接缝线的自动生成是遥感图像镶嵌处理中的一个关键步骤,也是数字正射影像图(DOM)产品生产的关键环节之一。由于接缝线与镶嵌图像中地物的完整性和色彩一致性密切相关,接缝线的自动生成直接决定着图像镶嵌处理的质量和效率,因此一直是国内外众多学者的研究热点。介绍了接缝线自动生成的原理,系统总结了基于重叠区影像差异的方法、基于同名点的方法、基于辅助数据的方法和基于形态学的方法等4类接缝线自动生成方法,对比分析了这些方法的优缺点,并展望了进一步优化接缝线的前景。

为了对星载时间延迟积分电荷耦合器件(time-delayed-integration charge coupled device,TDI CCD)相机动态成像过程中各环节的调制传递函数(modulation transfer function,MTF)和信噪比(signal noise ratio,SNR)的退化机制进行研究,以各个环节MTF和SNR的数学模型为节点,以信号传输和转换过程为主线,探讨了各个环节的信号描述及MTF和SNR退化模拟方法; 提出以快速傅立叶变换和特定分布随机数生成算法为基础的MTF和SNR综合响应数学模拟流程。上述方法可以对单一环节或几个连续环节的MTF和SNR综合响应进行模拟。利用该方法对TDI CCD相机的沿轨MTF、穿轨MTF和SNR进行了模拟试验。

针对高辐射分辨率遥感图像(high radiation resolution remote sensing image,HRRRSI)在普通显示设备上的显示问题,提出了一种适用于HRRRSI显示的新算法。该算法通过对高辐射分辨率图像中大梯度域的梯度衰减来实现,能够在常用的显示设备上对HRRRSI的细节信息进行精确显示。该算法实现的技术路线为: 首先,对真实HRRRSI的亮度动态变化范围进行压缩处理; 然后,将压缩后的遥感图像进行重建,得到低动态域的图像; 最后,通过与常用的线性拉伸处理结果进行对比,验证该算法的有效性。结果表明,本文算法在实现HRRRSI灰度动态范围大幅度压缩的同时,能够较好地保持图像的细节信息和抑制一般的边缘效应。

多源高空间分辨率遥感图像的综合分析处理对地表测绘、灾害应急响应、军事侦察等领域具有重要意义,而如何获取较高精度的地面点坐标是多源遥感图像综合分析与应用所需解决的首要问题。为解决该问题,在有理多项式系数(rational polynomial coefficient,RPC)的理论框架下,构建了基于RPC的多源遥感图像平差模型,用于改正初始RPC模型的系统误差,以得到较高精度的定位结果。为验证本文提出的平差方法的正确性,采用IKONOS和GeoEye-1全色立体像对进行了联合平差试验。结果表明,基于RPC的多源遥感图像联合平差模型是正确的,对控制点依赖较少,定位精度较单源立体像对平差的定位精度高,具有较大的应用潜力。

针对全色图像的冰雪识别问题,以过渡区理论为基础,提出基于过渡区特征的冰雪识别方法。首先利用K-均值聚类方法分离云、雪与其他地物,再通过SUSAN(smallest univalue segment assimilating nucleus)边缘检测提取过渡区图像; 然后设立描述过渡区大小的特征量——厚度,并与过渡区的均值和方差特征量组合成特征向量,用以分析过渡区特征,识别具有冰雪过渡区特征的点,构成冰雪边界; 最后经过边界生长和区域填充,实现冰雪识别。以"北京一号"小卫星全色图像为遥感数据源,应用该方法及过渡区阈值法、迭代自组织法和面向对象纹理分析法分别提取冰雪覆盖区。该方法的冰雪识别精度达到97.39%,明显高于其他识别方法,表明该方法能获得较高精度的冰雪识别结果和丰富的边缘信息,可为云雪分离及雪线提取等方法研究提供参考。

