利用卫星可见光/红外资料遥感降水有其独特的优势,依据该资料反演获得的云光学厚度和云滴有效半径被证明能够对降水判别产生明显效应。以现有两种降水云识别方案为基础,进一步考察云顶红外亮温信息的价值,探索了红外亮温、云光学厚度及云滴有效半径综合信息对降水事件的指示能力。选取2006和2007年夏季热带测雨卫星(TRMM)可见光/红外辐射计(VIRS)和测雨雷达(PR)的融合观测资料,以PR探测为真值,采用3种二元预报评价因子对识别结果进行了评估,并与现有降水云识别方案进行了比较。研究表明:由于引入了云顶红外亮温信息,降水云识别能力比仅采用光学厚度和有效半径的方案明显提高。无论陆地还是海洋区域,新增红外亮温信息之后,能够更有效地识别弱降水,出现降水误判和漏判的区域面积比现有方案更小。特别是在洋面上,降水云识别比率达79%,而同时对非降水云的误判率仅为8%,相应其CSI、ETS和HSS因子值明显提升。以此为基础建立的IPCTC方案适用于常见星载多通道可见光/红外探测仪,可应用于卫星实时降水监测。
基于分裂窗算法和地表温度日周期变化模型,探讨了利用多时相热红外遥感数据反演地表温度的方法。首先,利用分裂窗算法及地表温度日周期变化形式,推导了多时相遥感数据反演地表温度的方法。其次,利用辐射传输模型(MODTRAN),以2006年夏季在禹城观测的3 d地表温度、气温及大气水汽数据做为输入参数、变化观测角及比辐射率,模拟了一日多个时刻与风云二号(F-2D)波谱响应函数一致的亮温数据,基于此,模拟数据库对所提算法进行了检验。最后,利用2010年9月30日FY-2D多时相热红外数据对新疆区域地表温度进行了反演,并与相应时刻的MODIS地表温度产品进行了比较。结果表明：利用模拟遥感数据反演地表温度,模拟值与估算值的相关系数达0.9,均方根误差在1.5 K以内;利用在轨FY-2D热红外数据反演得到的地表温度与MODIS温度产品趋势基本一致,两者的相关性达到了0.5,均方根误差为4.4 K。需要说明的是,此方法仅满足于晴朗无云的条件。
利用干涉SAR的DEM做大区域测图应用中,针对干涉SAR多条带拼接时出现的重叠区高程不一致问题,首次提出了利用条带间重叠区连接点进行多条带联合定标方案,减少了地面控制点的数量需求,降低了野外采集地面控制点的工作量,解决了多条带干涉SAR数据的高程不一致问题,突破了干涉SAR技术用于大区域测图的瓶颈。同时为了解决大区域多普勒中心频率的漂移问题,提出利用控制点估计多普勒中心频率线性漂移的方法。利用中国科学院电子学研究所自主设计、研制的机载干涉SAR系统数据,进行了定标处理实验,验证了方法的正确性和有效性。
积雪属性的非均匀性在水平方向上表现为像元内积雪未完全覆盖和雪深分布的不均匀,在垂直方向上表现为积雪剖面上粒径和密度的不一致导致的积雪分层现象。这些积雪属性的非均匀性对被动微波遥感反演雪深或雪水当量带来很大的不确定性,并且给反演结果的验证带来不确定性。通过野外积雪的微波辐射特性观测、遥感积雪产品对比分析、积雪辐射传输模型模拟对这些问题进行阐述和探讨,为今后积雪微波遥感反演算法发展和结果验证提供参考。
海洋是地球的重要组成部分,它为人类提供了丰富的物质和宝贵的资源,每年海洋都承受着不同程度的侵害,其中油类污染是给海洋造成巨大危害的污染之一。而油类污染又主要来源于轮船破裂漏油以及油井平台或海底输油管道爆炸等。每次事故造成的直接经济损失达几百万至上千万不等,所以对海上溢油进行监测具有重要的意义。选用Envisat的ASAR数据进行海上溢油检测,介绍并分析了SAR图像溢油检测的一般步骤及其实现方法,通过采用单一阈值分割法、最大熵分割法和非监督分类法对影像进行目标检测,从而粗略地将影像区分为前景区域与背景区域,并结合影像的纹理特征进行分类。在纹理特征选取过程中,通过人工选取部分溢油区与非溢油区作为感兴趣区,在感兴趣区上分别统计SAR影像常用的纹理特征,并结合不同目标检测的结果以及原始影像进行基于BP神经网络的分类,得到了良好的效果。最后展望了SAR图像海洋溢油检测的发展方向。
