在综合分析大量文献的基础上,归纳了高光谱技术在矿山次生矿物识别、重金属浓度反演、pH值定量估算、污染植被信息提取等方面的应用,总结了基于高光谱遥感提取有关氧化和脱水状态动态分析、气候变化追踪等信息的研究进展,展示了高光谱技术在矿山环境调查监测领域的广阔应用前景。研究表明,含铁硫化物及其氧化矿物标准光谱库的建立具有重大意义,推动了酸性矿山环境高光谱遥感研究; 对矿山环境地质作用与光谱响应之间关系的认识逐渐深入,促进了高光谱地质应用模型的开发; 高光谱数据蕴含着丰富的矿山环境地学信息,具备提取多方面重要信息的潜力。最后结合当前欧美发达国家开发高光谱小卫星的实际,指出今后矿山环境高光谱遥感研究将从矿物及矿物成分识别转向矿物形成时的物理化学性质反演、从短期调查向长期监测、从航空向航天、从单一矿山向成矿区带或大型矿集区转变。

利用多光谱遥感影像进行植被覆盖分类是目前遥感技术应用的热点研究领域之一。在广泛调研文献的基础上,综述了近年来多光谱遥感影像植被分类研究现状和进展,较全面深入地分析了各种植被分类特征、分类算法的优缺点、适应性和应用情况,指出了当前面临的难点和挑战,并对未来发展趋势进行了展望。未来多光谱遥感影像的植被分类不仅要从分类算法上进行创新,提高分类器的自动化程度、分类效率和学习速度,扩大适用范围,增强鲁棒性,而且同样不能忽视对植被分类新特征的挖掘,提高特征的可分性,融合多源数据、利用多时相影像、挖掘更多新特征参与植被分类是未来的发展趋势。

遥感图像配准是图像融合、变化检测、图像镶嵌等应用中不可缺少的步骤。近年来,出现了大量基于尺度不变特征变换(scale invariant feature transform,SIFT)的遥感图像配准方法。在对已有基于SIFT的遥感图像配准文献的调研分析基础上,对各种SIFT遥感图像配准技术进行了系统性评述,将各种改进方法分为SIFT提升算法、针对遥感图像性质的改进、混合方法以及针对算法流程的改进等4类; 分析了不同类型改进方法的适用范围和优缺点; 指出了SIFT遥感图像配准技术存在的主要问题和难点,对其未来的发展方向进行了展望,为后续研究提供参考。

Landsat系列卫星是由美国航空航天局和美国地质调查局共同管理的资源遥感系列卫星,40多a来为地球遥感探测活动提供了大量清晰而稳定的图像数据。卫星遥感数据预处理是获取优质遥感基础图像的第一步,对后续各级卫星遥感产品的质量有着很重要的影响。针对Landsat8卫星原始数据,对卫星下传所采用的空间数据传输协议和数据传输格式进行了详细的解析,分析了原始数据从解同步、数据帧解析、任务数据包解析、图像数据获取直到生成0级图像产品的步骤; 特别针对存在无损数据压缩的陆地成像仪(operational land imager,OLI)数据,讨论了基于空间数据系统咨询委员会(consultative committee for space data systems,CCSDS)相关标准进行无损数据解压缩处理的方法和过程。经数据预处理得到的Landsat8卫星0级图像产品,可为Landsat8卫星数据应用提供优质的基础图像。

针对当前一些目标鉴别方法无法兼顾目标的可分性和方法的有效性,同时又能减少计算的复杂度等要求,提出了一种基于分层特征描述的鉴别方法。首先,提取目标的简单形状或几何特征,利用加权投票法初步筛选并去除大量易识别的虚警; 然后对筛选的候选目标提取更为复杂的鉴别特征,利用特征分离法选择最优特征组合,并采用支持向量机方法进行二次鉴别,进一步去除虚警,得到真实目标。实验结果表明,该方法对目标的整体检测效果较好,具有较高的可区分性和可鉴别性; 能有效减少计算的复杂度,同时又能在一定程度上减少外界因素的影响,有效地去除虚警、保留目标,其耗时仅为常用方法的1/3。

