2017年, 第32卷, 第1期　刊出日期：2017-02-20

  

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综述
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  天气雷达技术研究进展及其在我国天气探测中的应用

  唐顺仙,吕达仁,何建新,李睿,王皓

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 1-13. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0001

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  天气雷达在对突发性、灾害性的中小尺度天气系统监测和预警中发挥着重要的作用。天气雷达技术的发展将大幅度提升对中小尺度天气发生、发展及演变过程的研究水平。因此,为了更准确\,更全面地了解中小尺度天气系统在发生、发展过程中的动力、热力及微物理特性,近年来发展了多项天气雷达技术。首先对以单基地天气雷达为载体发展并应用的技术,如双线偏振天气雷达技术、固态天气雷达脉冲压缩技术、相控阵天气雷达快速扫描技术、毫米波测云技术等进行了概述,其次介绍了这些技术的国内外研究进展以及在我国天气探测中的应用,特别是利用这些技术在对降水定量估测、云微观结构和物理特性的探测以及新体制天气雷达探测性能提升等方面的研究,最后讨论了这些技术在气象业务应用中存在的问题及未来发展方向。
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  ICESat-1/GLAS数据湖泊水位监测研究进展

  葛莉,习晓环,王成,Khun\-Neay Khuon

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 14-19. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0014

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  湖泊水位动态监测和调查对湖泊资源利用、水循环过程和生态环境变化等研究具有重要意义。ICESat-1/GLAS激光测高数据已经在全球陆地、森林植被和极地冰盖变化监测等方面得到了广泛应用,但在湖泊、河流等内陆水体监测方面的应用研究相对较少。本研究系统分析了国内外利用GLAS数据,以及GLAS和其他卫星测高数据、光学遥感数据联合反演湖泊物理参数方面的研究进展,探讨了该数据在湖泊应用中的关键技术和难点,如GLAS数据的精度评价、湖泊脚印点自动提取等,分析了目前研究中存在的问题,以期对我国即将发射的高分七号测绘卫星在水文方面的应用提供参考。
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  高分辨率遥感影像道路提取方法研究进展

  曹云刚,王志盼,杨磊

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 20-26. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0020

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  快速、准确地从高分辨率遥感影像中提取道路信息对于基础地理信息更新具有重要的意义。针对道路提取的众多方法与技术,首先对遥感影像道路提取中涉及的特征类型与表达方法进行了归纳;其次,参照提取层次将道路提取方法分为3种类型:基于特征、基于对象以及基于知识的道路提取,并对每一类型道路提取方法的优缺点进行了系统总结,同时也对目前高分影像道路提取中存在的问题进行了分析;最后,结合遥感与模式识别的最新发展等相关理论,对高分影像道路提取方法的发展方向进行了展望。
积雪遥感专栏
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  近15 a青藏高原积雪覆盖时空变化分析

  杨志刚,达娃,除多

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 27-36. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0027

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  利用MOD10A2积雪产品分析了2000~2014年青藏高原（以下简称高原）积雪面积和覆盖率的时空分布和变化特点。主要结论如下:①近15 a高原年平均积雪面积减少趋势不明显,但季节差异很大,秋季积雪面积略显上升趋势,其他3个季节略有减少趋势,其中夏季减少趋势相对较明显;积雪面积变化与同期气温之间存在负相关关系,且与最高气温的关系更为密切;②过去15 a高原积雪覆盖率变化趋势的空间差异明显。青海南部至藏北羌塘高原北部及西南喜马拉雅山脉北麓增加趋势较明显,其中青海南部覆盖范围最广,而念青唐古拉山中西段、喜马拉雅山东段、高原东南地势较低区域和西北部存在较明显的减少趋势,其中那曲东南减少最为明显;③高原积雪覆盖率的年际变率空间差异同样很大,总体上与高原平均积雪覆盖分布相似,即高寒内陆和周边的高大山脉及其周边地区是积雪年际差异明显区域,且主要是由春秋两季的年际变率导致的,高原积雪年际变率较大区域是高原主要的牧区和雪灾频发区,是高原积雪监测和防灾减灾的重点地区。
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  高亚洲地区无云积雪遥感二值产品对比和精度验证分析

