随着新一代SAR传感器的出现及应用,利用真实高分辨率、多极化SAR图像进行船只分类识别成为海上交通、渔业监测及国防应用的热点问题。首先回顾了SAR图像船只分类识别技术的发展。以近20 a国内外研究的重要成果为基础,对几何结构特征、散射特征和极化特征等船只分类特征进行了总结和比较,分析了其优缺点；总结了各种SAR图像船只分类识别算法的技术特点,并分析了各方法的适用性。最后对SAR图像船只分类识别技术的应用前景和发展趋势进行了阐述。
随着合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术在地形测绘及地表形变监测等领域应用日益广泛,提高其测量精度成为该技术领域近期研究的热点之一。而InSAR测量过程中的大气效应是限制其测量精度提高的主要误差源之一,如何经济有效地消除大气效应引起的延迟位相(即大气校正)是InSAR技术应用中亟待解决的问题。详细介绍了InSAR测量中现有的大气校正方法,并评述了各自的优缺点及适用条件。最后对InSAR大气校正研究中仍就存在的问题进行了概括并提出展望。
基于eCognition面向对象分类算法及校正后的TM遥感影像,获取研究区2010年土地利用/覆被数据。同时在ArcGIS平台下,提取遥感影像6个波段反射率及RVI、NDVI、SLAVI、EVI、VII、MSR、NDVIc、BI、GVI和WI等10个植被指数,并辅助于DEM、ASPECT、SLOPE等地形信息,在与植物冠层分析仪(TRAC)实测各森林类型叶面积指数相关性分析的基础上,研究表明:相对多元线性回归方法,偏最小二乘法能够更好地把握各森林类型LAI动态变化,而后结合研究区森林覆被信息进行区域估算。
卫星遥感产品定量化应用前需通过真实性检验。卫星雷达高度计可观测海面风速大小和有效波高等海洋动力环境参数,而对其进行真实性检验存在不同的时空匹配方法。使用3种不同的时空匹配方法,利用美国国家浮标数据中心(NDBC)现场观测数据对2011年的Jason2海面风速和有效波高产品进行了检验。Jason2海面风速大小和有效波高的均方根误差分别为1.28 m/s和0.28 m,同时结果表明:采用卫星高度计海面风速大小(有效波高)和同步的现场观测数据在一定时间(1 h)和空间(50 km)限制条件下进行对比检验,可以得到合理的高度计海面风速大小和有效波高精度评价结果。 Jason2卫星高度计海面风速大小和有效波高的精度与探测海域有关,其精度在墨西哥湾与西大西洋海域相对较高。
位于1.6和2.06 μm附近的短波红外波段可用于探测低层大气CO2信息,然而除大气分子(主要是CO2)吸收外,大气分子散射、气溶胶和云散射也是限制这些波段的卫星测量信号的主要因素,因此气溶胶光学参数及其垂直分布也必然制约着GOSAT(Greenhouse Gases Observing Satellite)CO2的反演精度。利用正演模式DISORT分析气溶胶光学厚度(AOD)、类型以及廓线对CO2反演精度的敏感性,旨在提高CO2反演精度。结果表明:①不同类型气溶胶AOD增大对CO2柱总量的影响各不相同,且CO2柱总量变化量的变化趋势也不相同,这取决于气溶胶的散射相函数与单次散射反照率的大小;②气溶胶类型变化会导致CO2柱总量变化,且这种变化随着AOD增大而增大;③对于满足指数分布的沙尘气溶胶,标高的低估会导致反演的CO2柱总量偏大,而气溶胶的集中分布导致反演的CO2柱总量偏小,且气溶胶层越高,反演的CO2柱总量越小。
遥感是大尺度生态研究的重要工具之一,而地面植物群落特征与其光谱特征之间的关系是解译遥感影像的关键。地面实测数据由于其高空间分辨率和高光谱分辨率,能够准确反映地物光谱信息,可以用来指导卫星遥感解译工作,同时为遥感监测草地退化、草地模型建立等提供数据支持。选取西藏那曲地区的优势植被类型作为研究对象,利用ASD FieldSpec 3便携式光谱仪测定优势种的冠层光谱并进行比较,并取其中一种优势种测量其在不同覆盖度和不同生长期的光谱反射特点。研究结果表明:①不同植被群落冠层光谱具有特殊的光谱曲线,可见光波段光谱反射率依次是紫花针茅、小嵩草和藏北嵩草,近红外波段光谱反射率则依次是小嵩草、藏北嵩草和紫花针茅;红边位置可以识别藏北嵩草,但是不能区分小嵩草和紫花针茅;②不同覆盖度的小嵩草红边、“绿峰”位置不随覆盖度的变化而发生变化;连续统去除后得到吸收深度随覆盖度的增加而变大,吸收峰面积随覆盖度的增加而增加;③小嵩草衰退期内,在可见光波段和红边波段,冠层光谱反射率随着叶绿素含量的减少而下降,出现“红边蓝移,绿峰下降”的现象。
