精准农业是现代农业的重要组成部分,它通过各种技术手段获取农田内不同单元小区农作物的生长环境信息,并由此实现整个生产过程的精细化、准确化的农业微观经营管理。由于遥感技术能在不同的电磁谱段内周期性地采集地表信息,因此随着遥感技术的发展,其在精准农业领域开始发挥越来越大的作用,并在指导农田灌溉、施肥、病虫害防治、杂草控制及收获等方面均已有很多成功的应用。为使人们对遥感在精准农业中的应用有一总体了解,在概述遥感技术在精准农业领域应用进展的基础上,对其研究现状进行了分析总结,还对其发展进行了展望,并指出了技术方法的改进、新数据的应用、多源数据整合、遥感数据与农学/作物模型的整合以及监测技术的系统化是促进遥感技术在精准农业中发挥更大作用的主要研究内容。

随着土壤湿度与海水盐度卫星(SMOS)发射计划的顺利开展和AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System)业务化运行服务之后,人类用星载微波辐射计监测土壤水分是空间技术上的又一次飞跃,但土壤水分的反演精度受到微波辐射计低空间分辨率观测像元的空间异质性和地形的影响,尤其山区地形对大尺度被动微波遥感观测影响显著,其中包括微波辐射的传输路径受海拔高度的影响,地表发射特性受地形坡度和坡向的影响,山体间的多次反射和地形的阴影效应也会改变地表的散射特性。目前,数项微波辐射地形效应的模拟研究已在国内外开展,并据此提出了一些简化的地形校正方法。为了使人们对该领域研究有一概括了解,基于电磁波辐射传输的物理机理和地表形态特征的统计分析,首先探讨了地形效应对微波辐射传输和地表微波辐射特征以及土壤水分反演算法的影响,然后通过地形在微波辐射研究中的最新进展综述,提出了目前研究中存在的问题以及进一步的研究方向。

以铀矿勘查为例,通过对遥感信息进行综合研究与深化应用的思考,提出后遥感应用技术的新理念,并认为它是将遥感信息的应用"从技术层面提升到科学层面"的重要途径。在此基础上,又提出砂岩型铀矿断隆成矿的观点,进而建立了我国克拉通和大型活化盆地的铀矿区域找矿模式。在上述观点和模式指导下,利用新型遥感技术,特别是高分辨率遥感数据,在塔里木盆地北缘柯坪断隆东段发现了3条颇具规模的铀矿化带,取得了显著的找矿效果。

为解决不同周期土地利用动态遥感监测衔接不紧密的问题,通过对天津市2008年度及监测时段内各季度的土地利用动态遥感监测结果的对比,从时间因素和人为因素两个角度分析了监测结果产生差异的原因,并就如何应对和改进作业方式展开了论述。因受数据源和信息提取手段等的制约,使监测效率不易有大的改变,故仅着重对如何改进和优化季度监测中的变化信息的提取方法进行讨论,并提出了间接法和循环法的改进方法,以促进季度监测与年度监测的有效衔接,使监测工作更为高效,且有针对性地开展。

简单多边形顶点凹凸性判断算法种类繁多,在模式识别及计算机图形学等领域具有重要应用。为了研究不同种类算法的内在联系与区别,以便在实际应用中根据情况选择合适的算法,分析了目前较为流行的角度法、左右点法、矢量面积法、向量积法、射线法、斜率法和极点顺序法等算法。经过详细的推导论证发现,这些算法都可以使用公式b=p*m来表示,且各种算法在本质上是等价的。但通过对算法计算量的对比,推荐在程序设计中使用向量积法、射线法和斜率法。

为了更好地进行水体油污染监测,首先简要介绍了多角度偏振探测技术,然后着重分析了水体油污染目标的偏振特性,同时从目标地物反射光谱的偏振探测机理出发,讨论了它们偏振光谱的空间特征,并总结出3条普适规律。结果显示: 偏振光谱信息与强度辐射光谱信息相比,目标地物间反射光谱的微小差异得到了增强,且在大角度入射时,增强效果更为明显。可见,多角度偏振遥感在水环境监测和地物识别中具有广阔的应用前景。