极化干涉理论的发展以及全极化卫星的发射,为极化干涉的研究应用提供了广阔的发展空间,开展极化干涉SAR提取DEM的研究对于解决单极化干涉SAR在植被覆盖区DEM提取精度较低的问题具有重要意义。基于山东泰安地区的一对ALOS PALSAR全极化干涉数据,利用相干性最优方法和最大化相位中心分离的方法获取极化干涉信息,并通过对优化后干涉信息的滤波、解缠、基线精确估计等处理来提取DEM,最后将相干优化的结果与传统HH、HV、VV单极化干涉结果进行对比分析。结果表明:优化方法较单极化干涉方法可以有效降低干涉图的噪声,减少相位解缠的残差点,提高解缠相位的质量,并且不同优化方法之间还存在一定差异,数值半径方法获取的DEM精度要好于其他两种优化方法;通过等值线-Goldstein二级干涉SAR滤波方法可进一步提高单极化和优化干涉图的质量,降低残差点,提高相位质量,在水体覆盖的区域通过滤波窗口的设置可以很好地改善DEM的精度。
由于云、雪光谱特征在可见光谱段范围内的相似性,全色影像的云检测和云雪识别一直是对地观测遥感数据预处理及应用中的难点之一。细致分析了云、雪的纹理特征,通过训练大量的实验样本获得了表征云、雪纹理特征的分形维数值的统计规律,在此基础上综合考虑云\,雪的纹理特征与覆盖分布规律,提出了一种基于分形维数的全色影像云与积雪自动识别方法。利用"北京一号"小卫星实际图像的测试结果表明,该方法是一种有效的全色影像云\,雪自动识别方法。
针对高分辨遥感图像特征量较多的情况,提出一种基于SIFT与Contourlet变换相结合的图像配准算法。首先将图像进行Contourlet变换分解成低频和高频子带,对高频子带通过设定合适的阈值来提取图像边缘特征点,对低频子带进行SIFT特征点提取。将两者提取到的特征点分别匹配后得到粗匹配点对,利用随机抽样一致性(RANSAC)选择出精匹配点对,实现图像配准。实验表明:在多源遥感图像配准过程中,与基于非采样Contourlet变换(NSCT)和基于SIFT特征提取相比,该算法能够更准确地提取到特征点,具有更高的运算效率以及匹配率。
H/α-Wishart分类方法是目前常用且较为有效的极化SAR影像分类方法,但其分类精度还有待改善。研究一种基于遗传算法的极化SAR影像的分类方法,该方法根据极化SAR影像Cloude特征分解的特征值,采用H/α平面进行初分类,然后采用遗传算法迭代进行再次分类。针对遗传算法“早熟”和收敛速度慢的问题,结合H/α平面图对遗传算法的变异算子进行了改进,以利用极化散射机理缩小变异范围,改善算法收敛速度。采用NASA-JPL实验室的极化SAR数据以及中国电子科技集团38研究X波段原型样机的高分辨率极化SAR数据进行实验,结果表明:该方法极化SAR影像分类精度优于H/α-Wishart分类方法。
利用环境减灾小卫星多光谱数据研究过火区的制图方法,并分析对比了4种植被指数对于过火区的分离性。结果表明:基于可见光和近红外的BAI(Burned Area Index)与GEMI(Global Environment Monitoring Index)指数对于过火区的分离能力较好。在此基础上,采用二阶段识别算法对实验区的过火区进行提取。首先采用严格的阈值提取燃烧较为严重的过火像元,并以此作为第二阶段过火区识别的“种子”点,该阶段以减少误判为目的;第二阶段采用区域生长提取其他过火区域,同时采取较为宽松的阈值作为生长准则,以减少漏判,最后得出过火区边界。精度验证结果表明:该方法提取的过火区误判率为5.5%,漏判率为12.7%。
根据高分辨率遥感影像阴影区域的性质,基于主成分变换和HIS模型,提出一种检测阴影的阴影指数SI(Shadow Index)。选取两个试验区,分别采用Polidorio算法、归一化阴影指数(NDUI)和SI进行阴影检测和比较分析,结果表明SI能够有效地区分阴影区域与水体和偏蓝色地物。提取3种算法的直方图得出,SI图像的直方图具有两个波峰一个波谷形状,能够更好地采用直方图阈值法分割阴影区和非阴影区。实验表明该方法简单有效。
