基于HY-2高度计数据,采用局部线性回归非参数估计方法,利用球谐核函数及局部可调带宽,对70和71周期的交叉点进行海况偏差非参数估计。依据解释方差、海况偏差与有效波高及风速的相关度和模型残差分析,检验评价模型。与相同数据集下的参数模型估计结果进行了分析比对,结果表明:所选定的非参数模型的海况偏差与有效波高和风速的相关度均处于较高水平,说明模型更为有效。在不同纬度段,非参数模型和参数模型各有所长,在北半球高纬度区域,非参数模型表现更优。
为了研究海面风场对海表盐度反演结果的影响,需要构建准确的海面风场影响下的海表亮温模型。将不同海面粗糙度模型计算的结果与Aquarius盐度计卫星产品中的海面粗糙度数据进行了比较,结果表明双尺度模型结合海面泡沫模型的计算结果与Aquarius卫星产品粗糙度数据一致性最好。基于此构建了海面风场影响下的海面亮温仿真模型以及双极化通道的盐度反演模型,研究了海面风场对L波段海面微波辐射特性的影响以及风场资料误差对盐度反演精度的影响。仿真结果表明,2 m/s的风速误差对盐度反演结果的影响较大。在低温和大风速条件下达到1 psu以上,尚不能满足目前盐度遥感的精度要求。20°的风向误差对在中小入射角条件下对盐度反演结果影响较小,对盐度遥感的月平均要求影响不大。
为提高天气雷达定量估测暴雨雨量的能力,利用一条沿X波段天气雷达径向的微波链路获得路径总衰减,使用改进的最小残差法,对一次暴雨过程中衰减系数(k)与X波段天气雷达反射率因子(Z)关系k=aZb中的系数a、b进行了计算,同时实现了相应径向反射率因子的衰减订正。实验结果表明,最优系数a的平均值为5.2×10-5,标准差为2.9×10-5,b的平均值为1.068,标准差为0.118。与已有文献相关结论相比,系数a值较小,而系数b值较大。联合微波链路对雷达相应径向实施衰减订正,可以有效避免常规逐库订正方法中不稳定问题,订正结果合理,订正后雨强估计结果更加接近雨量计实测值。所得结论可供天气雷达反射率因子衰减订正和定量估测暴雨雨量时参考应用。
针对用传统的参数模型进行海况偏差估计存在较大误差的问题,提出一种分段建模的方法来改进对海况偏差的估计。根据全球范围内有效波高和风速的纬度方向分布,确定以20°为分段间隔,将全球划分为6个纬度区间。基于Jason\|2高度计数据,根据泰勒展开,以有效波高和风速为变量,在各纬度区间分别构建海况偏差估计参数模型。用解释方差、拟合度和残差评价检验模型,并与传统参数模型的估计结果以及Jason-2高度计GDR中非参数估计结果进行了比对,结果表明:纬度分段参数模型的估计结果较之传统方法在各纬度区间均有提升,在低纬度区域尤为明显。在保证参数模型优势的同时达到了与非参数方法相当的估计精度。说明本文所建纬度分段参数模型能够有效提高全球范围内海况偏差的估计精度以及海表面高度的校正水平。
首先获取覆盖浙江省近海215景长时间序列多模式ASAR Level 1B数据,对获取的ASAR数据进行几何校正、辐射定标、极化比转化、噪声剔除后,将所有的影像统一重采样得到1 km×1 km分辨单元的后向散射系数影像,尝试利用CCMP风向作为SAR风速反演地球物理模式函数的风向初始场,对比目前国际上最常用的3种模式函数CMOD4、CMOD\|IFR2和CMOD5的风速反演效果,将反演得到风速分别与CCMP插值风速和现场观测气象站点的风速进行对比,结果表明CCMP风向数据可作为SAR风速反演的风向初始场,其中结合CMOD4模式函数能够得到较高精度的反演风速,由于CCMP数据有效时间长、覆盖范围广、易于获取,因此联合CCMP风向有利于SAR近海风场反演的业务化应用。