针对基于暗像元的大气校正问题,为了从机理上阐明和实验上证明"伪暗像元"的尺度特性,以7景同步获取的印度卫星高级广角传感器(advanced wide-field sensor,AWiFS)和线性扫描相机(linear imaging self-scanner,LISS)图像为数据基础,以太湖和黄河口浑浊Ⅱ类水体为研究对象,研究和探讨在2种尺度下图像的"伪暗像元"表观反射率之间的差异。研究结果表明: 1通过不断地细化尺度,可以将"伪暗像元"分解为若干至少包含一个"暗像元"的亚像元; 2"浑浊Ⅱ类水体区域是否存在适用于大气校正算法的暗像元"是一个隐含尺度特性的结论; 3在黄河口和太湖区域,AWiFS和LISS传感器图像因像元尺度不同而引起的暗像元反射率的偏差大约为8.98%; 4线性模型y=0.996 x-0.003 1能较好地将AWiFS图像的"伪暗像元"表观反射率纠正到LISS图像的"伪暗像元"表观反射率的水平,其回归误差为1.86%。

针对应用单特征SAR图像进行目标识别准确率低的问题,提出了一种将支持向量机(support vector machine,SVM)和D-S证据理论(Dempster-Shafer,D-S)相结合的多特征融合SAR图像目标识别方法。该方法在对SAR图像预处理的基础上,提取目标的纹理、Hu不变矩和峰值特征,并分别以这3类单特征的SVM分类结果作为独立证据,构造基本概率指派,通过D-S证据的组合规则进行融合,并根据分类判决门限给出最终的目标识别结果。将该方法用于SAR图像上的3类目标识别,识别率达95.5%,表明该方法是一种有效的SAR图像目标识别方法。

浙江省沿海地形地貌复杂,许多临海或近海岛屿滩涂无法采用传统方式测量潮间带的高程。为解决潮间带高程人工上滩测量困难问题,对利用无人机遥感技术结合潮位观测实现潮间带高程测量的方法进行了研究。首先,结合现有资料确定航摄区域和潮位基本信息; 然后同步进行无人机航摄作业和潮位观测外业; 最后,通过航摄获取的正射影像数据绘制高精度的水陆边线,对潮位观测数据插值,实现潮间带高程测量。研究结果表明: 该方法能定量描述潮间带高程信息,是对传统潮间带高程测量方法的一种补充,已成功应用于2012年浙江省滩涂资源调查项目,具有操作简单、可行性强及经济效益高等特点。

针对三维激光多视扫描点云数据的配准问题,提出了一种基于空间相似变换原理的同步配准新方法。首先借助罗德里格矩阵求取各测站与基准坐标系下的转换参数; 然后根据各测站之间的联系,对变换的初始参数进行联合平差,利用同步配准模型求得改正后的变换参数,实现多视点云同步配准; 最后使用Realworks Survey软件中基于目标的配准工具进行处理,利用配准结果实现对该算法的验证。通过分析同步配准误差来源及对比二者的精度,证明三维激光扫描多视点云数据同步配准方案具有可行性和实用性。

针对建筑物表面裂缝的探测问题,设计了一种通过红外热成像技术检测建筑物表面温度,从而进行裂缝探测的方法。该方法分别使用Matlab和仪器附带软件对外业采集的热像图进行相关处理,增强裂缝显示效果,达到探测目的,简化了图像处理流程。需要指出的是,文中所述探测方法以水为介质。为了验证该方法的有效性,对杭州市某小区有裂缝的建筑物进行了探测实验,结果表明该理论与方法具有一定的实用价值。

遥感图像的二维散点图是表达2个波段组合光谱空间结构信息的最佳图示方式,但以往的工作只是研究了光谱数据点阵空间的背景-异常子空间模型,遥感图像二维散点图的分布规律、形态规则、多层次聚类套叠等基本空间几何结构特征,基于2个波段概率密度联合高斯分布模型估计二维散点图的椭圆几何参数,以及遥感图像背景、干扰与蚀变异常同二维散点图空间结构的关系等。该文进一步研究了基于物理意义的遥感图像二维散点图的类型划分问题,并通过实例分析阐述了不同类型的二维散点图在遥感蚀变信息提取中的应用,表明依据这样的类型划分不仅能够定位出相应遥感图像的背景、干扰与蚀变信息,而且可以为遥感蚀变信息提取方法的选择提供理论依据,具有较好的应用效果。

