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。

综述了目前国内外浒苔遥感监测方法,阐述了单波段阈值分割法、多波段比值法和辐射传输模型法的优缺点,指出多波段比值法是应用最广和有效的方法,主要有双波段比值法、归一化植被指数法、浮游植物指数法和归一化藻类指数法4种。辐射传输模型法主要用于水下悬浮浒苔的监测,目前应用较少,还处于起步阶段。而研究浒苔与其他浮游植物的差异,深入研究水下悬浮浒苔的遥感监测方法,发展解决现有监测能力不足与监测信息使用者需求之间矛盾的手段和方法是未来浒苔遥感监测的主要研究方向。

为了利用MODIS云产品数据检测出大气红外探测器(AIRS)数据中像素云的特性,首先采用空间匹配算法对MODIS和AIRS数据进行匹配,然后结合MODIS云分类、云相态掩模及其业务上的云检测算法,实现了利用MODIS数据对AIRS像素云(单个视场云)特性的检测。结果表明,用MODIS 1 km分辨率产品数据可以实现对AIRS数据的云分类(低云、中云、高云)和云相态(水云、冰云、混合云)检测。

高光谱遥感图像(简称高光谱图像)的空间分辨率通常较低,混合像元现象严重。为了提高图像的分类精度,必须计算出混合像元内每种纯地物所占的比例(丰度)。然而,受实际地物间复杂关系和大气散射的影响,高光谱图像像元内的光谱混合都是非线性的,这就使得传统的基于线性光谱混合模型的解混精度难以满足要求。为此,定义了广义的非线性混合模型,提出了一种基于二次散射的非线性混合模型——二次散射模型(secondary scattering model,SSM)。通过对模拟数据和AVIRIS实际数据的解混实验表明,相对于传统的线性光谱解混,基于该模型进行光谱解混得到了更精确的分类结果。

以新疆准噶尔盆地古尔班通古特沙漠为研究区,以中等分辨率成像光谱仪(MODIS 1B)数据为例,辅以MODIS光谱响应函数(SRF)和全波段光谱仪(ASD)准同步采集的雪面反射光谱,运用线性光谱混合模型(LSMM)实现了稀疏植被区积雪遥感信息提取。结果表明:1利用SRF对雪面反射光谱进行端元光谱到像元光谱的转换,生成对应于MODIS1—7波段的离散光谱,将其与用最小噪声分离(MNF)变换和像元纯度指数(PPI)法获得的MODIS影像端元光谱进行对比,发现MODIS1波段光谱值远大于转换光谱值,MODIS2—7波段光谱值与转换光谱值接近;2MODIS2—7波段影像端元光谱值适用于LSMM估算稀疏植被区积雪分量,积雪分量估算值与归一化差分积雪指数(NDSI)拟合结果显示,剔除MODIS1波段后估算的积雪分量与NDSI的相关性显著提高,表明所提取的积雪分量可以作为估算积雪的典型指数。

通过探讨气溶胶光学厚度(AOT)对蓝藻水华信息提取的影响程度和消除方法,为蓝藻水华的动态监测提供可靠依据。首先,利用MODIS数据产品(MOD 02,MOD 04和MOD 09),基于单波段和比值植被指数2种方法分别提取了2006年太湖蓝藻水华的空间分布信息,探讨了AOT对信息提取阈值选择的影响方式和影响程度。研究结果表明:在固定阈值情况下,采用上述2种方法提取的蓝藻水华信息面积差异与AOT的相关性高于自选阈值情况下的相关性;在单波段法和比值植被指数法中,大气校正前所设定的阈值与AOT的相关性都高于大气校正后再选择阈值的相关性。这反映出AOT对蓝藻水华信息提取的影响是不容忽视的,即便不能完全消除,也要选择适当的方法尽量降低其影响程度。

大气水汽含量在时间和空间上波动所造成的雷达信号不确定性延迟,是影响雷达干涉测量精度的主要因素之一。将高精度地基GPS可降水汽值用于SAR影像大气延迟的改正,需要采用合适的插值方法对GPS观测值进行空间插值。常规的逆距离权(inverse distance weighted,IDW)倒数和克里格(Kriging)等空间插值方法,由于未考虑地形对大气延迟的影响,其应用效果不理想。为此,提出了一种改进的Kriging插值方法,该方法充分考虑了高程和距离对大气插值的影响。对香港地区GPS水汽观测建立的区域水汽改正模型实验结果表明,改进的Kriging方法具有明显的优越性,可以进一步推广用于建立多影响因素的拟合插值模型。

