对比研究了平行六面体、最近邻分类法、最大似然法、神经网络等经典分类算法以及近年来新发展的支持向量机分类算法在基于分割对象的高分辨率遥感图像分类中的性能,详细分析了不同内积核函数对于支持向量机分类的影响。对两个试验区进行试验的结果表明,支持向量机分类算法分类精度得到明显改善,同时分类结果受参数、样本选择等影响较小,稳定性好。
遥感图像分类时,如果类别不明,K-means算法随机选取不同初值会导致分类结果有较大的差异。针对此问题,提出了一种改进的K-means算法。首先对遥感数据进行对数变换; 然后采用主成分变换,依据主成分贡献率(≥85%)选择参与分类的主成分数; 根据第一主成分的概率密度函数确定初始分类数和初始分类中心,并确定初始分类标签作为多个主成分的期望最大化(EM)分类算法所需初始值,避开了随机选取初值的敏感问题。通过实验数据验证,本文方法的分类精度优于传统的基于均值-方差的K-means算法。
通过对比不同水分指数对冬小麦水分状况的监测效果,选择出不同时期的最优水分指数,为遥感监测作物水分提供理论依据。利用冬小麦一个完整生长季内不同时期的5次水分胁迫下光谱与水分状况实测数据,计算出NDVI、NDWI、GVMI(全球植被水分指数)、PWI(植被水分指数)及WI(水分指数)这5个常用水分指数的数值,并与EWT(等效水厚度)、FMC(相对水分含量)进行相关性分析。经过综合分析与比较,发现在小麦生长前期,FMC比EWT更适合反演水分状况,而小麦生长后期,则EWT比FMC更为适合。不同时期小麦水分监测的最优指数不同,而且随着小麦的生长,光谱指数对水分状况监测效果呈现先升后降的趋势。在实际应用中,应当根据小麦生长的不同时期,选择不同的指数来监测小麦的水分状况。
地表比辐射率是用热红外波段遥感数据反演地表温度的关键参数。目前,应用陆地卫星TM6波段数据反演地表温度共有3种算法,即大气校正法、单窗算法和单通道算法。这3种算法都需要TM6波段范围内的地表比辐射率作为地表温度反演参数。本文首先简介这3种反演算法;然后着重探讨TM6波段地表比辐射率估计方法;最后,利用这一方法对山东省陵县附近农田地区进行地表比辐射率估计和地表温度反演。结果表明,该方法能获得较合理的地表温度反演结果。
以四川省广元市某区遥感影像为例,尝试了一种基于DEM和IHS变换的遥感影像反立体纠正方法。该方法首先对IHS变换得到的亮度分量I进行滤波处理,将反映地物反射率差异的亮度信息与地形因子信息分离,然后用DEM制作的地形阴影图替换原图像中的地形因子信息,最后进行IHS反变换。试验结果表明,该方法能有效纠正遥感图像上的反立体现象,并基本保持与原图像色彩一致。
综述了遥感图像监督分类和非监督分类中的各种方法,介绍了各种方法的优缺点、适用领域和应用情况,并作了简单评述,最后,展望了遥感图像分类方法研究发展方向和研究热点。
主要讨论了遥感图像变化检测的图像几何配准和阈值选取理论,利用MATLAB强大的数值计算功能实现了遥感图像变化检测。在拓展数学符号计算软件包MATLAB应用领域的同时,探索了一种遥感图像处理软件的快速开发方式。
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。
面向对象的影像分析方法是当前信息提取的研究热点,而影像分割是面向对象方法的核心技术,分割效果的好坏直接影响影像对象的提取。将Canny算法在边缘检测上的优势同面向对象信息提取软件eCognition 8.0提供的二次开发平台结合在一起,提出一种基于Canny算法的面向对象的影像分割新方法。试验结果表明,该方法不仅准确可靠,且分割结果连续,很好地解决了"淹没"和"破碎"现象; 而且结合了面向对象方法的优势,很好地解决了"椒盐"问题,最大限度地减小噪声对分类的影响,从而达到准确提取感兴趣地物对象的目的。
基于TM图像,利用遥感技术,以山西省太原市为研究区域,提取不透水面信息。综合比较和分析了被广泛应用的主成分分析法和归一化差值不透水面指数法,进而提出了一种改进的不透水面提取方法——实验图层组合法。利用随机生成的256个分类评价采样点,以可提供经纬度信息的Google Earth作为参考,将通过监督分类方法获得的分别基于原始多波段图像以及主成分分析法、归一化差值不透水面指数法和实验图层组合法得到的分类结果进行了评估,获得了4种图像的分类精度。比较可知,实验图层组合法总体分类精度高于其他3种结果,为87.72%,Kappa系数为0.85。
