为了提高从高分辨率遥感图像(high-resolution remote sensing image,HRI)中提取道路信息的自动化程度和准确性,发展了一种HRI道路分割算法,主要包括光谱合并、边界合并和基于形状特征的道路区域提取等3个步骤。其中,前2个步骤是基于区域生长的图像分割算法。光谱合并综合考虑了区域的均值、方差等统计特征量,以提高分割精度; 边界合并采用了基于矢量梯度的边界计算方法,以准确提取多光谱HRI中的边界强度; 结合全局最优合并算法实现光谱和边界合并,以得到最优化的分割结果。在道路区域被完整分割出来的基础上,利用形状特征提取道路,采用圆形度特征区分道路和非道路。利用2景OrbView3多光谱图像进行道路提取实验的结果表明,该方法的道路提取结果总精度和Kappa系数分别在97%和0.8以上,明显优于SVM监督分类方法。

遥感技术使大范围实时监测蓝藻水华成为可能,但大气效应与太阳、地物及传感器的几何关系会影响辐射传输方程,从而对基于遥感指数的蓝藻信息提取产生影响,因此,探讨这些影响因子对藻华信息的提取精度有着积极意义。基于MODIS大气校正前后2种产品(MOD02和MOD09),利用单波段、比值植被指数、归一化差值植被指数和归一化水体指数4种遥感指数对2006年全年太湖藻华信息进行提取,并定量分析了气溶胶光学厚度、太阳高度角和卫星观测角等因素对遥感指数的影响程度。结果表明: 比值植被指数与归一化差值植被指数受大气影响程度较其他二者低,且比值植被指数对大气因素的敏感性较归一化差值植被指数低; 气溶胶的光学厚度与太阳高度角在不同程度上对指数提取结果造成影响,因此利用遥感指数提取藻华信息时需谨慎,以避免误判。

为满足特殊岩溶地貌对遥感影像正射纠正的要求,以广西果化石漠化监测区为研究区,利用PCI中的OrthoEngine模块,依据1:1万数字化等高线制作DEM; 以ALOS全色影像为数据源,通过RPC有理函数模型进行正射纠正,采用PANSHARP融合算法,高保真地将全色影像与多光谱影像进行融合,制作成空间分辨率为2.5 m的融合正射影像图。结果表明,此方法为岩溶区的科学研究提供了精度高和信息丰富的现时数据源,为岩溶石漠化监测提供了科学的信息更新手段。

建筑物高度信息的获取是高分辨率遥感影像信息提取研究中的热点问题之一。该文提出了一套结合面向对象分类方法的建筑物高度反演技术方法。首先,利用建筑物和阴影的形态学指数,通过面向对象分类方法提取建筑物轮廓和阴影信息; 然后,采用相交线平均法计算阴影长度; 最后,根据阴影长度和建筑物高度的几何关系模型计算建筑物高度。采用西安市的国产资源三号(ZY-3)卫星遥感数据进行提取试验,通过171栋建筑物的实际测量高度对结果进行验证,获得了91.23%的总体精度,显示出该方法在建筑物高度信息提取研究方面具有一定的现实意义。

Pleiades卫星图像是一种应用时间尚短的新型遥感图像,目前还缺少对其专用的正射纠正处理方法。为此,以湖北省大冶-阳新地区的6景Pleiades图像为例,在Visual Studio 2008环境下,采用C#语言开发了针对Pleiades图像有理多项式系数(rational polynomial coefficients,RPC)文件格式的转换软件包,用于将Pleiades图像的RPC文件格式转换为IKONOS图像的RPC文件格式,并采用ERDAS9.2中的IKONOS图像的正射纠正模型对其进行纠正。该方法解决了对Pleiades图像进行正射纠正所需要解决的相关问题,开发的RPC文件转换程序可以用于批量的Pleiades 卫星RPC文件格式转换,提高了转换效率和准确性,为大规模应用Pleiades图像奠定了基础。