提出一种改进的表观热惯量计算模型,以中科院栾城农业生态 系统试验站为基地,通过实测的模型参数,利用提出的表观热惯量模型计算不同植被覆盖下、不同实验区土壤含水量的热惯量值,并与土壤含水量进行相关性分析,以找到热惯量方法可以用来反演土壤含水量的适用条件(归一化植被指数NDVI的阈值)。实验结果表明,该模型监测土壤含水量是可行的,在植被覆盖度较低的情况下(NDVI≤0.35)具有较高的精度,在植被覆盖度较高(NDVI>0.35)时,热惯量模型失效,因此用热惯量方法反演土壤含水量植被覆盖时将NDVI阈值的最大值设为0.35。将该方法应用到MODIS数据中,以河北省栾城县、赵县、藁城市3 市县为研究区,分别反演该区土壤含水量,反演结果与实际情况相符合。实地取点人工监测土壤含水量为25.1%,栾城站模型计算结果为22.4%,匹配性较好,该方法在遥感数据中得到了很好的应用。

相位解缠是利用干涉合成孔径雷达(InSAR)进行DEM提取和微小地表形变测量的关键技术之一。常规的卡尔曼滤波相位解缠算法在地形平坦区域可以获得可靠的结果,但是在地形起伏较大的区域却容易产生误差的传递,致使其结果无法准确反演地表形变信息。为此,提出了一种基于DEM的SAR干涉图卡尔曼滤波相位解缠算法。该算法借助美国航天飞机测绘任务(SRTM)获得的DEM信息指导SAR干涉图解缠,以提高解缠的速度和精度。通过与常规卡尔曼滤波解缠算法的结果比较分析表明,利用SRTM DEM地形信息指导卡尔曼滤波相位解缠尤其能够提高低相干区域相位的解缠精度。

为了获得与地震有关的活动断裂带红外辐射变化信息,以2010年4月14日青海省玉树Ms 7.1级地震为研究对象,利用MODIS热红外波段遥感数据研究了地震前后发震构造甘孜—玉树断裂带的亮温演化特征,分析了地震发生当月每10 d亮温变化情况,并与2011年同期该断裂带的亮温特征进行对比。结果表明:地震前一个月内,断裂带附近亮温值偏高,亮温变化最为显著的区域出现在断裂带北端,与野外考察获得的本次地震地表破裂带位置相吻合;震后7～16 d,断裂带附近出现了明显的亮温增高现象,结合地震发生时水汽及CO变化情况,认为这一亮温增高现象与震后地下气体的大量释放有关;2011年5月断裂带附近的亮温高值可能与同年6月发生的Ms 5.3级囊谦地震有关。因此认为,断裂带亮温的显著变化对断裂活动有一定指示作用,利用热红外遥感数据研究主要断裂带红外辐射特征,对地震构造带活动性监测具有重要意义。

传统校正RPC误差一般采用地面坐标经RPC投影到图像上的像点和对应的测量像点间的多项式变换进行,但这样做就增加了参数的数目;而参数的个数随多项式变换形式的不同也不固定,又增加了RPC利用的难度。本文认为RPC本身包含的多项式参数与附加多项式参数的性质类似,提出通过直接对部分RPC进行校正的方法来消除RPC的误差。以IKONOS卫星图像为例的实验证明,在不增加附加参数的前提下,使用本文方法可以取得不低于传统方法的较高定位精度。

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。

为提高对环境与灾害监测预报小卫星1A(HJ-1A)星遥感数据分类的精度,首先将HJ-1A星HSI高光谱数据和CCD多光谱数据进行GS(Gram-Schmidt)融合,然后利用主成分分析法(principal component analysis,PCA)和核主成分分析法(kernel PCA,KPCA)分别对融合后的高光谱图像进行降维处理。KPCA降维时采用高斯、线性和多项式3种核函数,根据特征提取效果评价结果,选择累积贡献率较大的多项式核函数。最后,分别对融合后的高光谱图像、PCA主成分图像和基于多项式核函数的KPCA主成分图像进行模糊C均值分类。实验结果表明,KPCA对融合后高光谱图像的特征提取得到了较好的效果,同时提高了分类精度和效率。

