混合像元问题在低、中分辨率遥感图像中尤为突出,混合像元的存在不仅会影响地物识别和图像分类精度,也是遥感科学向定量化发展的主要障碍之一。因此,遥感图像混合像元分解及其地表覆盖信息的定量提取是近年来研究的热点。针对城市土地覆盖信息的定量提取问题,利用中等分辨率遥感图像(Landsat TM),集成光谱归一化与变组分光谱混合分析(NMESMA)的方法,基于植被—非渗透表面—土壤(V\|I\|S)模型,定量提取研究区植被、土壤和非渗透表面3类土地覆盖的定量信息,并与固定组分的光谱混合分析(LSMA)分解结果进行对比分析。结果表明:基于光谱归一化的变组分光谱混合分析(NMESMA)方法获得的精度高于传统固定组分的光谱混合分析(LSMA)结果,可有效解决光谱异质性较高的城市区域的混合像元问题,为有效提取城市地表覆盖信息,研究城市生态环境变化和模拟分析,提供了有效的信息提取方法。
正射遥感影像是当前3S工程应用最广泛、最基础的影像产品。然而目前大多数正射遥感影像的制作中,由于采用不完备的地面模型,传统的正射影像不可避免地出现地物错位和遮挡等现象,严重影响了工程质量与制图精度。探讨利用数字建筑物模型(DBM)和数字高程模型(DEM)进行影像真正射纠正的原理和制作工艺,以及真正射影像制作过程中存在的问题及解决方法。
利用SIFT算法对无人机影像进行匹配,采用距离阈值的方法剔除匹配后距离较近的特征点。为了降低误差累积对影像拼接效果的影响,提出了最佳基准影像的选择方法,同时将Dijkstra算法引入到拼接路径的搜索中,利用影像间的投影转换误差构建搜索权阵。结果表明:最优路径的拼接方法能有效避免投影误差较大的影像对后续拼接影像的影响,减少了影像投影转换次数,改善了影像的拼接效果。
为了对HY-2卫星雷达高度计进行定标,中国科学院空间科学与应用研究中心微波遥感重点实验室研制了3台有源定标器,并设计了利用有源定标器对高度计进行高度和散射系数定标的方案和算法。基于HY-2高度计和有源定标器的系统参数和定标方案,对高度计接收到的有源定标器回波波形和轨迹进行了仿真,研究了从中提取测量参数的方法,并对测量精度进行了分析。同时验证了3台有源定标器同时工作及其布设方案的可行性。
在复杂的山区,地表接受的太阳辐射受到地形起伏的影响严重,干扰提取遥感专题信息精度,地形校正成为提高定量化遥感数据处理精度的关键技术之一。在目前已有的多种地形校正模型中,陆灯盛改进型Minnaert模型不仅所需基础数据获取容易,并且解决了仅依靠单一的Minnaert系数k造成的校正精度不高的难题,是山区遥感信息处理过程中地形校正的有效方法之一。选取浙江省青田县的ETM影像和对应的DEM数据,分别利用余弦模型、原始的Minnaert模型和改进型Minnaert模型对遥感影像进行地形校正。研究结果表明改进型Minnaert模型能有效地去除地形的影响,同时又能保持地物原有的纹理特征和光谱特性,具有较强的实用性。基于图像统计分析,与余弦模型及原始的Minnaert模型校正结果相比,改进型Minnaert模型地形校正效果明显增强。
随着手机GPS位置测定、导航以及摄像功能的普及，对于移动状态下的位置定位以及都市空间建筑物实时搜索等应用功能存在日益增长的需求。介绍了图像处理方式的城市建筑物识别方法，通过对两种图像匹配算法——SIFT和Local Search的比较分析表明，构造物轮廓线及其组合是一种相对稳定的几何特征，在匹配时受图像的仿射变换、画质变化以及镜头畸变等因素干扰较小，此外，基于轮廓的图像匹配指数还能反映摄影位置的变化。因此，对Local Search进行了改进,利用实时图的建筑物的特征轮廓线与从三维数据库中提取的建筑群特征轮廓线进行匹配，然后选择匹配指数高的记录作为识别结果。结果表明基于Local Search算法的建筑物识别技术可以很好地适应移动条件下建筑物快速识别的要求。