从正射纠正、图像融合及波段选择与组合等关键技术入手,对2012年9月获取的SPOT6卫星图像进行处理,初步研究结果表明: 在正射纠正中,在辅助信息相同且精度较高的前提下,利用有理函数模型(rational function model,RFM)和严格物理模型(rigorous physical model,RPM)纠正的图像均能达到1:1.5万比例尺正射影像图的制图精度,但RPM方法的纠正精度明显优于RFM的,且对地面控制点数量需求上,RPM最少需要8个,而RFM仅需要3~4个; 在图像融合中,PanSharp变换法融合的图像在信息量、光谱特征和边缘特征等方面具有综合优势; 在波段选择及组合中,若以信息提取为目的,认为 B4(R)B1(G)[(B2+B3)/2](B)波段组合最优,若以制图为目的,选择B3(R)B2(G)B1(B)波段组合效果更佳。

尺度不变特征转换(scale invariant feature transform,SIFT)是一种广泛应用于图像配准领域的点特征提取算法。针对基于SIFT的图像自动配准算法存在的特征点分布不均匀问题,提出了一种基于势函数点分布调整的图像配准方法。该方法解决了SIFT算法不能针对特征点的分布情况进行优化的问题。通过调整SIFT的比值阈值,增加配准点的数目; 通过引入分子力学中的势函数概念,对特征点分布情况进行优化; 通过局部互信息精纠正,微调特征点位置,以提高特征配准点的配准精度; 最终实现高质量(空间分布均衡,配准精度高)的图像自动配准。

为充分利用高光谱遥感影像中丰富的光谱和空间信息,提出了一种基于多核支持向量机(multiple kernel support vector machine,MKSVM)和马尔科夫随机场(markov random field,MRF)的影像分类方法。该方法首先利用MKSVM分类器对影像进行分类处理,再利用MRF对初始分类结果进行空间结构规则化,得到最终分类结果。通过对AVIRIS高光谱影像的分类实验表明,该方法有效地消除了分类结果中同质区域内的"噪声",分类精度提高了3%左右。

在对太湖、巢湖等大型湖泊进行业务化蓝藻水华遥感监测工作中,常以250 m空间分辨率的MODIS数据为主,但其像元多为水体和水华的混合像元,若用常规方法进行水华面积提取,势必会严重影响水华监测的精度和实际应用效果。针对上述问题,基于混合像元分解原理,通过混合像元分解得到水华组分在混合像元中的丰度(百分比),实现亚像元级的水华面积提取。该方法可直接根据图像的DN值进行水华面积提取,无需对数据进行辐射校正和大气校正等预处理。与常规水华提取法相比,该方法的水华面积提取精度提高了近30%。

针对高分辨率遥感影像分割方法提取的建筑物边缘不准确和不规则等问题,提出了一种新的边缘轮廓信息提取方法: 首先,通过一维Gabor滤波器获取建筑物的角度纹理特征,并结合光谱特征构造待分割的特征矢量,在运用高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)构造图的基础上,利用图割法(graph cuts)获取建筑物候选点,经数学形态学处理得到建筑物斑块; 然后,根据Radon变换检测建筑物主方向,构建最小二乘匹配模板,并利用该模板在建立的轮廓缓冲区内精确地提取建筑物拐角点; 最后,连接拐角点,完成了轮廓信息的提取。采用合成图像和高分辨率遥感影像提取建筑物轮廓信息的实验证明了该方法的可行性。

通过对高空间分辨率遥感图像(简称高分图像)中的居民区纹理结构信息的分析,提出了一种基于Gabor滤波和局部特征点密度的居民区提取方法。该方法首先对高分图像进行多方向Gabor滤波,得到多个方向的幅值信息,并通过阈值处理和筛选后处理获取图像的特征点; 然后对特征点求取局部密度,获取居民区的范围; 再用数学形态学变换进行细微处理,最终提取出图像中的居民区。以WorldView2真彩色图像为实验数据对不同方法进行验证及对比分析的结果表明,该方法具有较高的提取精度和计算效率。