高光谱遥感数据能够提供比多光谱遥感数据更为丰富的光谱信息,从而更精确地刻画地物的光谱特征。在水体遥感原理基础上,采用自适应波段选择(adaptive band selection,ABS)方法对HJ-1A卫星高光谱数据的波段相关性和信息量进行分析,结合BP神经网络技术确定最优波段组合并构建盐湖矿物离子含量的反演模型,对柴达木盆地西台吉乃尔湖的K⁺,Mg²⁺,Na⁺,Cl^-和SO₄^2-离子含量进行定量反演,获得盐湖矿物离子含量的空间分布情况。研究结果表明,BP神经网络反演模型的盐湖矿物离子含量反演精度在85%以上,反演得到的矿物离子含量的分布情况与实地调查结果基本一致。因此,利用高光谱数据和BP神经网络可以对盐湖矿物资源进行大范围动态监测,为盐湖资源的合理开发和高效利用提供科学依据。

深入挖掘寄主光谱响应机制是推进马尾松毛虫害遥感快速监测与预警的必要基础。将采集于福建省长汀县、南平市建阳区的46条马尾松林冠层光谱曲线数据设为规则组,利用单因素方差分析法实现不同危害等级可辨性波长的选择。研究表明,不同危害等级下的马尾松林冠层光谱数据呈现极显著差异(P<0.01),其中,中度—重度危害的马尾松林冠层光谱可辨性在516.51~598.99 nm和700.68~706.18 nm位置上有显著差异(P<0.05),在708.92~810.62 nm位置上有极显著差异(P<0.01)。为此,以519.20 nm,540.72 nm,758.40 nm和785.88 nm波段处光谱反射率为组合,以健康状态下的马尾松林冠层光谱数据为标准样本,基于空间距离法、相关系数法及光谱角制图法分别建立松毛虫危害等级的定量化判定规则,并利用将乐县、南平市延平区、华安县的34条验证组光谱曲线数据对此规则进行验证。结果显示,空间距离法的判定效果远优于相关系数法与光谱角制图法; 无松毛虫危害、轻度危害、中度危害以及重度危害的空间距离判定规则依次为: <0.355 3,[0.355 3,0.742 5),[0.742 5,0.963 1)及≥0.963 1,判定精度为88.24%,准确率达97.06%。

目前,利用合成孔径雷达(synthetic aperture Radar,SAR)影像进行林火监测主要限于从林火前后时相的单极化通道振幅数据或者火后全极化影像振幅数据开展,而从林火对森林散射机制改变角度开展多时相全极化SAR林火监测的研究还较少。以2009年阿拉斯加地区发生的林火为例,以林火发生前后获取的Radarsat-2全极化影像为实验数据,从林火所改变的森林后向散射强度和散射机制角度,对林火发生前后各个极化通道后向散射强度、主导散射机制和去极化作用参数进行了定量分析,并对变化原因给出了解释。研究表明,对于北方森林,林火发生后林火干扰区的后向散射强度在同极化通道相比林火前增加了20%,交叉极化通道也有小幅增加,主导散射由林火前占59%的体散射变为林火后占53%的表面散射,去极化作用相比林火前减小45%。这些结论对于利用多时相全极化SAR数据开展林火燃烧面积或者燃烧强度监测具有参考价值。

冰川表面流速是进行冰川动力学和物质平衡研究的关键参数之一。合成孔径雷达(SAR)影像作为能大范围提取山地冰川表面流速的重要数据源,利用其进行冰川流速估算目前主要有差分InSAR(D-InSAR)法、多孔径InSAR(MAI)法和SAR偏移量追踪(offset tracking)法3种。其中,MAI法是为了克服D-InSAR对雷达方位向(along-track)形变不敏感而发展的一种新的InSAR技术。以喀喇昆仑山中部地区的斯克洋坎力冰川为例,选取了2008年2景间隔46 d的L波段ALOS PALSAR数据,利用上述3种方法分别进行冰川流速提取实验,讨论了3种方法在山地冰川表面流速监测中的适用性和局限性。结果表明,D-InSAR和MAI方法都能够精确提取距离向和方位向的冰川流速信息,但对相干性均要求较高; 在低相干区域,SAR偏移量追踪方法也能够获取更为可靠的方位向和距离向二维冰川流速的速度场,但该方法在冰川表面特征不明显的地区受到一定限制。