几何校正是遥感图像处理的一个重要环节,是减弱遥感图像与地面真实形态差异的重要方法。但是常规几何校正方法对无人机影像进行校正,其效果不够理想。在分析了局部加权拟合校正法的基础上,用控制圆规定其局部校正区域,并且新增辅助控制点来覆盖该区域,以这种方法对其进行了改进。通过对同一无人机影像进行几何校正对比分析实验,结果表明:改进的局部加权拟合校正法能够更充分、合理地利用局部控制点信息,对控制点的分布具有更好的适应性,能够有效提高无人机影像的几何校正精度。
基于云南省MOD13Q1时序数据,对比分析了不同质量设置(UI5、UI5-CSS、UI3、UI3-CSS)和不同时序重构方法(简单线性插值、Savitzky-Golay滤波、非对称高斯函数拟合法和双逻辑函数拟合法)组合下NDVI时序重构效果。结果表明:NDVI时序中无效像元数和最大间隙长度在时间和地域上的分布差异受气候干、雨季影响显著。非对称高斯函数拟合法和双逻辑函数拟合法的稳健性和拟合效果较优。NDVI时序中无效像元最大间隙长度是衡量数据质量优劣和时序重构可行性的重要指标,雨季降水和多云天气过于集中是影响云南省境内部分地区时序重构质量提升的关键。基于重构NDVI时序,云南省全境NDVI时空分布呈现雨季大于干季、西部大于东部、南部高于北部、河谷大于山地的特征。
与中低分辨率相比,高分辨率遥感影像的信息比较丰富,在使用常规k-NN分类方法基于像元进行高分辨率遥感影像分类时会产生大量的“椒盐噪声”和地物类别错分。根据地理学第一定律,引入地统计模型,将地理权重加入到常规k-NN分类方法中,形成新的地理权重k-NN分类器(Geographically Weighted k-NN,GWk-NN)。该方法首先通过条件概率函数计算出训练样本数据的空间分布特征,然后通过地统计模型对空间分布特征进行拟合,为每种地物选择合适的权重模型,这样既保留了遥感影像中地物的光谱特征,又融入了地物的空间特征,在一定程度上减少甚至消除了“椒盐噪声”,提高了分类精度。GWk\|NN和常规k\|NN分类器分析对比表明：GWk-NN分类方法提高了高分辨率影像的分类精度。
海洋表面矿物油膜、生物油膜等在SAR图像上都呈现为暗色特征,使得单极化SAR图像对矿物油膜和生物油膜的区分存在困难。分析了矿物油膜和生物油膜后向散射系数的极化比,提出一种基于交叉极化比的多极化SAR图像矿物油膜和生物油膜的区分方法,并用SIR\|C多极化数据验证了该方法的有效性。
云对气象、测绘、国土资源调查等领域中空基和天基光学、红外传感器的使用有着显著影响。为了分析中国及周边区域不同高度上各视角方向的云出现频率,首先建立了基于卫星主动观测的视线云出现频率计算模型,并利用2006年7月至2009年3月的CloudSat/CALIPSO联合观测资料,对中国及周边地区不同高度多个方向上的云出现频率分布进行统计分析。结果表明：视线上云的出现频率因观测高度、角度的不同而不同,且具有明显的季节变化特征,但观测结果具有方位独立性。在各高度,视线由水平方向移向垂直向下时,云出现频率在某一观测方向存在极小值。此外,对比分析了指定高度上的云出现频率分布特征,结果表明:各高度上的云出现频率分布存在明显的地区差异,在对流层上层,云出现频率与纬度相关,且在热带区域存在局地极大值。
东亚飞蝗的发生及成灾与其存在的生境有十分密切的关系,因此对东亚飞蝗生境进行分类是有效防治蝗灾的基础。以河北省渤海新区为研究区,利用环境减灾小卫星多时相CCD数据,采用4种组合方案,分别使用最大似然法和RuleGen决策树进行了东亚飞蝗生境的遥感分类。结果表明:最大似然法和决策树分类方法总体精度相差不大,但在类别数据较多时,决策树分类方法的执行效率变低。利用5月20日单时相的光谱数据进行分类的总体精度仅有76.43%,Kappa系数〖JP2〗0.7396;加入NDVI时间序列信息后,总体分类精度可以达到93.93%,Kappa系数0.9323。因此,使用多时相信息可以较好地解决异物同谱问题,降低混合像元带来的影响,提高生境分类的精度。〖JP〗
