDVI值的大小来说明,而NDVI与历史平均值的偏差,又弱化了天气的影响。
NDVI的变化受天气的影响,尤其是类似严重干旱的极端天气现象时,会远远超过正常年际间的NDVI变化,有可能造成某一特定时期内不同像素间监测结果的可比性变差。
为了反映天气极端变化情况,消除NDVI空间变化的部分,使不同地区之间有可比性,Kogan提出了植被状态指数VCI。
定义如下:
其中,是j时的植被状态指数,是j时的NDv工值,是所有图像中最大的NDVI值,是所有图像中最小的NDVI值。
是NDVI在j时的相对于最大NDVI的百分比。
Kogan假设植被NDVI最大值在最佳的天气中得到(考虑到土壤营养的吸收,天气条件可以刺激生态系统资源的利用),最小值在非有利的情况下得到,如干旱和热,通过生态系统资源的减少(干旱年缺水减少了土壤营养的吸收),直接抑制了植被的生长。
这样,如果有足够长时间的NDVI序列数据,就可以从中提取出和,反映出极端气候状况,计算的VCI结果在不同地区的比较更为合理。
VCI是
基于NDVI反演得到的,因此对植被的监测效果比较好,作物播种或收割后的时间,监测效果比较差。
本文所用数据是2009年4月与7月的MODIS月合成的NDVI 产品。
MODIS数据的几何纠正和镶嵌是用USGS EROS数据中心开发的MRT几何纠正软件进行的。
得到该地区的每月合成数据后,生成生长季4月与7月的数据。
分析得出,7月份相对于4月旱情有所缓解。
与反映的趋势基本相同。
(3)叶面缺水指数法NDWI。
归一化缺水指数(NDWI),又为叶面缺水指数,用于植被液态水的探测。
NDWI定义如下:
式中,是反射率,是波长。
使用了两个通道,一个是在附近,另一个是在附近。
这两个波段均位于植被冠层的高反射区。
它们感知的植被冠层深度相似。
在的植被液态水的吸收可以忽略不计,在有水的弱吸收。
散布的冠层增强了水的吸收。
从而NDWI可以很灵敏的反应植被冠层水的含量。
大气气溶胶的散射作用在0.86~1.24区是很弱的。
NDWI 比NDVI对大气的敏感度低;与NDVI一样,NDWI并没有完全去除土壤背景的反射作用影响。
本文所用数据是2009年4月与7月的MODIS月合成的NDWI
产品。
MODIS数据的几何纠正和镶嵌是用USGS EROS数据中心开发的MRT几何纠正软件进行的。
7月份相对于4月旱情有所缓解。
与反映的趋势基本相同。
3 结论
本文应用MODIS数据对南方某地区的旱情进行了监测,以作物生长季的4月和7月作为对比,分析了,及NDWI三个指标的变化趋势。
相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
参考文献
[1] 杨玉永,郭洪海,隋学艳,等.山东省小麦主产区旱情遥感监测系统的构建[J].科技创新导报,2009(1).
[2] 黄泽林,覃志豪.利用MODIS数据监测大面积土壤水分与农作物旱情研究[J].科技资讯,2008(11).。