MODIS归一化差值植被指数(MODIS-normalized difference vegetation index,MODIS-NDVI)时间序列产品能够连续反映植被的覆盖情况,是农作物遥感测量的重要数据源。为研究基于MODIS数据的油菜种植分布信息提取技术,选取湖北省为研究区,利用2008-2013年75个时相的MODIS-NDVI时序数据,结合农作物物候和地面调查样本等辅助资料,通过建立油菜种植面积提取模型,采用多次阈值比较方法提取了2009-2013年湖北省油菜种植分布信息,与统计数据比较,总体提取精度为85%左右。最后利用环境小卫星HJ-1A CCD数据进行精度验证,证明了MODIS-NDVI时序数据及本文方法在油菜种植面积提取中的可靠性,对掌握油菜种植面积和产量信息、加强农业生产管理、调整农业结构及辅助政府有关部门制定科学合理的农业政策具有重要意义。

为了探索岩溶峰丛区生态参数与石灰岩基岩表面溶蚀率的相关性,用相关生态参数反演土层下石灰岩基岩表面的溶蚀率,从而间接估算其变形。选择桂林丫吉村岩溶峰丛区为研究区,以Landsat5 TM多光谱数据为信息源,提取归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、地面温度及土壤湿度等遥感参数; 运用SPSS统计软件对这3种参数分别与石灰岩溶蚀率进行了相关分析,确定其相关系数分别为-0.91,0.85及0.93; 在此基础上,通过逐步回归分析,建立了运用NDVI估算植被覆盖下石灰岩表面溶蚀率的遥感反演模型。结果表明: NDVI与石灰岩溶蚀率相关性最大,所以植被信息是石灰岩表层基岩溶蚀的主要间接标志; 溶蚀率与NDVI指数存在线性关系,因此只要已知研究区其他地区的NDVI指数,即可估算出该地区的石灰岩基岩表面溶蚀率。

为研究江苏省徐州市的土壤水分时空分布及动态变化,基于MODIS数据和站点气象数据,利用蒸散发双层模型和考虑土壤水分可供率的改进双层模型分别计算实际蒸散发量,利用Penman-Monteith模型计算区域潜在蒸散发量,计算获得作物缺水指数(crop water stress index,CWSI),并与2010年7月和11月的土壤相对含水量实测数据分别进行回归分析建模,得到了土壤含水量分布图。结果表明: 基于蒸散发双层模型的土壤含水量估算结果与实测值的决定系数分别为0.53和0.72,平均相对误差分别为5.89%和9.6%; 对双层模型进行改进后,土壤含水量估算结果与实测值的决定系数都为0.84,平均相对误差分别为 3.47%和6.03%,利用改进后的双层模型对土壤相对含水量进行估算效果更好。

为了提高北疆地区雪深时空分布监测的准确性,以该区域48个气象站点2006年12月-2007年1月的月平均雪深观测数据为基础,通过分析月均雪深空间自相关性及其与经纬度、高程的相关性,结合MODIS雪盖数据构建了多元非线性回归克里金插值方法,插值获得了北疆地区较高精度的雪深空间分布数据。将插值雪深数据与普通克里金插值法、考虑高程为辅助变量的协同克里金插值法的预测结果进行比较,结果表明: ①相对普通克里金和协同克里金方法,多元非线性回归克里金法的12月份雪深预测精度分别提高了15.14%和9.54%,1月份的提高了4.8%和6.7%; ②由于充分利用了经纬度和地形信息,多元非线性回归克里金法的雪深预测结果可提供更多细节信息; ③预测结果客观地表达了雪深随经纬度和地形变化的趋势,反映了积雪深度的空间变异性; ④基于不显著相关的协变量高程的协同克里金插值法预测的雪深数据精度劣于普通克里金插值法的预测结果。