干旱是人类历史上的重大自然灾害之一,而土壤水分是干旱监测最重要的指标。利用遥感手段反演地表土壤水分,可以充分反映土壤水分的时空变化特征,适合进行大范围动态监测。研究基于Landsat TM数据,运用普适性单通道算法得到地表温度(LST,Land Surface Temperature),然后选用增强型植被指数(EVI,Enhanced Vegetation Index),构建了LST\|EVI特征空间,计算出温度植被干旱指数(TVDI,Temperature\|Vegetation Dryness Index)。在对实测土壤含水量数据和对应TVDI值进行回归分析的基础上,反演出2010年6月14日黄骅市自然地表20 cm深度处的体积含水量。结果表明:TVDI方法在该研究区是完全可行的,拟合精度较高;研究区自然地表土壤体积含水量分布差异明显,中等含水量地区面积最大,西南和部分北部地区含水量较低,而含水量高的区域主要分布在苇洼和沿海地区。
中酸性小岩体的内部及附近的围岩中常形成与岩浆岩体有关的大型、超大型矿床,已成为找矿工作的一个重点方向。由于地质工作程度的限制,中酸性小岩体易被遗漏,严重制约了该类型矿化的发现。在新疆西准噶尔达尔布特断裂带下盘加甫沙尔苏地区找矿工作中,通过综合分析,提出了以遥感手段为主导的中酸性小岩体型矿化找矿模型:利用ASTER数据,通过图像增强处理、图像解译识别中酸性小岩体并提取蚀变遥感异常,结合地质、化探信息综合分析后确定重点检查区域。野外检查发现了加甫沙尔苏斑岩型钼矿化点,证实了该方法的有效性。该方法可以为西部地区中酸性小岩体型矿产资源勘查提供借鉴。
植被是生态环境变化的综合指示器,研究其对水热条件的响应已成为当前气候变化研究中的主要内容之一。选取北方土石山区典型代表——沂蒙山区为研究对象,基于沂蒙山区1980~2010年的气温、降水和2001~2010年MODIS\|NDVI数据,结合相关分析和最小二乘法,定量分析该区植被指数的年际、年内的时空变化及其对水热条件的响应。结果表明:①近10 a沂蒙山区NDVI max的变化斜率为0.0026;②植被显著退化区和良好区分别占研究区总面积的10.52%和28.62%;③不同季节(主要是春、夏和秋季)植被状况均呈现良性发展趋势;④台站数据显示植被年际变化与年降水和年均气温的关系并不密切,而在月时间尺度上植被与气温的相关性要强于与降水的相关性。综上所述,沂蒙山区植被状况总体呈良性发展趋势,气温可能是影响该区植被生长的主导因子。
随着社会经济的发展,对煤碳的过度掘取,导致的生态环境问题日益突出,因此对煤矿开采区进行生态修复就变得越来越重要。矿区生态修复的关键是植被恢复,以黑岱沟煤矿为研究区,进行植被修复监测和效果评价。选择1999~2011年6~10月的Landsat遥感影像数据,采用遥感与GIS相结合的技术手段,绘制了1999~2011年的典型地物类型解译图,进行了数据分析。结果表明:黑岱沟煤矿区排土场的总面积逐年增加,即煤矿开采的力度逐年加大;植被修复区的面积逐年增加,表明黑岱沟煤矿区生态修复的范围增大力度加强。
利用海洋宽幅SAR图像进行大范围海域舰船检测在海洋监视、军事侦察等方面具有重要应用。由于海况的复杂性,宽幅SAR图像背景杂波特性随海域不同而变化。采用双参数CFAR检测算法和基于K分布CFAR检测算法在处理宽幅SAR图像时,由于在待检测的所有区域采用同种背景杂波模型,导致使用的杂波模型在不适应区域失配,使CFAR检测性能下降。针对这个问题,提出了一种基于自适应背景杂波模型的CFAR宽幅SAR图像舰船检测算法,该算法通过背景窗口的多尺度统计方差判断目标所处的杂波环境,自适应选择对应的背景杂波分布模型,最后根据已知的恒虚警率及选择的杂波概率密度函数进行CFAR检测。对20多幅宽幅SAR图像进行了试验,实验结果表明:该算法在检测精度上有明显的改善。