遥感数据分类的优化问题是一个值得探讨的现实课题。为研究Mode滤波器及其在遥感分类后处理中的应用,在详细描述非线性Mode滤波器原理的基础上,针对二维和三维数据的特点,从不同角度对滤波器进行拓展,使其能够应用于遥感数据分类。以二维遥感图像和三维机载LiDAR点云数据为例,分别从2个方面和4个方面对拓展方案进行讨论,利用近邻型和窗口型Mode滤波器改善2种数据的分类质量。对比实验结果证明,拓展后的Mode滤波器能够有效地去除斑点和椒盐噪声,大大减少了点云数据和遥感图像分类后产生的错分类别点,显著提高了2种遥感数据分类的Kappa值和总体精度,达到了预期目的。

苹果叶片氮(N)素含量是反映其生长质量高低的重要因素。利用高光谱遥感技术对苹果叶片N素含量进行定量化反演,可为苹果树的信息化管理提供理论依据。首先使用ASD FieldSpec 3地物光谱仪对样点的苹果叶片的N素含量进行测定,得到苹果叶片样品的高光谱反射率及其N素含量; 然后在分析苹果叶片原始光谱和一阶导数以及各种变换后光谱特征的基础上,与苹果叶片的N素含量进行多元逐步回归分析,筛选出对N素变化敏感的波段; 最后运用BP人工神经网络算法构建敏感波段与N素含量的反演模型,并对模型进行优选和检验,为测定苹果叶片N素含量提供了1个简单可靠的方法。

为解决地震灾区震后空间数据难以及时获取的问题,考虑到无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)遥感影像自身特点,提出了一种改进的均值漂移(Mean Shift)分割算法。按照影像特征将UAV影像划分为纹理区和匀色区,对匀色区直接进行Mean Shift算法分割得到初分结果; 对纹理区综合提取颜色、纹理、形状信息构造高维特征空间,并根据归一化分布密度值求得其合适的带宽,再使用Mean Shift算法对特征空间进行模式分类得到分割结果; 通过构造代价函数进行区域合并,消除过分割区域,得到最终分割结果。针对芦山地震后获取的高空间分辨率UAV影像进行分割实验,并提出一种考虑到面积和光谱的分割匹配指数对分割结果进行评价。实验结果表明: 所提出的改进的Mean Shift算法的分割精度优于传统的Mean Shift算法,为后续的震害信息提取提供了数据保障。

复杂流域地物混杂,因受背景干扰,对混杂在不同背景地物中的目标地物很难用1个规则区分出来。基于Landsat8多波段影像,以湘江的Ⅰ级支流蒸水河流域和长江三角洲的3大城市为研究区,采用最大似然法进行初步分类; 分析混杂地物的光谱特征,探讨区分混杂地物的决策规则,对水体、人工建筑、耕地、裸地、林地和裸岩等基本地物进行分类。结果表明,蒸水河流域分类的整体精度达到88.21%,高于监督分类精度(79.68%); 其他3个长江三角洲城市的分类精度都在92%以上。所提出的混杂地物区分模型可以提高混杂在不同背景中的同类地物的分类精度。

科学合理地定量评估林火烈度,对揭示林火干扰下森林生态系统的变化,以及植被的恢复与管理具有重要意义。以美国科罗拉多大峡谷国家公园北缘的Poplar Fire为实验区,利用Landsat5 TM影像,结合实地调查的综合火烧指数(composite burn index,CBI),分析评价了归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI),归一化火烧指数(normalized burn ration,NBR),差分归一化植被指数(differenced normalized difference vegetation index,ΔNDVI)和差分归一化火烧指数(differenced normalized burn ration,ΔNBR)4种遥感指数对林火烈度评估的适应性。结果表明,4种遥感指数对识别不同等级林火烈度存在一定的差异。在未过火区和轻度火灾区,单一遥感指数的精度略高于差分遥感指数,其中NBR的提取精度最高,分别达到了66.7%和80%; 在中度火灾区和重度火灾区,差分遥感指数的精度高于单一遥感指数,ΔNBR的提取精度最高,分别达到了100%和90%。总体上,基于差分遥感指数的林火烈度制图精度总体高于单一遥感指数,其中ΔNBR的总体制图精度最高,达到了 86.2%。因此,ΔNBR是林火烈度分析与评估的适宜遥感指数。