  于小淇,邱玉宝,阮永俭,石利娟,拉巴卓玛

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 37-48. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0037

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  以青藏高原为核心的高亚洲地区是我国重要的积雪分布区域,也是气候变化的敏感区域。高精度的积雪遥感监测产品可更好地理解区域水和能量循环过程,提升气候、环境分析和水资源应用潜力,然而由于高亚洲地区地形复杂,高原局部气候变化快,当前所发布的积雪产品的算法各有所长,不同产品的精度评价所采用的评估方法、参考数据和精度指标不统一,这为积雪数据产品应用及评价带来挑战。选择目前国内外已经发布的较为典型的IMS、MODIS无云积雪产品等3种数据,开展基于流域的时空交叉对比分析,并采用同一套地面参考数据集及综合性指标,进行了精度验证和比对研究。结果表明:利用不同数量的地面观测数据进行验证时,3种积雪产品表现都较为稳定,总精度都能达到85%以上,IMS和与微波观测相结合的无云(A\|MODIS)产品召回率较高,而MODIS积雪产品的准确度较高,权衡参数F值较高;在积雪季初期3种产品积雪覆盖面积和趋势吻合,后期融雪期出现较大差异,IMS与A\|MODIS产品相较于MODIS产品有高估现象,认为与云覆盖及微波数据的质量有很大关系,总体来看IMS产品与MODIS积雪产品精度相接近,但MODIS积雪产品数据质量较高。该项研究可为积雪遥感产品在高亚洲地区应用提供客观的分析和评价。
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  FY-3B与FY-3C/MWRI交叉定标及雪深算法应用

  王功雪,蒋玲梅,武胜利,刘晓敬,郝诗睿

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 49-56. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0049

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  FY-3C/MWRI于2015年7月30日开始业务运行,与FY-3B/MWRI对地表微波辐射进行联合观测。为保证MWRI亮温数据的可靠性\,一致性以及综合双星MWRI观测数据应用雪深业务算法,利用地面近似稳定目标格陵兰岛冰盖与亚马逊热带雨林,对双星MWRI亮温数据进行交叉定标。分析了交叉定标前后FY\|3B与FY\|3C/MWRI雪盖面积及雪深反演结果的一致性,并以2013~2014年冬季气象站点的雪深观测数据评价了交叉定标对雪深反演精度的影响。结果表明:FY\|3C/MWRI亮温数据与FY\|3B/MWRI数据一致性较好,二者各通道的亮温平均偏差介于-0.87~2.05 K之间,前者多数通道略偏“暖”;绝对值大于3 K的偏差比例在18H、36V、86H及86V等通道略高(10%~18%),其他通道比例均较低;FY\|3B与FY\|3C/MWRI雪盖面积及雪深估算结果一致性较好,交叉定标对雪盖面积反演影响较小,交叉定标后FY\|3C/MWRI雪深反演误差(RMSE)略微降低,MWRI雪深反演结果更加稳定。
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  利用伽马射线探测雪水当量方法的改进

  马媛,李弘毅,张璞,刘大锋,黄晓东,郝晓华,邵东航,王建

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 57-63. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0057

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  利用积雪对土壤伽马射线的衰减作用,可较为精确地测量较大范围内的地表雪水当量,并且具有不破坏地表特征的优点。然而,测量地域的土壤下垫面特征对该方法的精度影响较大。为了提高伽马射线(Gamma)反演雪水当量的精度,以阿勒泰积雪区为研究区,考虑土壤水分对测量结果的扰动以及参数的地域特征,对反演算法进行了改进。该方法在参数率定期对雪水当量反演的纳什系数为0.97,验证期的纳什系数为0.99。结果说明:经过标定的伽马射线测量方法,具有媲美人工测量的精度,且具有自动连续观测的优点。同时,在使用伽马射线测量雪水当量时,考虑土壤水分变化的影响可更准确地反演地表雪水当量。
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  基于渐进辐射传输模型的雪粒径与积雪覆盖面积反演算法