为充分挖掘遥感图像本身包含的空间关系信息,弥补基于光谱信息的传统图像分类方法的不足,提高分类精度,提出了一种基于像斑空间关系的遥感图像分类方法。通过图像分割获取像斑,利用最大似然法获取初始分类结果,引入马尔科夫随机场对像斑的空间关系予以描述,通过地物的类别邻接矩阵定量地描述各地物类别之间的空间关系,从而对图像的分类结果进行修正,最后采用条件迭代的方法获取最终的图像分类结果,精度较好。实验结果表明,该方法应用于高分辨率遥感图像可取得较好的分类效果。

针对SPOT5卫星遥感数据,以面向对象的图像分析理论为基础,通过多尺度图像分割,获取不同空间尺度结构下的海域使用地物斑块,并综合分割对象的光谱、形状和语义特征,建立分类规则集,实现池塘养殖用海信息提取。结果显示,分类精度优于94%,表明对于地物混杂度较大的海岸带地区,采用面向对象的图像分析技术能有效实现较高精度的池塘养殖用海信息提取,在海域遥感监测领域中具有较好的应用前景。

对于不同地质条件、成因类型和运动距离的滑坡,在不同分辨率遥感图像上显示的影像特征往往存在较大差别,尚难以确定统一的滑坡遥感识别标志。尤其对于规模较大、形成机理和活动规律复杂的远程滑坡和复合滑坡,一直是遥感识别的难点,可供借鉴的前人研究成果不多,目前主要还是靠地面调查。在国内外滑坡遥感调查成果调研以及国土资源大调查地质灾害遥感调查、近年来地质灾害应急遥感调查研究成果的基础上,分析和总结了笔者参与调查过的巫山大清坎滑坡、千将坪滑坡、武隆滑坡及西藏102滑坡群等典型滑坡的遥感影像特征,提出了滑坡(尤其是高速远程滑坡)的遥感识别标志,以期与同行专家共商榷。

依据西昆仑地区1991—2009年Landsat TM/ETM⁺遥感图像,获取近20 a西昆仑地区冰川及其冰川融水形成的郭扎错和阿克赛钦湖的动态变化信息,并结合气候资料,分区域综合分析冰川、湖泊变化与气候变化的关系。研究结果表明:1在1991—2009年间,西昆仑冰川有显著变化,但东、西区存在较大差异。其中东区处于先减少,后增加,再减少的波动状态,而西区则处于持续减少状态。与此同时,郭扎错具有先扩大,后缩小,再扩大的变化现象,而阿克赛钦湖则在不断地缩小。2西昆仑冰川与郭扎错、阿克赛钦湖之间,存在着重要的相互作用关系,在数量上成反比。3在2000—2005年间,西昆仑冰川与湖泊面积变化差异产生的主要原因是温度,随着温度的升高,冰川面积减少,湖泊面积增大,三者的变化具有线性关系。

青海省贵德—共和—同德盆地位于青藏高原东北缘,黄河干流流经这3个盆地。为了解该区全新世以来河流侵蚀所指示的构造和气候信息,利用数字高程模型(DEM)结合地质资料,采用地质剖面网,计算了全新世以来3个盆地的侵蚀量。首先,通过一系列地质剖面选取代表更新统沉积顶面的样本点,恢复盆地内部更新统最小古沉积面,最大限度地排除更新统沉积之后因侵蚀作用造成的误差;然后,将恢复的更新统最小古沉积面DEM与现今DEM进行差值运算,获得全新世以来的最低侵蚀量和侵蚀速率。结果表明,全新世以来的侵蚀速率在接近高原内部的同德盆地最小,在高原边缘的贵德盆地最大。这种侵蚀速率在空间上的差异表明,全新世以来青藏高原东北缘的地表隆升有大于其内部隆升的趋势。