基于第三代海浪(谱)模式WAVEWATCH Ⅲ,采用NCEP/QuikSCAT混合风场作为模式输入,进行了东中国海、太平洋东岸以及太平洋中部夏威夷附近海域的海浪数值模拟。在东中国海,模拟有效波高与浮标的参考值有较高的相关系数,波高的均方根误差约为0.5 m;在太平洋东岸和夏威夷附近海域,模拟有效波高比浮标的参考值普遍偏低,不同月份波高的均方根误差在0.4~1.2 m之间,但模拟波高与浮标的参考值仍有较强的相关性。结果表明利用WAVEWATCH Ⅲ结合NCEP/QuikSCAT混合风场模拟东中国海的波高是可行的,但要模拟太平洋中、东部开阔深水海域的波高仍需考虑如涌浪、海流等非风场因素。
植被含水量是影响和评价植被生长状态的重要因素之一。因此,针对高光谱数据具有目标诊断性特征精细反演的特点,较为精准地提取了植被的光谱诊断性特征,在包络线去除法的基础上,提出了基于双倒高斯模型的光谱吸收峰特征参数提取方法。首先,根据植被光谱吸收峰特征建立了双倒高斯模型,其次,为了验证模型的正确性和有效性,利用地面试验数据及真实的Hyperion高光谱遥感数据对模型进行了验证。结果表明:通过模型提取的光谱特征参数:吸收峰深度\,对称度与植被含水量呈线性相关,决定系数R2分别为0.86和0.76 ,RMSE为0.797和1.112。实验结果在证实了模型有效性的同时验证了高光谱数据对于植被含水量反演的可行性。
森林扰动是影响陆地生态系统的重要因素之一,遥感可定期地获得大面积森林覆盖数据,成为定期和连续森林扰动监测的重要手段,基于时间序列数据的森林监测成为主要方式。研究利用2001~2013年MODIS时间序列遥感影像,以福建省为例,利用NDVI、NBRI、NDMI、IFZ和DI 5种森林扰动监测指数,结合植被变化追踪算法提取森林扰动区域,并从光谱响应特征和对不同扰动类型的响应能力等方面,分析了对我国南方森林扰动的监测能力。结果表明:DI对森林砍伐、森林病虫害和植树造林3种扰动类型的响应能力较强,NBR对森林火灾最为敏感,NDVI对4种扰动类型的响应能力相对较弱;5种指数中DI对森林扰动的响应能力较强,森林扰动提取精度最高,IFZ次之,NDMI和NBR监测精度相当,且优于NDVI。
传统建筑物三维建模方法费时费力、精度低、采用接触式测量,且仅能获得建筑物少量特征点及线状数据。与传统测量方法相比,地面三维激光扫描技术(Terrestrial Laser Scanner,TLS)方法可快速、高效、非接触式地获取建筑物表面高精度三维信息,因此其较传统建筑物三维建模方法优势显著。以古田会议旧址为研究对象,首先介绍了研究目标的主要特征以及点云数据采集方案;其次以高复杂度建筑物建模为需求出发,详细阐述了点云数据预处理及建筑物三维模型重建相关核心技术及方法;并重点讨论了与其相关的点云数据配准拼接、去噪简化、二维轮廓线提取、三维实体重建;最后实现古田会议旧址高复杂度三维几何模型重现,并采用先进的3D打印技术按1∶40比例尺制作3D打印点云数据的微缩模型。通过与实地测量数据对比分析得知,采用地面三维激光测量方法采集点云数据的建筑物建模精度优于传统测量方法。此研究成果可应用于古田会议旧址等文化遗产的文物修复、变形监测、虚拟重现等方面。
不同于常规星载SAR,L波段地球同步轨道圆迹SAR(GEOCSAR)轨道高度高、合成孔径时间长、观测面积大,对流层折射率和电离层电子含量的时空变化将严重影响GEOCSAR重轨干涉性能。基于大气介质时空变化及GEOCSAR干涉信号的特点,从对流层和电离层相位延迟误差、电离层水平变化引起的图像方位向偏移、对流层折射率周日变化和电离层时空随机起伏引起的方位向聚焦性能下降、以及法拉第旋转效应几个方面分析了对流层和电离层对GEOCSAR重轨干涉相干系数、干涉相位的影响,并进行了仿真实验验证。分析以及实验结果表明,对流层和电离层均会对GEOCSAR干涉性能造成不可忽略的影响,其中电离层的周日时间变化和电离层起伏会导致图像散焦,进而严重降低干涉相干性。