为了更好地进行土壤水分反演,发展了一种基于ALOS/PALSAR数据、利用自适应神经模糊推理系统(adaptive neuro fuzzy inference system,ANFIS)反演土壤水分的方法。首先,根据研究区实际情况,利用AIEM和Oh模型模拟了试验区裸土区的后向散射特性,建立了后向散射系数与地表粗糙度之间的关系; 然后,考虑到研究区地表粗糙度几乎没有变化这一情况,设定了地表粗糙度对后向散射系数的影响为常量; 在此基础上,分别利用ANFIS,BP神经网络、多元线性回归和多元非线性回归方法构建了裸土区土壤水分的反演模型,并利用野外实测数据对模型进行了验证。研究结果表明,采用ANFIS方法构建的模型反演精度最高,其均方根误差为0.030,相对误差为14.5%。因此,可以利用ANFIS 方法反演裸土区的土壤水分含量,其反演结果具有较高的精度。

利用卫星遥感手段自动、快速、准确地测定海岸线动态信息是遥感应用的一个重要领域,对海域管理规划具有重要意义。由于近岸水体光谱特征受区域环境影响较大,在水陆分离过程中,利用传统的归一化差值水体指数(normalized difference water index,NDWI)阈值分割法时,一部分近岸水体易被错分为陆地,严重影响了岸线提取精度。为此,在NDWI模型的基础上,提出了基于样本自动选择与支持向量机(support vector machine,SVM)的海岸线遥感自动提取算法。首先进行NDWI计算与全局阈值分割,实现水体信息的初步提取; 再通过NDWI信息控制初始样本的自动选择; 然后利用SVM分类器对水体再次分类,实现海陆分离; 最后填充小的陆地水体单元,实现岸线自动跟踪。实验结果表明,该方法能有效增强对近岸水体的识别能力,提高海岸线遥感提取的精度和自动化程度。

在高分辨率遥感图像中,可以在没有任何先验知识的前提下,仅采用待处理图像本身的色调特征,基于植被视觉认知特征,高精度地提取出植被区域。为了提高该方法在色调较暗图像中的提取精度,在简要阐述该方法原理的基础上,针对该方法在色调较暗图像中容易发生非植被区域误判、植被信息提取精度不高的不足,对其进行了技术改进——将植被指数(NDVI)法加入到该方法中,并在检测植被区域轮廓前进行一次数学形态学闭运算。改进后的方法可以很好地去除非植被区域的误判,使其在色调偏暗的图像中也具有一定的提取精度,扩展了该方法的适用范围。

同时存在多种地物干扰影响时,如何利用遥感软件ERDAS的可视化编程Modeler模块生成符合某种条件的二值掩模图像及多值掩模图像,在以往文献中很少有介绍,但这项技术的确是去除干扰信息及提取有用信息的关键一步。针对此问题,探讨了基于该模块生成二值和多值掩模图像的方法; 将生成的多值掩模图像应用于卫星遥感图像处理,得到无干扰信息的遥感图像; 并在此基础上用主成分分析法提取遥感铁染蚀变信息及羟基蚀变信息。结果表明: 利用此方法生成的多值掩模图像应用于卫星遥感图像处理,可有效去除干扰信息,剔除假异常信息,为遥感蚀变信息提取提供高质量的基础数据。

针对无法直接获取训练样本的遥感影像分类问题,从满足条件的其他影像中选择替代训练样本是最直接的方法,但由于地物类型在不同影像中的辐射环境不同,导致替代训练样本对待分类影像的代表性较差,无法保证分类精度。以直推式支持向量机(transductive support vector machine,TSVM)分类为例,发展了一种基于半监督学习的遥感影像训练样本时空拓展方法。该方法采用非监督方法从待分类影像中选择大量未标记样本,挖掘各类地物在特征空间中的结构信息; 以替代训练样本所拟合的分类面为初始面,通过自适应渐进式的优化,实现对待分类影像的高精度分类。该方法要求训练样本的来源影像与待分类影像具有相似的地物分布和相近的时相。以SPOT5和QuickBird影像分类为例,分别通过基于像元的和基于分割对象的分类实验证实,该文提出的方法可有效地实现训练样本的时空拓展应用。

