近年来机载激光雷达测深技术得到了快速发展,并在近岸海域、河道水深测量以及水下地形地貌测绘等领域发挥了重要作用。详细分析了国内外机载激光雷达测深系统的发展历程,探讨了机载激光测深数据处理和应用方面的研究进展,以及当前机载激光测深技术发展和应用中的问题,最后展望了未来的发展趋势。为机载激光雷达测深技术研究与应用者提供了详细的参考资料。
微波遥感具有一定的穿透性,能够与森林内部的散射体发生相互作用,从而获得指示森林垂直方向的参数,被认为在森林垂直结构参数估测方面具有很大的潜力。PolSAR、InSAR、PolInSAR、多基线InSAR以及多基线PolInSAR技术的发展进一步拓展了微波遥感在林业中的应用,为森林垂直结构参数估测提供了可行的解决方案。首先总结了森林垂直结构剖面的层析提取方法;然后重点阐述了林下地形、森林树高以及森林地上生物量的微波遥感估测方法;最后就森林垂直结构参数估测研究中存在的问题及其发展趋势进行了分析。
月表光度模型是描述月表辐亮度随光照观测几何变化的函数模型,主要应用于月表图像及光谱数据光度校正过程中,消除光照观测几何对月表图像及光谱数据的影响,在月表图像镶嵌、月表矿物识别与反演、月表物理参数反演以及月表光度异常区研究等方面有重要的应用意义。美国LRO多角度月表光谱数据以及我国CE\|3号月表就位光谱数据的获取促进了月表光度模型的应用研究。首先系统地总结了目前国际上主要的光度模型,并分析几类模型的适用性,然后在总结其应用存在的关键问题基础上探讨了未来的研究趋势:①针对不同的应用目标数据采用不同的光度模型和校正方法,开展月表光度模型适用性和比较研究;②在现有的月表多角度光谱数据有限情况下,研究月表分区以及校正标准角问题,从而提高校正准确率;③在此后的月球与深空探测任务设计时,考虑获取更丰富的月表多角度光谱数据,促进光度模型的研究,从而更好地研究月表物理和光度特性。
冰川被认为是气候变异的灵敏指示器,测量冰川响应的最好方法来自于物质平衡观测,持续的\,系统的物质平衡观测不易实现,而雪线高度可以指示平衡线高度。介绍了雪线研究背景和意义,阐述了各种雪线相关概念,分析了目前已有的冰川雪线研究方法(如光学方法、统计方法、直接测量法和地形图判读法等),总结了不同方法获取的冰川雪线高度的验证方法,讨论了气温和降水对其影响。最后归纳了雪线高度在冰川研究中的应用。
建筑物提取是高分辨率光学遥感图像理解和目标识别的重要研究方向。实现自动化、智能化、可靠准确的遥感图像建筑物提取对基础地理数据获取和更新具有重要的应用价值和现实意义。在概述高分辨率光学遥感图像建筑物提取研究现状的基础上,综述了当前建筑物提取的主要思想和方法,将主流的建筑物提取代表性方法分为自底向上数据驱动方法(Data-driven)和自顶向下模型驱动方法(Model\|driven)两大类,在综合比较评述各方法特性的基础上,对该领域仍然存在的问题和研究方向进行了分析和展望。
基于遥感数据的光能利用率模型被广泛应用于计算陆地生态系统的生产力,其结果对最大光能利用率(ε max)参数非常敏感。利用农业产量统计数据、MODIS遥感数据、气象观测数据和植被光合模型(VPM)推算2001~2011年全国各省逐年的农田平均ε max,并分析其时空变化特征及其影响因素。研究结果表明:2001~2011年全国31个省的农田ε max的变化范围为0.57~2.20 g C·MJ-1,呈现出东部和中部较高、西北和西南较低的分布特征。大部分省份农田ε max呈现上升趋势,但在2001~2007年存在年际波动,2008年后ε max呈相对稳定增长趋势。各省农田ε max的年际波动幅度呈现北高南低、东高西低的分布特征。大部分省份农田ε max的年际变化与单位耕地面积农用化肥施用量存在显著的正相关性(P<0.05);C4作物面积比例变化也是导致农田ε max变化的原因之一。在利用光能利用率模型计算农田生产力时,需要发展考虑ε max 时空变化的参数化方案。