热惯量法在土壤水分反演中有着广泛的应用。以MODIS数据为基础,选用真实热惯量模型,反演得到了黑河流域的土壤热惯量,为进一步研究流域土壤水分提供可靠的方法和数据。利用地面实测数据对模型参数及反演结果进行了验证,并分析了地表昼夜最大温差、地表反照率及土壤热惯量的季节性变化规律,同时对比了真实热惯量模型与表观热惯量模型反演结果与土壤水分的相关性。结果表明：地表温差、地表反照率及土壤热惯量都具有明显的季节性变化特征；真实热惯量模型相对于表观热惯量模型更有利于土壤水分的反演,且具有广泛的适用性。
为反演对流层气溶胶消光系数廓线,提出了一种新的、基于氧气A光谱吸收带高光谱反射信息的反演方法。这种方法在经典的线性约束反演算法的基础上引入了两个与气溶胶柱光学厚度相关的订正因子,通过实现目标廓线和反演廓线的光学柱厚度差异最小,进而动态选择拉格朗日系数。为验证新方法的有效性和精度,借助了CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)气溶胶廓线产品和高光谱辐射传输模拟,模拟反演海洋下垫面晴空和沙尘两种情景下气溶胶消光系数廓线,结果表明新的方法能够比较准确地获得对流层内气溶胶廓线的数值,尤其在多次散射比较强的沙尘条件下,相对误差能够控制在51%以下；在晴空时,相对误差能够控制在20%以下。如果加入订正信息,反演精度能够进一步提高。
GNSS-R(GNSS-Reflectometry)遥感从机理上讲属于双站雷达,在一阶辐射传输方程Mimics(Michigan Microwave Canopy Scattering)模型的基础上,将其修改为双站散射模型Bi-Mimics(Bistatic\|Mimics);将模型中的树干层去掉,保留树冠层和地表间的散射机制,发展了适用于农作物的Bi-Mimics模型。利用该模型,模拟分析在GNSS-R工作的L波段农作物的散射特性;根据GNSS-R设置模拟分析了镜像散射系数与农作物生物量之间的关系;并根据双站雷达理论公式,模拟了农作物生物量与接收机信号之间的关系。结果表明GNSS-R从理论上用来研究和监测农作物的生物量存在可行性,但研究工作有待进一步深入。
基于已有的云垂直结构判断方法,结合高垂直分辨探空资料,对相对湿度阈值法进行相应改进,并利用德比尔特地区2007年全年的RS92探空资料,对该地区的云垂直结构进行判定,同时对该地区云出现频率及云垂直结构参数的分布特征进行统计分析。结果表明:利用改进相对湿度阈值法来分析高分辨探空资料的云垂直结构是可行的;该地区的云层,以单层云和双层云为主,且单层云出现频率呈“冬高夏低”分布,双层云则与其相反;其所有云平均云底高、云顶高、云厚度、顶层云顶高的出现频率,随高度的增加而减小。
针对SAR地面系统实时关键成像技术进行研究,采用GPU(Graphic Processing Unit)硬件平台CUDA(Computer Uniformed Device Architecture)编程模型,对传统合成孔径雷达的RDA(Range Doppler Algorithm)算法核心部分进行了针对性的设计与实现,并在GPU专用科学计算平台Tesla C1060上进行了实验。结果表明其处理速度是一台主流4核心8线程CPU的20倍以上,并且相对RadarSat\|1卫星可以达到10倍左右的实时率;基于GPU的处理方式较好地实现了SAR实时成像系统。
充分考虑海浪成长状态,根据四层介质模型和入射—反射波理论,对Zhao等提出的风速反演算法进行了改进。此改进算法和Zhao等提出的解析反演算法相比,风速反演结果较接近一些经验算法,如Brown算法、Young算法等。该算法在一定程度上弥补了解析模式未考虑具体海况实践的不足,又克服了经验模式函数的一些局限性。其不仅适用于低风速反演,而且适用于高风速反演,并且能取得更好的风速反演精度和效果。