西藏改则县多不杂矿区为近年来在班公湖—怒江成矿带发现的大型斑岩铜矿区,对这一典型矿床的研究有助于对整个班公湖—怒江成矿带提出更好的找矿认识。使用美国TerraSpec便携式地物波谱仪对从多不杂矿区采集的地物样品进行波谱测试及镜下鉴定,确定矿区主要蚀变为绢英岩化及绿帘石化,地表矿化主要有褐铁矿化、孔雀石化和蓝铜矿化。矿区出露的2套花岗闪长斑岩的波谱特征存在明显差异,成矿斑岩绢英岩化蚀变较为严重;而不成矿斑岩基本无蚀变,主要零星分布在成矿斑岩的外围。对采样样品实测波谱特征与其在ASTER图像上的波谱特征的对比分析表明,两者具有良好的一致性。最后基于采样样品波谱特征,圈定了与成矿相关的绢英岩化区域,并建议绢英岩化区域为今后矿产勘察重点区域。

分形理论为流域的复杂地貌形态及其发育过程等方面提供了定量依据,为进一步深化流域水系的分形研究,以ASTER-GDEM数据为基础资料,运用GIS水文分析工具提取了格尔木河流域在不同汇流累积量阈值下的水系河网;并用盒维数法计算了相应的水系分维数,以此来描述流域的地貌形态特征;并进一步预测流域地貌的发育演化趋势。研究结果表明:在一定无标区间范围内,汇流累积量阈值和分维数拟合较好;计算得到格尔木河流域的水系分维值处于1.6～1.8之间,据此可以判断出该流域处于地貌侵蚀发育壮年期,并向壮年晚期发展,流域地势起伏大,地面切割得支离破碎、崎岖不平,河流以侧蚀为主,下切作用相对较弱,与流域高程面积积分值计算所得结论一致。

基于TM图像,采用灰度图像分割算法,自动提取南京市中心城区的不透水面、植被及水体;并用单窗算法反演了地表温度;依据离市中心的距离将中心城区分为45级缓冲区,依次统计分析每一级缓冲区内的平均温度、不透水面温度、植被温度、水体温度及各类地物的面积比例等;建立了地表温度与不透水面比例、植被比例、水体比例之间的关系模型。研究结果表明:随离市中心距离的增大,地表温度降低;植被、水体具有降温效应,水体的降温效应是植被的2.43倍;地表温度与不透水面比例、植被比例、水体比例的综合关系模型模拟效果较好。

采用RS及GIS技术,对云南省水蚀荒漠化进行遥感调查,综合分析其分布规律及成因,提出防治对策。研究表明:云南省2008年水蚀荒漠化土地面积为35 949.69 km²,占云南省土地面积的9.39%;地质环境、地形地貌等自然因素决定了云南省水蚀荒漠化的整体空间分布特征,人为因素可诱发水蚀荒漠化或加剧水蚀荒漠化程度。建议优先部署滇东、滇中典型高原中山地貌区内沉积岩中泥岩、粘土岩、碳酸盐岩分布区,第四系松散沉积物分布区,以及金沙江—红河断裂带南段等7条活动断裂附近区域的水蚀荒漠化防治工作,完善已有生态环境保护工程,减轻人口压力,规范矿业开发等工业活动,防止人为因素诱发和加剧水蚀荒漠化。

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。

利用环境减灾一号卫星(HJ-1)、北京一号卫星(BJ-1)和中巴资源卫星02B星(CBERS-02B)3种国产卫星图像,选取全国范围内6个地形各异的地区,进行了土地利用宏观监测分析评估。采用多种现状信息提取方法,从分类方法、样本数量和特征数据对分类精度的影响进行了比较和分析。发现最大似然法简单易行,精度较高且稳定;面向对象法可明显提高HJ-1图像和BJ-1图像的分类精度。基于最大似然法,CBERS-02B图像样本数为50时,分类精度趋于稳定,且Kappa系数可达0.8以上;HJ-1图像和BJ-1图像样本数达60时精度趋于稳定,Kappa系数可达0.7以上。增加NDVI,DEM等特征数据可提高CBERS-02B图像分类精度,增加DEM特征数据可提高HJ-1图像和BJ-1图像分类精度。在全国范围内实现每2-3年1次的土地利用宏观监测时,为了保证在全国范围内都能获取有效数据,可综合考虑多种中分辨率国产卫星数据的综合应用,本文的结论为宏观监测提供了监测精度和技术方法上的科学参考依据。

