随着遥感地质调查技术的深入发展与应用的日趋成熟,遥感地质调查技术已在地质调查的各个领域取得了丰富的应用和研究成果,为遥感地质调查技术标准体系(technical standard system for remote sensing geological survey,TSSRSGS)的制定或修订奠定了基础; 而多年来遥感地质调查技术标准体系的严重缺失,也在一定程度上影响了遥感地质调查技术应用的广度和深度,不能完全适应国家地质工作的迫切应用需求。针对上述情况,在分析新一代遥感地质调查技术发展与应用现状的基础上,通过对已有遥感地质调查技术规范、标准的梳理和问题分析,依据地质调查标准体系建设的要求,提出了建设TSSRSGS的总体思路、任务目标、体系构成、建设内容和未来设想等,以期推进TSSRSGS建设工作,促进遥感地质调查技术与应用工作跃上新台阶。

森林生物量是地表碳循环研究的重要组成部分,对其进行准确估测对区域乃至全球的森林状况和气候环境问题有重要意义。合成孔径雷达(SAR)以其独特的成像机制、全天候全天时的成像特点以及对森林冠层的穿透能力,在森林资源调查和森林制图研究领域发挥着巨大的作用。该文首先总结了林业上传统的森林生物量估测方法和基于光学遥感和激光雷达(LiDAR)数据的森林生物量估测方法; 然后重点阐述了利用SAR后向散射(不同极化方式)、干涉相干性及极化干涉等信息进行森林生物量反演的方法; 最后总结了利用SAR数据进行森林生物量估测的发展趋势。

以内蒙古河套地区解放闸灌域为研究区域,以实测生物量与土壤含水量及其关系方程为研究基础,建立了基于光能利用效率(radiation use efficiency,RUE) 的区域蒸散量反演模型; 以陆面能量平衡(surface energy balance algorithm for land,SEBAL)模型为参考,对反演的同一时期的区域蒸散量进行对比分析。结果表明: RUE与SEBAL模型反演的区域蒸散量在空间分布和纹理特征方面具有相似性且相关性较高,决定系数高于农业技术推广支持系统(decision support system for agrotechnology transfer,DSSAT)与SEBAL的; 基于RUE建立的区域蒸散量反演模型能够较好地反映区域蒸散量,在监测区植被(或作物)单一的前提下,是一种有效方法。

针对遥感图像自动配准的问题,提出了一种基于改进定向二进制简单描述符(oriented brief,ORB)算法的遥感图像自动配准方法。该方法主要由3个步骤组成: 首先是特征匹配,利用改进的ORB算法提取特征点,并建立描述符进行匹配,获取初始控制点; 然后采用随机采样一致性方法,结合变换参数估计,剔除可能的错误匹配; 最后利用最小二乘法估计的变换参数,对图像进行几何纠正。分别利用2组卫星光学遥感图像和1组SAR图像进行基于改进ORB算法的自动配准方法试验,并与基于尺度不变特征变换(scale-invariant feature tramsform,SIFT)算法和加速鲁棒性特征(speeded up robust features,SURF)算法的自动配准方法进行了比较。试验结果表明,该方法能获得与SIFT算法和SURF算法相当或者更高的配准精度,并在配准效率上有较大提高。

针对高分辨率遥感图像城市道路提取中存在的问题,在面向对象方法和数学形态学等理论基础上,提出了一种基于改进的分水岭分割算法的道路提取方法。在图像预处理基础上,首先使用改进的分水岭算法分割影像,提取基本的道路信息; 然后利用面向对象方法提取道路基元,完善道路信息; 最后将道路信息二值化,并采用数学形态学等方法进行优化,去除和修补不完善的道路。结果表明,该方法能有效地提取出城市地区的道路信息,对较复杂的道路环境也有较好的效果。