为了充分利用历史矢量数据,并考虑地物类别的时间关联,提出了一种融合时间特征的高分辨率遥感影像分类方法。将历史时期矢量数据与新时期遥感影像相结合,利用二次分割获取像斑,通过支持向量机(support vector machine,SVM)算法获取像斑类别及像斑的单时期后验概率; 依据历史时期及新时期像斑类别属性的关联,获取定量表达时间特征的地物类别转移概率; 加权组合像斑的单时期后验概率与转移概率,采用迭代方法获取影像最终分类结果。在QuickBird影像上的实验表明,该方法能够有效引入时间特征及先验知识,提高影像分类的精度。

火星两极冰盖每年季节性消融的空间范围变化是火星全球及区域气候变化最直观的反映,针对火星冰盖监测提出了一种利用欧空局火星快车搭载的OMEGA高光谱成像数据提取季节性冰盖消融线的方法。基于28至29火星年覆盖火星北半球6个时段的OMEGA红外波段影像,利用监督分类方法辨别冰层与裸地,以提取季节性冰盖的边界,计算了火星北半球季节性冰盖消融速度,并利用高分辨率HiRISE 数据验证了本文研究方法的正确性。研究结果表明,火星北极季节性冰盖的消融速度是每隔太阳经度(LS)10°冰层消融10⁶ km²; 通过对比MOLA激光高度计数据和地形数据,发现局部区域冰盖消融异常原因主要为撞击坑引起的地形变化所致。

在复杂城区内部通常存在大量的阴影,建筑物的屋顶也有多种类型,这使得利用高分辨率遥感图像自动提取建筑物变得困难。针对上述2个问题,提出了一种综合利用高分辨率图像与机载LiDAR数据的城市建筑物提取新方法。首先,对归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和LiDAR高度数据设定阈值得到初步的建筑物提取结果; 然后,分别利用阴影区NDVI、图像纹理和形态学滤波来改进结果; 最后,采用局部的机载LiDAR数据和QuickBird图像,对提出的方法进行验证,并与现有方法进行比较。研究结果表明,该方法可有效减少由阴影和不同屋顶特征所造成的错误识别,显著提高了建筑物提取精度。

为研究高分辨率(简称"高分")遥感卫星数据在东昆仑成矿带找矿预测中的应用,通过遥感地质解译与蚀变异常信息提取,从宏观和多角度开展大型矿集区快速预选和找矿有利地段圈定。以东昆仑成矿带红水河地区为研究区,以WorldView-2卫星图像为主要数据源,通过运用图像纠正、假彩色合成、图像增强、数据融合、遥感蚀变异常信息提取、野外验证、化学分析和地质信息综合研究等方法,对研究区进行了遥感地质解译和找矿预测。结果表明,以高分遥感卫星数据为主的数据源,能够快速圈定找矿有利地段,满足我国西部干旱—半干旱地区的矿产资源勘查和资源评价需求,并为当地矿产勘查工作部署提供基础资料和参考依据。

利用遥感影像进行地形地貌制图,因其成图周期短、制图精度高、修改方便和更新快捷等优势,现已成为中小比例尺地貌制图的主要方法。利用高分辨率的IRS-P6卫星影像对青海省天峻县的高原地貌进行分类与信息提取,并制作大比例尺地貌图。采用遥感(remote sensing,RS)和GIS技术对遥感数据和不同来源的辅助数据进行处理,将其统一到同一GIS平台,在此基础上详细阐述了地貌分类、信息提取的技术流程和地貌图制作的方法。研究表明,基于高分辨率遥感影像数据,采用RS和GIS相结合的技术,可以大大降低地貌分类的难度,提高地貌信息提取与制图的速度和效率。