研究区位于西藏阿里地区改则县北部,属于班公湖—怒江成矿带,自然环境十分恶劣,地质研究程度较低,区域地质调查、矿产资源调查等工作进展缓慢。从已发现的矿(化)点看,工作区内主要的矿种为砂金、岩金及铜金矿,还分布盐湖及煤矿,具有优越的成矿地质背景和巨大成矿潜力。因此在该地区开展遥感找矿研究是一种有效、便捷、经济的勘查技术手段。在ENVI软件的支持下,基于Aster多光谱影像数据与蚀变矿物组合相关的波谱特征,利用主成分分析与比值分析相结合的方法从Aster数据中提取与金属矿化有关的矿物及矿物组合遥感异常信息,并结合地质矿产资料分析与致矿因素相关的遥感异常,继而圈定找矿靶区,得到了良好的实际应用效果。
采用2006年SPOT-5和2010年WorldView-1两个时相的高分辨率卫星遥感影像,综合利用地理信息系统(GIS)技术及景观生态学理论,分析了2006~2010年西门岛海洋特别保护区滩涂湿地景观及其转移变化,并采用马尔科夫模型预测了西门岛海洋特别保护区2014年滩涂湿地各景观类型的面积比例。结果表明:①保护区各景观类型朝均衡化和多样化发展,保护区滩涂湿地异质性增加、抗干扰能力增强;②预测分析表明人类对滩涂湿地资源的利用朝着健康可持续方向发展。
为了研究黄土高原1977~2010年近33 a的植被覆盖变化过程,以黄土高原典型植被区马莲河流域为例,将其划分为董志塬农业区、子午岭林业区和北部半农半牧区3个生态功能区进行研究。利用1977、1987、2000和2010年共4期陆地卫星影像,采用监督分类和非监督分类相结合的方法获得植被分类结果。利用转移矩阵分析植被覆盖的变化过程,并计算植被覆盖年度变化率。结果表明:1977~1987年董志塬农业区的植被恢复程度大于子午岭林业区,而北部半农半牧区除草原大面积恢复,其他植被均退化；1987~2000年是植被覆盖变化的一个转折点,各分区植被均以退化为主,董志塬农业区最为典型；2000~2010年各分区均以植被恢复为主,董志塬农业区和北部半农半牧区植被恢复相对较快。整个马莲河流域植被覆盖呈现出退化—恶化—恢复的变化趋势。
空间尺度作为地学研究的基础,对于海—陆—气三相交互作用的海岸线的研究具有重要科学和实用意义。基于QuickBird、SPOT5和Landsat5等多源遥感影像提取石臼陀岛海岸线,构建了基于像元数的精度评价模型。依据分形理论,通过尺度转换模型,研究了海岸线遥感信息分维的尺度效应。在空间尺度校正的前提下分析了尺度效应造成的海岸线提取精度差异,以更加接近实际地对石臼坨岛海岸线的动态变化特征进行分析。研究表明:①石臼陀岛整体海岸线的分形维数为1.0111;②海岸线尺度效应随海岸类型不同而有所差异,该岛人工海岸线和粉砂淤泥质海岸线分形维数分别为1.0123和1.0089,前者较后者略大;③尺度转换后海岸线理论长度变化量表现出随尺度增加而增大的“边际效应”。
后向散射系数是水体重要的固有光学量之一,是水色反演半分析模型的重要输入参数,与水体组分有着密切关系。回顾了近年来国内外有关水体后向散射特性的研究进展,主要包括纯水、浮游植物和悬浮泥沙等无机颗粒物的后向散射特性,以及不同颗粒物的后向散射光谱变化性等。此外,还阐述了后向散射系数的理论基础和测量方法，并探讨了影响水体后向散射特性的影响因子,最后提出了水体后向散射的研究方向和发展前景。
环境小卫星可实现中小湖泊蓝藻动态监测,但不同大气校正方法对于相同影像的处理结果有很大差异。研究利用多种大气校正方法对环境小卫星影像进行辐射校正处理,利用多个感兴趣区的全局和局部特征以及多个统计量对处理结果进行分析,比较其在蓝藻动态监测中的作用。基于多光谱植被指数计算蓝藻生物量的思路,分析了影像经不同大气校正算法处理后,其归一化植被指数的差异性来源及其对蓝藻生物量计算结果的影响。结果表明:蓝藻动态监测的定量描述会因大气校正算法不同而不一致,进而对几种大气校正算法在蓝藻生物量监测和定量分析中所产生的不确定性进行了比较分析,并对各算法的有效利用提出了建议。
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