基于环境卫星遥感影像,利用随机森林数据自适应探测特性,构建了面向沿海滩涂区域的地物类型分类方法,并以大丰为例进行了实证分析,探讨了基于随机森林方法的滩涂分类的参数选择与精度分析。结果显示:基于随机森林的沿海滩涂地物分类方法分类精度较传统监督分类(平行管道法\,最小距离法和最大似然法)精度提高明显,且具有很好的分类稳定性。
目标探测是遥感影像信息提取中的重要内容,然而,随着目标像元数目增多和相似地物的干扰,目标探测的虚警率会明显上升。将线性约束最小方差方法(LCMV)与局部对比方法(LCM)相结合,构建了一种新的多光谱遥感图像中目标探测方法(LCLCM):首先利用样本相关矩阵对目标进行半解混,然后利用图像的空间性增强目标信息、抑制背景信息,最后进行图像归一化和图像分割。以Landsat 8多光谱图像中船只提取为例进行方法验证,LCLCM的虚警率为1.07%,优于LCMV和LCM的虚警率12.39%和11.26%,表明该方法能够进行有效稳健的目标探测。
针对tri_training协同训练算法在小样本的高光谱遥感影像半监督分类过程中,存在增选样本的误标记问题,提出一种基于空间邻域信息的半监督协同训练分类算法tri_training_SNI(tri_training based on Spatial Neighborhood Information)。首先利用分类器度量方法不一致度量和新提出的不一致精度度量从MLR(Multinomial Logistic Regression)、KNN(k\|Nearest Neighbor)、ELM(Extreme Learning Machine)和RF(Random Forest)4个分类器中选择3分类性能差异性最大的3个分类器;然后在样本选择过程中,采用选择出来的3个分类器,在两个分类器分类结果相同的基础上,加入初始训练样本的8邻域信息进行未标记样本的二次筛选和标签的确定,提高了半监督学习的样本选择精度。通过对AVIRIS和ROSIS两景高光谱遥感影像进行分类实验,结果表明与传统的tri_training协同算法相比,该算法在分类精度方面有明显提高。
精确提取作物种植面积一直是农业遥感关注的主要问题之一。综合运用低分辨率的时相变化特征和中分辨率的光谱特征,提出一种夏玉米识别方法。首先基于MODIS NDVI时间序列曲线,分析夏玉米在时相变化上的识别特征,构建识别模型。夏玉米纯像元利用识别模型识别,而耕地和非耕地类型的植被产生的混合像元,则基于像元分解办法获取耕地组分的NDVI时序特征,再利用识别模型判定,然后结合土地利用数据根据空间关系得到中分辨率结果;玉米与其他作物的混合像元则利用中分辨率尺度光谱差异加以区分。研究结果表明,在伊洛河流域主要农业区,识别精度达到90.33%,为作物类型识别提供了新的思路。
准确提取水稻种植面积是探讨气候变化背景下水稻生产与粮食安全的重要前提。我国南方的水稻种植区域,地块破碎且受云雨天气影响严重,如何充分利用有限时相的数据获得较高精度的水稻面积提取是亟需解决的关键问题。提出了一种利用两个时相的数据,通过构建差值特征突出水稻物候变化的特点,并与随机森林算法结合高精度提取水稻种植面积的方法。将之应用于湖南省常德市鼎城区的水稻种植面积提取,结果表明:采用本方法进行水稻提取的最终总体精度达到93.01%,Kappa系数0.91,与单时相提取结果相比,总体精度提高了近3%。为了进一步分析差值特征对其他分类器的改进效果,分别将差值特征与决策树和随机森林组合,并分析了两种组合提取水稻的精度。研究发现构建的差值特征能够有效反映植物的生长状况,增加地物的可区分性,可为对象的分割及分类提供更多有用的信息,能够有效改善水稻种植面积的提取精度。