传统的基于数学形态学的台风云系影像分割方法多采用圆形或菱形模板进行,这种方法的缺点是当运算模板较大或经多次腐蚀、膨胀运算后,不能很好地保留台风云系影像原始的形态信息。为了解决此问题,探讨了一种基于先验特征的台风云系影像分割原理与方法,即先提取台风云系影像的大致形态,并以此作为形态学模板; 然后利用形态学方法提取台风云系影像; 最后,以2008年7月28日18时的09号FY-2C气象卫星云图台风云顶温度数据为例进行分析,同时根据本次示例台风(200809号台风)形状自定义的模板来腐蚀分割台风云系影像,并详细对比和分析了不同形状、大小的模板对台风云系影像分割结果的影响。实验表明,基于先验特征的自定义台风云系结构模板,其分割结果不仅较好地保留了台风云系影像的形状特征,而且腐蚀后保留的台风云系信息最多。

为了获得宁夏灌区春小麦叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)动态模拟的最佳方法,根据宁夏灌区典型农业试验观测站春小麦LAI的大田观测数据,分别运用农业气象学和遥感反演等方法模拟春小麦LAI的动态变化,并对两种方法的模拟精度进行综合对比分析。结果表明,运用分段函数(三叶至抽穗期运用遥感反演法,抽穗至乳熟期运用农业气象学法)能最优模拟春小麦全生育期LAI的动态变化。

与TM/ETM⁺相比,CBERS CCD缺少2个红外波段(波段5和波段7),这便导致了许多针对TM/ETM⁺数据的图像处理方法难以直接应用于CBERS CCD图像。为此,采用基于影像交叉学习的波段模拟方法,即以ETM⁺数据作为先验知识,通过支持向量回归(Support Vector Regression,SVR),拟合CBERS CCD与ETM⁺7波段DN值之间的非线性关系,进而在CBERS CCD已有波段的基础上模拟一个新的波段图像。实验结果表明,采用该方法模拟的CBERS CCD新波段与验证波段之间具有较高的相关性。

基于赞比亚谦比希(Chambishi)铜矿带中的多种蚀变矿物及其在ASTER影像VNIR-SWIR谱带的特征光谱分析,采用相对波段吸收深度(Relative absorption-Band Depth,RBD)和波段比值的方法对蚀变信息进行增强处理。用波段比值ASTER 2/ASTER 1 和ASTER 3的RBD增强黄铁矿和黄铜矿信息,用ASTER 8的RBD增强白云石、方解石和黑云母信息,用ASTER 6的RBD增强绢云母信息; 对已有的Crosta主成分分析法进行改进,将信息增强后的比值和RBD数据应用于Crosta法则,对谦比希铜矿及其附近区域进行蚀变信息提取。经已知铜矿床(点)验证及地质资料分析证明,上述方法能够有效地提取蚀变信息并识别研究区内主要矿物,提取结果可靠,可为蚀变异常提取工作提供参考。

以内蒙古锡林河流域典型草地为研究样区,基于新一代微卫星CHRIS/PROBA高光谱遥感数据,利用双层冠层反射率模型(A two-layer Canopy Reflectance Model,ACRM)定量反演叶面积指数(LAI)。首先对高光谱数据进行预处理和统计分析,并结合反演结果对角度信息的敏感性进行分析,确定适于该区的最优波段组合和参数,实现了区域尺度的草地叶面积指数定量反演; 然后利用该区多年实测数据的统计结果对ACRM模型进行检验,并将反演结果与MODIS的LAI数据进行相互校验分析。结果表明,CHRIS/PROBA数据用于反演稀疏草地的LAI是可行的,且利用多角度信息可以改善稀疏植被覆盖情况下LAI低估问题。本研究可为草地生态系统研究提供更精确的参数,具有一定的实际意义。

随着航空物探和摄影测量技术的发展,产生了基于物探和摄影测量技术相结合的飞行方式。为了研究物探飞行模式下正射影像的快速制作方法,针对物探飞行模式的摄影特点,利用摄影中心构建泰森多边形的方法确定最佳影像采样区域和接边线,并根据数字高程模型(DEM)和航空数码影像的外方位元素自动生成测区数字正射影像(DOM),以避免人工的接边处理。同时,针对区域整体DOM数据量大的特点,提出了一种分块、分级的金字塔存储调度策略进行海量影像的存储、显示、漫游及缩放,以突破32位文件系统的限制,实现海量存储和海量正射影像的快速生成。