为了获取高精度的数字表面模型(digital surface model,DSM),提出了利用离散的三维激光点云和建筑物轮廓线构建DSM的方法。首先,利用不规则三角网(triangulated irregular network,TIN)渐进滤波算法对激光点云进行预处理,得到地面点和非地面点; 然后,基于高程纹理提取非地面点中的建筑物脚点,根据脚点的深度影像图,利用Canny算子提取建筑物边缘,用方位角聚类规则法对建筑物边缘规则化; 最后,采用提取的离散地面点数据和建筑物轮廓矢量线构建DSM。采用柳州地区的一组机载LiDAR数据对该方法进行了实验验证,结果表明,通过该方法构建的DSM,建筑物的边缘信息比较精确。

大气波动严重地制约了传统D-InSAR技术在缓变形滑坡体形变监测中的应用。为此,针对树坪滑坡区特殊的地理位置、复杂的地形地貌特征以及多雨潮湿的气候条件,通过分析湿延迟相位随高程变化的空间分布特征, 分别建立了空间局部区域内大气效应与相应高程之间的最优函数校正模型,将模拟的湿延迟相位从解缠相位中去除,最终恢复出树坪滑坡体的形变场。试验结果表明,该方法显著地降低了干涉图中的湿延迟相位,清楚地框出了树坪滑坡体形变场在11d中的位置、大小及其分布情况,这对三峡库区缓变形滑坡体的全面监测具有重要意义。

选取面向对象的方法,对无人机影像进行土地利用信息提取。通过对获取的原始无人机影像进行预处理,选取合适的分割参数对实验区进行多尺度分割,找出不同地物最优分割尺度,建立多尺度分割分类的层次结构体系,然后依据地物分类特征差异,在各自最优分割尺度层建立地物特征提取规则,实现土地利用信息的提取。研究结果表明,针对无人机高分辨率影像,运用面向对象的多尺度分割影像信息提取技术,可充分利用影像中包含的纹理、形状、大小及其相互空间信息,快速、准确地进行土地利用信息提取。

为实现石嘴山矿区地表环境动态变化遥感监测,选取覆盖石嘴山矿区的20世纪70年代(1970s)航空遥感图像、2003年SPOT5卫星图像和2009年RapidEye卫星图像,结合野外实地调查资料,建立了完善的地类解译标志; 基于ArcGIS软件,对3个时相、不同传感器的遥感图像进行人机交互解译和解译结果叠加分析,得出1970s-2003年和2003-2009年地类变化图; 通过对地类变化图的统计分析,得到矿区地类变化及相互转化情况,进而分析其变化规律及成因。结果表明: 1970s-2003年间,石嘴山矿区地类变化主要体现为由基础设施建设和水土流失造成的植被覆盖区和耕地向城镇居民点及荒地的转化,而采矿活动则造成煤矸石山、煤堆、水体等地物面积的增大; 2003-2009年间,植被覆盖区面积增幅最快,而煤矸石山、煤堆等矿山地物面积减小明显,这与矿区的地质环境治理恢复密不可分。

为了探索对煤矿开采过程中产生的粉尘污染进行定量监控与防治的方法,尝试利用地物的高光谱特征快速反演区域粉尘污染范围及其相对程度。以重庆市万盛采矿区为研究区,利用ASD便携式地物光谱仪对该区域被粉尘污染的典型农作物进行高光谱反射率测定,并对植被总体光谱反射率和在1 000 nm与1 200 nm附近的光谱小吸收谷的异常进行分析。结果表明,该区域受到的粉尘污染以南桐煤矿南部和砚石台煤矿西南部最为严重,其中受粉尘污染影响最明显的农作物为牛皮菜、莲花白和冬寒菜。通过对比各种受粉尘污染农作物光谱数据,间接得出各区域粉尘污染的相对程度,提供了丰富的农作物光谱实测依据,为进一步的大气粉尘污染遥感定量研究奠定了基础。

