論文依據(jù)國(guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目“新疆天山中部高分載荷雪冰監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)”(95-Y40B02-9001-13/15-04)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“SAR與高分辨率光學(xué)遙感聯(lián)合反演雪水當(dāng)量”(41271353)對(duì)山區(qū)積雪識(shí)別的研究需求,以新疆天山中段瑪納斯河流域典型山區(qū)作為研究區(qū),在多次實(shí)地考察與地面同步觀測(cè)基礎(chǔ)上,利用非積雪期、積雪期和融雪期的RADARSAT-2、高分一號(hào)(GF-1)衛(wèi)星數(shù)據(jù),通過(guò)積雪信息的遙感表征分析,探討光學(xué)遙感數(shù)據(jù)識(shí)別積雪表面類(lèi)型和SAR數(shù)據(jù)識(shí)別積雪干濕狀態(tài)的方法,并利用兩種傳感器的互補(bǔ)性,開(kāi)展SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù)聯(lián)合識(shí)別山區(qū)積雪的理論與方法研究。積雪是冰凍圈的重要組成部分,也是地表極為活躍且具有多重屬性的自然要素之一,季節(jié)性積雪是我國(guó)西北干旱、半干旱地區(qū)主要的淡水資源,同時(shí),積雪災(zāi)害也是主要的氣象災(zāi)害之一。積雪識(shí)別研究,尤其是積雪表面類(lèi)型和干濕狀態(tài)的同時(shí)識(shí)別,對(duì)山區(qū)融雪過(guò)程監(jiān)測(cè)、局地氣候研究、積雪災(zāi)害評(píng)估、雪水資源管理等具有重要意義。遙感使得大范圍、高精度監(jiān)測(cè)積雪成為可能,對(duì)于氣候條件惡劣、氣象觀測(cè)不足的山區(qū),遙感更是獲取積雪信息的唯一有效手段。光學(xué)遙感數(shù)據(jù)具有積雪識(shí)別精度高、可識(shí)別積雪表面類(lèi)型等優(yōu)點(diǎn),并在一定程度上可以克服地形對(duì)積雪識(shí)別的影響,但難以識(shí)別云覆蓋區(qū)積雪；SAR具有穿透云層識(shí)別積雪、獲取積雪物理信息的能力,但在山區(qū)復(fù)雜地形條件下,其后向散射信號(hào)受地形影響嚴(yán)重,因此,SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù)在山區(qū)積雪識(shí)別中具有互補(bǔ)性。本文研究按照“實(shí)地考察與地面同步觀測(cè)——積雪信息的SAR與光學(xué)遙感圖像表征分析——積雪表面類(lèi)型和干濕狀態(tài)的分別識(shí)別——SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù)聯(lián)合識(shí)別積雪的模型構(gòu)建”的思路,提出了聯(lián)合SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù)識(shí)別山區(qū)積雪的方法,構(gòu)建了SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù)聯(lián)合識(shí)別山區(qū)積雪的模型,克服了光學(xué)遙感數(shù)據(jù)識(shí)別積雪受云限制、SAR數(shù)據(jù)識(shí)別積雪受地形影響的技術(shù)難題,提高了積雪識(shí)別的精度,實(shí)現(xiàn)了積雪表面類(lèi)型(新雪、陳雪)和干濕狀態(tài)(干雪、濕雪)的同時(shí)識(shí)別。論文主要研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)論如下：(1)實(shí)地考察與地面同步觀測(cè)。根據(jù)SAR衛(wèi)星過(guò)境時(shí)間和研究區(qū)積雪時(shí)空分布特征,分別于2013年12月,2014年3月、2014年4月以及2015年4月,赴研究區(qū)開(kāi)展了實(shí)地考察和地面同步觀測(cè)試驗(yàn),觀測(cè)得到了不同類(lèi)型積雪的反射光譜、雪濕度、雪深、雪密度、雪粒徑、近地表氣溫等資料。積雪實(shí)測(cè)反射光譜分析結(jié)果表明：在可見(jiàn)光和近紅外波段,新雪、陳雪、污化雪的反射光譜差異明顯。雪表層濕度分析結(jié)果表明：在積雪期同步觀測(cè)期間,雪表層濕度在0%-3%之間,在融雪期同步觀測(cè)期間,雪表層濕度在0%～7%之間,雪表層濕度具有明顯的時(shí)空分布特點(diǎn)。實(shí)地考察與地面同步觀測(cè)資料為積雪信息的遙感圖像表征分析提供數(shù)據(jù)支撐,為積雪表面類(lèi)型和干濕狀態(tài)的識(shí)別結(jié)果提供驗(yàn)證。(2)積雪信息的SAR與光學(xué)遙感圖像表征分析。