为探寻不同绿地分布形态对城市热环境的改善效果及差异,结合遥感技术和CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法,对城市中五类常见的绿地布局形式的温度场进行数值模拟。利用遥感影像以及LIDAR数据建立三维模型,并通过实地测量温度值对ENVI\|met软件模拟结果的真实性做了检验,得到在不同高度上不同绿地分布形态的温度场模拟结果。实验结果表明:将CFD技术引入城市热环境研究这一思路是可行的,根据典型绿地分布形态的热环境模拟分析,不同分布形态在不同高度上具有不同的降温效果。地表处点状分布效果最好,2 m处楔状分布效果最好,而在10 m左右的高空条带状的降温效果最好。
以HJ-1A和MODIS为数据源,通过动态阈值法提取物候特征参数,对HJ\|1A NDVI和MODIS NDVI时间序列进行植被物候特征提取进行定性和定量比较,通过比较结果,提出HJ-1A NDVI数据在该应用中存在的问题,促进国产中空间高时间分辨率影像数据在植被物候信息提取研究中的应用,提高其在生态系统研究中的应用价值。结果表明:在SOS、EOS和LOS以及TOMS几个主要的物候时间点上,MODIS NDVI时间序列的标准差较小,所得物候数据更为集中,偏离度较小,所得物候数据较稳定;而HJ-1A NDVI时间序列所得物候数据的标准差较大,数据偏离程度较大,而在POS、BOS和AOS等表征植被生命周期中生长幅度数据上,其标准差较小,离散程度小。
基于2016年门源M6.4地震震中周边GPS基准站的连续观测资料,通过三分量位移时间序列分析和去周期化分析\,站间基线时间序列分析以及震中附近变形单元的应变时间序列分析,探讨了震前地壳变形特征。结果表明:位移分量时间序列出现群体性的准同步变化异常,异常分量主要为EW分量,异常出现在震前一个月左右,幅度约为6~10 mm;QHME和QHQL两个GPS基准站去周期后的NS、EW分量在2015年下半年出现自有观测数据以来最大幅度的趋势转折变化;震中附近的基线缩短速率明显较小,表明震中附近区域在震前存在一定程度的应变积累背景;震前,震中附近区域的EW向线应变和面应变率从2014年开始存在弱化现象,表明该区域近两年存在形变亏损的迹象,也反映了该区域在震前积累了一定程度的应变能。
科学数据引用是近年来逐渐兴起与成熟的一个领域,世界各国都对其进行了一系列相关工作。地学作为一门涉及范围极广的科学,在众多科研工作中积累了大量的科学数据。概述了我国科学数据共享体系的现状与存在的问题,以寒区旱区科学数据中心提供的数据施引文献库为例,分析了该中心数据集自2006~2013年(注:2013年数据不全)的被引情况。研究结果发现:科学数据集自公开到被广泛引用需要约2年的时间积累,2年之后被引情况大幅度增长。该数据集遥感数据最多,其次是土地和气象数据。但从被引情况来看,以遥感和气象被引次数居首,说明用户对此类数据的需求较大。
近年由于海上石油运输、开采和事故,溢油事件不断增加、已成为全球普遍关注的重大环境问题。分析了Radarsat2卫星全极化数据在监测南海北部溢油事件中的应用,比较了3种滤波技术对相干斑的抑制,结果显示LEE滤波法最佳,继而选用LEE滤波对影像进行全极化处理。比较了6种参数处理方法,发现极化函数参数的去极化指数(Depolarisation-index)处理后的影像对溢油和海水区分效果最佳,并可以更好地避免相干斑影响。在此基础上,利用大津法阈值准确提取溢油范围并估算溢油面积。研究表明:在利用Radarsat2卫星全极化数据观测溢油时,通过LEE滤波\,去极化指数处理和大津法阈值3个步骤提取溢油范围并估算溢油面积是有效快捷的方法。
