天气雷达在现代气象综合观测系统中起着非常重要的作用,雷达网络能够覆盖大的空间范围,有利于雷达间的数据融合,可以更为精细地观测不同尺度的天气过程。概述了天气雷达网络技术及其应用进展,包括收发分置双(多)基地雷达网络,美国的NEXRAD和TDWR网络、欧洲的OPERA计划和中国的CINRAD网络,最后介绍最新发展的CASA网络雷达系统。较为详尽地介绍CASA网络的端对端系统、DCAS模式和数据产品,并与NEXRAD的性能进行比较。CASA能够观测中小尺度强对流系统更细微的变化,同时也是S/C波段雷达网络的有益补充。S/C波段大功率长程雷达网络与X波段小功率短程雷达网络的结合及其资料的相互
基于SAR影像进行建筑物提取与高度反演,可行的技术方法种类繁多。以使用的影像数量和分辨率为序,以使用的灰度、相位、极化信息为核心,分别从二维提取、三维高度反演两个方面总结了这一技术主题的研究发展现状;并结合当前SAR影像高分辨率、全极化的数据特点和国际最新研究动向,对这一研究方向进行了展望。
对高光谱卷积法进行了改进,实现了卫星影像之间的亚像素匹配和粗差的剔除,对搭载在中国“风云二号”(FY-2) C、D和E星上的伸展的可见光和红外自旋转扫描辐射计(SVISSR)的两个热红外波段IR1 (~10.9 μm)和IR2 (~11.9 μm)与搭载在Aqua卫星上的大气红外探空仪(AIRS)高光谱波段进行交叉辐射定标。基于SVISSR/FY-2和AIRS/Aqua对地观测的几何特性,选取研究区域覆盖41.5°~149.5°E、10°S~10°N的范围,利用该研究区域2006年12月、2007年9月和12月、2009年9月和2010年5月的SVISSR/FY-2标称数据和AIRS/Aqua红外1B数据,在同地点、同一天太阳天顶角之差的绝对值小于2°、观测天顶角之差的绝对值小于3°和相对方位角之差的绝对值小于6°的匹配条件下,提取匹配的观测点对,然后对匹配观测点对进行回归分析,得到交叉辐射定标系数。结果表明:SVISSR/FY-2波段观测值与卷积得到的AIRS/Aqua观测值之间高度线性相关,且SVISSR/FY\|2的两个热红外波段相对于AIRS/Aqua波段存在定标偏差。并给出了交叉辐射定标系数。
雷达高度计电磁波穿过大气中的电离层时,会受到电离子的影响而发生延时现象,从而使高度计的测高数据产生误差,必须对其进行校正。基于Jason-1卫星高度计数据,比较分析了目前多种卫星高度计所采用的主流电离层校正模型:Bent模型、IRI95模型和IRI2007模型。从模型的分层、各层的算法及参数设置方面对3种模型进行了比较,并利用Jason-1卫星高度计的电离层双频校正算法数据对3种模型的校正结果进行了评价。研究发现,IRI模型优于Bent模型,IRI2007模型优于IRI95模型,尤其是在中国近海的中纬度地区IRI2007模型的校正效果最好。上述工作可为HY-2卫星高度计电离层校正的模型选择提供参考。
针对复杂背景下高分辨率SAR图像中河道轮廓提取问题,在分析前人已有成果的基础上,提出一种基于分块直方图及区域特征的河道信息检测方法。首先通过小波变换技术在保持图像边缘特性的同时对图像去噪处理,进而对图像分块后利用统计直方图初步确定河道标记点位置。在此基础上采用基于标记点的分水岭变换进行初始分割,最后利用区域邻接图(RAG)的区域合并策略得到河道检测结果。实验结果表明:与戴光照等提出的采用直方图阈值快速分割提取算法相比,该算法在完整提取河道轮廓的同时显著提高了提取精度,同时可进一步用于河道桥梁提取,具有良好的可用性与有效性。