利用積雪期和融雪期兩次地面同步觀測(cè)資料,結(jié)合綜合輻射校正后的光學(xué)遙感圖像,分析積雪、云及非積雪覆蓋地表的反射率。同時(shí)結(jié)合SAR圖像,分析積雪與非積雪覆蓋地表的后向散射差異以及相干性特征。光學(xué)遙感圖像表征分析表明：在GF-1衛(wèi)星WFV傳感器的四個(gè)波段,新雪的反射率平均值均高于陳雪。SAR后向散射系數(shù)圖像表征分析表明：在積雪期,積雪與非積雪像元平均后向散射系數(shù)差異不大；在融雪期,非積雪像元平均后向散射系數(shù)比積雪像元大5-10 dB；積雪表層濕度從0%到3%變化范圍內(nèi),四種極化方式下后向散射系數(shù)均呈現(xiàn)明顯降低趨勢(shì)。SAR相干系數(shù)圖像表征分析表明：同向極化相干系數(shù)明顯高于交叉極化；在HH、VV極化,非積雪像元相干系數(shù)明顯高于積雪像元,非積雪像元相干系數(shù)隨局部入射角增加呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)。圖像表征分析結(jié)果對(duì)應(yīng)用光學(xué)遙感數(shù)據(jù)識(shí)別積雪表面類(lèi)型和應(yīng)用SAR數(shù)據(jù)識(shí)別積雪干濕狀態(tài)提供了依據(jù)。(3)積雪表面類(lèi)型的光學(xué)遙感圖像識(shí)別和干濕狀態(tài)的SAR圖像識(shí)別。在光學(xué)遙感圖像表征分析基礎(chǔ)上,利用綜合輻射校正后的光學(xué)遙感數(shù)據(jù),采用SVM分類(lèi)方法,識(shí)別山區(qū)積雪表面類(lèi)型,結(jié)果表明：光學(xué)遙感數(shù)據(jù)難以識(shí)別云覆蓋區(qū)積雪,但可實(shí)現(xiàn)積雪表面類(lèi)型的識(shí)別,識(shí)別精度與綜合輻射校正精度有關(guān)。在SAR遙感圖像表征分析基礎(chǔ)上,利用降雪前后相干系數(shù)圖像,使用單一閾值算法提取了積雪,并在此基礎(chǔ)上,利用Nagler算法獲取的干雪和濕雪樣本以及極化特征分解方法獲取的最優(yōu)極化特征組合,構(gòu)建了極化SAR識(shí)別濕雪的方法,實(shí)現(xiàn)了干雪和濕雪的識(shí)別,識(shí)別結(jié)果表明：SAR數(shù)據(jù)識(shí)別積雪不受云的限制,可實(shí)現(xiàn)積雪干濕狀態(tài)的識(shí)別,識(shí)別精度受地形影響嚴(yán)重。光學(xué)遙感數(shù)據(jù)積雪類(lèi)型識(shí)別結(jié)果與SAR數(shù)據(jù)積雪干濕狀態(tài)識(shí)別結(jié)果對(duì)聯(lián)合SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù)識(shí)別積雪提供了支撐。(4)SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù)聯(lián)合識(shí)別積雪模型構(gòu)建。利用光學(xué)遙感數(shù)據(jù)識(shí)別的積雪表面類(lèi)型和SAR數(shù)據(jù)識(shí)別的積雪干濕狀態(tài),分析SAR與光學(xué)傳感器在積雪識(shí)別上的優(yōu)劣勢(shì),分析結(jié)果表明：利用光學(xué)遙感數(shù)據(jù)積雪識(shí)別結(jié)果,可以克服地形對(duì)SAR數(shù)據(jù)識(shí)別積雪的影響；利用SAR數(shù)據(jù)積雪識(shí)別結(jié)果,可以消除光學(xué)遙感數(shù)據(jù)識(shí)別積雪受云的限制；聯(lián)合SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù),可以實(shí)現(xiàn)積雪表面類(lèi)型和干濕狀態(tài)的同時(shí)識(shí)別。在對(duì)SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù)積雪識(shí)別精度、優(yōu)劣勢(shì)分析基礎(chǔ)上,構(gòu)建了SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù)聯(lián)合識(shí)別積雪的模型,實(shí)現(xiàn)了積雪期和融雪期積雪表面類(lèi)型和干濕狀態(tài)的同時(shí)識(shí)別,其中,積雪期總體精度為75.7%；融雪期總體精度為93.5%。識(shí)別結(jié)果表明：從積雪期到融雪期,不同高程帶和坡向的積雪表面類(lèi)型和干濕狀態(tài)具有一定空間分布差異。識(shí)別結(jié)果可應(yīng)用于山區(qū)融雪過(guò)程監(jiān)測(cè)、局地氣候研究、雪水資源管理。