基于2010年Landsat TM/ETM数据,结合Google Earth影像和其他资料,采用面向对象的分类方法,以30 m的分割尺度对图像进行分割,并通过比值指数、归一化差值水体指数及谱间关系等指数来提取水体信息,将水体分为河渠、湖泊及水库坑塘3类,并对分类结果进行精度验证,最终得到中国湖泊空间分布信息; 以此为基础,计算出反映湖泊形态的景观指数(如形状指数、近圆形指数及分维数等),并结合湖泊的面积和湖泊岸线长度来说明湖泊的基本状况及其形状的复杂程度。结果表明: 利用面向对象分类方法可以得到较高的分类精度,3种类型水体分类的总精度为93%,湖泊分类精度达到90%以上; 在中国内陆,面积大于1.0 km²的自然湖泊2 477个,总面积约77 934.72 km²; 在5个湖区中,青藏高原湖区的湖泊面积最大,占湖泊总面积的54.34%,其形状指数和分维数均值为最小,湖泊形态比较简单; 东部平原湖区降雨充沛,水系发达, 其形状指数和分维数均值最大,湖泊岸线更加曲折,形态复杂多变; 通过分析得出,形状指数与分维数有明显的相关性(R² = 0.95),湖泊岸线分维数值越高,其形状指数越大,岸线越复杂。

青藏高原是全球气候变化敏感区,其湿地状况对该区的生态安全有重要影响。基于1975年MSS,1990年TM,2000年ETM和2006年CBERS遥感数据,建立4大类10亚类湿地的遥感解译标志; 通过目视和人机交互解译,结合多年野外调查资料,获取4期湿地信息数据; 经过Kriging空间插值处理获得1962-2007年青藏高原每一年的年平均降水和气温空间数据; 应用ArcInfo软件进行Grid计算,以遥感数据的时相分布图为控制层,分别生成4期气温镶嵌图和降水镶嵌图; 使用AML宏语言实现湿地变化与气候因子(温度和降水)基于像元的相关分析、偏相关分析和复相关分析,在空间上定量分析湿地变化与气候变化的响应关系。结果表明: 青藏高原1975-2000年湿地总面积持续减少,2000年后有所回升; 以干燥为主要特征的柴达木流域、祁连山区及黄河流域的湿地变化对降水变化的响应较敏感; 在青藏高原整体升温、尤其是低温地区增温幅度较大的情况下,以冰川融水作为补给的湿地对气温变化的响应较为敏感。

为探讨安宁河流域植被演变趋势及其与气候的相互作用,基于2001-2008年MODIS图像、降水量和气温数据,采用回归分析和相关分析等方法计算了安宁河流域降水、气温和归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)在时间和空间上的变化情况,并对安宁河流域植被生长变化对气候条件的响应机制进行了探讨。结果表明: NDVI变化和气温、降水呈正相关; 降水量和气温等气候因子的变动会直接反映在植被长势上,其中降水对安宁河流域植被生长的影响更为显著; 植被长势与气温和降水存在一定的时间滞后性。

在全球气候变化背景下研究陆地植被的时空变化规律,探讨气候因素的驱动作用,对于预测未来气候变化对生态系统的可能影响、制定合适的生态环境保护策略具有重要意义。 利用2000-2009年MODIS归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)时间序列数据和地面气象站点的气温、降水量数据,从遥感角度分析环渤海地区植被的时空变化,并研究变化与气温、降水的相关关系,探讨区域植被年内和年际变化的驱动因素。结果表明,2000-2009年环渤海地区植被覆盖总体呈增加的趋势,但存在一定的空间异质性,局部有减少的倾向; 区域植被的生长受温度和降水的双重驱动,对降水和温度的响应存在明显的滞后,滞后期大约为1个合成期; 年际的变化主要受降水和人类活动的影响,降水增加可使区域NDVI提高; 不同的人类活动会导致NDVI向相反的方向发展。

利用多光谱遥感数据提取异常信息在我国西部地质工作程度较低的基岩裸露、半裸露地区是一种快速经济的找矿手段。在目前常用的中、低空间分辨率遥感数据中,铁染异常多为混合像元,直接影响着异常信息提取的精度。针对这一问题,在分析铁染异常的地质依据和波谱特征基础上,确定了WorldView2和IKONOS等高分辨率遥感数据与铁染异常特征波谱范围相对应的波段,采用主成分变换方法进行铁染异常信息提取。在西昆仑黑恰一带基于IKONOS数据进行铁染异常信息提取时,新发现规模较大的菱铁赤铁矿化带; 在西昆仑老并一带基于WorldView2数据提取的铁染异常区与磁铁矿化范围基本吻合。研究结果表明,利用高分辨率遥感数据提取铁染异常的精度较高。