盐城海滨湿地类型丰富多样,湿地植物覆被类型之间的生态交错带十分明显,如何更为准确地获得海滨湿地覆盖信息,对湿地研究具有重要价值和意义。以ALOS影像为数据源,江苏盐城海滨湿地核心区为试验区,开展湿地信息遥感分类研究。在对研究区进行非监督分类,分析其限制分类精度原因基础上,针对研究区域的特点提出适合的分类精度改进方法。以非监督分类后的结果为模板,借助分区分层分类方法的思想,通过分析遥感影像光谱信息、纹理信息、主成分变换信息,得到知识规则,以基于知识规则修改的方法对芦苇、米草和盐蒿3种植被交错带进行修正。然后以基于GIS规则的方法对剩余区域进行修正。通过GPS数据进行精度检验,分类精度达到92.6829%,Kappa系数为0.9098。实验证明基于GIS规则和知识规则的分区分层分类法是提高海滨湿地遥感分类精度的有效方法。
利用1999年和2010年的TM卫星遥感影像,定量反演了抚顺市域的热场和植被指数,并对其变化进行了分析。结果表明,11 a全市的平均热场温度升高了1.53 ℃,城市热岛主要集中在抚顺市的城市建成区以及苏子河河谷和黑大线沿线地带,但强热岛和极强热岛的空间分布范围2010年较1999年压缩幅度空前。从植被盖度总体情况来看,高覆盖度植被覆盖面积均在60%以上,而全市低覆盖度等级以下的植被面积比例很小,其面积比例都在1.5％以下。从植被盖度的变化看,高覆盖度和较高覆盖度的植被面积比例分别下降了3.22％和2.31％;而中覆盖度的植被面积比例增加了4.94％,其变化最大的区域在抚顺市区,该区域变化的比率是全市变化的3~5倍。从热场与植被的变化原因来看,首先是受植物生长季节气候的暖干化变化趋势的影响,其次还与土地利用类型中耕地和草地的减少以及建设用地的快速增加有关,此外,抚顺市生态建设工作对其也有一定程度的影响。
提出一种Worldview-Ⅱ遥感影像数据图像处理的方法,并利用高分辨率Worldview-Ⅱ遥感影像数据进行断裂构造解译。结合ETM+遥感影像和已有构造模型,辅助地形地貌特征分析,首次对高海拔、地面工作部署困难的西藏改则附近区域进行了大范围、精细的构造解译工作。结果表明,Worldview-Ⅱ遥感影像数据在构造解译方面具有分辨率高、准确有效的特点。根据解译结果得知,研究区在南北向最大主应力(S1)与东西向最小主应力(S3)的应力模式下,东西向逆冲断层、南北向正断层及北东或北西向走滑断层组合出现,并共同实现研究区内的南北向缩短和东西向伸展。区内的地形地貌总体上都受到构造控制,最为显著的表现包括:①热拉错发育在由南北向正断层所产生的地堑构造之上；②吓嘎错为北西走向右行走滑断裂尾端走向偏转所产生的拉分盆地；③改则洪积扇平原的发育受北东走向张扭性左行走滑断层控制。
采用星地同步观测方法,对Hyperion影像进行预处理并提取玉米专题信息,计算与遥感影像同步获取的玉米地面实测光谱及其一阶微分形式,作物光谱指数参量与叶绿素含量之间的相关性。结果表明:作物叶绿素含量预测指数TCARI/OSAVI与叶绿素a和叶绿素b的相关性最好,R2分别为0.5694和0.5313。采用其与叶绿素含量进行回归分析,建立叶绿素反演模型。将回归结果应用到提取的玉米区域,得出叶绿素a和叶绿素b含量的空间分布图,直观显示玉米的长势状况,为农业估产和植被长势监测提供重要的数据源。
植被物候的检测对于认识自然季节现象的变化规律,服务农作物生产、全球变化、生态学应用方面具有重要价值。植被指数是描述植被数量、质量、植被长势和生物量指标的重要参数。利用SPOT VEGETATION NDVI时间序列数据,采用Savitzky-Golay滤波方法重建了NDVI的年内变化序列,并利用此数据提取了黑河流域植被物候空间分布格局。结果表明,采用此方法得到的植被物候信息和该区域的农事历信息符合较好。黑河流域植被物候具有明显的空间格局。上游的高寒草地区生长季长度较短。中游地区受人类活动影响严重,较为符合该区农作物生长信息。
