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。
利用6S模型和同步气象资料,对国产环境与灾害监测预报小卫星HJ-1 A的CCD1传感器数据进行了大气校正和反射率反演。同时对CCD1传感器1~4波段大气校正前后的反射率变化进行了对比研究,发现大气校正后的1~3波段的地面反射率明显降低,4波段的地面反射率升高; 利用同步野外实测地面数据对大气校正后的反射率数据进行了检验,两者结果基本一致; 此外,还进行了定量化误差分析,以同步野外实测地面数据作为标准,将大气校正后的反射率数据与之对比,分析了可能带来误差的原因。结果表明,利用6S大气校正方法能够有效去除HJ-1 A星CCD图像的大气影响,获取地物绝对反射率。
在全球能量与水循环研究中,地表土壤水分是非常关键的参数之一。ERS散射计因具有观测尺度大、重复周期短等优势而在地表土壤水分监测方面日益受到关注。采用目前最先进的理论模型AIEM(改进的积分方程模型),根据ERS散射计的参数设计模拟出一个涵盖较宽地表粗糙度和介电常数输入范围的数据库,利用这个数据库发展出一个参数化模型。该模型采用了一个综合均方根高度(RMS height)与相关长度(Correlation length)的粗糙度参数,该参数在每个入射角度下都可以用同一个函数来描述,解决了多角度数据情况下粗糙度参数的表达问题。应用新发展的参数化模型进行土壤水分的反演结果表明,该模型具有较高的精度。
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。
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。
调制传递函数(MTF)是光学成像系统性能的一个重要的综合评价指标,也是图像退化模型中最重要的部分。针对TDI-CCD成像数据的特点,从遥感图像中获取刀刃边缘来计算成像系统的MTF,采用维纳滤波法及修正的逆滤波器法(MIF)对退化图像进行MTF补偿处理。实验结果表明,高分辨率TDI-CCD成像数据经自适应MTF复原处理后,可以有效地改善图像质量。目前,该算法已成功地应用到我国国产地面卫星预处理系统中。
对MODIS数据的分裂窗算法进行了简要介绍,通过交互式数据语言(IDL)编程,实现了直接利用MODIS lB数据的雪面温度反演,并将反演结果存贮为标准的HDF文件格式,以供其他软件使用。以我国新疆北部(北疆)为例,将该算法的反演结果与气象站雪面温度观测资料进行对比,结果表明: 系统反演得到的雪面温度分布规律与气象观测资料是一致的,反演的平均误差为1.73℃,基本反映了北疆地区的雪面温度分布情况。
遥感图像信号属于随机信号,其波段数据直方图与二维散点图分别是随机模型一维、二维概率密度函数的基本估计。从遥感数据的随机模型出发,讨论了一维概率密度的基本类型与形态、二维高斯分布的椭圆几何参数特征等。在此基础上,系统分析了由不同类型直方图生成的二维散点图的空间几何结构特征,以及异常信息空间定位等问题。最后,通过应用实例阐述了遥感数据空间结构分析在蚀变信息提取中的重要性与实用性。
高分辨率遥感图像纹理信息丰富,将其与光谱信息相结合进行地物分类可提高地物的精度。将改进的局部二值模式(LBP)纹理应用到高分辨率图像的土地覆盖分类中,并与只利用光谱信息和加入传统LBP纹理信息的分类结果相比较。结果表明: 改进的LBP具有很好的抗噪性能,并能更有效地表达图像的纹理信息,加入这种纹理信息的图像分类精度明显高于纯光谱分类和加入传统LBP纹理信息的分类。
以广东惠州附近水域为研究区,利用ALOS AVNIR-2多光谱数据分析水体和其他主要地物在影像上的光谱特征。构建几种常用的波谱指数,分析阈值对各种指数模型提取水体的敏感性及所能达到的最大精度。发现利用这些指数均可以较好地提取图像中的水体信息,提取效果从好到差依次是: 归一化差值水体指数法(NDWI)、近红外波段分割法(NIR)、归一化差值植被指数法(NDVI)和比值植被指数法(RVI)。其中NDWI指数模型,在选择合适阈值的情况下,水体提取的总体精度最高可达98%左右,并且提取过程对阈值影响不敏感。
基于建筑物细部边缘信息在数字航片上的精细纹理表达,首先对原始影像进行边缘检测、主成分分析和基于二阶概率统计的纹理滤波等预处理,然后选择用7像元×7像元的窗口锐化得到Contrast纹理特征的灰度图; 采用Contrast灰度图(R)、原始航片(G)、原始航片(B)的波段组合进行假彩色合成,得到基于对比度纹理的假彩色合成影像; 最后对假彩色合成影像进行多尺度分割和建筑物提取。以北京市延庆县康庄镇2008年12月数字航摄影像为例,运用上述方法进行村镇建筑物信息提取。结果表明,与运用面向对象的分类方法相比,利用纹理增强提取村镇建筑物信息的方法突出了建筑物边缘,减少了冗余分割对象,解决了建筑物与其阴影相混淆不利于建筑物信息提取的问题; 并对特征空间进行优化,避免了模糊分类时纹理特征规则运算缓慢的问题,较完整地提取出了村镇建筑物信息,提高了分类精度。