遥感特征指数法是一种简单、高效的信息提取方法。根据气溶胶散射或吸收引起的卫星不同波段间表观反射率变化,构建了基于MODIS的城市大气颗粒物污染指数,结合石家庄市各环境空气质量站实测颗粒物浓度数据,分析差值植被指数(difference vegetation index,DVI)、归一化灰霾指数(normalized difference haze index,NDHI)、归一化建筑指数(normalized difference built-up index,NDBI)和差值建筑指数(difference built-up index,DBI)与PM₁₀之间的相关关系。结果表明,除NDHI外,DVI,NDBI和DBI与大气颗粒物质量浓度均呈现负相关关系,DBI与PM₁₀之间线性相关关系较为明显,综合多种大气颗粒物污染指数构建的大气颗粒物质量浓度估算模型,可以用来简便、快速地指示城市大气颗粒物污染状况。

乌东煤矿由采矿活动引发的地质灾害主要有地裂缝和地面塌陷。查清矿区地质灾害类型、规模和分布,分析地质灾害成因、危害程度和发展趋势,对煤矿绿色矿山建设和可持续发展至关重要。以WorldView-2数据为依据,在建立遥感解译标志基础上,采用遥感解译与野外验证相结合、人机交互解译与计算机自动信息提取相结合的方法,圈定了乌东煤矿由采矿活动引发的地质灾害点及其集中发育区,测量了地质灾害体的展布方向、几何参数和影响面积。经分析,乌东煤矿地裂缝和地面塌陷的特殊形态和分布特征主要是煤层赋存状况、井田开采工艺及煤层顶板管理方式、煤层顶底板岩土工程稳定性等因素共同作用的结果,从而为乌东煤矿相关部门进行地质灾害防治决策提供了依据。

为了解高分一号卫星(GF-1)图像的应用性能和查明中印边境楚鲁松杰村一带的地质灾害发育规律,利用DEM和GF-1图像对该地区的岩性、构造和地质灾害进行详细的遥感解译。研究结果表明,GF-1数据的融合图像对灾害体的微地貌形态反映较明显,能够用于识别地质灾害体的位置、边界范围等特征信息; 区内地质灾害类型主要为滑坡和寒冻风化碎屑流等,滑坡、崩塌、泥石流多发生在[25°,35°]坡度段内,而寒冻风化碎屑流的发生则与坡度的增大成正相关; 地质灾害运移方向与主构造线方向、基岩层面倾向基本一致。研究还揭示出该区内分布多级河流阶地,较大的垂直落差及丰富的第四系松散堆积物是地质灾害发育的重要因素。

针对农村土地调查工作底图制作工作的实际需求,提出了将无人机航测技术应用于农村土地调查工作底图生产的方案,分析了无人机应用于农村土地调查工作底图制作的已有基础,重点论述了基于无人机航测技术的农村土地调查底图制作的工作流程和需要达到的技术要求,可为农村宅基地和集体建设用地确权登记发证工作提供新的解决方案。

以新疆维吾尔自治区精河流域绿洲为研究区,基于CLUE_S模型,运用logistic逐步回归法选择铁路、公路、水渠、河流、湖面及居民点驱动因子,利用1972年和1990年2期土地利用数据,对研究区2010年土地利用空间分布格局进行模拟。在通过精度检验的基础上,分别设置"历史趋势预案"和"生态保护预案"2种情景模拟了研究区2025年土地利用变化空间分布格局。结果表明: 对于干旱区绿洲小区域尺度未来土地利用的变化趋势,CLUE_S模型具有良好的模拟能力; 没有加入任何限制区域的"历史趋势预案"模式下,2025年研究区生态环境将进一步恶化; 坚持耕地保护制度和执行艾比湖湿地国家级自然保护区制度的"生态保护预案"前提下,2025年研究区生态环境明显向好,土地利用率显著增加。研究结果对干旱区绿洲及生态环境脆弱区的土地利用可持续发展具有明显的实践意义。

