星-地协同多源遥感数据不透水面辨识机理与反演模型研究

Currently, studies on impervious surface retrieval are mainly based on moderate-spectral resolution satellite imagery. As impermeable materials have high heterogeneity in spectrum, the extracted impervious surface information from the moderate spectral resolution satellite images is often mixed with non-impervious surface such as soil and vegetation shadow, which causes the lowering of the accuracy of impervious surface extraction. In order to address the problem, this project carries out the study on information extraction of urban impervious surface by taking spectral resolution as the key point. The multi-spectral image data (such as Worldview series, Landsat series, SPOT series and EO-1 ALI image), hyperspectral image data (such as EO-1 Hyperion image) and ground-measured hyperspectral data which are called "satellite-ground synergy" multi-source remote sensing data are used as data sources. The recognition mechanism and retrieval models of impervious surface are performed. The hyperspectral models of impervious surface are contributed to verifying extraction model of impervious surface from multi-spectral images, and thus to improve the existing impervious surface retrieval models. Finally, the problem of mixing impervious surface with soil and vegetation shadow is solved.

当前，针对不透水面信息提取的研究大多是基于中低光谱分辨率的卫星影像来开展的。由于各种不透水材料的光谱具有明显的异质性，采用中低光谱分辨率影像提取的不透水面信息往往会混有土壤、植被阴影等透水地物，提取的精度不高。为了解决这一问题，本项目主要从光谱分辨率入手，开展了城市不透水面信息的提取技术研究。采用多光谱影像数据（Worldview系列、Landsat系列、SPOT 系列、EO-1 ALI等影像）、高光谱影像数据(EO-1 Hyperion影像)和地面光谱实测数据等“星-地协同”多源遥感数据，研究城市不透水面信息的辨识机理和反演模型，进一步利用高光谱模型来辅助多光谱影像数据进行不透水面的提取验证，从而对现有的不透水面反演模型进行改进，力求解决不透水面信息与土壤、植被阴影等地物相互混淆的问题。

当前，针对不透水面信息提取的研究大多是基于中低光谱分辨率的卫星影像来开展的。由于各种不透水材料的光谱具有明显的异质性，采用中低光谱分辨率影像提取的不透水面信息往往会混有土壤、植被阴影等透水地物，提取的精度不高。为了解决这一问题，本项目主要从光谱分辨率入手，开展了城市不透水面信息的提取技术研究。采用多光谱影像数据、高光谱影像数据和地面光谱实测数据等“星-地协同”多源遥感数据，研究了城市不透水面信息的辨识机理和高光谱反演模型，进一步利用高光谱模型来辅助多光谱影像数据进行不透水面提取，对现有的不透水面反演模型进行改进，有助于解决不透水面信息与土壤、植被阴影等地物相互混淆的问题，能够快速地掌握和提取不透水面分布的准确信息，对了解城市不透水面动态变化及其对城市生态环境的影响有着重要的现实意义。.首先，本次研究利用地面实测光谱数据建立了主要的不透水地物和非不透水地物的实测光谱模型，结果表明：近红外和中红外波段是探测不透水地物的主要波长范围。高反照不透水地物与土壤类型的主要区分波长位置为610nm、693nm、940nm、1350nm、1487nm、1794nm、1991nm和2215nm；不透水地物与植被的区分波长位置为560nm、610nm、685nm、942nm、990nm、1124nm、1225nm、1487nm、1700nm、1960nm和2150nm。.其次，本次研究通过对Hyperion高光谱影像的各波段进行信息量、相关性和主成分分析，利用逐步判别方法，在Hyperion的158个有效波段中发现了能够区分不透水面与非不透水面的11个特征波段，分别位于447nm、942nm、1124nm、1154nm、1245nm、1477nm、1487nm、1699nm、1991nm、2072nm和2345nm的波长处，并将这11个波段合成为新的Hyperion’影像来提取不透水面，以验证所发现的这11个特征波段的有效性。结果表明，利用Hyperion’影像提取的地物端元具有较高的精度，将这11个特征波段组合应用在MODIS影像中进行实验，结果显示所提取的不透水面的精度也可达到81.94%。.最后，通过对多光谱遥感影像之间、高光谱与多光谱遥感影像反演不透水面的能力进行对比研究，得出了光谱分辨率和辐射分辨率是影响不透水面提取精度的主要因素这一重要结论。.