基于OMI对流层NO2柱浓度产品研究了2005~2015年中国及各省(市、区)NO2时空变化及影响因素:①中国对流层NO2柱浓度2005~2009年波动较小,2010~2011年升幅较大,2012年较2011年有所下降,2013年与2012年持平,2014、2015年持续大幅下降;②中国NO2高浓度分布面积11年来变化显著,五级高浓度分布面积2005~2011年呈显著上升趋势,2011年面积最大为37.2万km2;2011~2013年波动较小;2014~2015年呈直线下降趋势,2015年降低到6.1万km2;③上海、天津两市对流层NO2柱浓度处于五级高浓度水平,其中上海是中国浓度最高的城市,山东是中国浓度最高的省;④对流层NO2柱浓度的变化与第二产业生产总值相关性很大,需要调整优化产业结构降低第二产业比重才能得到改善;长期依赖燃煤高污染的能源结构也是导致NO2浓度居高不下的一个重要原因,亟需开发新能源以替代煤燃料等各种办法;机动车保有量快速增加,汽车标准及油品跟不上国际发展水平,导致NO2排放量大增。
植被覆盖度是生态环境监测的重要指标,而复杂地形因素影响对山地植被遥感信息准确提取。基于Landsat-8 OLI遥感数据,分别采用像元二分模型和线性混合光谱分解法,在对比分析植被覆盖度的地形敏感性基础上,选择山地植被指数(NDMVI)估算了1992、2002和2014年永定县的植被覆盖度,并分析其变化。结果表明:①基于山地植被指数(NDMVI)的覆盖度估算模型的地形敏感性最弱,更适合于南方丘陵山地的植被覆盖度遥感反演;②永定县总体植被覆盖度较高,平均植被覆盖度达77.99%以上,高覆盖度区占59.73%以上,22年内植被覆盖度经历了先提高再下降的过程;③在空间上,高坎抚、金丰和西部片区的植被覆盖度较低,动态变化较明显。永定县金丰片区植被覆盖度明显提高;而近12年内高坎抚片区因矿业开采活动对生态环境的破坏,植被覆盖度降低幅度大,且变化面积较大。
研究海量遥感数据在Web 共享中所需要的网络支撑环境、数据自动入库、数据自动传输、影像高效查询等关键运行技术。在关键技术研究的基础上,详细分析与设计了针对海量遥感数据的可视化查询、浏览及下载功能,并基于 Web服务等相关计算机技术,实现了海量遥感数据共享原型系统,完成海量遥感数据的 Web 共享。
自《遥感技术与应用》1986年创刊以来,走过了30年的历程,现已成为国内遥感研究成果的主要载体之一。利用现有的CSCD和CNKI数据库,从文献计量角度分析《遥感技术与应用》30年的发文趋势。结果表明:30 a来,《遥感技术与应用》的论文发表数量总体呈快速增长趋势;相关研究机构主要集中在西北和北京两地;Landsat和MODIS是研究最多的两种遥感数据;土地利用是关注最多的遥感应用研究。引文分析的结果表明《遥感技术与应用》刊载的论文被CSCD和SCI引用频次和期刊影响因子不断提高,进一步说明了学界对遥感技术相关问题的关注程度不断加强。此外,计算机技术、数据科学、大数据等技术的发展促进了遥感科学的发展;另一方面,自然灾害、大气环境问题、粮食安全和可持续发展问题以及“Future Earth”的战略部署,都需要依托遥感技术获取更为可靠的数据源、构建更加系统的数据平台及面向更加智能的决策平台。
气候变化带来的一系列严重问题越来越成为人类关注的焦点。21 世纪初启动的世界气候研究计划(WCRP)新的核心计划——气候与冰冻圈计划(Climate and Cryosphere,CliC),使得冰冻圈研究成为国际热点的标志。由于青藏高原冰川积雪对气候变化的敏感性,以及地质灾害常发的特殊性,近年来中国、印度、美国、日本、德国等国家部署了一系列研究计划和研究项目,发表了大量的青藏高原冰川、积雪和地质灾害空间观测机理与应用的论文。通过文献计量分析这些论文可以反映出国际上青藏高原冰川、积雪与地质灾害空间观测研究的进展和发展态势。以SCIE中检索到的2000~2015年间与青藏高原冰川、积雪与地质灾害空间观测研究相关的论文、研究综述和学术会议论文等相关文献为基础,分析了国际地球关键带研究的总体研究概况、主要研究主体(国家和机构)分布和不同时期的研究主题和热点、学科领域分布、研究合作及未来发展态势等特征。
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