利用IKONOS影像对红格钒钛磁铁矿区的矿山地质环境进行监测,结合实地调查资料,利用模糊数学综合评价法建立了研究区的评价指标体系,并对研究区矿山地质环境进行了综合评价。以研究区内5个规模较大的矿山为评价单元,得到白草铁矿、潘家田铁矿和小黑箐铁矿的矿山地质环境评价等级为Ⅰ(好),优于阳雀箐铁矿的Ⅱ(一般)和红格铁矿的Ⅲ(较差)。研究成果可为矿山地质环境评价、矿产资源合理开发及矿山生态环境综合整治等工作提供参考。
通过加入地形因子进行相关光谱信息分区来提取蚀变信息,首先利用ASTER影像立体像对提取DEM,进行地形(坡向)划分,即分为阳坡、半阳坡、半阴坡、阴坡4类型,将相对应的区域统计其波谱信息,分为不同的波谱区,然后分别用主成分分析法提取蚀变信息。结果表明:波谱分区蚀变信息提取方法能够更加有效地识别出各个波谱区的蚀变异常信息,有效减小地形因素对蚀变信息提取结果的影响,并且在研究区得到很好的应用。
控制海面溢油对于保护环境和减少经济损失是非常重要的,监测海面溢油是遥感技术的一个重要应用方面。利用美国对地观测系统卫星EOS的AMSR\|E微波辐射计探测资料,结合阈值梯度算法和基于R-L分数阶微分梯度算子边缘提取算法,提出了基于微波辐射计的海面溢油监测算法,并以2010年发生在墨西哥湾的漏油事件为例,进行了溢油范围反演研究,得到了较好的实验验证结果。
尾矿库是一种巨大的环境风险源,一旦发生事故,会给周边环境带来严重危害,因而成为环境应急监管的重点。特别是近年来由尾矿库引起的突发环境事件呈现高发态势,使得尾矿库环境应急管理形势严峻。当前,我国尾矿库环境监管能力薄弱,主要依靠地面调查,信息与技术支撑能力严重不足。为此,面向环境应急管理的工作需求,在分析尾矿库特性及遥感技术特点的基础上,提出了尾矿库环境监管指标体系和监测方法,并以张家口为例,开展了“天地”一体化的尾矿库环境风险监测应用示范,增强了尾矿库的环境监管能力,同时也拓宽了遥感的应用面,为建立基于“天地”一体化的尾矿库环境监管技术体系和服务平台奠定了初步的技术基础。
运用面向对象的方法进行土地覆被变化检测,利用遥感数据光谱信息、纹理特征、拓扑关系,在多尺度分割获得对象的基础上,构建了变化矢量方法和向量相似性的检测方法,两种检测方法均成功检测出了所选取实验区的土地覆被变化信息。结果表明:对于同一区域同一时相的两期影像的面向对象变化检测,两种方法的总体精度都在80%以上,但变化矢量方法(CVA)精度要高于向量相似性方法。因此,在进行土地覆被变化检测时可以优先考虑变化矢量方法(CVA)。
近年来太湖流域水体污染日趋严重,土地利用是重要的环境变化影响因子,对太湖湖滨敏感区土地利用分类研究具有重要意义。研究基于2010年ALOS多光谱遥感影像,以太湖流域上游的武进港、直湖港流域为研究区,根据研究区实际状况和研究目的,建立太湖流域上游湖滨敏感区的土地利用/土地覆被分类系统,并用于该地区的面向对象遥感分类,研究通过影像的多尺度分割,获得不同层次的影像对象,在不同层次设置对应的分类规则,以充分利用影像中地物的光谱、纹理和不同层对象相互关系等信息,从而提高分类效果。研究表明:在面向对象多尺度影像分割的基础上,基于决策树建立多个分类规则的分类方法,能够有效提取建设用地、道路、水体等几类信息,分类总体精度达到88.00%;同时,该地区主要土地利用类型如耕地、农村居民点和城镇居民点的分类精度也较高,这也表明该分类方法对整个太湖流域以及其他平原河网地区的土地利用相关研究具有一定的实用价值。
将具有明显空间结构的非连续性地物数据的结构分析研究,归纳为空间数据的结构化异质性分析问题。在此概念的基础上引用曲线论的方法分析了结构化异质性的变异函数的构成,得出变异距离受样本点间地物弧长及其空间复杂度共同影响的结论,由此推出变异距离函数的解析表达公式。之后给出了结构化异质性的实验变异函数的一种近似计算方法,该方法在样本合理分布的前提下一致收敛于真实变异值。最后介绍了结构化异质性模型在青藏铁路路基沉降数据的结构分析计算中的一个应用实例。