金矿遥感探测之关键在于成矿构造及铁氧化物、含羟基蚀变矿物信息的提取。以张家口下双台地区为研究区,利用ENVI 4.0图像处理软件,通过“多元数据分析+比值+主成分变换+密度分割+分类”等方法,从Landsat-7 ETM数据中提取矿化蚀变信息并抑制植被波谱干扰,方法快速、准确、有效。结果表明,利用该方法获得的矿化蚀变信息与已知矿点有很大的一致性,该方法是可行的。
利用长沙市1972年以来不同时期的遥感数据以及地形图资料,采用图像处理和人机交互式解译信息提取方法,获得了10个不同时期城市发展规模及土地利用变化信息。根据数据统计分析和数据分布规律,建立长沙市城市扩展数学模型,对城市发展和土地减少变化趋势进行分析预测,并且对长沙市国民经济发展和制约条件进行了分析和评价。
研究淤泥质潮滩冲淤变化的一项基础性工作就是水边线信息的提取。与传统的Hough变换类环状物体检测方法不同,本文提出了一种适合于淤泥质潮滩环形水边线信息提取的识别检测算法。首先利用水边线灰度的梯度信息实现图像分割,进行边缘检测; 然后通过数学形态学方法进行膨胀运算与内部填充,使得边缘连续; 最后通过构造线段型结构元素得到连续、平滑的水边线。实验结果表明: 该方法不仅算法简单,而且提取到的水边线信息效果良好。
利用2005年Landsat TM遥感卫星数据,对广州市不同土地利用类型与城市热环境之间的关系进行研究,发现不同土地利用类型对地表温度(LST)的影响具有明显的差异。草地、林地及耕地的LST与归一化植被覆盖指数(NDVI)呈现明显的负相关,水域的LST与归一化水体指数(MNDWI)之间呈现明显负相关,而城镇建设用地指数(NDBI)、未利用土地指数(NDBaI)则与LST呈现明显正相关。最后建立了LST与各土地利用类型表征指数及DEM之间的多元线性回归方程,可用来指示一个地区不同地表覆盖及地形差异导致的地表温度分布,为城市热环境的评价和分析提供依据。
对影像进行大气校正等处理后,引入地学知识构建决策树,运用决策树法对1989年及2000年Landsat TM/ETM影像进行分类,得到这两个时期的土地利用类型图,然后对这两期土地利用类型进行叠加分析,得到土地利用变化矩阵。1989~2000年胶州湾土地利用变化过程表现为: 城镇等建成地、养殖及盐田用地、城镇的建设裸地或待建地等迅速扩增,而耕地、内陆滩涂迅速减少,海域减少,林、草地变化不大; 耕地主要向城镇等建成地、养殖及盐田用地转化,海域向养殖及盐田用地、城镇建成地转化。十余年间,人类活动对环境的影响增强,城市“三废”增加,陆源营养盐和其他污染物大量排放入海,引起胶州湾海水水质恶化、沉积物重金属含量增加,浮游生物减少,生物多样性降低,赤潮频发。
从统计学的角度出发,通过深入分析土地利用转移矩阵,将北京山区土地利用转移过程分为系统转移和随机转移。从同时发生的系统性增加和系统性减少推断出土地利用变化的优势信息有: 高覆盖度草地和其他林地转换为耕地; 耕地和疏林地转换为其他林地; 疏林地转换为高覆盖度草地; 耕地和高覆盖度草地转换为水域; 耕地转换为建设用地。其中耕地向其他林地和建设用地转移的面积都很大,且系统性转换优势明显; 其他林地转换为耕地、疏林地转换为高覆盖度草地虽然不具有数量上的转换优势,但该转换属于很强的系统性转换。该方法能快速挖掘最具系统优势的土地利用转移信息,有助于科研人员将土地利用格局和变化过程联系起来,为土地资源管理提供有用信息。
煤田火区地表形态变化是煤火监测和分析的可用指标之一。由于矿区地表严重的去相干噪声,使得星载合成孔径雷达干涉测量技术应用于煤田火区地表形变检测比较困难。结合煤田火区地表形变特点,利用L波段的ALOS PALSAR数据进行差分干涉处理,利用干涉条纹频率精确估计基线,并用自适应滤波方法降低去相干噪声的影响。在去除平地相位和参考地形相位后,获取煤田火区的地表形变。研究表明: 地表形变与煤火燃烧具有一定的相关关系,通过地表形变分析有助于对地下煤火燃烧情况的判断; 利用差分干涉SAR技术检测煤田火区地表形变,进而对煤火进行监测和分析是可行的。