  王杰,李卫朋

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 64-70. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0064

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  渐进辐射传输模型(Asymptotic Radiative Transfer,ART)广泛应用于雪粒径反演,但是ART模型忽略了像元混合的影响。在本文中,ART模型被应用于混合像元分解之中,考虑积雪粒径变化的影响,提出了两种混合像元分解算法,用以同时获取雪粒径和积雪面积。第一种算法是采用均方根误差指标获取每个像元的最优雪粒径,使用全约束线性分解算法(FCLS)反演积雪面积。另一种算法使用通用梯度下降算法(GRG)获取每个像元的最优粒径,仍然采用全约束线性分解算法获取积雪面积。为了提高模型的运行效率,单波段ART算法用来获取影像的雪粒径,将之作为两种算法的先验知识。同时,MODSCAG模型反演的结果也被用于进行交叉对比,实验结果表明,两种算法比MODSCAG模型的反演结果更为精确。
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  基于多源遥感数据的积雪反照率反演研究

  邵东航,李弘毅,王建,郝晓华,王润科,马媛

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 71-77. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0071

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  积雪反照率在全球气候系统中的作用显著。由于目前遥感手段的限制,积雪反照率遥感产品存在显著的数据缺失和误差不确定性。研究对遥感积雪反照率反演模型进行精度评估,开展以渐进辐射传输理论(ART)为代表的积雪反照率遥感反演算法验证工作,分别比较MODIS、TM/ETM+数据在反演积雪反照率时的差异和准确性。结果表明:利用ART模型对积雪反射率进行各向异性校正后反演得到的积雪反照率精度优于MOD10A1积雪反照率;高分辨率遥感影像在反演积雪反照率时精度明显高于低分辨率遥感影像;针对地形复杂的高寒山区,尺度效应对积雪反照率的反演会产生极大影响。
遥感应用
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  尼泊尔震后Rasuwa区山地灾害遥感调查

  上官冬辉,赵伟,史艳梅

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 78-83. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0078

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  针对尼泊尔4·25 Gorkha地震诱发山地灾害的现象,基于多源光学遥感数据,使用目视解译方法分析了震前和震后地物特征的变化,调查了Rasuwa区影响抗震救灾的公路沿线滑坡、堰塞湖的空间分布。结果表明:本次地震新形成的大型滑坡较少,大部分为中小型滑坡、浅层滑坡及碎屑流、崩塌和落石等灾害,并有堰塞湖。而在影像上能清晰识别的灾害点有15处,其中3处危害较大,分别为Langtang滑坡\,Resuo滑坡和1处堰塞湖。Langtang滑坡造成了严重的破坏。
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  美国新一代测高卫星SWOT—评述我国宽刈幅干涉卫星的发展借鉴

  徐永生,高乐,张云华

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 84-94. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0084

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  SWOT(Surface Water and Ocean Topography)测高卫星已经被美国国家研究委员会推荐为“未来10年NASA承担的地球科学和应用的国家重点计划”,它通过获取的高精度、高空间分辨率的海洋表面高(Sea Surface Heights,SSH)和陆地水高(Terrestrial Water Heights,TWH),监测海洋变化和陆地水文变化。SWOT卫星将使测高卫星由传统的一维、沿轨的剖面测高过渡到二维的宽刈幅干涉测高。与传统测高卫星脉冲有限式的测量方式相比,SWOT通过合成孔径雷达干涉测量使空间分辨率提高了一个数量级,一旦成功,它将在海洋和陆地、甚至军事方面都将具有广泛的应用前景,并为宽刈幅测高卫星设立众多技术标准,对我国宽刈幅卫星的发展具有重要的借鉴。
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  TerraSAR-X数据在淮南矿区沉陷监测中的应用