将植物叶片光谱模型PROSPECT、植被冠层光谱模型SAIL与大气辐射传输模型6S进行耦合,模拟不同参数条件下植被星上光谱信息在400~900 nm谱段的变化,并分析从地表植物叶片光谱、冠层光谱到卫星入瞳处光谱的过程中,植物叶片的叶肉结构参数、叶绿素含量、干重、叶片含水量和植物冠层的叶面积指数(LAI)、太阳天顶角、气溶胶光学厚度、地表邻近效应以及混合像元等参数对植物光谱的影响。研究结果表明,由大气引起的误差要远大于由植物本身的各种生化参数引起的误差; 在叶片尺度上引起反射率发生变化的主要因素是叶绿素含量和叶肉结构参数,含水量的影响非常小,可以忽略; 在冠层尺度上引起光谱发生变化的因素主要有LAI和叶片倾角。

为了对岷江上游"生态水"的估测提供有效的数据源和方法,利用高光谱遥感技术定量研究了植被反射光谱与植被含水率的关系,测定了研究区多个采样点棕榈叶片的反射光谱和对应的含水率,通过二者的相关分析和逐步回归的方法提取敏感波段; 为避免敏感波段之间相关性影响,采用主成分分析法提取主成分,建立主成分与含水率的定量分析模型,并建立主成分与标准自变量的回归方程,然后建立各个标准变量与原始自变量(反射光谱敏感波段)的回归方程,最终转换为植被含水率与反射光谱之间的模型。结果表明: 棕榈叶片反射光谱在454 nm,668 nm,1 466 nm,1 664 nm和1 924 nm波段处与含水率显著相关; 采用主成分定量分析模型的估算值与实测值相关系数为0.92,均方根误差为0.06。

准确估算草地地上生物量对合理规划区域畜牧业、评估草地植被的生态效益有重要意义。利用每月两次的野外调查资料和对应的MODIS植被指数,以GIS空间数据处理技术和多元统计分析方法等为手段,建立了西藏高寒草甸、高寒草原和温性草原3个典型草地类型的地上生物量遥感估算模型和方法。结果表明: MODIS植被指数更适合于高寒草甸和高寒草原的地上生物量估算,对于高寒草甸,最佳估算模型是基于归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)的三次多项式,其相关系数为0.82; 对高寒草原,则是基于增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)的三次多项式,相关系数达0.83; 由于温性草原存在很强的空间异质性,估算效果较其他2个草地类型差。MODIS植被指数对草地生长期鲜草生物量的估算和模拟效果要优于总地上生物量。在生长期,高寒草甸和高寒草原的鲜草生物量与植被指数之间的相关系数都大于0.8,最高达0.92; 对温性草原,两者的相关系数也均大于0.67,其中,NDVI是高寒草甸和温性草原鲜草生物量估算的最佳植被指数,对高寒草原则是EVI。对同一草地类型,由于地上生物量差异较小,使得相比其他模型,线性或多项式回归模型更适合于西藏高原草地地上生物量的估算。

根据遥感影像解译中的信息传递模型提出了一种基于特征映射模式分析的对象级变化检测方法。该方法首先通过矢量辅助数据获取影像对象,然后提取对象的光谱特征和纹理特征,再采用非监督聚类方法获得对象的特征簇; 根据矢量辅助数据的类别信息,逐类分析对象多时相特征簇之间的映射关系; 找出对象基准期和检测期特征簇映射模式与同类其他对象不一致的对象,将其标记为变化对象。实验结果验证了该方法的可行性与有效性,为对象级变化检测方法研究提供了一条新的技术途径。

为了从多源遥感图像中提取震害信息,研究了一种图像自动配准的高精度算法。首先,利用Moravec算子提取图像的特征点,并采用随机抽样一致性(random sample consensus,RANSAC)算法剔除误匹配点; 然后,根据特征点对图像进行对数极坐标变换,求得基准图像和待配准图像间的旋转和缩放因子; 进行旋转角度和缩放系数补偿后,采用与相位相关的亚像元级算法计算图像间的偏移量; 最后,利用插值算法对待配准图像进行重采样,实现待配准图像与基准图像的几何配准。将配准后的震前和震后图像作为分类目标,分别进行基于特征的分类和震害信息提取,并对分类结果进行变化检测。实验结果表明,该算法流程具有较高的鲁棒性与配准精度,适用于多源遥感图像配准,所提取的震害信息能较好地应用于震害评估。