基于高光谱遥感图像数据的大气参数反演和一体化辐射校正具有重要研究意义和应用价值。首先,通过6S模型辐射传输计算分析了EO\|1/Hyperion遥感影像在940和1 130 nm附近水汽吸收区域的光谱吸收特点。其次,采用两通道比值法和三通道比值法,比较了不同波段组合的大气含水量高光谱遥感反演精度并进行了敏感性分析,模拟实验结果表明采用三波段比值算法的相关系数和均方根误差均优于对应的两波段算法。最后,利用张掖地区2008年3景EO\|1 Hyperion高光谱遥感影像,反演了大气含水量,并与地基CE-318太阳分光光度计测量数据进行对比验证,结果表明:1 124 nm水汽吸收通道反演精度优于940 nm,两通道和三通道比值法的均方根误差分别为0.369和0.128 g/cm2,三通道比值方法优于两通道比值方法,与地面观测结果一致。
坝区河流悬浮物浓度监测对于评估水利水电工程对河流水质影响具有较大的意义。HJ\|CCD重返周期短、空间分率高等优点,应用于漫湾这种中小尺度坝区水体悬浮物浓度监测有着重要的现实意义。大气校正采用暗像元、FLAASH以及QUick Atmospheric Correction(QUAC)几种常见的基于图像的大气校正方法。大气校正结果表明:暗像元法效果较好,其第2波段和第3波段的平均相对误差分别为16.1%和17.9%。然后,应用其大气校正较好的波段构建适用于研究区的悬浮物浓度反演模型。结果表明,该模型的决定系数为0.92,均方根误差(RMSE)为4.83 mg/L,平均相对误差为33.1%。最后,将此反演模型应用于2014年影像质量较好的HJ\|CCD数据上,得到了其悬浮物浓度空间分布图,反映了漫湾坝区附近的悬浮物浓度的变化规律。
针对单源数据经验模型估算精度较低等问题,提出采用最小二乘法联合光学和雷达遥感数据构建联合估算模型,以中国科学院河北怀来遥感综合实验站为研究区,以夏季玉米为研究对象,利用Landsat8和Radarsat2影像实现研究区叶面积指数估算:首先分别建立了多光谱数据和雷达数据与实测叶面积指数之间的回归模型,然后利用最小二乘算法联合不同数据间的回归模型构建估算模型,最后利用迭代法估算叶面积指数并通过验证数据对估算结果进行评价分析,同时与单源数据经验模型、多源数据加权平均模型和基于物理模型查找表估算结果进行对比。通过对研究区59个样本点数据分析表明:基于最小二乘算法联合光学与雷达遥感数据能够提高叶面积指数的估算精度(R2=0.5442,RMSE=0.81),优于单源遥感数据拟合经验模型(DVI 经验模型:(R2=0.485,RMSE=1.27))、基于权重的光学微波联合模型(R2= 0.447,RMSE=1.36)和物理模型查找表法(R2=0.333,RMSE=1.36),并当叶面积指数大于3时,对其由于信息饱和或误差引起的低估或高估现象具有一定的抑制作用。
利用FieldSpec4便携式地物光谱仪和ASD积分球,于2014年7月和12月对研究区6种典型植被进行光谱数据采集与处理,分析植被冠层和落叶的光谱特征及其变化规律,同时分析坡度因素、测量方法对植被光谱反射率的影响。结果表明:不同季节常绿植被光谱存在差异,不同植被光谱反射率的季节变化也不同。冬季常绿植被具有相似的光谱特征,但是不同植被类型之间也存在明显的差异。冬季植被冠层光谱呈现出先降低后稳定的特点;植被落叶层光谱由于受叶片色素、含水量、土壤背景等因素的影响,在衰老腐化的过程中并未出现明显的规律性变化。一定坡度范围内,植被光谱反射率随坡度的增大而升高。不同的测量方法获取的植被光谱反射率不同,但是光谱变化规律相同。