  肖瑶,赵萍,范泽琳,陈国旭

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 95-103. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0095

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  合成孔径雷达差分干涉测量(Differential Interferometic SAR,D\|InSAR)技术可以快速、精确、大范围地监测地表形变,为矿区开采沉陷的监测和防治提供了有效手段。以安徽淮南淮河以北矿区为研究区,获取了3景高分辨率TerraSAR\|X影像,分别利用二轨法、三轨法D\|InSAR技术提取2010年11月22日～2011年4月25日的沉陷情况。结果显示:在这期间淮南矿区发生了大量沉陷,最大沉陷量为-71 mm,位于丁集矿区;顾桥顾北矿区和潘集矿区的最大沉陷量约为-50和-45 mm,两种方法提取出的沉陷区位置、形态与实际情况基本稳合,沉陷速率与相关研究大体一致,表明利用短时空基线的高空间分辨率TerraSAR\|X数据能够对淮南矿区的地表形变量和形变范围进行高精度的监测。同时,将两种方法提取的结果对比分析发现,在缺乏精细DEM数据的情况下,三轨法在平原区的应用效果优于二轨法。
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  雅砻江地区无云积雪覆盖产品的制作

  陈彬,王文

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 104-112. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0104

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  MODIS积雪产品在晴空下积雪识别精度很高,但其受云污染导致数据缺失严重。IMS和SWE数据虽为无云产品,但受分辨率的限制积雪监测精度有待提高。以青藏高原东部雅砻江流域及周边地区为例,通过合成MODIS每日积雪覆盖产品、邻近日分析法以及改进的SNOWL判别法对云像素进行重分类,然后用IMS或者SWE无云积雪数据对中间生成的片雪再分类,制作了除云后的逐日无云积雪覆盖产品。再用目视解译法将从HJ\|1B卫星影像中提取的积雪覆盖信息作为观测“真值”,对无云积雪覆盖产品进行分类精度评估。结果表明:通过算法的改进,提高了该产品与观测数据的积雪一致率和总体分类精度,总体上解决了因云污染导致的数据缺失,IMS和SWE积雪监测精度不足的问题。
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  基于微波散射计的格陵兰冰盖冻融探测方法研究

  张焱,李新武,梁雷

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 113-120. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0113

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  提出基于DVPR时间序列的散射计冰盖冻融探测算法,利用2000~2009年格陵兰地区的QSCAT数据加以实现,得到2000~2009年格陵兰冰盖的冻融分类结果,并进一步探测出融化部分的融化开始时间、融化结束时间以及融化持续时间,最后结合两种已有的散射计冻融探测方法和格陵兰岛自动气象站数据来对实验结果进行交叉对比验证和实地温度数据验证。研究表明,DVPR时间序列法具有更好的分类精度,并且在冰盖融化起止时间的探测上非常准确。此外,该方法在时间和空间上具有可移植性,可广泛使用。
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数据与图像处理
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  降低微波成像仪接收机非线性偏差方法研究

  陈卫英,刘高峰,何嘉恺,潘莉

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 121-125. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0121

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  FY-3卫星微波成像仪用于大气微波遥感、海洋微波遥感和陆地微波遥感,是气象、海洋和灾害监测的重要遥感手段之一。微波成像仪在轨运行时能否获取有价值的探测资料,得到定量化的应用和真正的业务使用,主要取决于微波成像仪能否进行精确定标。而非线性偏差的大小又直接与微波成像仪定标精度的大小有关。主要分析了影响微波成像仪非线性偏差的因素,以及降低微波成像仪非线性偏差的方法,并给出了微波成像仪各通道真空定标下非线性偏差。
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  多源星载微波散射计海面风场信息融合研究