与中低分辨率SAR图像相比,高分辨率SAR图像受目标复杂性和成像噪声等因素的干扰更为严重,致使应用高分辨率SAR图像检测震害目标变得更加困难。传统的适用于中低分辨率SAR图像的震害信息提取方法对于高分辨率SAR图像有一定的局限性。为了从高分辨率SAR图像中更加准确地提取震害信息,从SAR图像成像机理和目标的后向散射特征出发,对建筑物和道路、桥梁的震害特征进行了细致分析,为寻求合适的目标检测和提取方法提供了思路。

基于玉米冠层结构参数实测数据和Matrix-Doubling(MD)模型构建了玉米出苗期至抽穗期的冠层多波段、双极化微波辐射特性模拟数据库; 通过对模拟数据的回归分析得到了玉米冠层在各波段的微波发射率及其与透过率之间的经验关系,并将经验关系应用于0阶微波辐射传输模型; 结合土壤发射率模型构建了玉米冠层覆盖地表的微波辐射亮温参数化计算模型,并基于该参数化模型、利用玉米样地微波亮温观测试验数据,采用迭代方法进行了玉米叶面积指数(LAI)的反演。研究表明,LAI反演值与实测值的相关系数r>0.9,说明多波段被动微波遥感数据在植被冠层LAI反演方面具有较大的应用潜力。

为研究如何利用遥感技术进行蛇绿岩岩矿信息识别和提取,以藏东罗布莎蛇绿岩为例,基于ETM和ASTER遥感数据,分别采用比值法和主成分分析法提取羟基类(蛇纹石、绿泥石)和铁染类(磁铁矿、橄榄石)矿物信息; 利用纯净像元指数法(pure pixel index,PPI)提取端元波谱,结合地面已知岩性信息,分别采用光谱角分类法(spectral angle mapping,SAM)和波谱特征拟合法(spectral feature fitting,SFF)识别纯橄岩和橄榄岩,研究了罗布莎蛇绿岩及其主要蚀变矿物的空间分布特征。经过对比分析可知,用多种方法、多种数据提取的岩矿信息可以相互验证; 提取出的纯橄岩和橄榄岩与所提取的羟基类和铁染类蚀变遥感异常信息有较好的空间重叠,且与地面调查结果基本吻合。研究表明,该方法用于蛇绿岩遥感岩矿信息提取是可行的,并取得较好的地质效果。

以西藏那曲县境内的"中习一号"冰川为研究区,对2011年8月获取的机载激光雷达点云进行预处理和滤波分类,提取研究区数字高程模型(digital elevation model,DEM); 将DEM数据分别与同期获取的机载高光谱栅格数据和提取出的冰川矢量数据进行三维地形模拟,利用DEM数据对高光谱最大似然法分类结果进行正射纠正,从而获取研究区的数字正射影像(digital orthophoto map,DOM); 最后结合研究区DOM和机载点云数据提取"中习一号"冰川的雪线。结果表明: 融合机载高光谱和机载激光雷达2种数据的优势,能更方便地提取出冰川雪线,而且能很好地显示雪线的高度。

机载LiDAR技术为探测建筑物提供了大量三维点云坐标。为了能从植被中有效识别建筑物面域,首先利用渐进式TIN加密法识别非地面点云,经过移除低于地面3 m的点云和孤立点云后生成非地面点云的二值化格网,依据自定义的分割算子打断建筑物和植被间的可能连接; 然后通过区域生成算法以高差阈值来聚类二者的面域,并使用大坡度密度阈值来提取建筑物的面域; 最后使用形态学闭算子填充面域孔洞并平滑其边缘。选取3个典型的复杂城市区域进行测试,结果显示,各区域的提取质量与完成率均高于91%, 表明该算法能够达到自动识别建筑物的目的。