高分一号卫星是我国发展的新一代高分辨率对地观测卫星,如何应用该数据进行环境空气监测是目前迫切需要解决的问题。在深蓝算法基础上,根据GF-1 星16 m相机的波段特征,借助MODIS的地表反射率产品去除地表贡献,从蓝波段数据反演了陆地气溶胶,实现了深蓝算法在GF-1 星16 m相机的应用。在此基础上,收集了2014年8~11月过境北京地区的GF-1 星16 m相机数据进行了反演实验,结果表明:该算法获取的气溶胶反演结果较好地反映了气溶胶的空间分布。同时,利用同期的AERONET/PHOTONS北京站的地面监测数据进行了算法验证,结果表明,本算法与地面数据有较好的相关性,相关系数大约为0.9,但该算法结果明显高于地面观测结果,可能是MODIS与GF-1 星16 m相机的波段响应不同导致的结果。
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)拥有全天时全天候的工作能力,能够有效地连续对地观测,是土地管理,水体监测,灾害评估等多种应用的稳定数据来源。基于面向对象的思想,提出一种高精度、低虚警率的极化SAR(Polarimetric SAR,PolSAR)水体提取方法。此方法首先对极化SAR图像进行分割,再结合纹理与极化分解特征,对分割区域进行投票,识别水体区域。利用Radarsat-2数据和TerraSAR-X数据开展实验,并将提出方法与基于单一纹理和基于极化分解等水体提取方法进行对比,结果表明该方法在两种数据中均具有最高的总分类精度,其中基于分割技术能够保持完整的水陆边界,纹理与极化特征能够区分浅草、裸地和阴影等与水体相似的地物,结合投票方法能够提高小型水体检测率。
提出了一种基于物理意义图像融合的反照率降尺度算法,用以增强现有全球陆表特征参量（GLASS）反照率产品的空间分辨率,快速生成高分辨率反照率。首先对GLASS反照率产品和HJ反射率数据进行预处理,包括图像重投影、图像裁剪、雪像元和无效值像元掩膜；然后基于朗伯假设,将HJ反射率数据通过窄波段到宽波段的转换得到初级的高分辨率反照率；在此基础上将低分辨率的GLASS反照率产品与高分辨率的HJ数据进行融合得到高分辨率的反照率产品,其中考虑了GLASS产品的空间响应；最后分析了融合得到的高分辨率反照率影像,并使用黑河中游地面实测数据对融合结果进行了验证。结果显示:利用基于物理意义图像融合的反照率降尺度算法得到的高分辨率反照率产品精度较高（RMSE为0.02左右）,并且该方法快速高效,具有推广和发展成为业务化算法的潜力。
传统高光谱遥感影像逐像素分类方法未考虑像元之间的空间关联性且泛化性能较低。形态学属性剖面是表征影像空间结构的有效方法,同时集成学习可显著提升分类算法的泛化能力。为了在高光谱影像分类中充分利用影像的空间信息并提高分类的稳定性,提出一种基于形态学属性剖面高光谱遥感影像集成学习分类方法。首先,用主成分分析和最小噪声变换进行特征提取,并借助形态学属性剖面获取影像的多重空间特征;然后用极限学习和支持向量机的方法进行分类;最后将多个分类结果以多数投票的方式集成。区别于已有集成学习方法,综合考虑了不同特征提取和不同分类方法的联合集成,并将形态学属性剖面引入其中以充分利用影像的空间信息。采用AVIRIS和ROSIS两组高光谱数据检验该方法的分类性能,实验结果表明该方法可获得高精度和高稳定性的分类结果,总体精度分别达到83.41%和95.14%。
基于非局部自相似性的遥感图像稀疏去噪方法研究,在为后续的图像分析、识别以及较高层次的处理提供保证方面具有重要意义。针对遥感图像中存在非局部自相似性和稀疏性,在分析传统稀疏去噪模型的基础上,将具有相似结构的非局部块构建成组,用组作为稀疏表示单元,利用基于组正则化稀疏模型进行图像去噪。此外,针对采用整幅图像进行字典学习具有高计算复杂度,分析组特点,为每个组自适应学习一个字典。最后,为获得有效的去噪结果,利用迭代收缩阈值算法解决L0最小化问题。以“资源三号”遥感图像为数据进行实验,结果表明,该算法能较好地去除遥感图像的噪声,提高图像的峰值信噪比,保持图像结构信息。基于非局部自相似性的遥感图像稀疏去噪算法能够充分利用图像块信息有效的去除图像中的噪声,提高图像质量。