  林溢园,邹巨洪,林明森,何原荣

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 126-132. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0126

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  风场数据融合技术以更小的代价、更短的时间来获取更丰富的风场信息,为海洋风场业务化预报提供高空间分辨率的数据源。为了有效发挥卫星遥感数据在海洋风场监测中的作用,基于变分估计方法,利用HY\|2A/SCAT、METOP\|A/ASCAT和Oceansat\|2/SCAT的星载微波散射计数据,开展了融合技术研究,并以中国近海为例给出了卫星遥感海面风场的数据融合结果。海面风场数据融合结果表明,多源风场的融合结果明显优于单一卫星的观测结果,如果采用三颗卫星的观测进行融合,得到的融合结果与实际风场将更加相符,特征更加明显。
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  “高分一号”卫星数据几何校正研究

  于博文,田淑芳

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 133-139. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0133

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  运用野外采集的GPS数据研究几何校正模型和控制点数量对4景“高分一号”高分辨率相机数据的几何校正精度影响,此项研究有利于合理使用“高分一号”卫星数据,为国产卫星数据的应用和推广起到一定的促进作用。分别运用多项式模型和有理函数模型对“高分一号”数据进行几何校正,运用事先布置好的检查点与校正后影像上的同名地物点进行精度分析,实验表明运用有理函数模型对“高分一号”数据进行几何校正会取得较好精度。分别运用25、20、15、10、5、1个和无控制点对4景“高分一号”数据进行有理函数模型的几何校正。综合考虑人力、耗时、精度等因素后得出结论:如果影像中山区不多时,运用5个控制点进行校正可以取得较好的效果,当山区比较密集时,可以适当增加控制点数量到10个。
   

   
模型与反演
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  基于无人机遥感的叶面积指数反演

  褚洪亮,肖青,柏军华,程娟

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 140-148. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0140

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  叶面积指数定量遥感产品的真实性检验需要地面数据进行支撑。目前常用的叶面积指数测量仪器,如LAI2000、AccuPAR、Sunscan、Demon和TRAC等,需要工作人员进入样地进行手持测量,效率较低,人工测量引入的不确定性大。近年来基于无线传感器网络技术进行叶面积指数长时间自动观测取得了很多进展,但是投入成本大、移动不便等因素制约了其大范围应用。随着无人机的快速发展,利用无人机采集遥感数据具有极大的灵活性。本文利用轻型无人机获取了玉米地不同生长期的高分辨率光学影像,采用图像处理的算法进行植被与非植被的区分,最后利用辐射传输模型与聚集指数理论进行了叶面积指数反演。通过对比表明,在玉米成熟前期,反演得到的叶面积指数与LAI2200采集得到的数据,以及LI-3000C得到的真实叶面积指数有较高的一致性。基于无人机影像的LAI测量方法可作为一种快速准确的手段得以推广应用。
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  蒙特卡洛方法研究积分球测量发射率的影响因素#br#

  杨白雪,杜永明,肖青,历华,曹彪,柳钦火

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 149-157. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004\|0323.2017.1.0149

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  采用理论数值分析和计算机蒙特卡洛光线追迹模拟相结合的方法,研究积分球在设计和操作中影响发射率测量精度的因素,包括积分球开口大小,积分球内壁污损,参考样本与待测样本的发射率,主动光源的功率等。研究结果表明:积分球探测口开口比例对发射率的测量无明显影响,当积分球内壁污损时参考样本和待测样本发射率的值相差很大时测量结果会有偏差,积分球自身辐射使发射率测量值偏高。当参考样本与待测样本发射率相差小于0.1,积分球在污损情况下发射率测量误差小于等于4‰。洁净情况下,入射光源功率大于100 W时,积分球自身辐射对发射率的影响低于5‰。
  
  
  
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  中短波红外恒星定标点扩散函数求解及精度分析

  陈怡羽,郭强

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 158-165. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0158