为获取漓江流域水系的空间分布和水系形态特征,以Google Earth影像为数据源,采用人机交互目视解译法提取了流域内的水系形态特征信息,编制了漓江流域水系分布图。通过对水系的等级、密度、分支比、各级水道长度以及交汇角等特征信息进行统计,定量化地展示了漓江流域水系的形态特征; 在此基础上进行水系形态特征的控制因素分析,认为地层与断裂构造是控制漓江流域形态的重要因素,人类活动对漓江流域水系形态的影响正在日渐增强。该研究成果为漓江流域的综合治理提供了科学依据,深化了漓江流域的地貌研究。

国内生产总值(gross domestic product,GDP)能反映一个国家或地区的经济发展状况,构建高精度的特困区GDP空间数据库对扶贫工作的开展具有重要意义。首先通过建立DMSP/OLS夜间灯光数据与连片特困区GDP的回归模型,实现利用夜间灯光数据估算特困区GDP; 然后分别对第一和第二、三产业GDP进行空间化建模: 第一产业GDP与土地利用数据相结合建模,第二、三产业GDP与夜间灯光数据相结合建模。研究结果表明,大部分特困区GDP的估算结果较为准确,县级尺度的估算精度达到87.38%; 连片特困区多为GDP低密度区,GDP基本处于50万元/km²以下,西北地区甚至出现大片低于5万元/km²。因此,高精度的连片特困区GDP密度分布图能够准确地反映特困区经济分布状况,为扶贫工作的开展提供数据支持。

为了解安宁河流域生态环境脆弱性情况,以卫星遥感图像作为主要信息源,以人口密度、国内生产总值、土地利用、土壤类型、高程、坡度、气温、降水、植被指数作为评价指标,综合运用地理信息系统技术和投影寻踪算法,构建空间投影寻踪模型,进而对安宁河流域生态环境脆弱性进行评价。以分析结果为依据,将研究区生态环境脆弱性划分为5个等级,分别是重度脆弱、中度脆弱、轻度脆弱、微度脆弱和潜在脆弱。研究结果表明,研究区生态脆弱性整体上属中等脆弱等级。由于生态环境保护政策的实施和地区人民对于生态环境保护意识的提高,研究区2013年相对于1993年,生态环境总体有所改善。

基于广西山口国家红树林生态自然保护区的Landsat 8 OLI 影像数据,选用广泛应用于植被液态水含量反演的归一化差值湿度指数(normalized difference moisture index,NDMI)和修正的归一化差值池塘指数(modified normalized difference pond index,MNDPI)作为分类特征,运用决策树方法进行红树林信息的自动提取。研究结果表明: 红树林独特的滨海湿地生境特点,使其光谱同时包含植被和湿地信息; MNDPI和NDMI可分别反映可见光-近红外波段反射率同短波红外波段反射光谱的反差,可成功应用于湿地植被信息的提取,能有效地将红树林同其他地物相区分; 采用Landsat8 OLI遥感数据,并结合NDMI和MNDPI分类特征构建的决策树模型可有效地提取红树林信息,其错分率和漏分率都较低,分别为5.34%和1.69%。

在石油遥感应用中,多时相数据的应用面非常广,如何对不同应用中大量的多时相成果影像进行有效管理是一个迫切需要解决的问题。应用三维地理信息技术,采用两套数据分体管理模式,在三维基础影像数据的基础上,设计了一个实用的多时相数据存储结构,该模式充分考虑了石油遥感应用中多时相数据的多应用专题、多地区或事件、多数据源、多时相的特点,建立了基于三维地理信息的多时相数据管理系统,初步实现了面向石油遥感信息服务的多时相数据的有效管理。

国土资源科学数据的共享工程迫切需要实现MapGIS数据格式向ArcGIS数据格式的转换。目前的转换方法往往需要对转换后的数据进行大量繁琐的图形编辑工作。通过对MapGIS和ArcGIS这2个平台的数据格式深入分析后,利用平台提供的开发包开发了简易的数据转换工具以及ArcGIS扩展插件,制定了一套高效率转换方案,并在"云南地质灾害详细调查"地图数据处理工作中进行实际应用,取得了很好的效果。