星载被动微波遥感数据以其全天候、穿透性以及不受云干扰等特点,在全球变化研究领域取得了广泛的应用,然而其较低的空间分辨率,限制了后期地物参数的反演精度。对国内外被动微波遥感数据空间分辨率提高方法进行介绍,重点介绍了基于图像处理技术的超分辨率增强和混合像元分解方法。通过对两类方法的介绍和评价,展望被动微波遥感数据混合像元分解方法的研究前景。被动微波遥感数据空间分辨率的有效提高,可以为更多的研究和应用领域服务。
高分辨率卫星遥感技术具有在更小的空间尺度上探测地表目标的能力,利用其影像数据进行车辆检测已成为新的研究热点。在概述遥感影像车辆检测研究现状的基础上,对车辆目标影像特征及车辆检测过程进行了探讨;将车辆检测方法分为利用光谱/几何结构特征的基本检测方法和综合运用多种特征的智能化检测方法,并详细叙述了多种车辆检测方法的原理与适用性以及车辆提取中的关键技术。通过分析发现：结合多特征的机器学习和面向对象的车辆检测方法更适合较复杂环境下的车辆检测。
当今农业生产管理迫切需要直接迅速的信息指导。随着科技水平的不断提高,通过利用不同遥感技术手段,实现实时监测农作物生长过程中的主要影响因子,使无损预测预报农作物品质成为可能。通过分析几种农作物的主要品质性状及形成影响因素,在归纳农作物品质监测常用光谱参量的基础上,从地面平台和航天航空平台两方面分别介绍近年来国内外主要研究进展,总结农作物品质遥感监测模型建立使用的主要算法,综合分析农作物品质遥感监测技术实现过程中存在的若干问题,同时提出相应的解决措施,并对遥感监测技术进行了展望。
遥感影像的精确配准和正射纠正是进行图像融合、变化检测、图像镶嵌、定量遥感建模、多时相和多传感器影像协同应用的基础和前提。以美国国家航空和航天管理局下设LEDAPS(Landsat Ecosystem Disturbance Adaptive Processing System)课题组开发的配准与正射纠正程序包AROP(Automated Registration and Orthorectification Package)为例,详细阐述了其配准的原理与程序设计流程,并对其配准的精度进行了分析和评价。试验表明:AROP程序包算法能够找出足够的控制点,且控制点分布较为均匀,配准误差小于0.5个像元。误差特征表现为:扫描误差明显大于航向误差,误差的结果与影像漂移、DEM、坡度存在一定的相关性,高程和坡度是影响配准精度的主要因素之一。该程序包目前能够用于对我国CBERS影像的正射校正以及波段不匹配处理,但是对HJ卫星CCD影像数据配准还有待于进一步研究。
对于核心部件为线阵CCD阵列的航空高光谱成像仪而言,积分时间因随飞行过程中成像行频动态变化而变化,导致影像中各行数据记录的地物灰度值不具备可比性,更使得相邻航带可能出现明显色差。为此,发展了一种基于行频变化的相对辐射校正方法,在传统的相对辐射校正模型中引入了行频的影响,实现了反映行频动态变化的航空高光谱数据辐射校正三维曲面模型。通过无人机载高光谱成像仪的航空飞行试验,利用所获取的验证场的图像进行相对辐射校正处理,通过相邻航带间图像处理前后色差比较、验证场布设均匀靶标的定量化。
分析地物光谱特征可知,同种地物具有相同或相似的光谱特征,在同一波段的光学遥感图像内就会具有相同或相似的灰度值。而且同一均匀区域内的同种地物信号之间具有很高的相关性,噪声则是随机的、独立的、不具有相关性信息的干扰成分。也就是说均匀区域内同一景物的光谱反射值是相关的,如果能估算出该点的信号值,就可以将信号与噪声分离。通过提出边缘剔除空间维度去相关法(EESDD)来估计图像信噪比,即首先剔除地物边缘,然后利用均匀区域同种地物的高相关性进行多元回归运算来拟合地物像素灰度值的方法估计噪声标准差,从而计算信噪比。该方法既可用于单波段图像,也可用于多光谱(含高光谱)图像的信噪比评估；既可用于图像中均匀区域也可用于不均匀区域的信噪比评估。通过与局部方差法(LMSD)以及基于边缘剔除的局部方差法(EE\|LMSD),对几幅地物覆盖复杂程度不同的实测图像信噪比估算结果的比较得出,边缘剔除空间维度去相关法的结果要优于前述两种方法,而且更具健壮性。
