北京理加联合科技有限公司

LICA United Technology Limited

服务热线: 010-51292601
企业邮箱
应用支持 Application Support
News 应用支持

使用NASA格伦高光谱成像仪进行实时HAB制图

日期: 2020-07-30
浏览次数: 44

使用NASA格伦高光谱成像仪进行实时HAB制图

有害蓝藻(cyanoHABs)通常生长在世界各地的水生环境中,包括北美五大湖的淡水湖。营养物质丰富或过量(例如N和P)的水体可以支持蓝藻的快速生长。除此之外,水温,风,浪和水流都会影响水华的形成和垂直分布。一些蓝藻会产生有毒化合物从而危害动物和人类健康。因此对有害藻华的预先监测显得尤为重要。


【摘要】利用美国航空航天局(NASA)格伦研究中心开发的高光谱成像系统于2015年至2017年在伊利湖和俄亥俄河采集高空间分辨率数据。配合密歇根理工学院实施的替代校正方法,将HSI系统采集的辐亮度数据转换为高质量的反射率数据,并使用现有算法实时监测有害藻华。替代校正方法依赖于成像光谱恒定的目标以归一化大气和仪器校准信号的高光谱数据。对伊利湖西部盆地附近的一个大型沥青停车场进行光谱特征分析,确定为一个合适的校正目标。机载HIS可以提供对水质状况的独特见解。飞机可以在云层下运行,并且可以根据需要选择和更改飞行路线,这比基于空间平台的灵活性更大。HIS能以较高的空间分辨率(~1 m)采集数据,从而可以监测小型水体,检测小块的表面浮渣,以及监测水华与感兴趣目标(例如进水口)的接近程度。借助这种新的快速周转时间,机载数据可以作为现有卫星平台的补充监测工具,针对关键区域并按需响应水华事件。

使用NASA格伦高光谱成像仪进行实时HAB制图

2015年NASA GRC HIS停车场反射率。粗红线表示ASD FieldSpec III的原位反射率。校正前,HIS光谱表现出异常低的反射率,且光谱畸形。校正后,除了3个多云天的2个(虚线所示)外,HIS光谱分布在原位反射光谱周围。

使用NASA格伦高光谱成像仪进行实时HAB制图

图中显示了2015年(A)和2016年(B)的典型水生光谱,包括ASD FieldSpec III的原位光谱和HIS系统的机载数据(校正前后)。差异线(黑色)是校正后的HIS信号减去ASD信号。同时显示了2015年(C)和2016年的校正因子。2016年校正因子变化比较平坦,比2015年校正因子低的多。

使用NASA格伦高光谱成像仪进行实时HAB制图

美国国家航空航天局格伦研究中心高光谱成像系统自2015年8月10日开始追踪托莱多取水口附近,用CI(A)和SSI(B)算法处理后结果显示了藻华和表面浮渣的空间变异性。HIS图像的高分辨率揭示了天基观测平台掩盖的细节。托莱多取水口用黑色圆圈表示。

使用NASA格伦高光谱成像仪进行实时HAB制图

2015年9月3日,在俄亥俄河上使用CI算法处理的NASA GRC HIS航迹。飞行轨迹显示在3个城市中:俄亥俄州米勒(A),俄亥俄州普罗克托斯维尔(B)和肯塔基州亨廷顿(C)。在飞行轨迹上,颜色从深绿到亮绿表明蓝藻存在从低到中等,透明则表示CI算法未检测到蓝藻存在。

使用NASA格伦高光谱成像仪进行实时HAB制图

2015年7月27日,NASA GRC HIS轨迹(基于HIS衍生的CI,从深绿到亮绿按比例着色)覆盖在MTRIMODIS有害蓝藻(cyanoHABs)制图上(橙色部分)。红点表示托莱多取水口。


【结论】NASA GRC HIS系统是高分辨率的高光谱成像仪,能够在进行替代校正后生成高质量的辐亮度数据及合理的反射率估计。结合易于实现和自动化的CI和SSI算法,近实时的处理大量飞行数据。飞机部署的灵活性(即在云下运行飞机路线的位置)与高分辨率和快速分析相结合,可提供对水质状况的独特见解。虽然部署成本和机载遥感的有限空间覆盖限制了对大型湖泊日常监测的能力,但这是长期监测目标区域(包括取水口和小型水体)的有效工具,同时还可按需求部署以捕获水华事件。这种方法并不意味着取代可以提供有价值的全区域范围的卫星遥感技术。而是一个补充的数据集,有助于监测cyanoHABs(现有系统无法轻易或有效监测)。


【建议】替代校正技术将传感器的HIS反射率充分转换为表面反射率。未来的工作将集中在对天空漫反射进行校正,以消除水生光谱的影响。这将在生物光学算法(例如CPA-A,QAA和GIOP)的适用性中发挥至关重要的作用,这些算法可以检索水的固有光学特性,但与像CI或SSI这样的基于形状的简单算法相比,对天空污染的漫反射鲁棒性较低。未来工作还应调查浮游植物和蓝藻色素吸收和散射特征,以评估物种和大小分布,从而利用传感器的高光谱性质。此外,可用于cyanoHAB事件的早期监测,这是当前使用CI方法无法实现的。