地处东昆仑造山带的青海省都兰县阿斯哈-按纳格地区是我国著名的成矿带之一,区内地质构造复杂,金属成矿作用极为发育,成矿潜力巨大。为了对该地区金矿整装勘查建立一套矿产快速评价方法组合体系,在研究阿斯哈-按纳格地区的区域地质特征与成矿地质条件基础上,结合矿床地质理论,建立以遥感地质矿产信息提取为中心的找矿技术方案,对整个研究区的QuickBird,ASTER和ETM⁺等不同分辨率的卫星遥感图像进行了线-环构造解译和遥感矿化色调异常提取; 在综合分析区内典型金矿床的遥感影像特征和筛选有利于成矿的线-环构造基础上,圈定出20个找矿有利部位。遥感矿化色调异常与化探异常的对比分析结果表明,两者的吻合度较高,对高效找矿勘查提供了重要依据。

为研究欧洲大陆基础地质和矿产分布规律,以Landsat ETM⁺为主要信息源,应用遥感信息技术,研究了欧洲大陆的遥感影像特征,对欧洲大陆的地层、岩体、构造进行了遥感地质解译; 结合相关的地质矿产资料,编制了1:500万欧洲大陆地质矿产遥感解译图等系列图件,发现了一些新的地质体和地质现象; 在此基础上,对欧洲大陆基础地质和矿产分布规律的科学问题提出了一些新认识; 根据这些新认识,进行了矿产勘查的战略选区,筛选出俄罗斯科拉半岛穹窿地区、乌克兰地盾区和乌拉尔造山带北端沃尔库塔区等8处找矿有利地区,为境外投资战略决策和欧洲大陆矿产勘查战略选区研究提供了技术支持。

为了对境外地质矿产勘查开发提供遥感信息支持,在综合前人研究成果及野外验证基础上,对塔吉克斯坦帕米尔地区的地质和构造特征进行深入分析和研究; 根据不同地质体的特征影像,对照"资源一号"(ZY-1)02C星遥感图像中所显示的地貌景观、色调及纹形等,建立了塔吉克斯坦南部地区主要沉积岩、变质岩和侵入岩以及断裂构造、褶皱构造和环形构造等的遥感解译标志; 通过对ZY-1 02C星的全色/多光谱相机(P/MS)和全色高分辨率相机(HR)数据的遥感地质解译效果对比,认为P/MS数据中地质体的色调差异更为明显,易于建立区域构造格架、开展岩石大类解译; 而HR数据所反映地质体的微地貌、纹理及细节更为清晰,易于进一步识别各类岩性及小型构造,尤其对碎屑岩的粒度、层状构造类型、第四系、矿业活动以及特殊成分的岩石等具有较好的反映。

多光谱遥感数据的空间分辨率通常是为解决资源和环境等特定问题而设置的,但是地质构造从区域到手标本可划分为不同尺度,因而单一遥感数据并不能满足多尺度的构造解译。为此,以西藏羌多地区为研究区,利用ETM⁺,ASTER,WorldView2及DEM等多源遥感数据的综合优势,从30 m空间分辨率的ETM⁺和15 m空间分辨率的ASTER到0.5 m空间分辨率的WorldView2这2个层次上解译研究区的构造,取得了显著成效。首先,基于传统的构造信息解译标志,用ETM⁺数据进行构造架构解译,同时运用ASTER数据的波段运算结果间接反映构造信息; 然后,开展WorldView2高空间分辨率数据的综合构造解译分析; 最后,在野外验证的基础上,对解译的构造信息进行室内修正。研究区的地质构造解译结果表明,综合多源遥感数据可以大大提高地质构造解译的准确率,并在较短的时间内取得较好的应用效果。

