通过拓展冻土介电常数模型、寒冷环境植被介电常数模型,将Matrix-Doubling算法发展为适用于寒冷环境的幼林微波辐射模型。然后利用该模型模拟寒冷环境下幼林在Ku(18.7 GHz)、Ka(36.5 GHz)波段上的亮度温度并与车载微波辐射计获得的实测亮度温度对比,进行模型验证。最后,用发展后的Matrix\|Doubling模型模拟的结果和相同环境下ω-τ模型的结果进行匹配,反演出幼林在Ku、Ka波段上的等效单散射反照率和光学厚度,为用微波遥感监测地表冻融过程中去除植被对地表微波辐射的影响提供了一种有效方法。
高精度的高程测量需要通过干涉定标来对InSAR系统干涉参量误差进行校正,为了降低系统随机误差对定标精度的影响,一般选取GCP控制点时,基于敏感度矩阵条件数最小原则要求GCP控制点尽量沿整个测绘带均匀分布,但在复杂地形区域,由于野外布放GCP控制点难度较大,有时很难满足应用条件,因而针对基于区域网平差理论的稀疏控制点下InSAR定标方法中控制点的选取策略及误差传递关系进行分析。结果表明：选取GCP控制点时,如果不能满足整个测绘带内沿距离向均匀分布的条件,在满足尽量沿距离向分散的同时,GCP控制点位置沿距离向靠近远距端分布是一种较好的GCP布设方法。另外,基于区域网平差理论的多条带联合定标处理时,传递顺序应该由远距端向近距端依次进行。最后,对丘陵区域3条带仿真数据进行定标处理,通过对不同选取策略下各条带的定标结果以及不同传递顺序下3条带联合定标结果进行比较,验证了稀疏控制点下InSAR定标方法中控制点选取策略及误差传递关系分析的有效性及合理性。
合成孔径高度计在方位向采用了合成孔径的方法,是一种新型高度计。在回波数据处理中,要在多普勒域进行延迟补偿,故而需对回波的多普勒频率特性进行研究。通过对卫星雷达和地面目标相对运动速度的分析,得到了回波的多普勒频率公式。地球自转所产生的多普勒频率对合成孔径高度计的回波波形、有效视数和测量精度存在一定影响。因此在延迟补偿、系统设计、信号处理等方面要加以考虑。
针对合成孔径辐射计中存在的相关器单元过于复杂、不易于星载应用的问题,提出了一种新型数字相关系统设计方法。利用新一代大规模可编程门阵列FPGA\|Virtex5和12片高速四通道的模数转换器AD9287实现了24个极化通道在100MHz采样率下的复相关运算,量化精度为8 bit。详细介绍了系统结构、接口电路和软件实现,解决了合成孔径辐射计相关系统体积、功耗和硬件复杂程度过大的问题。
利用静止卫星观测数据,进行了滤波、去噪等预处理,及综合优化的云检测处理；在此基础上,利用改进的正交匹配小波算法和优化的遗传—模糊聚类算法,实现了西北太平洋地区台风云系特征的提取。这两种算法提取出的台风云系特征参数简单,用于热带气旋(Tropical Cyclone,TC)的监测预警中可提高效率,适用于台风预报预警监测的业务化应用。
研究提出了一种基于多点同时快速行进构建最短路径,提取遥感影像道路的方法。该方法依据道路灰度、梯度或边缘特征构建行进速度项,以多个道路特征点作为起始种子点,多点同时快速行进提取遥感影像最小能量图,并以起始种子点为中心点,按照最小能量值对图像区域进行划分,提取相邻区域对应起始点对行进过程中最先接触的鞍点,设定判定准则从鞍点中选取有效鞍点,剔除可能提取的错误捷径,从有效鞍点出发,沿最小能量值减小且梯度变化最快方向逆向搜索至对应起始点对提取最短路径,最终连接最短路径作为提取的道路。研究将该方法应用到ETM+、IKONOS、航空影像等遥感影像数据中,进行不同空间分辨率、不同大小、不同路网条件下道路提取的实验。结果表明该方法仅需少量的道路特征点作为先验知识,即可实现各类型道路信息的提取。提取的道路连续,无需细化、断线连接等后处理,能够实现多条道路的同时提取,具有较高的提取效率。
目前主成分分析法、比值法、光谱角制图法等已广泛应用于遥感矿化蚀变信息提取中,且取得了很好的效果。根据研究区遥感数据特点,采用比值与主成分组合分析的方法,结合FLAASH大气校正、中值滤波以及彩色密度分割等图像处理方法,对新疆且末地区ASTER数据进行蚀变信息提取。经USGS标准矿物波谱库中典型矿物光谱的验证,组合分析方法能够去除数据冗余和噪声,有利于各类蚀变信息的提取。
为了获得内方位元素的在轨值,提高遥感影像的定位精度,利用线阵推扫传感器构象模型,提出了一种对HJ1B\|CCD相机内方位元素进行在轨标定的方法。首先,选取地面控制点,建立地面控制点和相应像点的共线方程组；其次,建立误差方程,估算未知参数的初值；最后,利用狭义岭估计的方法解算误差方程,获得内方位元素和外方位元素值。实验证明,用该方法对HJ1B\|CCD相机内方位元素进行在轨标定,具有较高的稳定性和精度。