利用新疆维吾尔自治区且末绿洲1998年、2001年、2006年、2011年4期TM/ETM⁺图像,基于森林郁闭度制图模型FCD模型(forest canopy density mapping model, FCD)构造复合植被指数,对且末绿洲地区近13 a的植被覆盖度进行了反演,得到植被覆盖度等级图,分析并揭示出且末绿洲植被覆盖的时空变化特征,对其变化的影响因素进行了探讨。总体来说,且末绿洲13 a来总植被覆盖面积增加了742.64 km²,绿洲在向外扩张; 各阶段的植被覆盖度变化表现出波动性,1998-2001年、2006-2011年间植被恢复面积(植被向较高覆盖度转移)分别是植被退化面积(植被向较低覆盖度转移)的2.98倍和1.79倍,植被恢复状态较好,而2001-2006年间出现较严重的植被退化状况,植被退化面积为435.3 km²,植被恢复面积仅为5.41 km²; 且末绿洲植被覆盖度的变化受春夏季温度、降水及大规模的防护林、灌溉系统建设等多重因素的影响。

为进一步探讨新疆维吾尔自治区北山库姆塔格地区沙漠成因和保护生态环境提供依据,分析了该区沙垄的形态特征。对库姆塔格沙垄地区的ETM遥感图像裁剪出相对应的沙丘形态类型图像,并进行锐化增强处理; 基于SRTM数据,通过ArcGIS软件的三维分析模块得出库姆塔格沙垄的高程图; 根据当地的地形地貌特点绘制简易的主风向图; 详细分析每种类型沙丘的特征。研究表明: 库姆塔格沙垄由于其独特的自然地理特点,形成狭长的"S"型沙垄,沙丘形态复杂多样; 该区沙丘类型主要以新月形沙丘链和复合型纵向沙垄为主,单个新月形沙丘较零散,线性沙丘分布较少,树枝状沙丘还处于雏形。

黄河中游地区荒漠化形势十分严峻,为了更好地掌握该区荒漠化变化情况与影响因素,利用全国生态地质环境遥感调查与监测项目提供的1975年、1990年、2000年、2007年4期荒漠化遥感解译变化统计图,提取黄河中游地区32 a来的荒漠化变化信息,利用MapGIS 6.7软件平台对研究区荒漠化情况做了统计分析,并利用SPSS软件对荒漠化的影响因素做了主成分分析,探讨黄河中游地区荒漠化的变化特征以及不同影响因素在荒漠化发展中的作用。结果表明: 近年来局部地区荒漠化有所缓解,2007年总荒漠化面积较1975年减少了2.43×10³ km²; 但总体形势依然严峻,荒漠化面积超过研究区总面积的60%。风成地貌类型上的荒漠化最严重,占研究区总面积的43.1%。短期内,人为因素对荒漠化发展的影响占52%,气候因素的影响占48%,也就是说,相对恶劣的气候条件和不断增强的人类活动共同影响着当地荒漠化的发展。

将多时相卫星遥感图像叠加技术与GIS空间分析方法相结合,对研究防城港海岸线演变特征及预测海岸线变化趋势具有重要的现实意义。首先,对防城港2000年11月及2010年10月获取的2个时相TM图像进行预处理、海岸线特征信息提取及空间分析; 然后,根据相关控制因素及相应的邻居规则建立元胞自动机(cellular automata,CA)模型,利用蒙特·卡罗方法(Monte Carlo method)结合控制因素进行判断,最终确定元胞的转化状态。通过2010年实际海岸线与预测海岸线的叠置分析得知,2010年预测海岸线的数量精度为83.65%,空间位置精度为93.45%,都在误差允许范围内,证明利用蒙特·卡罗CA模型预测海岸线的方法是可行的。最后,结合CA模型算法及Matlab仿真技术实现了对2020年防城港海岸线的预测。