气溶胶是影响地气能量平衡和气候变化的重要因素,对人类生活环境质量有着重要的影响。利用Landsat5 TM图像,通过6S大气辐射传输模型建立查找表; 在此基础上进行回归分析,得到暗像元的气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD); 再通过克里金插值计算得到南京市的AOD空间分布数据; 最后通过大气校正对结果的合理性进行检验,并对反演结果进行了分析。结果表明: 将暗像元法应用于TM图像可以较好地反演出南京市AOD的空间分布; 南京市AOD总体呈现北高南低的分布特点,植被、城市建成区、地形的分布是影响南京市AOD分布的主要因素; 对于南京市来说,采用高空间分辨率的图像能够获得比一般空间分辨率图像更多气溶胶分布的细节信息。

针对直接采用Forman相位校正算法实现HJ-1A高光谱数据实时光谱复原处理系统过程中遇到的算法复杂、运算量大以及运算效率低的问题,提出了改进的Forman算法。该算法简化了相位数据的计算,并利用复数序列傅里叶变换的性质和实序列傅里叶变换的共轭对称性优化了计算过程。在分析改进前后算法关键步骤的浮点数运算量的基础上,以HJ-1A高光谱数据为实验对象,基于图形处理器(graphic processing unit,GPU)实现了改进的Forman算法。结果表明: 在相同计算精度的情况下,改进的Forman算法运算速度提高了11.86%,为HJ-1A高光谱数据实时光谱复原处理系统的实现提供了行之有效的方法。

湿地(特别是大城市湿地)的分布、生态服务功能及其管理与城市的生态环境和居民生活质量关系密切。以北京市湿地为例,综合运用遥感、基础地理、野外实测和社会统计等多源数据,借鉴千年生态系统评估(millennium ecosystem assessment,MA)概念框架,利用价值量评价方法,构建基于遥感与GIS的城市湿地生态服务功能评价指标体系; 以行政区(县)为评价单元,应用层次分析(analytic hierarchy process,AHP)和综合指数等方法对湿地生态服务功能的构成要素进行综合建模分析; 分别对北京湿地的"调节"、"供给"、"文化"和"支持"功能类别及其功能综合进行评价分析,得到北京湿地4个功能类别及其综合的湿地功能重要程度分级格局。研究结果表明: ①在北京湿地生态服务功能类型中,"调节"和"供给"功能最重要,"文化"功能次之,"支持"功能最弱; ②就北京市各区县湿地综合功能的重要性等级而论,密云湿地为"最重要湿地",房山、东城、西城、朝阳、延庆和怀柔的湿地为"重要湿地",平谷、通州、海淀和门头沟的湿地为"比较重要湿地",而大兴、昌平、顺义、石景山和丰台的湿地为"一般重要湿地"。

为了研究内蒙古东乌旗Pb-Zn-Ag多金属成矿区的找矿远景,在对Landsat7 ETM⁺数据进行几何纠正、大气校正和去干扰等预处理的基础上,对多波段假彩色合成图像做滤波处理以增强区域构造信息、进行线性构造解译; 运用分形几何学原理和计盒维数法求取线性构造分维值,得到线性构造的统计自相似性和分形特征; 采用主成分分析和阈值分割法对图像进行铁染、羟基蚀变信息提取; 最后根据区内线性构造、遥感蚀变信息、岩体分布特征、区域地球化学异常和已知矿床(点)分布资料综合分析,圈定出3个级别的7个找矿预测区,再次证实了基于遥感图像的线性构造和遥感蚀变异常信息可以作为找矿预测的标志。