滤波滑窗的选取是SAR图像相干斑滤波的关键问题之一,从SAR图像中均匀区域的幅度和空间特性出发,提出了一种基于置信区间与形态学重构的自适应滑窗方法。首先在初始滑窗内进行强度筛选,依据初筛结果的异质程度自适应调整置信区间,得到在幅度上连续的初始自适应窗；接着以初始自适应窗为掩膜,通过空间邻接约束进行形态学重构,进一步得到在空间上连续的、形状任意的自适应滑窗。实验结果表明,与固定窗法和改进的Sigma方法相比,该方法能够获得更准确的滤波滑窗。
纹理信息已经广泛应用于遥感图像分类以提高地物识别的精度。为了描述多光谱遥感图像多个波段之间的空间信息变化规律，将新型纹理提取算法局部二值模式（Local Binary Pattern，LBP）扩展到多维空间以计算多元纹理。单波段纹理信息、多元纹理信息分别与光谱信息结合后用于遥感图像分类，并根据分类精度评价其有效性。实验表明，加入单波段或多元纹理信息的分类精度均比光谱分类有明显提高；基于多元LBP纹理的分类不仅避免了传统单波段纹理参与分类前进行波段选择的繁琐，其精度还能与基于单波段纹理分类精度最高者相当或者更高。
针对IHS变换融合法和小波变换融合法存在的弊端,结合这两种方法,提出了一种基于小波低频分量微调的IHS变换融合法,并通过IKONOS和QuickBird影像数据,验证了新方法的可行性和优越性。新融合法首先利用IHS变换技术提取真彩色影像的亮度分量；接着,为了提高融合影像的光谱保真度,采用小波变换技术,联合亮度分量和全色影像数据,生成更为合理的新亮度分量；同时提出了小波低频分量微调环节,并利用该环节进一步改善了融合影像的高频信息融入效果；最后,执行IHS逆变换,获得真彩色融合影像。研究表明：新融合法兼具IHS变换融合法和小波变换融合法的优势,融合结果的质量得到较大程度提高。
ASTER-GDEM是最新的全球数字高程模型,具有较高的分辨率；SRTM3是目前研究人员广泛应用的地形数据。结合实测数据、矢量化地形图,从高程精度、位置精度和坡度因子3方面对比分析两种数据精度。结果表明:ASTER-GDEM数据高程精度低于SRTM3数据,而水平位置精度较高,二者各级坡度百分率近似,与国家1∶5万数字地形图生成的DEM差异较大。
虽然遥感图像分类器发展迅速,但是单分类器分类精度仍然不能满足实际应用的需要,因此组合分类器便成为遥感分类技术研究的一个重要方面。与串联结构相比,并联结构是实际应用过程中研究较早、发展较充分和应用最广泛的,因而主要就并联结构组合分类器的误差进行分析。通过理论分析得出：并联结构组合分类器的精度变化与单分类器的误差集合分布模式有关。相离时,其精度提升幅度最大；相交时,组合分类器精度得到提升,其精度提升幅度大小与组合后的误差像元集合的大小成反比；相包含时,其精度位于两单分类器之间,且更靠近精度较高的单分类器的精度。同时以长沙市局部区域为实验区进行了验证性的实验,实验结果有效地验证了并联结构组合分类器的误差分析所得到的推论。最后从理论上讨论了组合分类器提高遥感图像分类精度的可行性,并指出单个类别的组合分类结果也与单分类器对这个类别的误差集合分布模式有关,为组合分类器发展提供了一个较好的突破方向。
为探讨高光谱遥感反演红壤重金属铜含量的可行性,研究采集了34个红壤性土壤样品,通过对350~2 500 nm波段范围光谱曲线进行测试和分析,建立了不同的土壤光谱变量与重金属铜含量多元回归关系模型,分析了土壤重金属铜与土壤化学组分以及土壤特征光谱的关系。结果表明,土壤重金属铜含量与土壤全铁和镁含量显著相关,而与土壤有机质的相关性不显著,表明红壤性土壤粘土矿物对土壤铜含量影响较大；与重金属铜含量相关性较好的波段在830 nm、1 000 nm和2 250 nm附近,且一阶微分模型精度(79%)高于反射率模型(66.26%)和倒数对数模型(67%)的精度。因此,一阶微分高光谱反演模型具有较好的快速估算土壤中重金属铜含量的潜力。
利用HR768型光谱仪,实地测定了古尔班通古特沙漠南缘60个样点的土壤光谱和土壤含水率。对测定的光谱数据选择土壤水分较敏感的红外波段与土壤含水率进行线性回归,结果表明：实测土壤光谱经对数变换后土壤光谱与其含水率拟合效果不理想,用去包络线且一阶微分方法对实测土壤光谱数据进行处理后,再与相应土壤含水率进行回归,其回归效果较好,决定系数R2达0.855该方法具有实用性强、易操作的特点,为沙漠区土壤含水率的反演提供新的方法和思路。
叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是定量研究陆地生态系统物质和能量交换的一个重要结构参数,具有重要的研究意义。针对HJ\|1A卫星HSI数据,利用野外实测LAI值,探讨利用HJ1A星HSI数据反演叶面积指数的可行性。选用比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)及改良型土壤调整植被指数(MSAVI)3种植被指数,与实测叶面积指数进行回归分析,构建回归模型。研究结果表明,基于影像提取的RVI、NDVI和MSAVI 3种植被指数均与叶面积指数有较好的定量关系。其中,MSAVI的拟合结果最优,其回归确定性系数为0.622。验证模型的确定性系数为0.547,均方根误差RMSE为0.202,说明实测和模拟LAI值之间具有较好的变化一致性。最后基于HJ1A星HSI影像和MSAVI的估测模型生成研究区叶面积指数空间分布图。
以多期遥感影像为主要数据来源,结合社会经济数据,采用景观指数分析了区域内7个县市(含南通市)的城市扩展时间特征,通过城市建设用地重心的转移,研究了不同阶段城市扩展的空间特征,并运用逐步回归方法对比分析了城市扩展驱动机制的差异性。结果表明：南通地区城市发展经历了由点到面、由分散到集中的过程。时空和重心转移分析将区域内城市分为4类：第1类是南通市,保持了较快的扩展速度和最大的扩展面积,主要沿长江沿岸扩展。第2类是海安和如皋,在过去30 a具有最快的城市扩展速度,并且有相向发展、相互融合的趋势。第3类是如东、海门和启东,城市规模较小,扩展速度较慢,但小城镇建设突出。第4类是通州(2009年改为通州区),受到南通市发展的影响,城市规模最小,扩展速度最慢。第1类和第2类城市扩展主要受到政策和人口增长的影响,而第3类和第4类城市扩展受经济发展和人均收入增加影响更为显著。
利用2000年1月~2001年5月位于天山中段的Landsat TM及ETM+卫星遥感数据,提取逐月雪盖信息,结合研究区数字高程模型数据获取不同地形条件、不同垂直带上的雪盖逐月分布状况,从而分析雪盖的空间分布特征和时间变化规律。研究结果表明,年内雪盖面积与海拔带、坡向带、坡度带之间呈现一定的相关性。总体而言雪盖比率随海拔上升而增大,随坡度增大而减小；雪盖边界高度呈现明显夏秋高、冬春低的变化规律；雪盖面积在特定时间段存在东西坡向上的差异,总体差异小于南北坡向的差异。研究结论为天山水资源的合理利用以及气候与环境变化研究提供科学依据。
三江源地处青海省南部,近年来生态环境不断恶化、草地退化严重。植被盖度是研究草地退化的重要指标之一,如何快速、准确、大面积地获取植被信息对三江源的生态环境变化监测尤为重要。传统的固定端元混合像元分解(TSMA)不适用于地域辽阔、地物类型复杂多样的三江源区,而多端元混合像元分解(MESMA)允许端元的类型和数量随像元的不同而变化,更符合三江源的实际情况。基于已有相关研究提出一种改进的多端元混合像元分解(IMESMA),即加入端元组分合理性最优端元模型判断规则,分两步对影像进行分解并获得像元的植被盖度信息。第一步利用多端元模型探测出含有植被信息和完全不含植被信息的像元,并对非植被像元进行掩膜,以提高分解精度；第二步仅对含有植被信息的像元进行分解,获得最终的三江源中东部植被盖度信息。通过多端元分布图、混淆矩阵和与实测数据的均方根误差(RMSE)对比表明,相比TSMA,IMESMA考虑了同物异谱现象,并且其分解精度高、分解结果可信,更适合三江源区的植被信息提取。本方法也可用于其他复杂环境地表组分信息的提取。
机载脉冲激光雷达(LiDAR)剖面测量技术是一种先进的主动遥感测量技术,可以快速、大面积地直接获取地表地物、森林和水下地貌等的三维信息,具有机动性强、高效和实时等优点。该技术可用于海岸线海水深度测量,海岸生态状况监测,森林资源调查及地震等突发事件响应,具有巨大的应用潜力和广阔的发展前景。首先全面介绍了国外机载脉冲激光雷达剖面测量技术的发展历史,评述了各个发展阶段,并介绍了国内该技术的发展状况。然后分析了机载脉冲激光雷达剖面测量技术的主要应用领域。最后对机载脉冲激光雷达剖面测量技术的未来发展趋势作了展望。
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