根据1984、2000、2006和2009年4期Landsat影像,运用分类后比较法以及土地利用演变的时空分析方法,探讨和分析天津滨海新区和河北曹妃甸地区近30 a的土地利用变化特征和规律,阐明了研究区土地利用变化的区域特点,为土地可持续利用提供有效的决策支持。结果表明：坑塘水面是两个区域最主要的土地利用类型,尤其在曹妃甸地区,坑塘水面占用比例达60%~70%。1984~2009年两地区围海造地面积呈增加趋势,有“向海洋要土地”的发展趋势。土地利用变化的主要特征为耕地减少和建设用地、坑塘水面增加,2000年以后土地利用变化趋势尤为显著。滨海新区建设用地重心有西南方向移动的趋势,其他土地利用类型重心均有向东向北迁移的趋势,曹妃甸地区各土地类型均有明显的南移趋势。
海岸带滩涂环境复杂多变,进入性、通达性差。遥感技术因宏观、快速、综合、高频、动态和经济等突出优势,在海岸带滩涂资源动态监测中应用前景广阔。回顾了近年来国内外遥感技术在海岸带滩涂应用中的研究进展,主要包括海岸线提取、潮滩冲淤分析、近岸水深调查、悬浮泥沙反演以及潮滩环境监测等领域。详细论述了航空遥感、卫星光学遥感、微波以及激光等遥感技术在这些领域应用中的技术原理与方法,对近年来最新应用成果以及存在的主要问题进行了分析。指出要进一步提升遥感技术在海岸带滩涂研究领域的应用能力,需要加强开展多源数据的融合、高光谱数据的信息挖掘、微波与激光雷达数据处理等方面的研究。
为测得反演海洋风场所需的全部4个Stokes参数,全极化微波辐射计采用多路相关技术,对水平和垂直极化信号进行自相关和互相关处理,是一种全新的微波遥感系统。数字相关器是全极化辐射计的核心部件。详细介绍了一种高速新型数字相关器的设计。4片高速A/D转换器采样4路信号并外接多路复用模块实现高速数据流的降速,然后通过Xilinx公司新一代的FPGA\|Vertex5芯片作相关运算,将相关结果实时传输至上位机。提出的新型数字相关器可以实现系统最高5 GHz带宽的数据处理。
介绍了一种VHF有源相控阵雷达收发组件中的数字收发单元。采用分布式高速D/A和A/D分别实现为每个天线单元产生独立射频发射信号和采集每个天线单元接收的回波,使每个单元发射的波形和采集到的回波信号能单独处理。所有数字单元通过嵌入式以太网接口连接到主控计算机。该数字单元在雷达信号处理方面具有灵活性强\,高性能、可扩展和低成本的特点。
分析了栅格元数据基于文件、关系表和XML的3种存储管理方式,比较它们的优缺点,得出了XML适合描述空间数据库中栅格元数据的层次性、复杂性和面向对象性,并具有可扩展性。在BeyonDB中设计和实现了基于XML的栅格元数据管理模型,并以地球系统科学数据共享平台中DEM数据集为例验证该模型的可扩展性,为空间数据库中海量遥感影像数据的管理研究提供参考。
地理信息科学的迅速发展使Mashup应用于气象灾情信息服务成为可能。Mashup是一种新型的应用系统构建方式,它是指从网络上各种离散的数据源中获取、集成数据,从而构建出新的应用。在众多Mashup应用类型中,以地理信息Mashup应用最为广泛。通过提出将地理信息Mashup应用于气象灾情预警服务中的思路和方法,详细讨论了将Google Earth API和本地气象数据库等多源数据相结合的Mashup系统架构,并应用于青海省三维气象灾情预警地理信息系统中。该系统具有直观性高、浏览顺畅、多用户等特点,在运行过程中取得了良好的效果。
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