为了有效抑制SAR强度图像中的相干斑噪声,提出一种改进Sigma滤波并结合Gamma MAP滤波的空域相干斑抑制方法。首先利用阈值判断法判断并保留强点目标,然后结合SAR图像分布模型和MMSE准则判断Sigma区间,其中可以根据图像局部统计特性自适应调整窗口尺寸,最后选择Sigma区间内像素进行Gamma MAP滤波。实验结果表明:对于星载和机载SAR图像,在相干斑噪声抑制和边缘纹理细节信息保持方面,该方法较其他常用的空域相干斑抑制方法具有明显的优越性,能极大地提高SAR图像判读和目标识别能力。
为了增加TM遥感数据单波段信息量和视觉感知力,实现定量模拟TM遥感影像各波段反射率,提出一种TM遥感影像图像处理新方法,即在不破坏原有波段光谱特征的基础上重构TM波段反射率模拟图像。选取图像质量评价指数进行客观定量评价分析,实验结果表明:单波段信息熵值平均增加1.35,获得的均方误差系数和峰值信噪比值有明显变化,均方误差值平均减少11.2,重构的模拟单反射率TM影像灰度级离散程度集中,信息量丰富,图像增强变化和光谱信息优化程度都有显著提高。
以遥感影像认知和地学理解为主要分析视角,在图像多尺度分割的基础上,充分挖掘目标地物的光谱特征、形状特征、纹理特征和语义特征信息,明确对象的特征信息与地物之间的对应关系。在此基础上,合理选择目标地物的分类特征,建立分类规则,实现研究区地物的逐级分层分类。结果表明:所选特征能够很好地实现目标地物的信息提取,并具有明确的地学意义,便于理解。与传统的基于像素的最大似然法分类相比较,该方法分类精度有明显提高。
2010年11月5日发射升空的我国新一代极轨气象卫星FY-3B (“风云三号”B星)携带的微波成像仪,可以全天候获取来自地球表面和大气的电磁辐射信息。针对在轨测试期间微波成像仪1.7 s和1.8 s两种扫描周期,详细比较了二者图像质量的差异。在图像质量评价研究中,使用统计方法比较了图像的动态范围;通过功率谱计算,对比了图像的空间纹理特征;通过信息熵计算,分析了图像信息量的不同;此外,还研究了图像的对比度以及通道间配准的情况。结果表明:1.7 s图像的空间纹理结构、高频图像的对比度以及通道间配准明显优于1.8 s,表明1.7 s扫描周期下的图像质量优于1.8 s,该结论可以作为微波成像仪仪器指标设计的参考。
针对遥感图像视觉存在对比度差\,分辨率低的缺点,以及传统的Retinex算法在对图像增强时往往会出现色彩恢复不协调,呈现泛白发灰现象,提出了一种多尺度Retinex算法与直方图均衡化相结合的新型遥感图像增强算法。首先对多尺度Retinex算法进行非线性全局改进,用于增强HSV色彩空间中的V分量,然后用直方图均衡化方法对RGB空间中三分量做同步增强处理。实验结果表明:与多尺度Retinex算法相比,算法增强后图像的均值可达到127,信息熵可提高29.5%,而且算法有效地解决了图像色彩恢复不协调和泛白发灰现象。
针对高光谱遥感影像处理效率的问题,提出了一种基于高光谱曲线小波分解低频系数分维特征影像和高频系数分维特征影像相结合的高光谱遥感影像分割方法。对高光谱响应曲线的分形测度进行了分析,提出基于光谱曲线小波分解高频系数的分维算法,得到多尺度高光谱分形特征影像。设计了低频系数分维特征影像和高频系数分维特征影像相结合的高光谱影像分割算法。高光谱曲线小波系数分维特征影像分割实验结果表明:该算法可取得与光谱曲线直接分形测度特征影像分割一致结果,但效率优于直接分维特征影像分割。
多尺度分割作为一种成熟的影像分割方法,在遥感影像信息提取中得到广泛应用,但算法整体效率较低。利用多核计算机实现了基于数据并行的遥感影像多尺度分割。传统的影像IO(Input and Output)方法在影像数据量较大的情况下无法满足多核计算机并行处理的需要,设计了一种新的影像IO策略消除了这种缺陷;此外,在遥感影像多尺度并行分割的过程中,普遍存在分割结果无法直接进行合并的问题,利用对特定区域重分割的方法在保证效率的前提下解决了这个问题。结果表明:针对各种数据量与尺寸的遥感影像,并行分割效率有了较大提升,并且分割算法具备了处理大数据量影像的能力,极大地增强了通用性。利用多核计算机提升影像分割效率取得了显著成效。