近年来ICESat\|GLAS波形数据被广泛地应用于森林生态参数的估算。为了研究大光斑激光雷达数据在复杂地形区域估算森林蓄积量方面的能力,以云南省香格里拉县为研究区域,将GLA01数据处理后得到的平均树高与实测树高及坡度进行对比,探究了坡度对GLAS数据估算平均树高的影响,同时将其与平均树高、光斑范围内森林蓄积量建立关系,初步研究三者之间的关系。结果表明,坡度会降低大光斑激光雷达数据估算森林植被高度的精度,但GLAS数据估算出的树高与实测的平均树高、蓄积量数据仍有较好的相关性,这说明利用GLAS数据估算森林蓄积量有较大的潜力。
近年来超大城市的下垫面环境发生了显著变化,并对区域生态系统造成了明显的影响。因此有必要定量化下垫面特征参数并研究它们之间的相互关系对城市热环境的影响。以北京市为例,采用2009年6月2日Landsat\|5 TM卫星影像提取城市不透水层百分比、地表温度、土地利用/土地覆盖和植被指数这些典型地表特征参数,并分析它们之间的定量关系。研究结果表明:随着城市化进程加快,北京市高不透水面扩展到六环,六环以内地表温度保持在40 ℃以上,特别是商业区等特高不透水面区域地表温度甚至高达45 ℃,处于城市高温区域,六环以内区域平均温度波动幅度不大。另外,森林和农业用地的降温作用明显,最高降温幅度达到6 ℃,而且夏季裸土地表温度接近高密度居民区地表温度。
蒸散发作为湿地生态系统中地—气间水热交换的主要方式,很大程度上影响着湿地的水热平衡,合理准确地估算蒸散发量,对湿地生态系统的水分循环、能量平衡以及科学管理具有重要意义。黄河三角洲湿地作为世界上暖温带最广阔、最完整和最年轻的河口湿地生态系统,既是气候变化的敏感区,也是生态环境的脆弱区。针对其地理位置特殊、水资源供需矛盾尖锐等特点,利用SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land)和TSEB(Two-Source Energy Balance)模型,对黄河三角洲湿地蒸散发量进行估算:首先利用SEBAL模型计算地表的特征参数和各地表通量,然后利用TSEB模型分离土壤和植被,分别计算黄河三角洲湿地瞬时的土壤蒸发、植被蒸腾和土壤植被总蒸散发量,利用积分关系法进行时间尺度转换,得到日蒸散量。利用气象站实测蒸发值和FAO Penman\|Monteith公式计算的作物系数,对遥感估算结果进行直接和间接精度评价。结果表明反演的蒸散发结果合理,精高较高。分析蒸散的空间分布及不同地表类型的蒸散特性,对比分析芦苇沼泽和芦苇草甸的不同蒸散特点,结果表明基于两模型耦合的方法可用于黄河三角洲湿地蒸散量估算。
开发有效的城市植被胁迫监测方法对于林业资源管理和营造良好的城市生态环境具有重要意义。采用EO-1卫星过境广州市东边建成区所采集的Hyperion高光谱影像,通过选取合适的植被指数进行分类,以及混合像元分解获得植被丰度这两种方法进行植被胁迫的识别,对比两者实验结果表明:在植被信息提取中植被丰度的方法要比指数法可靠且精度高;通过地面光谱测量,说明基于植被光谱理论的丰度分析能更好地表示植被胁迫的特征,为城市林业管理提供定性和定量的研究应用。
基于逐像元一元线性回归模型,应用MODIS NDVI数据对AVHRR-GIMMS NDVI进行时间序列拓展,拓展序列通过一致性检验,基于所建立的1982~2009年植被年最大NDVI数据集,在GIS平台上进行了植被NDVI变化和NDVI与年平均气温、年降水量之间的相关分析。研究结果表明:过去28 a间,植被年最大NDVI呈3个变化阶段:1982~1992年呈小幅上升趋势,1992~2006年呈缓慢下降趋势,2006~2009年呈缓慢回升态势。由空间变异分析得出NDVI变化相对大的区域主要分布在内蒙干旱和半干旱区。21世纪初和20世纪90年代相对于80年代NDVI值升高,3个阶段平均NDVI变化幅度为±0.3。 20世纪初,赤峰地区以及松嫩平原西部地区植被NDVI呈轻度增加的面积占全区6.45%。植被年最大NDVI与年平均气温、年降水量相关性空间差异明显。偏相关系数绝对值,气温大于降水的像元数占54%;综合分析,较降水而言,气温是东北全区植被年最大NDVI的主控影响因子。对于不同植被类型年最大NDVI,受气温影响强度由大到小依次为:森林>草地>沼泽湿地>灌丛>耕地;受降水影响按草地>耕地>灌丛>沼泽湿地>森林依次减弱。