鉴于传统蚀变异常信息提取方法的局限性,试图在二维光谱特征空间(即散点图)中研究遥感蚀变信息的提取方法。在二维散点图中,两个波段灰度值的联合分布体现了各向异性的特点,聚类常呈类似椭圆形分布。对散点图中点的频数使用空间U统计量法逐个获得地物聚类的椭圆参数,将每个椭圆内的点映射到遥感图像上,经过目视解译,最终获得蚀变异常信息的空间分布。以青海省巴音山地区蚀变信息提取为例,对空间U统计量方法进行了应用,并将提取的异常区域与已获得的各种数据进行对比,发现铁化和泥化区域吻合度较高,取得了比主成分分析更好的蚀变信息提取效果。

地震灾害损失评估是震后展开救灾工作的重要环节。快速、准确地获取震后损毁建筑物信息能够为灾区减灾、救灾工作提供有效的支持。高分辨率航空遥感是灾害监测的重要技术手段,但其信息自动提取的精度受到一定的限制。近年来新出现的LiDAR技术能够提供地面目标的高程信息,可应用于复杂环境下倒塌建筑物信息的提取。研究中采用航空遥感数据和LiDAR数据,基于面向对象的图像分析 (Object-Based Image Analysis,OBIA)与SVM技术相结合的方法对2010年1月12日海地地震中倒塌建筑物信息进行了提取,提取总体精度达到86.1%。

针对基于像元的高分辨率遥感图像自动解译存在的缺点,提出一种分三步走的高分辨率遥感图像自动解译技术流程: 首先采用核PCA进行特征提取,然后采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)进行分类,最后采用择多滤波器进行分类后处理。通过对覆盖西藏山南地区的IKONOS图像的解译实验表明,本文方法能够有效地实现遥感图像自动解译,其结果与人工目视解译图基本一致,取得了理想的效果。

通过测量图像端元的地表反射率,对遥感图像进行精确大气校正; 在对混合像元分解模型进行改进的基础上,建立了基于地表反射率的线性混合像元分解(Liner Spectral Unmixing,LSU)模型,有效地避免了因大气时间、空间差异所造成的多时相误差,实现了多时相对比; 通过增加土壤湿度因子,消除了土壤湿度差异造成的误差,建立了适用于南方地区的植被覆盖度遥感监测模型。实地验证结果表明,该模型具有较高的精度。将该模型运用于广州市1998~2009年植被覆盖度时空变化监测,认为城市化、大型工程建设与陡坡开荒是造成广州市植被覆盖度变化的主要原因。

利用1986 年和2006 年获取的TM图像, 在GIS技术支持下, 运用景观生态学原理, 选取反应景观空间结构和景观异质性的景观指数,以右江谷地典型区广西平果县为研究区,分析该区近20 a间的景观格局及其动态变化特征。结果表明,1986~2006年间,平果县土地利用变化总趋势是林地、未利用地和居民地面积增加,草地、耕地和水域面积减少; 各种景观指数随土地利用变化表现出明显的时空响应,景观多样性变大,景观优势度、破碎度和分维度均变小,表明整体景观朝着良性方向发展。

以ASTER数据为数据源,采用同一颗卫星上的MODIS数据得到大气透过率; 利用可见光和近红外波段对下垫面类型进行分类和利用JPL(Jet Propulsion Lab) 提供的光谱库计算地表比辐射率,进而采用劈窗算法进行地表温度(Land Surface Temperature,LST)的反演。在此基础上,利用反演的LST、分类结果和归一化差值植被指数(NDVI),对沧州地区的城市热环境进行了定量分析,研究结果可为进一步深入探讨城市热岛的发生发展规律以及城市热环境的模拟调控、优化布局提供一定的科学依据。

利用1998、2003和2008年的DMSP/OLS夜间灯光数据,结合相关统计数据,分析灯光数据与城市化进程中经济、人口和土地利用等方面的关系,构建基于灯光数据的城市化水平指数,分析长三角城市群城市化进程和空间模式; 通过与统计数据对比,按照最小误差原则确定市辖区建设用地信息提取的阈值,根据各城市在1998~2003年和2003~2008年两个阶段建设用地信息提取阈值的变化,划分城市建设用地的主导扩张类型。研究表明: 长三角城市群表现为核心城市的面状扩张、沿交通网络的线状扩张和非核心城市的点状扩张模式,城市群的特征逐渐体现; 区域内部城市化发展水平不均衡,但空间差异逐渐缩小; 镇江、常州、扬州、无锡、苏州、南通、湖州、嘉兴、绍兴、舟山和台州等市属于填充增强主导扩展类型; 南京、杭州和上海则属于外延-填充增强主导扩展类型; 泰州和宁波属于填充增强-外延主导扩展类型。