以1975年MSS,2000年ETM和2007年CBERS 02三期遥感数据为基础信息源,对塔里木盆地和准噶尔盆地湿地演化特征及主要驱动力进行了分析。结果表明: ①32 a间,准噶尔盆地湿地面积增加了254.94 km²,塔里木盆地湿地面积减少了2 739.88 km²,沼泽湿地的严重退化引起了塔里木盆地湿地的锐减; ②塔里木盆地湿地演化可分为破碎化和消亡2个发展阶段,湿地主导类型已由沼泽湿地转变为河流湿地,景观多样性指数与均匀度指数降低,说明湿地多样性减小; 准噶尔盆地湿地景观多样性指数和均匀度指数持续增加,而优势度指数持续减小,说明湿地景观结构趋于均匀化; ③塔里木盆地和准噶尔盆地年降水量和年均气温呈逐年上升趋势,增加量分别为0.59 mm/a和0.042 ℃/a,1.69 mm/a和0.047 ℃/a; 准噶尔盆地湿地演化与气候变化密切相关; ④1975—2000年和2000—2007年间,塔里木盆地因"围湿造田"直接丧失的湿地面积高达1 035.06 km²和1 030.30 km²,分别占2个时期湿地减少面积的81.74%和69.92%。人类活动是引起塔里木盆地湿地面积锐减的主要原因。

为了更加有针对性地进行土地利用动态遥感监测工作,提出了基于发展压力状态的监测思路和方法。以天津市津南区为例,在构建发展压力状态评价指标体系的基础上,选取相应的定量指标,利用多因素综合评价方法评价研究区各单元发展压力等级,并进行区域划分。区域划分结果为: 津南区土地利用动态遥感重点监测区面积为11 650.5 hm²,一般监测区面积为9 011.7 hm²,分别占评价单元总面积的56.4%和43.6%; 结合各分区的土地利用特点,因地制宜地选择不同的监测思路和方法,对促进土地利用动态遥感监测工作的高效开展具有重要意义。

为了进一步调查和分析珠江三角洲海岸线近期演变情况,利用TM,ETM,ALOS等多源多时相遥感图像对珠江三角洲海岸线进行遥感调查和近期演变分析,通过几何纠正与图像配准,得到具有统一投影和坐标系统的基础图像; 根据不同海岸类型特征和所建立的解译标志,采用人工目视解译和计算机自动提取相结合的方法,提取了珠江三角洲1998,2003和2008年3个时段的各类海岸线,提取精度优于80%; 借助GIS的叠加和统计工具,分析了珠江三角洲海岸线近期演变特点、变化趋势和原因。结果表明: 珠江三角洲海岸线长度在1998—2003年间几乎没有多大变化,而在2003—2008年增加较多,其中人工岸线的增加比例最高(达50%以上),其次是基岩岸、河口岸、沙砾质岸和淤泥质岸,而红树林岸的增加比例最低; 珠江三角洲海岸线变迁趋势以向海延伸为主,主要是沿岸工程建设、滩涂围垦、围海造地和人工养殖等所致,而人为造地是海岸线变迁的主要驱动因素。

掌握非震情况下的热红外亮温背景场及其时空变化规律是有效提取地震红外异常信息的关键。利用2003—2011年NOAA卫星夜间热红外遥感数据构建祁连山和首都圈亮温背景场,分析其时空演化特征。结果表明: 红外亮温背景场受季节、地形和断裂活动等多种因素的影响,其中受季节变化影响最大,年变规律明显; 不同地理环境,亮温年变特征呈现不同形式,对于地形地貌复杂的地区,亮温变化曲线不稳定,红外亮温与地面高程呈显著的负相关关系,地面高程每增加100 m,亮温降低约0.21~0.63℃,这与我国气温直减率基本一致; 活动断裂带在红外图像上表现为明显的高亮温线性条带或亮温分界带; 多年平均背景场平滑了气候等突变信息,呈现出稳定性较强的规律性变化特征,为断裂活动和地震所引起的增温异常检测提供了稳定的亮温变化基准场。

黄河三角洲地区地理位置特殊,水资源供需矛盾尖锐,为了研究其地下水分布状况,使用MODIS遥感数据、实测土壤相对含水量和地下水埋深数据,利用温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI)和表观热惯量法(apparent thermal inertia,ATI)对研究区土壤相对含水量进行遥感估算; 通过分析不同深度处土壤相对含水量与地下水埋深的相关性,建立了反演地下水埋深的线性方程,得到了研究区地下水埋深分布状况图。结果表明: 利用地表10 cm深度处测得的土壤相对含水量反演地下水埋深的结果较为合理; 在缺少土壤相对含水量数据时,可以用反映土壤相对含水量高低的因子估算地下水的埋深。