为验证理论训练数量(10~30 p)对参数分类器(如最大似然分类)、非参数分类器(如支撑向量机)的适用性以及样本特征(光谱统计、空间分布特征)对分类器分类精度的影响,选择不同规模的训练样本进行最大似然分类和支撑向量机分类,分析分类精度与样本之间的关系。实验结果表明:随着样本量的增加,最大似然、支撑向量机分类精度均随样本量增多而提高并趋于稳定,最大似然分类精度的增长速度要快于支撑向量机。MLC受样本量的影响较大,在小样本的时候(5个),分类精度不稳定,超过30个样本的时候,分类精度稳定下来;对于SVM分类器,在小样本的时候(5个),分类精度较高且稳定,因此SVM分类适合于小样本分类,不受限于理论样本量的影响。当样本量超过最小理论样本量值(30个)的时候,最大似然分类精度要优于支撑向量机,主要是由于当样本量增加后,最大似然更易于获得有效的信息量样本,而对于支撑向量机边缘信息样本的增加数量不大。研究结果为进一步优化样本进行分类打下前期的实验基础。
针对不同混合背景下蚀变矿物信息提取技术的响应程度这一问题,基于图像模拟,采用比值法(RM)、主成分分析法(PCA)和光谱角匹配法(SAM)3种蚀变矿物信息提取技术针对两种蚀变矿物(羟基、铁染)在模拟野外地物混合背景的情形下进行提取实验,并进行响应程度的定量统计和对比分析。结果表明:无论是纵向(不同算法之间)还是横向(同种算法针对不同种矿物蚀变信息)的算法响应程度均存在差异性,通过寻找响应程度的大致相同区间,可以在彼此间建立联系的纽带。不同的响应程度对应的丰度值能够反映不同算法针对两种蚀变矿物信息所能提取出来的大致混合背景。实验〖JP3〗结果对于在不同混合背景下的合理选取算法及算法提取效果的对比评价等方面都具有实际参考价值。
地表温度作为衡量地球表面水热平衡的关键参数,具有两大时空分布特征:第一,空间分布一致性,即属性相近的像元地表温度与其地表亮温间的相关关系相对稳定;第二,时间序列周期性,且同一地区时间越接近地表温度值越相似。基于这两大特征将空间统计模型与时间序列滤波相结合,提出了用于云下像元地表温度重建的时空联合算法。以2008年MODIS地表温度产品为研究对象,采用Landsat TM数据和AMSR_E地表亮温数据重建中国9个省份的地表温度值,并与基于MODIS地表分类产品的多通道统计模型重建结果进行对比。实验结果表明,所提算法实用性强,能有效实现大面积复杂下垫面区域的地表温度重建;平均重建误差约为1.2 K,相较于基于下垫面分类的多通道统计模型下降了76%,算法精度明显提高。
利用华北地区90个气象站点1951~2013年逐日降水量资料,计算了8个极端降水指数,采用滑动平均、线性回归、Mann\|Kendall非参数检验和Morlet小波分析等方法,分析了华北地区极端降水事件的变化规律。结果表明:华北地区近63 a连续干旱日数(CDD)呈明显的增加趋势,连续5 d降雨量、连续湿日、年总降雨量趋于减少并通过0.05显著性检验,其他4个极端降水指数都表现为减少趋势且不显著。各极端降水指数与年总降水量(PRCPTOT)有很好的相关性,除连续干旱日数与之呈负的弱相关性以外,其他指数均呈较强的正相关性。在近63 a的时间尺度上各项极端降水指数都存在2～4 a显著周期,多数指数也存在8 a、16 a和32 a的周期。在时间转折上,连续湿日(CWD)的突变点时间较早,发生于1964年。从空间分布来看,京津冀地区及山西大部是极端降水指数变化最为显著的区域,连续干旱日数增加,其他指数均呈现减小趋势。
基于高分一号(GF-1)多光谱数据研究提出了一种平原地区农村居民点自动化提取方法。该方法充分挖掘利用光谱信息,计算特征影像与新的相似性特征空间。据此,使用分类和阈值分割思想提取居民点初选区域,并避免了传统分类方法在快速自动化提取过程中的不足以及阈值分割造成的影像细节信息的丢失。通过研究选取合适的结构元素对居民点初选区域进行有目的、可控的形态学处理,最终达到农村居民点自动化快速提取的目的。实验结果表明:该方法提取精度良好,总体精度达到86.9%,自动化提取速度快,在农村居民点提取、城镇化规划与建设等研究中有较高实际应用价值。