論文針對(duì)山區(qū)積雪識(shí)別問(wèn)題,通過(guò)充分發(fā)揮SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù)的互補(bǔ)性,研究并建立一套完整的基于SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù)聯(lián)合識(shí)別積雪的模型方法,實(shí)現(xiàn)了多傳感器在山區(qū)積雪識(shí)別上的互補(bǔ),具有一定的理論和應(yīng)用創(chuàng)新性。同時(shí),通過(guò)聯(lián)合SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù),消除了光學(xué)遙感數(shù)據(jù)識(shí)別積雪受云的限制,克服了SAR數(shù)據(jù)識(shí)別積雪受地形的影響,實(shí)現(xiàn)了積雪的表面類(lèi)型和干濕狀態(tài)的同時(shí)識(shí)別,具有一定的技術(shù)方法創(chuàng)新性。由于地面同步觀測(cè)條件的限制以及難以獲取完全同步的SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù),對(duì)積雪識(shí)別精度造成了一定的影響。隨著國(guó)產(chǎn)GF-3的發(fā)射,有望聯(lián)合在時(shí)間上加密觀測(cè)的GF-3 SAR衛(wèi)星和GF-1、GF-2光學(xué)遙感衛(wèi)星,實(shí)現(xiàn)山區(qū)積雪表面類(lèi)型和干濕狀態(tài)變化過(guò)程的監(jiān)測(cè)。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類(lèi)】：P407;P426.635
【文章目錄】：摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
1.1 選題依據(jù)與背景
1.1.1 選題依據(jù)
1.1.2 選題背景
1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展
1.2.1 國(guó)外研究進(jìn)展
1.2.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展
1.2.3 論文切入點(diǎn)
1.3 研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線
1.3.1 研究?jī)?nèi)容
1.3.2 技術(shù)路線
第二章 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)資料
2.1 研究區(qū)概況
2.1.1 自然地理概況
2.1.2 積雪分布特征
2.2 數(shù)據(jù)資料
2.2.1 遙感數(shù)據(jù)與預(yù)處理
2.2.3 其它資料與預(yù)處理
2.3 地面同步觀測(cè)資料
2.3.1 地面同步觀測(cè)
2.3.2 觀測(cè)方法與數(shù)據(jù)
第三章 SAR與光學(xué)遙感圖像積雪信息表征
3.1 積雪信息的光學(xué)遙感圖像表征
3.1.1 光學(xué)遙感圖像亮度響應(yīng)特征
3.1.2 地表的反射率計(jì)算
3.1.3 光學(xué)遙感圖像反射率表征
3.2 積雪信息的SAR遙感圖像表征
3.2.1 積雪的微波特性
3.2.2 積雪后向散射系數(shù)圖像表征
3.2.3 積雪相干系數(shù)圖像表征
第四章 SAR與光學(xué)遙感圖像分別識(shí)別積雪
4.1 光學(xué)遙感圖像積雪表面類(lèi)型識(shí)別
4.1.1 光學(xué)遙感圖像積雪像元提取
4.1.2 積雪表面類(lèi)型識(shí)別
4.1.3 積雪表面類(lèi)型識(shí)別結(jié)果
4.2 SAR圖像積雪干濕狀態(tài)識(shí)別
4.2.1 單一閾值法積雪像元提取
4.2.2 極化SAR干濕狀態(tài)識(shí)別
4.2.3 積雪干濕狀態(tài)識(shí)別結(jié)果
第五章 SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù)聯(lián)合識(shí)別積雪
5.1 SAR與光學(xué)遙感數(shù)據(jù)積雪識(shí)別的互補(bǔ)
5.1.1 克服地形對(duì)SAR圖像的影響
5.1.2 去除云對(duì)光學(xué)遙感圖像的干擾
5.1.3 積雪表面類(lèi)型和干濕狀態(tài)同時(shí)識(shí)別
5.2 聯(lián)合識(shí)別的模型構(gòu)建
5.2.1 模型的建立
5.2.2 聯(lián)合識(shí)別過(guò)程
5.2.3 識(shí)別結(jié)果評(píng)價(jià)
第六章 結(jié)論與展望
6.1 結(jié)論
6.2 創(chuàng)新點(diǎn)
6.3 展望
參考文獻(xiàn)
攻博期間科研工作
致謝
【相似文獻(xiàn)】
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本文編號(hào)：
2870360