点击阅读原文

使用NASA格伦高光谱成像仪进行实时HAB制图.pdf

News / 相关新闻 More
2022 - 01 - 24
改进积雪密度的估计是目前雪研究的一个关键问题。表征密度时空变异性对于水当量的估算、水力发电和自然灾害(雪崩洪水等)的评估至关重要。高光谱成像是一种监测和估计其物理特性的有前途且可靠的工具。事实上,雪的光谱反射率在一定程度上受其物理特性变化的控制,尤其是在光谱的近红外(NIR)部分。为此,已经设计了几种模型根据光谱信息估算积雪密度。然而,还没有一个实现满意的结果。主要困难之一是积雪密度和光谱反射率之间的关系是非双射的(满射的)。事实上,几个反射振幅与相同的密度相关,反之亦然,所以密度和光谱反射率之间的相关性可能非常弱。基于此,为了解决该问题,本研究中提出了基于光谱数据的积雪密度估计混合模型。主要研究目标是利用高光谱NIR成像(PIKA NIR,RESONON Company)(900-1700 nm)以5.5 nm的光谱分辨率测试混合模型(HM)估计季节性积雪密度的性能。混合模型结合了一个分...
2022 - 01 - 20
PROSDM:PROSPECT模型与光谱导数和相似性度量相结合从双向反射率中提取叶片生化性状的适用性叶片生化性状为理解植物光合功能、动态生长、养分循环和初级生产提供了有价值的信息。叶片叶绿素含量(Cab)、类胡萝卜素含量(Cxc)、含水量(Cw)和干物质含量(Cm)是四个重要的叶片生化性状,与植物光合作用、氮素、胁迫和衰老等健康和生长状态密切相关。能够对这些叶片生化性状进行高通量测量的方法对于表征植物生理状态和关键功能过程至关重要。PROSPECT模型是目前最常用的叶片辐射传输模型之一,可从叶片定向半球反射因子(DHRF)光谱来提取叶片生化性状,然而,在应用于叶片双向反射因子(BRF)光谱提取叶片生化性状方面尚待探索。叶片表面反射率和各向异性性状的存在可能是限制PROSPECT从叶片BRF光谱评估叶片生化性状的主要问题。基于此,在本研究中,研究者们提出了一个方法,整合了PROSPECT模型...
2022 - 01 - 18
生态系统呼吸(Re)和甲烷(CH4)通量是两个重要的土壤-大气碳交换过程,已经在局地尺度上得到充分记录。然而,在流域尺度上,对青藏高原多年冻土区这些过程的空间格局和控制因素尚不清楚。基于此,为了填补研究空白,在本研究中,来自四川大学、中国科学院成都山地灾害与环境研究所、山西农业大学、中国科学院西北生态环境资源研究院和西南民族大学青藏高原研究所的研究团队在青藏高原风火山(34°40′-34°46′ N和92°50′–92°62′ E;4580-5410 m a.s.l.;图1a)测量了两个生长季节(2017年和2018年)不同坡向(北向(阴坡)和南向(阳坡))和不同海拔(低、中和高坡位)的生态系统呼吸(Re)和CH4通量,旨在阐明青藏高原草地流域尺度的Re和CH4通量模式并量化生物和非生物因子调节Re和CH4通量的相对贡献。作者利用LGR UGGA便携...
2021 - 01 - 15
全球气候变化引起的预计人口增长以及土地和农业资源可利用性的压力使未来几十年全球粮食供应的需求增加。提高光合作用能力已成为实现作物增产的目标。目前,测量光合作用的方法是耗时的且具破坏性的,这会减慢鉴定具高光合能力的农作物种质的研究和育种工作。作者在1分钟内收集样地(~2 m×2 m)向阳叶片像素的高光谱反射率以量化光合作用参数和色素含量。在两个生长季节(2017年和2018年)利用田间生长的经基因改变了光合途径的烟草,建立了8个光合参数和色素性状的预测模型。利用偏最小二乘法(PLSR)分析可见近红外(400-900 nm)光谱相机测得的植物反射像素,预测了Rubisco最大羧化速率(Vc,max,R2=0.79)和最大电子传递速率(J1800,R2=0.59),最大光饱和光合作用(Pmax,R2=0.54),叶绿素含量(R2=0.87),叶绿素a/b(...
关闭窗口】【打印
Copyright ©2018-2023 北京理加联合科技有限公司
犀牛云提供企业云服务

北京理加联合科技有限公司

地址:北京市海淀区安宁庄东路18号光华创业园5号楼(生产研发)
          光华创业园科研楼四层
电话:010-51292601
传真:010-82899770-8014
邮箱:info@li-ca.com
邮编:100085

深圳办事处:

地址:深圳市宝安区创业二路玖悦雅轩商业裙楼3层瑞思BEEPLUS 3029室 手机:13910499772

武汉办事处:

地址:武汉市洪山区民族大道124号龙安港汇城A座1108 手机:13910499761


  • 您的姓名:
  • *
  • 公司名称:
  • *
  • 地址:
  • *
  • 电话:
  • *
  • 传真:
  • *
  • 电子邮箱:
  • *
  • 邮政编码:
  • *
  • 留言主题:
  • *
  • 详细说明:
  • *
在线留言
关注我们
  • 官方微信
  • 官方手机端
友情链接:
X
1

QQ设置

3

SKYPE 设置

4

阿里旺旺设置

等待加载动态数据...

等待加载动态数据...

5

电话号码管理

  • 010-51292601
6

二维码管理

等待加载动态数据...

等待加载动态数据...

展开