工矿废弃地复垦利用对于资源枯竭型城市而言具有重要意义。资源枯竭型城市的工矿废弃地复垦利用综合效益评价能够客观定量地反映土地资源的利用效果。采用2013年最新调查数据,将特尔斐法、层次分析法等传统经典方法与遥感、GIS等新方法相结合,针对工矿废弃地复垦利用的特点,以黄石市七约山矿区为例,重点介绍了资源枯竭型城市工矿废弃地复垦利用综合效益评价的研究思路和评价方法,客观定量地反映了研究区工矿废弃地复垦利用前后综合效益总体指标和单项指标的变化情况。结果表明,该研究区工矿废弃地复垦利用总体效果较好,但部分单项指标分值提高不明显,在今后的实践中应重视经济效益、社会效益、生态效益和景观效益的协调发展。

矿产资源开发利用导致环境问题日益严重,为了给《矿产资源总体规划(2008-2015)》(简称二轮规划)方案的动态调整提供可视化的信息参考,为"矿山复绿"行动提供基础信息。该文以云南省元阳某金矿矿集区为试验区,利用GIS和遥感技术,提取该区矿业开发信息,结合自然地理和基础地质等资料,采用网格法对该区矿山地质环境进行评价,根据评价结果探索性地开展了矿山环境恢复与治理规划方案研究。结果表明,该方案比二轮规划方案更为合理可行。

Openness是一种二维地貌的可视化参数,不受光源设置和邻近地形遮蔽的影响,更强调地形的凹凸,使得直观的立体感更强。该参数不仅可以从多种来源的DEM数据计算获取,也可以用于不同精细程度的地貌分析。闽江入海口地区具有丰富的构造地貌类型,基于SRTM(90 m)高程数据计算该地区的Openness参数,探讨该参数在地形地貌方面的初步应用。通过闽江入海口地区构造地貌的分析结果表明,Openness参数方法比传统的地形晕渲等常用二维可视化方法编制的图件效果更好,更强调地形的凹凸感,能够更详细地反映实际地形地貌的细节。

阴影检测与补偿涉及遥感影像的不确定性、算法复杂度高及提取自动化程度低等问题。基于ArcGIS Engine平台,结合Matlab和GDAL开发工具,根据构建的高分辨率遥感影像阴影检测和补偿算法设计了一体化的阴影检测与补偿系统。系统采用了数据分块读取、2%线性拉伸及DLL动态链接库等关键技术,解决了大数据量影像读取、影像不确定性及系统可扩展性等问题,实现了系统的集成和优化,提高了运行效率。测试结果表明,该系统在QuickBird、资源三号(ZY-3)等高分辨率遥感影像的阴影检测与补偿中具有较高的精度和效率,可用于数据批处理。

随着北斗定位系统、GIS、网络通讯及智能设备等技术的快速发展,基于智能手机的嵌入式移动GIS将具有高精度定位、野外数据采集、实时动态数据传输等功能。结合嵌入式GIS产品ArcGIS for Android、无线通讯技术、GPS技术、移动计算机设备等,研究人员研发了一个基于智能手机的嵌入式空间数据采集系统。该系统具有GPS定位、野外数据采集、坐标转换、数据预处理、数据存储与输出等功能,可为国土、测绘及电力等部门野外空间数据的快速获取提供技术支撑。

随着旅游经济的快速发展,传统民居聚落环境正遭受着来自各方面的破坏和压力,这对传统历史文化的传承和弘扬影响深远。如何有效、科学地管理和保护特色鲜明的传统民居聚落这一载体已成为迫切需要解决的问题之一。针对传统民居聚落街巷机理特点,创新性地提出了集成GIS、360°全景影像、移动测图系统(mobile mapping system,MMS)、航空摄影测量、全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)测量和移动物联网等多技术协同的传统民居聚落基础环境数据采集方法和工艺流程,以及基于Geodatabase和PostgreSQL的传统民居聚落特色的多源空间数据存储解决方案,并开发出一套功能完备的传统民居聚落智能化管理系统与移动旅游自助服务系统。 实证表明,该系统显著提高了传统民居聚落管理智能化和旅游服务信息化水平。