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  遥感器在轨绝对辐射定标能够实时评价传感器本身的辐射响应特性,及时发现并正确纠正传感器辐射响应变化。以恒星观测数据作为辐射定标参考源,点扩散效应使探测系统所接收的像与实际点光源分布存在较大差异。因此,要从获得的像中还原出点目标真实情况,就必须知道探测系统的点扩散函数。以高斯函数模拟系统点扩散函数,采用最小二乘法求解点目标相对于瞬时视场偏移,并提出了亚像元尺度上求解系统点扩散函数的新方法。模拟实验结果表明:该方法对点扩散函数分布计算精度较高(优于0.01%),且当探测系统能量集中度低于77%(MTF0.5<0.37)时,以恒星为目标的在轨绝对辐射定标方法可以满足5%的精度要求。
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  基于Landsat 8 TIRS数据的大气水汽含量反演劈窗算法

  王猛猛,何国金,张兆明,王桂周,尹然宇,龙腾飞

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 166-172. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0166

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  Landsat 8是2013年最新发射的Landsat卫星,携带了OLI和TIRS两个传感器,其中TIRS传感器获取了两个临近的热红外通道信息。劈窗协方差—方差比算法(SWCVR)是一种最通用的基于热红外的大气水汽含量反演方法,利用两个热红外通道(其中一个在大气窗口,另一个在大气吸收谱段)的吸收差异来反演大气水汽含量,该方法已经在MODIS等中低分辨率(1 km)的热红外数据上得到很好的应用。将SWCVR算法移植到较高分辨率的Landsat 8 TIRS数据上,并对水汽含量反演结果进行精度验证。气象数据验证结果表明,水汽含量的反演精度可以达到0.43 g/cm²。用MODIS水汽产品(MOD05)做交叉验证,反演的水汽含量和MOD05水汽含量的均方根误差(RMSE)为0.44 g/cm²,平均绝对误差(MAE)为0.34 g/cm²。总的来说,SWCVR算法应用于Landsat 8数据的水汽含量反演也能得到一个较高的精度。
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  基于高光谱反射特性的土壤全氮含量预测分析

  李焱,王让会,管延龙,蒋烨林,吴晓全,彭擎

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 173-179. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0173

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  随着高光谱遥感技术的快速发展,光谱技术已经在土壤理化性质、土壤养分等预测研究中得到了广泛应用。通过土壤高光谱反射率及其变形全氮含量的相关性,提取土壤光谱特征波段;采用多元回归和偏最小二乘回归法对全氮含量进行预测分析。结果表明:土壤光谱一阶微分显著提高了全氮与高光谱之间的敏感度;在多元逐步线性回归模型和偏最小二乘回归分析法建立的模型中,二者均能较好地进行预测,但在偏最小二乘模型中,反射率二阶微分的预测模型最高达到0.956,总均方根误差最低为0.045。其模型的稳定性和预测精度优于多元逐步线性回归所建立模型,可以更好地快速预测土壤全氮,为土壤质量的评价提供数据基础,也为研究土壤退化地区的预测与防治提供信息,对未来农业的发展具有重要意义。
地理信息系统
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  插件式遥感参数反演系统的设计与开发

  朱声杰,秦其明

  遥感技术与应用. 2017, 32(1): 180-184. https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2017.1.0180

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  为了在一个软件系统中高效集成各类遥感参数反演模型并支持其动态更新和扩展,提出一种插件式遥感参数反演系统的设计思路和开发方法。采用“平台+插件”软件架构,制定平台扩展接口及插件接口,并利用.NET Framework的反射机制实现便捷的插件管理,插件与平台的集成和通信,开发了一个插件式遥感参数反演原型系统。该系统能够增强平台的稳定性和遥感参数反演插件的灵活性、扩展性,使研究人员将精力集中于反演模型的业务逻辑而不是开发细节,提高开发效率,降低维护成本。