针对遥感图像自动配准的问题,提出了一种基于改进定向二进制简单描述符(oriented brief,ORB)算法的遥感图像自动配准方法。该方法主要由3个步骤组成: 首先是特征匹配,利用改进的ORB算法提取特征点,并建立描述符进行匹配,获取初始控制点; 然后采用随机采样一致性方法,结合变换参数估计,剔除可能的错误匹配; 最后利用最小二乘法估计的变换参数,对图像进行几何纠正。分别利用2组卫星光学遥感图像和1组SAR图像进行基于改进ORB算法的自动配准方法试验,并与基于尺度不变特征变换(scale-invariant feature tramsform,SIFT)算法和加速鲁棒性特征(speeded up robust features,SURF)算法的自动配准方法进行了比较。试验结果表明,该方法能获得与SIFT算法和SURF算法相当或者更高的配准精度,并在配准效率上有较大提高。
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。
油气藏烃类微渗漏是一种普遍现象,利用遥感技术的快速、经济及高效等优势,探测烃类微渗漏从而发现油气田,是当前很多油气公司采用的主要勘探方法之一。介绍了烃类微渗漏的理论基础,阐述了烃类微渗漏在陆地表面、海底近地表及海洋表面的多种表现形式,综合论述了我国在应用遥感技术探测烃渗漏现象方面的研究进展,展望了遥感技术在未来烃渗漏检测方面的发展趋势。
作为一种遥感应用新机制,社区遥感(community remote sensing,CRS)是一种以人为主体的新型遥感手段,其主要特点就是利用人的优势,有效地弥补传统遥感监测设备的不足。在广泛收集和研究国外相关文献资料基础上,介绍了国外近年来出现的CRS新技术的发展现状,并从主要研究内容、技术方法、应用领域及未来前景等方面探讨了CRS在地学领域的应用潜力。尽管CRS应用刚刚起步,尚存在许多问题,但已开展的研究项目和应用实践充分证明了其巨大的潜力。近年来,CRS在生态监测、灾害响应等方面的应用已取得了重要进展,而在地学方面的应用还很少,但未来发展空间很大。CRS作为地学应用的新领域,可能会影响未来10 a地学应用新技术的发展,应当受到充分的重视。
森林生物量是衡量生态系统生产力的重要指标,也是研究森林生态系统物质循环的重要基础,其估测方法可以分为传统地面实测法、遥感监测法和综合模型法。随着生物量估测从样地研究发展到区域应用,空间尺度的增大导致宏观资料和参数的获取存在很多困难。在深入分析目前应用遥感技术估算森林生物量的方法及原理基础上,系统评述了统计模型、物理模型、基于植被净初级生产力(NPP)模型的估算方法以及综合模型法的优缺点,分析了各种方法在不同森林植被及遥感数据源下的适用性及不确定性,探讨了此领域的研究方向。
湖泊的水体污染往往伴随着富营养化现象,水体中叶绿素a、透明度、全磷、全氮、化学需氧量及五日生化需氧量等水质参数
的相关性很强。前人的研究成果表明,由于存在事实上的强相关性,可以直接建立全磷、全氮的遥感反演模型。基于这样的技术思想
,洪泽湖水体内的五日生化需氧量与全磷、全氮有较强的相关性,本研究应用TM遥感影像数据直接建立了五日生化需氧量的半经验估
算模型。该模型简便易用,是建立水质参数反演模型的成功尝试。
为了克服两种向全球开放的、不同数据源(ASTER和SRTM)DEM的获取技术缺陷,以甘肃省东部董志塬某测区为例,研究两种来源DEM的有效融合方案。首先,借助快速傅里叶变换(FFT)将ASTER和SRTM 的DEM数据由空域转换到频域; 然后,分别基于高通和低通滤波器进行滤波处理,并将滤波后的频域相加; 最后,基于FFT逆变换将融合后的频域转换到空域,实现DEM数据的有效融合。误差分析表明: 融合后的DEM最小、最大误差较融合前的均有明显降低,中误差也有降低趋势,误差绝对值大于30 m的网格点数占全部网格数的比例均有所下降。
为进一步掌握塔里木河下游输水后的生态恢复程度,以输水河畔的植被覆盖度为研究对象,采用MODIS数据构建研究区多种植被指数; 结合现场实测植被覆盖度,给出离散坐标下实测植被覆盖度与各种植被指数间的二维散点图,据此得出二者相关方程,反演区域植被覆盖度。结果表明,基于MODIS数据构建的NDVI、MSAVI、SAVI和EVI等植被指数均与植被覆盖度有较好的相关关系,采用这些植被指数反演植被覆盖度的精度由高到低依次为NDVI、EVI、MSAVI及SAVI。建议在干旱荒漠区,使用MODIS数据进行植被变化监测,最优选择的植被指数为NDVI。