极化信息是雷达数据的独特优势,为雷达遥感应用研究开辟了新的途径。极化分解是一种新型的极化数据处理方法,它从数学物理的角度分析目标的散射机制。基于RadarSat\|2全极化数据,以贵州高原丘陵为试验区,研究水稻的极化响应特征及其时域变化规律,根据极化分解理论分析水稻及典型地物的散射机制及其差异,并根据水稻散射机制的特点提取水稻信息。
道路在国民经济建设和国防建设中发挥着重大的作用,是非常重要的基础地理信息,一直以来研究道路的自动或半自动提取都被视为热点和难点,提出的理论和方法层出不穷,但没有一种方法能推广应用。针对道路难以从高分辨率遥感影像中提取的问题,提出了一种道路提取方法,首先影像将RGB颜色空间转换成HSV颜色空间,运用改进的区域分隔算法,实现道路区域的分隔。然后利用数学形态学腐蚀、膨胀等基本运算,结合区域的形态特征(如面积、紧凑度等)实现道路与非道路信息的分离。对多幅复杂道路图像进行试验,结果表明本方法能够很好地实现从复杂环境中提取道路信息。
从遥感影像中提取道路信息制作专题图方法具有时效性强、周期短、操作快捷等特点。首先介绍了道路提取、处理以及专题图制作的方法与流程。其次以Google高分辨率影像为数据源,利用影像中道路的光谱和几何特征信息,结合计算机分类与形态学处理方法对实验区城市道路网络进行提取、处理和专题图的制作。实验结果表明:该方法能够清晰地提取出道路框架,满足一定的制图需求,而且对车辆、人群、阴影产生的道路内部空洞和边缘侵蚀具有很好的处理效果,具有较强的经济性和实用性。
为了解决由于云层遮挡所引起的数据利用率低等问题,提出了一种新的基于支持向量机(SVM)与无监督聚类算法相结合的分类算法,实现可见光遥感图像快速高效地自动云判别。该算法首先使用ISODATA进行聚类,再利用聚类结果为SVM挑选训练集,从而大大减少SVM的训练时间,融合了SVM准确率高与ISODATA聚类速度快的优势。结果表明:该算法使得SVM的训练时间降低至单独使用SVM算法所需训练时间的2%,基本满足实时性需求,并保证分类正确率达90%以上。
为对国内最具潜力但自然条件恶劣的西藏地区进行油气勘测,用基于遥感解译的技术对比如盆地进行了研究。首先通过对野外踏勘路线上岩性、地层和线性构造的观察,归纳出不同岩性、地层和线性构造在遥感影像图上的特征,建立了岩性、地层、线性和环形构造解译标志,完成了比如盆地岩性、地层、线性构造和环形构造解译。其次应用比值法(油气点微渗漏)、融合法(遥感波段融合色调异常)、主成分分析法(羟基/铁质信息异常)对已知油气出漏点和异常信息进行叠加,发现烃类微渗漏信息异常区与已知油气出漏点存在正相关性,用烃类微渗漏异常信息和已知伦坡拉盆地油藏区叠加,发现烃类微渗漏信息异常区和地下已知油气藏负相关,从而确定了烃类微渗漏非异常区可能为含油气区。通过3种方法得出油气烃类渗漏异常区,进而圈定重点一级烃类微渗漏非异常区一处,并结合盆地的生、储、盖条件,指出了比如—伯列蝉—边坝所圈定的区域为油气勘探有利区域,是未来油气勘探的目标。