渤海湾沿岸快速的工业化和城市化使得该区土地利用和海岸线发生了巨大变化,研究选用2000年、2005年和2010年的Landsat TM\ETM遥感数据,通过人机交互解译方法和GIS空间分析技术,完成了海岸线的提取和渤海湾沿岸部分区域的土地分类,全面分析了渤海湾海岸线变迁和土地利用的空间变化特征,并将定量分析与定性分析相结合,揭示了该区域海岸线变化和土地利用的幅度、速度和区域差异。研究表明: 渤海湾海岸10 a内发生了大幅度的变化,变化趋势是由陆向海推进,陆地面积增加了约322 km²,海岸线增长了约331.6 km; 从沿岸的土地利用类型来看,人工建筑和建筑未利用地不断增加,天然裸地,湿地等资源大幅减少,滩涂损失最多的区域是天津港地区(89%),盐田坑塘养殖池被占用最多的是天津汉沽段(55%)。2000-2005年天津港地区的海岸线和陆地面积变化明显加快,2005-2010年曹妃甸港围填海速度最快,2005年以后渤海湾地区的变化速度快于前5 a。这些变化的主要驱动因素是人类经济活动带来的过度开发。

针对三维环境下地质灾害遥感解译成果制图需借助第三方软件,难以自动实现的问题,介绍了基于三维GIS平台iTelluro(网图)的地质灾害遥感解译成果的自动成图方法。以遥感解译专题图制图规范为依据,根据用户选择的比例尺和制图范围,从影像数据库和三维GIS图层中自动获取遥感影像图层、矢量图层、地质地理图层和解译专题图层数据,设置专题地图的渲染样式,并在基于iTelluro的地质灾害三维遥感解译系统上实现了该方法。该方法提高了地质灾害遥感解译成果的制图效率,可及时为地质灾害防治与应急提供信息产品。

为了有效管理和利用资源环境遥感研究过程中积累的海量空间数据,设计资源环境遥感海量空间数据存储、检索及访问方法。针对不同数据类型和特点的海量空间数据,采用空间数据库、文件目录方式和Web Service等方法实现数据存储和发布。在空间查询二步算法的基础上,设计了基于空间位置的海量空间数据检索方法,可以检索以Mapping和Web Service等方式发布的数据,解决用户快速查找数据的问题。利用分层分块和可视区域格网索引等方法优化空间数据的传输、加载和显示等性能,并进行了相关性能测试。所设计的方法通过探讨数据的存储策略、数据的检索策略以及数据的访问展现策略,解决了海量空间数据应用中的数据有效管理、数据的精确定位以及数据快速传输呈现的问题。并基于此方法构建了资源环境遥感应急监测基础设施的基本框架。

基于多源空间数据集成研究现状分析,提出了利用SuperMap SDX+空间数据引擎的数据直接访问模式来实现多源图像情报空间数据集成的构想; 设计了空间数据库的多源图像情报内容体系结构,构建了多源图像情报空间数据的存储模式和集成管理模型; 研究了组件式GIS的技术特点和应用优势,分析了多源空间数据无缝集成技术的体系结构。在此基础上,设计了多源图像情报空间数据集成应用技术方案框架结构,最后开发了原型系统,验证了本文理论的合理性。研究成果较好地实现了多来源多影像格式和多情报样式的空间数据集成,并基于数据集成进行了目标图像情报查询、对比辅助判读和目标专题制图应用。

为缩短规划道路数据的更新周期,提高数据质量,实现数据共享,设计开发了北京市规划道路数据管理系统。研究了规划道路中线条件编号表的设计以及规划道路中线点属性表中曲线标识、曲线位置、非正常曲线标识设置情况; 实现了曲线元素计算、派生红线图形编辑和规划道路中线图形输出。系统通过了专家鉴定,并被北京市测绘设计研究院等多家单位使用,实际应用证明,本系统设计合理,达到了预期目的,产生了良好的社会经济效益。