多级地貌面是贵州及其邻区重要的地貌特征,深入研究其特征有助于了解该地区新生代以来的构造演化历史。为了研究该区新生代以来的构造演化历史,基于ArcGIS及ERDAS软件平台,利用ASTER-GDEM数据对该区坡度等地貌参数进行了提取。通过统计,进一步提取出了区内的地貌面,首次提取出了该区层状地貌的准确数值特征,并结合野外地质调查得到验证,从而为层状地貌的定量化、直观化研究提供了一种新思路。研究结果表明,研究区内分布有4级地貌面,反映出新生代以来,该区经过了复杂的构造抬升, 经历了3次以上的抬升-停滞活动周期, 各次抬升的幅度为300~500 m左右,并且现在仍处于抬升期。
以2007年4月26日北京地区TM图像为例,对美国地质调查局(USGS)和中国遥感卫星地面站(RSGS)提供的传感器辐射定标参数进行精度评价。首先,根据不同来源的辐射定标参数,采用对应的定标系数计算公式得到相应的定标系数,采用不同的定标系数分别对DN值进行反演,得到不同辐射定标参数下的表观辐亮度数据; 然后,将两种表观辐亮度反演结果输入FLAASH大气校正模型,反演图像获取时的气象视距和地表反射率; 最后,通过同步气溶胶观测数据和高分辨率遥感影像对所反演的气象视距和地表反射率分类精度进行评价,得到传感器定标参数精度评价结果。研究表明: USGS提供的辐射定标参数能更为精确地反映TM传感器的辐射特征。
利用9幅崇明东滩湿地1951—2006年海图数据,10幅MSS,TM及ETM+卫星数据,采用水边线及等深线叠加技术,将湿地陆面及水下部分作为相互关联的整体,定性与定量相结合,综合分析崇明东滩湿地近60 a的演变。结果表明:①东滩湿地目前的演变过程已趋于稳定,在长江口河势稳定的情况下,将保持"南冲北淤、部分交替、中部淤涨"的态势;②人类活动是东滩湿地自然演变的重要驱动力,白港潮汐通道的封堵使东滩湿地成陆过程大大加快,东滩湿地0 m线较为稳定地向东部扩展,在人类逐年围垦活动的干预下,湿地面积虽然逐年增加,但潮间带结构已偏离湿地自然状态,高潮滩面积所占比重减少,且成不连续分布,海堤直接暴露于外部海洋环境中,将降低对灾害天气的防御能力。
针对高分辨率遥感图像城市道路提取中存在的问题,在面向对象方法和数学形态学等理论基础上,提出了一种基于改进的分水岭分割算法的道路提取方法。在图像预处理基础上,首先使用改进的分水岭算法分割影像,提取基本的道路信息; 然后利用面向对象方法提取道路基元,完善道路信息; 最后将道路信息二值化,并采用数学形态学等方法进行优化,去除和修补不完善的道路。结果表明,该方法能有效地提取出城市地区的道路信息,对较复杂的道路环境也有较好的效果。
针对核线影像无几何模型的问题,提出基于有理多项式系数(Rational Polynomial Coefficient,RPC)模型,利用投影轨迹法制作线阵推扫式卫星核线影像及其几何模型的重建方法。利用SPOT 5 HRG、CBERS 2-03异轨立体像对和SPOT 5 HRS、IRS P5、GeoEye、IKONOS同轨立体像对重建的核线影像几何模型上下视差的中误差在0.2个像元之内; 利用重建几何模型和原始影像几何模型进行前方交会计算所得到的地面点平面中误差在1 m之内,高程中误差在0.3 m之内,验证了本文方法的可靠性。
针对PALSAR Level 1.1数据,研究使用NASA/JPL 提供的开源干涉软件包ROI_PAC Version 3.0提取DEM。ROI_PAC的目前版本只能处理Level 1.0数据,因此,文章在分析了ROI_PAC软件包处理流程的基础上,提出处理Level 1.1数据的方法,并用PALSAR Level 1.1数据对该方法做了验证。干涉重建DEM与参考DEM的对比结果表明,二者的差异均值为0.27 m,标准差为±9.24 m,80%像元点的高程误差在±10 m以内。
微波地表发射率是表征地表特征的重要参数,也是反演地表、大气参数的重要条件。相比较物理模型,其模拟计算需要若干输入参数,且相当一部分地表、植被特征参数很难从常规资料中获取,应用星载被动微波辐射计资料可以在更大空间和时间尺度范围内直接反演地表发射率。从目前常用的几种被动微波遥感反演方法(包括经验统计方法、辐射传输方程方法、指数分析方法、神经网络方法、一维变分方法等等)回顾了微波地表发射率反演的国内外研究进展及其研究中存在的问题,并对这些方法的优、缺点进行了评价。最后指出,今后应开发识别和订正直接影响卫星观测值的无线电频率干扰(RFI)算法,改善云、雨检测算法,并且加强微波波段大气辐射传输等过程的机理研究。