以C波段Envisat ASAR和L波段ALOS PALSAR交替极化模式的数据为数据源,分析了鄱阳湖主要地物的散射特性,并分别引入纹理特征和不同极化通道间的极化差和极化比等参数增强地物的表征; 应用主成分变换对地物的参数向量进行特征提取,增强水体与其他地物的差异,并在第一主成分中选择适当阈值,准确提取出不同时期的鄱阳湖水体信息。实验表明,用上述方法提取水体信息的精度比直接使用地物后向散射系数的监督分类法提取精度要高得多。通过分析和对比上述不同波段SAR数据中水体与其他类别间的Jeffries-Matusita距离可以看出,C波段SAR数据提取鄱阳湖水体的精度比L波段高。并给出了鄱阳湖水体在2007年春、夏和冬3个季节中水域面积的动态变化情况。
升降轨干涉测量可以更好地反映地震同震形变场特征。利用欧空局ASAR数据通过二轨法差分干涉测量提取了新疆于田县Ms 7.3级地震升降轨同震形变场信息。结果显示: 升轨同震形变场最大视线向(LOS)隆升形变量约+13.3 cm,沉降形变量约-83.9 cm; 降轨同震形变场最大LOS向隆升形变量约+36.5 cm,沉降形变量约-66.5 cm。于田地震以NNE向正断层破裂为主,并伴随左旋走滑运动,西北盘为正断层破裂的上盘(沉降盘),东南盘为正断层破裂的下盘(隆升盘)。升降轨同震形变场存在一定差异,但其变化趋势与特征非常相似,其差异主要是由于两种不同观测模式所造成的。
基于多时相TM/ETM+遥感影像,运用支持向量机分类方法对合肥市景观进行分类,解译得到1995、1999、2003和2007年土地利用专题图; 应用单窗算法解译得到地表亮温专题图。采用景观指数法分析了合肥市景观格局与城市水文效应间的关系。研究表明: 城市水文要素与景观指数之间存在相关性,城市化水文特征明显; 建筑用地有增加并集中趋势,不透水面积增加,年降水量增大; 供水排水能力平稳增长,人均用水量相对减少,城市饮用水水源地水质偏差。调整城市景观格局,有利于优化城市水文状况。
以北京市为研究区,在对Landsat-5 TM数据大气校正基础上,利用TM单窗算法定量反演地表温度,并估算了5种植被参数: 归一化差值植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、绿度植被指数(GVI)、土壤调节植被指数(MSAVI)和植被覆盖度(fg)。结合地表温度(LST)空间分布,对比分析5种植被参数与地表温度的相关程度。分析结果显示,相对于上述4种植被指数,fg与地表温度有更好的负相关性,对地表温度空间分布的指示能力更佳。利用fg与地表温度关系定量分析了植被覆盖程度对热岛效应的影响,发现北京市区平均地表温度比近郊区和远郊区分别高1.6 K和5.3 K。
对2002~2006年MODIS数据进行处理,统计得出5 a间全国年均陆地植被净初级生产力(NPP)为1.5 PgC; 5 a全国NPP组成分析显示,NPP绝大部分集中在0~300 gC/m2区间,所占比例约为70%~85%; 全国大部分地区年NPP呈现出减少的趋势,受城市扩张、新增工业用地等人类活动影响显著。
采用面向对象的影像分类方法,结合多尺度分割技术,以QuickBird影像为实验数据,进行农用地的精细自动分类。首先,根据地物大小,选择最优分割尺度,构建多尺度分割等级网; 然后,综合利用高分辨率影像的光谱信息、纹理和形状特征,建立各个对象的特征集; 最后,通过目视解译建立隶属度函数,实现地物的分层提取。实验表明,该方法能有效区分农作物种类,相对于传统的像素级分类方法,该方法明显提高了高分辨率影像的分类精度,且避免了“椒盐”噪声的产生。
利用遥感技术、地理信息系统和虚拟现实技术,建立了虚拟三维电子沙盘场景。将矿山监测开发要素、矿山环境要素信息及地形地貌、河流山脉等地物信息直观地呈现在人们面前。该技术可以全面实现矿山地理信息、矿山要素信息的三维可视化,为决策管理提供模拟、仿真和过程分析的信息平台和技术支撑。
以ASTER、ETM、SPOT遥感影像为数据源,应用遥感软件对影像增强处理,突出了艾比湖湖积堤信息。将实际采样点、卫星遥感影像和DEM数据叠加,确定了湖岸线和阶地遗址。通过构建水淹模型,方便准确地获得艾比湖阶地的实地三维信息,制作高精度DEM数据,生成仿真的三维数字地形模型,实现了艾比湖的三维显示以及三维水淹,可以从不同角度、视点和高度观察地貌的整体和部分特征,借助地理信息系统工具还可以准确地计算不同时期湖面面积、体积,确定水淹范围,反演不同时期艾比湖湖面情况,对研究艾比湖难以到达区域的地貌形态和地貌演化具有十分重要的意义。
利用数字高程模型(DEM)模拟具有正立体视觉效果的人工光源图像; 通过数据融合处理地质图和人工光源图像,生成视立体地质图。这种新型地质图不仅具有原地质图的完整地质信息,还具有直观的地形地貌特征,立体感强; 同时,数字视立体地质图具有地理编码信息,在通用图像处理软件支持下,可以确定图上任意位置的地理坐标,便于野外地质调查、地理定位及图面测量等工作,具有很高的实用价值。