为在高分辨率遥感图像上准确识别地面塌陷、圈定其边界、提取其面积,总结了地面塌陷遥感影像识别标志,提出了一种边界提取方法。该方法以GeoEye高分辨率遥感图像为数据源,在图像融合的基础上,首先用Robert算子和方向算子对融合图像进行边缘增强; 然后分别选择原始图像和上述2种边缘增强图像的第一波段进行假彩色合成(Original,Robert and Direction enhanced image,ORD); 最后利用ArcGIS软件圈定地面塌陷的边界并提取其相关参数。研究结果表明,该方法可以有效地突出地面塌陷边界,提高其面积提取的精度。

根据能量平衡原理,采用MODIS图像数据反演石羊河流域的地表蒸散发(Evapotranspiration,ET),对石羊河流域1月、4月、7月和10月的日均ET进行了估算(1月的日ET为0.15~7.21 mm,4月的日ET为0.89~7.86 mm,7月的日ET为0.12~9.08 mm,10月的日ET为0.54~8.33 mm; 主要分布在大靖河、古浪河、黄羊河、杂木河、金塔河、西营河、东大河、西大河及祁连山地区的水体周围)。同时采用图像剖面线分形的方法描述研究区遥感ET的局部及微观的结构特征,了解遥感ET分布的空间差异和变化趋势(1月和7月剖面线分形数较大,剖面曲线高低起伏,ET梯度大,ET分布不均匀; 4月和10月剖面线分形数小于1月和7月剖面线分形数,剖面曲线比较平缓,ET等级小,分布较均匀)。并利用FAO Penman-Monteith公式计算实际ET,对遥感估算结果进行了间接精度评价。经验证表明,估算的ET结果合理、精度较高。

为了给合理地利用土地资源和科学地进行环境保护提供依据,利用多源遥感影像数据,结合气象数据、土壤属性数据与DEM,对河北北部地区生态系统的土壤保持量进行了评估,并参考《森林生态系统服务功能评估规范》,对生态系统保护土壤肥力的价值与固土价值进行了评估。结果表明,研究区2008年度生态系统的土壤保持总量达到7.55亿t,对应的价值量为1.08×10⁴亿元。林地、灌丛及草地生态系统分别为平均土壤保持量与保持价值最大的3种生态系统类型,它们在区域土壤保持中起着重要的作用。从空间分布来看,研究区的中部山区,植被覆盖良好,土壤保持量及保持价值较高,而东西部平原及坝上地区,地势平坦,植被覆盖稍差,土壤保持量及保持价值均较低。中部山区虽然植被覆盖良好,但由于地势起伏大,容易发生水土侵蚀,因此加强中部山区自然植被的保护和建设,是减缓区域水土流失,提高生态系统保育土壤服务价值的关键。

农牧交错地带地类复杂,混合像元现象严重,湿地信息的自动提取难度较大。针对该区湿地遥感信息提取的特点和难点,选取多伦县大仓乡地区的TM遥感数据,先采用NDVI阈值提取出水体,并利用水体形状特征(如面积s、周长p、形状指数k等)对水体类型进行提取; 再尝试应用线性光谱混合模型(LSMM)提取去除水体后的湿地信息,并以SPOT 5卫星影像修正LSMM分解的草甸分量,进一步提取高盖度、中盖度和低盖度草甸信息。经验证,用上述方法提取湿地信息的总体精度为85.3%,Kappa系数为0.79,与传统的最大似然法提取结果相比,精度提高19.9%,Kappa系数提高0.22。该方法可为其他光谱特征混杂地区的湿地遥感信息提取提供参考。