作为新型卫星数据源,FY\|3/MERSI(风云三号中分辨率光谱成像仪)影像的快速预处理方法与模块目前较少见。采用基于三角网的几何校正算法,根据研究区Shapefile文件和FY\|3/MERSI自带定位数据提取处理区域,实现对应区域全部20个通道几何校正,并利用后向映射重采样输出各通道图像纠正后像元点DN值,随后进行辐射定标、太阳高度角订正等预处理。该系列过程用IDL编写相关程序实现了用户界面化交互操作。运行结果表明:设计的算法流程占用内存小,计算速度快。对于一个面积约45万km2的区域,所有通道处理耗时仅450 s,且校正后影像质量和精度均较好。相较于相同区域借助ENVI软件下地理位置查找表法(GLT)仅实现单通道几何校正耗时超30 min,本文开发的模块大大提高了FY\|3/MERSI数据处理效率,为其在城市热环境、积雪等领域的应用做好准备工作。
为了提高卫星云图分类精度和实时识别云类,基于云类知识库采用面向对象的分类方法对卫星云图进行分类。首先对2011年7~8月的FY\|3A/VIRR卫星云图进行预处理,从中裁截500个云样本,随机选取42%云样本作为训练样本,提取训练样本的光谱和纹理特征,基于ReliefF方法进行特征选择,采用反向传播神经网络进行训练构造分类器,利用剩余58%云样本进行网络测试,至此云类知识库构建完毕。然后对待解译的云图进行JSEG分割获取云对象,基于云类知识库已训练好的分类器实现面向对象的云图分类。试验结果表明:所设计的云图分类算法有效,分类结果与云分类产品数据基本达到一致。
合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)技术在地表形变监测方面已得到广泛应用。介绍了将差分InSAR技术运用于矿区地表沉降监测,获得了河北峰峰煤矿地表Envisat/ASAR和ALOS/PALSAR的雷达形变干涉相位图,并对Envisat C波段和ALOS L波段的形变干涉相位图进行了相干特性和相位特性的分析。通过综合考虑C波段和L波段的优势与不足,将两者联合使用,实验表明利用多模式雷达数据对矿区地表沉降进行检测的可行性。同时,通过对雷达干涉相位图的分析,能够及时提供正在进行地下开采活动的矿区地理位置。
环境减灾卫星星座具有宽覆盖和快速重访的能力,尤其适合旱灾等大范围灾害监测的要求。基于权重叠加法的区域旱灾风险评估方法,综合考虑致灾因子、孕灾环境及承灾体等指标,获得的旱灾风险等级分布图可以应用于旱灾风险预警。光谱维—温度旱灾指数产品综合考虑了土壤水分变化、地表蒸散变化、植被绿度变化、植株水分变化4方面内容,可有效应用于旱灾监测中。针对2010年初中国西南地区特大旱灾,利用环境减灾卫星数据采用上述方法开展了旱灾风险评估和监测,并采用民政部国家减灾中心收集的地方政府上报灾情数据对风险评估和监测结果进行了验证,结果表明:监测结果与实报灾情相符,结果具有较高的精度。风险评估和监测结果仍需进一步改进,以满足自然灾害救助应急预案仿真与模拟的精度需求。
训练样本量、辅助数据和分类法是影响土地利用/覆盖分类精度的3个主要因素,通过找到这3个因素的最佳组合方式以提高分类精度,分别在25%、50%、75%、100%样本量下,加入NDVI、DEM和纹理均值特征作为辅助数据,比较了分类回归树、支持向量机、最大似然法3种分类法的效果,探讨了训练样本、辅助数据以及分类技术对土地利用/覆盖分类精度的影响。结果表明：支持向量机总体分类精度较高,在相同样本量和没有有效辅助数据的情况下,SVM可以获得最佳的分类结果,总体分类精度在85%以上；在进行分类时,加入NDVI和纹理均值特征使分类回归树分类精度提高了2.82%,说明该方法对有效辅助数据的加入较为敏感；在获取的训练样本集有限而可获取有效的辅助数据时,应优先考虑利用分类回归树进行土地利用/覆盖分类。