基于物理机制的分布式水文模型DHSVM能精细模拟中小流域水文过程,在国内外有广泛应用。该模型驱动数据制备繁杂,其河网数据用Arc/Info AML脚本生成,受昂贵的商业许可限制,严重影响DHSVM的可操作性和普及应用。在剖析DHSVM模型中河网数据表达与组织的基础上,采用C++和开源GIS库实现了DHSVM河网数据的自动制备。新方法将可执行程序和配置信息分离,配置灵活\,可控性强,是DHSVM实现自动化运行和智能化配置的必要基础。
科学数据出版是推动和深化数据共享的有效手段。本文提出一种科学数据出版模式——数据中心联合传统学术期刊的科学数据出版。该模式通过数据中心与传统学术期刊的合作以数据论文的形式实现数据的正式出版,其中通过数据中心实现数据的永久存储与管理,并开展数据挖掘与共享,数据论文则经过严格的同行评议发表在传统期刊上。该模式不但能够提升数据质量,而且有助于数据成果被现有的科研成果评价体系所接受,激发数据作者出版、共享数据的积极性,有效解决数据共享长期面临的数据质量控制和数据作者权益保护两个关键问题,进而达到整合优质数据资源、深化数据再利用的效果,实现科学数据共享可持续发展。这种出版模式结合了数据中心和学术期刊各自的优势,组织形式灵活,具有易操作可重复的特点,也可供地学以外其他学科借鉴。
地表微波发射率表征了地物向外发射微波辐射的能力,星载被动微波发射率估算可在宏观、大尺度上对陆表微波辐射进行整体表达,是被动微波地表参数定量反演中重要基础数据,也是在大尺度上获取陆表微波辐射特征的一种途径。本数据集利用搭载在Aqua卫星上的高级微波扫描辐射计(AMSR-E)和中分辨率成像光谱仪(MODIS)的同步观测特点,采用MODIS的地表温度和大气水汽产品数据作为输入,基于考虑大气影响的发射率估算模型,生产了全球晴空条件下AMSR-E传感器运行期间(2002年6月~2011年10月)的陆表多通道双极化微波瞬时发射率。通过产品低频无线电信号影响、数据间比对、分布统计、不同地表覆盖条件的发射率特征、频率依赖和相关性研究等开展验证性分析,结果表明:瞬时发射率的动态大\,细节表达丰富,月内日变化标准差在0.02以内,其时空变化、频率依赖和相关性等符合微波理论分析和自然物理过程理解。此套数据集还包括AMSR-E全生命周期的全球陆表逐日、侯、旬、半月及月产品,可用于开展星载被动微波遥感模拟、陆面模型以及陆表温度、积雪、大气降水/水汽、可降水量等反演研究。
地表冻结和融化状态的转换表征着陆地表层过程的休眠和活跃,亦可作为水文循环和生态系统活动的“开关”。本文主要介绍根据双指标冻融状态分类算法和决策树算法制备的中国区域长时间序列地表冻融数据集(分别为1978~2015年与1987~2009年),该数据集可用于分析中国区域地表冻融循环的开始/结束日期、冻结期、冻结天数、冻结范围等指标的时空分布和变化趋势,可为中国区域的冰冻圈和水文相关研究,以及气候变化分析提供重要的数据支持。
植物功能型(PFT,Plant Functional Types)已被广泛用于生物地理模型、生物地球化学模型、陆面过程模型和全球动态植被模型,用以预测全球变化情景下生态系统结构与功能的变化。本数据基于近年发布并广泛应用的中国1 km土地覆盖图(MICLCover),根据土地覆盖类型与植物功能型的气候转换规则,结合中国科学院青藏高原研究所(ITPCAS)最新发展的中国区域近30 a 0.1°大气驱动数据,实现了中国2000年1 km植物功能型分布制图,间接验证表明该数据在1 km尺度上具有更高的精度,是中国区域的生态学相关研究和陆面过程模拟中植物功能型数据的重要选择。
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