以陕北黄土高原的QuickBird全色影像为例,设计了4种几何精纠正模式并试验其对纠正后影像平面精度的影响。结果表明: 1在控制点(GCP)均匀分布的条件下,随着GCP个数的不同,GCP残差的变幅远大于纠正后影像均方根的变幅; 2利用实测GPS点-正射纠正模式纠正后的影像精度最高,1∶10 000地形图-正射纠正模式次之,实测GPS点-多项式纠正模式再次之,1∶10 000地形图-多项式纠正模式的精度最低,它们的最高定位精度分别为2.33 m、4.30 m、6.91 m和7.42 m; 3在实测GPS点-正射纠正模式中,GCP个数对纠正后影像的精度影响不大,其余3种模式的GCP个数越多、纠正后影像的精度越高。

为了给江苏盐城海滨区域的生态环境管理提供理论和技术支持,利用地统计学理论模型和GIS技术,对江苏盐城海滨区域3个时期的土地利用和景观数据进行了生态风险评价和空间变异分析。研究结果显示: 1987~2007年,盐城海滨区域和自然保护区内的土地利用结构均发生了显著变化,耕地逐渐增加,自然湿地迅速减少、人工湿地逐渐增加,人类对湿地景观的干扰程度逐渐加剧。自1987年以来,盐城市海滨区域的生态环境受人类活动的干扰增强,景观破碎化程度加剧,景观结构的变化已导致景观生态风险指数发生了显著的时空差异,景观生态风险呈增大的趋势。20 a 间,盐城市景观生态风险的空间变异程度逐渐增大。1997年随机地域的空间异质性最大,景观生态风险的空间相关程度最大。盐城市海滨区域的景观生态风险的空间异质性(自相关)尺度和方向性也发生显著变化。各时段该区域东西方向上的变异大于南北方向上的变异; 在东西方向上,景观生态风险强度呈现由低变高,而后又降低的特点,最高风险强度带位于西部农田与东部光滩沼泽交界的过渡地带。

为了评价利用北京一号小卫星(BJ-1)遥感数据监测煤矿区土地利用/地表覆盖变化的效果,针对其数据特点,选择基于图像信息运算和图像信息变换的直接变化检测法以及分类后比较法,对徐州东矿区2007~2008年土地利用/地表覆盖变化情况进行检测,以对比、评价各种方法在土地利用/地表覆盖变化检测中的应用效果和BJ-1数据的适用性。结果显示,变化矢量分析法的检测精度最高,其后依次为图像比值法、图像差值法和多波段主成分分析法。通过变化检测,确定徐州市东矿区土地利用/地表覆盖变化较为集中的几个区域,包括东矿区北部的青山泉矿、韩桥矿、董庄矿和南部的大黄山矿等地区。

通过对2009年5月珠江口门内外水体光谱采样数据的分析处理,得到该海域水体离水光谱反射率及其负对数值; 分别计算水体离水光谱反射率及其负对数与水体透明度的相关系数,发现后者与海水透明度的相关系数比前者要高出约11%。为便于应用卫星遥感数据开展南海海域水体透明度的反演,选用和Hyperion卫星数据相关波段中心波长相对应、且相关系数较高波长处的水体离水光谱反射率及其负对数为变量,分别建立线性、多项式、乘幂及指数的海水透明度拟合回归方程。经比较分析,发现采用559 nm处水体离水光谱反射率负对数的乘幂回归方程(拟合度R²=0.922 2,检验样本平均相对误差为18%)可获得较好的拟合结果,这为南海近岸海水透明度的卫星遥感反演提供了基础研究支撑。

地理数据的多源性导致存储格式的多样性,使其难以在同一GIS平台下实现互操作与空间分析,这有碍于信息的共享。为此,以ArcGIS为基础平台,采用ArcGIS Engine组件进行集成二次开发,通过对数据文件进行访问和空间参考的定义、空间与属性信息的转换来实现Excel型数据文件至Shapefile型矢量文件的转换,以初步实现地理信息间的共享与操作,进而给出了直观的、可视化的数据管理与表达。用此方法实现了山西省宁武县煤炭资源的采矿权文件之转换,即AccessExcelShapefile文件。结果表明,其不仅体现出了针对初始文件的降维性、无损性以及可视性的转换表达,还可将记录信息重组(分解)为空间信息与属性信息,对于前者,矿权图层可与遥感影像叠合成图; 后者(矿种、开采方式等)可与前者实现无缝链接,并可据以获取相应的开发利用现状信息,以便开展资源遥感监测。