滑坡发生与地形因子的关系是区域滑坡静态规律研究的重点,但以往的研究多注重考虑其与反映几何形态的基本地形属性因子(几何形态属性因子)之间的关系,如坡度和坡向等。首先提出一种新的基于子流域内相对位置定量描述坡位(相对位置因子)的方法,并以温州地区瓯江流域1990~2001年发生的滑坡为研究对象,使用证据权法对比滑坡发生与两种不同类型地形因子之间的关系。结果表明,相对位置因子与滑坡发生的相关性大于滑坡危险性评价经常使用的几何形态属性因子;并且滑坡大多发生在定量坡位值较低的区域,这些地区处在下游,遭受流水侵蚀的强度更大、频率更高。
传统的CFAR检测应用到光学卫星遥感图像舰船目标检测中时不能对黑极性目标进行判断,针对此提出改进的基于广义似然比检验(Generalized Likelihood Ratio Test,GLRT)的舰船目标检测算法。该算法采用滑动窗口检测形式,在假设背景和目标灰度均服从高斯分布的前提下,通过GLRT判断背景窗口与目标窗口是否同分布来检测目标,兼顾了目标黑白两种极性的情况。算法实现中对图像进行了分块检测,并通过形态学处理对检测结果进行了目标聚类。采用SPOT5与CBERS实测数据进行实验,验证了海背景服从高斯分布的假设。典型数据检测结果表明,该算法可以检测黑极性目标,且相比CFAR虚警率更低,大量数据计算ROC曲线的结果以及比CFAR检测少约40%的耗时进一步表明该算法性能更优。
地形是影响植被分布和变化的重要因素之一,摸清竹资源的地形分异特征,对制定区域的竹资源可持续发展和生态环境建设战略具有重要意义。以福建省顺昌县为例,在GIS和遥感技术的支持下,结合遥感数据成图与地形因子叠加分析,对竹林分布及动态变化的地形分异特征进行了研究。研究结果表明：①竹林主要分布在海拔1 200 m以下,400~800 m区域竹林面积最大,在海拔800 m以下随着海拔的升高,竹林面积逐渐增大,在海拔800 m以上,随着海拔的升高竹林面积逐渐减少;②竹林集中分布在坡度6~25°区域,并且主要分布在半阳坡和半阴坡;③从1988~2007年间顺昌县竹林面积呈快速增长态势,净增加面积为1 6811.48 hm2;增加、减少和未变3种变化类型中,增加和未变的竹林面积随地形的变化呈先增加后减少的趋势;而减少的竹林面积随着海拔升高逐渐减少,随着坡度的变化先升高后减少,并且在各个坡向上变化不大。研究成果反映了自然与人为驱动力对顺昌县竹林面积的动态变化的影响,为该县竹林利用规划和生态建设提供了科学依据。
为保障首都生态环境的健康和安全,北京市发改委加强与周边区域的合作,通过开展大量的生态环境治理工程,打造北京天然屏障,保障“绿色北京”的建设。这种跨区域合作的工程项目给监测与监管带来很大的困难。遥感作为宏观监测的新型技术手段,能够辅助掌握和评价工程实施情况,保障环境补偿机制的有效实施。通过对北京地区及周边的生态治理工程进行业务梳理和需求分析,针对京津风沙源治理工程、“稻改旱”工程不同的工作目的和业务需求,应用多源、多时相遥感影像,建立遥感动态监测指标,利用自动分类、人机交互解译与实地调查相结合的方法对工程实施前后遥感表征信息进行监测,评价不同工程在治理与管理中的应用效果。结果表明：通过遥感动态监测,一是能够准确定位工程治理区域,防止治理区域的重复申报；二是能够监管工程实施的实际执行情况和评价实施后的效果；三中辅助确定生态补偿费用；四是为工程规划提供数据支持。
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