借助机载小光斑激光雷达点云数据,采用Kraus滤波法结合增强Canny算子优化提取数字高程模型,然后结合LiDAR数据中提取的nDSM和粗糙度特征,以及CCD数据中获得的光谱属性和几何属性,应用多源特征融合面向对象影像分类方法,以提高城市环境下遥感分类的可靠性和建筑实体信息提取精度。结果表明:DEM估测值变异解释能力达到96%,其均方根误差1.15 m,拟合的直线紧贴1∶1线;同时,结合粗糙度、光谱信息和形态指数等信息分类的方法不仅缓解了分类“噪声”,降低了错分现象,且精度较高;研究区内建筑的面积决定系数大多高于0.7,高度信息的估测值变异解释能力也均达到92%以上,表明基于多源特征融合的面向对象分类方法结果可靠且对建筑的三维结构参数提取精度高。
利用高分辨率遥感影像对森林资源进行大比例尺动态监测可以有效提高林业部门对森林资源管理的时效性。以福州市平潭岛为研究区域,利用高分辨率的WorldView\|2遥感影像,结合大比例尺森林小班矢量图层,基于面向对象的分类思想,采用分层监督分类的方法,提取森林资源变化图斑,实现大比例尺森林资源的动态监测。此种方法有效利用了原始小班边界,快速提取了变化区域,总体分类精度达到了90.85%,表明利用该方法进行大比例尺森林资源变化区域提取是有效可行的。
随着激光扫描仪硬件水平的不断提高及数据处理方法的不断完善,地面三维激光扫描技术在城市建筑物数字化与三维建模方面的应用越来越广泛。通过对比使用两种不同工作原理的激光扫描仪(相位式和脉冲式)进行大型建筑物数字化及三维建模的试验,详细探讨了试验过程中数据采集、数据处理及三维建模等各个环节的主要问题及关键技术,提出了相应的解决方案及需进一步研究解决的问题。
数字下变频器(Digital Down Converter,DDC)是雷达数字接收机的重要组成部分,其功能是将数字化的雷达中频信号进行下变频至基带。DDC主要完成星载微波散射计的正交解调,滤波和降采样算法。出于星载应用对可靠性和芯片资源的要求,选择Actel基于FLASH技术的FPGA芯片,并采用基于流水线技术和简化的正交解调及分布式滤波的算法来实现DDC模块功能。
多源低空间分辨率遥感数据在空间上的一致性对于其在全球变化研究中的集成使用有非常重要的意义。对此,以公认几何精度较高的MODIS数据为基准,对NOAA/AVHRR、FY-3/VIRR、FY-3/MERSI、FY-2/VISSR这4类国内外常用的低空间分辨率传感器的L1B数据进行了一系列相对几何精度评价和多项式相对几何校正的实验。相对几何精度评价的结果表明:MODIS数据与这4类L1B数据在几何精度上的偏差都比较大。在此基础上,选取少量均匀分布的控制点并采用不同阶数的多项式几何校正模型对多源数据进行空间一致性校正。校正结果表明:低阶的多项式几何校正模型就能对各种待校正数据的几何精度有显著的提升,使其与基准数据在空间上达到一致,满足全球变化研究对低分辨率多源遥感数据在空间一致性上的需求。
高分辨率影像具有丰富的光谱信息和空间信息。采用不同的图像融合技术融合GeoEye影像全色波段和多光谱波段,用建立的参考多边形和对应多边形残差法评价分割质量,以确定研究区各地物类型的最优分割参数组合,选择目标地物分类特征,建立分类规则,在此基础上实现研究区内不同地物类型的面向对象信息提取。结果表明:Gram-Schmidt(GS)融合法具有最优的融合效果,所选特征能够很好地实现目标地物信息提取,并且具有明确的地学意义,面向对象信息提取总体精度达到90.3%,Kappa系数为0.86,该研究为高精度植被信息的提取提供了有效的方法。
以面向对象技术为依托,进行阴影区域提取域和内部信息补偿处理。在多尺度分割的基础上,充分利用阴影对象典型的光谱、几何特征设置特征函数,提取相应的建筑物阴影区域。采用数学形态学,以对象间的空间关系为依据对阴影边缘进行规则化,并用直方图灰度映射策略补偿阴影的内部信息。最终沿阴影边界中值滤波,得到优化的建筑物阴影区域提取结果。
海况偏差参数校正模型根据其采用的数据集可分为交叉点模型和共线模型,两者各有优劣。对交叉点和共线数据集进行融合建立融合数据集,并对融合数据集、交叉点数据集和共线数据集进行比对,结果表明：融合数据集具有时效性高、覆盖范围广、数据样本取值范围大的优点。其空间分辨率可以满足卫星雷达高度计观测需求。采用融合数据集计算得到模型的解释方差比其他两种高,说明该模型有效性更好。
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