归一化植被指数(NDVI)是反映植被长势特征的重要参数之一。获取准确的植被指数对揭示植被长势变化等定量遥感分析至关重要。基于不同辐射校正水平(辐射定标与大气校正),分别利用Landsat ETM+影像的灰度值(DN)、表观(TOA)反射率与地表(Surface)反射率计算相应NDVI,并根据鄱阳湖区野外定点观测数据,从农田、景观尺度揭示不同辐射校正水平下水稻生育期内NDVI动态变化特征。结果表明,根据DN、TOA反射率与Surface反射率提取的NDVI基本上可以反映出年内水稻不同熟制种植信息变化特征,即移栽期NDVI处于谷值,孕穗抽穗期NDVI达到峰值。但相应NDVI逐渐增加,且波动范围逐渐增大。就不同熟制水稻生育期而言,根据DN值计算并构建的NDVI曲线差异较小,而根据TOA反射率与Surface反射率反演的NDVI曲线差异明显。在植被定量遥感研究中,通过大气校正反演地表反射率计算植被指数相对客观准确。
陆地生态系统植被覆盖程度是评价区域生态环境变化的重要因子。以内蒙古浑善达克沙地南部(锡林郭勒盟正蓝旗北部地区)为研究区,应用中国环境与灾害监测预报小卫星数据HJ-1A CCD及美国陆地卫星数据Landsat TM,分别基于像元二分模型和三波段梯度差模型、使用NDVI和RDVI等参数,对研究区草地植被覆盖度进行了探测,并对比了不同模型方法和参数所得研究区草地植被盖度成果的分类精度。研究结果表明,基于像元二分模型和RDVI参数探测植被盖度的方法表现最好；以此为基础,进一步分析了研究区2000~2009年区域植被覆盖度动态变化,发现本地区在2000年之后草地覆盖改善区面积超过草地盖度下降区面积,浑善达克沙地南缘植被恢复状况总体较好。
长江下游马芜铜段河床中,堆积式江心洲大量存在且演化迅速。选取具有代表性的8个江心洲,利用1979、1989、2001、2006和2009年5期MSS/TM/ETM遥感数据,结合野外辐射光谱仪测定的江心洲典型地物光谱曲线,选择合适波段组合,经过几何校正、图像裁减、二值化处理、图像卷积运算、图像聚类统计等步骤获取8个江心洲时空演化信息。研究表明：① TM遥感数据能够实现对江心洲信息的快速准确提取;② 长江下游马芜铜段江心洲在1979~2009年以扩张为主,但各江心洲的扩张速率在各时段差异较大,可能与上游地区来水来沙量、人类活动等有密切关系;③江心洲的演变受自然因素和人为因素的共同影响,自然因素直接导致江心洲淤积或缩小,而人为因素主要改变江心洲形成的外源物质条件等。
对贺兰山区进行分区的基础上,运用SPOT\|NDVI数据对1998~2010年四季不同区的植被演变进行研究。结果表明,贺兰山植被高海拔区域的平均覆盖最高,其次为中海拔区域,低海拔区域的东坡较高,其他区域覆盖较低。研究区植被的生长季为5~10月,其中植被覆盖最好为8月。近13 a来,贺兰山植被总体表现为增长趋势,其中绝大部分区域的秋季植被增长,尤其是中高海拔区域。考虑到研究区干旱化的趋势以及对植被生长的影响,贺兰山(特别是低山地区)植被的增长趋势在未来可能难以持续。
滇黔桂地区被划定为限制开发区后,石漠化的研究变得越来越热,而信息提取是这些研究的重要内容。当前石漠化信息提取主要依据静态指标进行,鉴于静态方法的不足,在动态机理剖析的基础上,综合考虑石漠化的静态景观及其动态属性,以贵州和云南交界区域为实验区,1992年和2001年两个时相的TM/ETM+影像为数据源,研究遥感变化检测方法在石漠化信息自动提取中的应用。在几何校正和辐射校正的基础上对两个时相的影像实施差值变化检测,将实验区分为变化区和无变化区两类,根据石漠化机理进一步将变化区分为石漠化区和逆石漠化区,完成石漠化信息识别,经验证Kappa系数为0.854。结果表明:遥感变化检测方法对石漠化有较好的识别效率和精度,能够为石漠化的综合防治提供科学依据。
干涉综合孔径技术的应用使得辐射计有效解决了实孔径分辨率低、星载天线机械扫描技术困难等一系列问题。183.31 GHz干涉式综合孔径辐射计对于大气水汽的垂直分布探测、强降雨探测以及云中液态含水量探测等具有重要作用,为数值天气预报提供重要参数。以验证183.31 GHz全尺度样机原理功能为目的,研制了183.31 GHz二单元干涉仪,并给出了功能性测试结果。
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