为了解福建省龙岩市景观生态安全程度及空间分布规律,运用"压力-状态-响应(press-state-response,PSR)"概念模型构建了城市景观生态安全评价体系。结合多时相遥感数据、GIS技术和景观生态学理论,通过空间叠加分析得到2001年和2008年龙岩市景观生态安全综合指数分布图。研究结果表明:2001—2008年间,龙岩市景观所承受的外界压力增加,各类景观结构稳定,景观活力、生态状态处于良好水平;2001年景观生态安全均值为7.27,处于较高安全水平,2008年平均值为6.65,处于中等安全水平。因此,研究时段内龙岩市景观生态安全状况处于好中临降的趋势,建议在今后的城市规划与建设中优化土地利用格局,以提高城市景观生态安全指数值。

以IKONOS数据为信息源,对甘肃省白银铜矿区进行矿山开发占地信息提取实验研究。在经过预处理的图像上对研究区内的地物进行光谱采样,分析地物的光谱特征;并进一步建立合适的波段计算经验公式,用密度分割函数将矿山背景与占地信息区分开,消除了背景干扰;再根据光谱特征建立新的波段处理模型,对只有矿山占地的图像进行第二次密度分割,将矿山占地信息细分,通过目视解译为占地信息赋予属性。实地查证结果表明,利用计算机提取矿山占地信息能弥补目视解译的不足,不仅节省人力、物力、财力和时间,而且信息提取结果准确,具有实际应用的意义,对同类地区的矿山占地信息提取具有一定的参考价值。

我国小型尾矿库数量占尾矿库总量的80%,当前矿山环境形势十分严峻。以WorldView-2高分辨率遥感图像为数据源,通过目视解译提取出大冶陈贵镇的尾矿库信息(小型尾矿库74个,占地面积58.95 hm²);利用最邻近距离法得出尾矿库对4类地物的危害由大到小依次为道路>水体>农耕地>居民点;选取大冶市DEM数据模拟水系和流域轮廓信息,使用ArcGIS提取出分级河网和集水流域数据;以流域为整体单元划分出尾矿库对环境影响的区域(面积达59.96 km²),并结合陈贵镇小型尾矿库的分布规律和特点,预测和分析尾矿库对环境产生的影响,为相关部门加强对小型尾矿库的环境监测和生态治理提供了重要参考依据,显示出遥感技术在小型尾矿库分布特征及环境影响分析中发挥的重要作用。

针对漓江流域自然地貌被人为破坏的现状,以0.61 m分辨率的QuickBird 2和5.6 m分辨率的IRS-P6卫星遥感数据为信息源,在ENVI和MapGIS软件的支持下,对漓江流经桂林市区段,即兰洲大桥—磨盘山大桥之间约30 km河岸自然地貌遭受人为破坏的现状开展了遥感调查。通过遥感图像处理、分析和人机交互解译,对3种河岸地类(农林用地、建筑用地和自然景观区用地)进行了测量与统计分析,结果表明:2009年漓江两岸农林用地占岸长度为河岸总长度的57.78%,建筑用地占35.95%,自然景观用地仅占6.27%。这说明,随着桂林城市规模的急速扩展,人类活动对漓江自然地貌形态造成了严重破坏,漓江综合治理已经刻不容缓。

基于对空间数据特点的分析,结合当前的空间数据存储技术,通过对元数据标准的扩展解决多源空间元数据交换的问题;利用单机多空间数据库引擎(spatial database engire,SDE)数据存储技术解决多源空间数据定位及共享的问题;通过建立空间索引数据库,在单机多SDE的基础上,解决空间数据的快速检索定位的问题;从而实现多源空间数据的组织和管理,构建基于地质信息元数据标准的多源空间数据管理系统,为解决资源与环境遥感信息基础平台建设中的空间数据多源、空间数据共享及空间元数据交换打下基础。

利用GIS空间分析方法,基于ArcGIS Engine与Microsoft VB.NET技术,设计实现新一代多普勒气象雷达数据三维可视化与预警分析系统。该系统可实现基于地理信息的雷达数据的坐标转换、统计与动态分析、三维可视化、自动预警、应急通信以及专题制图等主要功能。在多普勒雷达数据应用中首次建立了基于GIS空间分析的自动预警模型。实际应用表明,该系统可为精细化短时气象预报提供有效支持。