从高光谱遥感角度判别冬小麦旱害和蚜虫危害,可进一步提高遥感监测灾害的准确性。在麦长管蚜的自然危害下,通过控制其生育期水分条件形成的不同程度的干旱胁迫,监测了灌浆末期冬小麦冠层反射率对蚜虫危害和干旱胁迫的反应; 并经一阶微分数据变换,筛选出识别蚜虫虫害和干旱胁迫响应最敏感的光谱波段。实验结果表明: 受蚜虫危害和干旱胁迫后,灌浆末期冬小麦在近红外波段的光谱特征变化比在可见光波段的显著,可见光和近红外波段是识别蚜虫危害和干旱胁迫最敏感的谱段。经一阶微分数据变换发现,自然降水处理(灌水量相当于需水量的＜40%)下的冬小麦光谱曲线的"红边"斜率最小; 受蚜虫危害以及灌水量分别相当于需水量的＞70%,60%~70%,50%~60%和40%~50%水分处理下的"红边"斜率依次变大; 受蚜虫危害冬小麦光谱曲线的"红边"位置波长最短(698 nm),其他不同水分处理结果随着干旱胁迫的加重向波长短的方向发生"蓝移"。因此,"红边"参数也可以作为判别冬小麦蚜虫危害和干旱胁迫的重要参数。

DMSP/OLS夜间灯光数据已在城镇用地信息提取中得到较多应用,其中,较高分辨率数据比较法是一种较为客观的方法,但现有研究主要通过逐个城市确定灯光数据的阈值提取城镇用地信息,这对于大尺度的城镇研究所需成本较大、处理效率较低。为此,提出了一种基于分区的较高分辨率数据比较法,将中国按经济发展程度划分为7大区,分别对各区提取城镇用地信息,并对提取结果进行真实城镇像元判定,得到1992,1995,2000年中国的城镇用地信息。结果表明,采用分区的方法不仅提高了较高分辨率数据比较法的提取效率,反映了特定区域的城镇整体状况,而且在总体区域上保证了提取精度。

层次分析(analytic hierarchy process,AHP)与模糊数学(fuzzy mathematics)综合评判法将AHP与模糊数学法结合起来,分别取其优点,以实现更为精准的评价。为此,以昌平地区建筑用砂矿区为研究区,将AHP与模糊数学综合评判法引入到矿区生态环境评价中,以遥感技术为辅助手段来监测矿区的生态环境: 选用水体密度、植被覆盖度、居民地密度、地形地貌、矿业占地和生态多样性等6项指标建立了生态评价指标体系; 运用基于AHP与模糊数学综合评判法确定评价指标的权重; 在GIS平台上对各评价指标进行加权叠加,得到实验区生态环境的等级评价图,实现了矿区生态环境评价。研究结果表明,使用该方法进行矿区生态环境评价是有效的,对于保护矿区生态环境、合理开发矿产资源具有现实意义。

采用野外调查采样、室内分析测定、遥感(RS)技术、数学模型等研究方法,以湖南省资兴市东江水库上游光河桥小流域为例,计算出了美国通用土壤流失方程(USLE)中各单项因子值,对该流域水土流失量进行了估算。结果表明: 该流域的土壤可蚀性因子(K值)介于0.14~0.42 t·hm²·h·hm^-2·MJ^-1·mm^-1之间,平均为0.27 t·hm²·h·hm^-2·MJ^-1·mm^-1,属于中等可侵蚀性土壤; 土壤侵蚀模数在0~3 817 t·hm^-2·a^-1之间,平均侵蚀模数为78 t·hm^-2·a^-1,处于强度侵蚀等级,流域的土壤侵蚀量达到292 266 t·a^-1。

基于TM和ETM⁺遥感图像,分析唐山市绿地分布结构及变化趋势,对唐山市植被信息进行提取,为城市规划提供科学依据及技术支持。利用归一化差值植被指数(NDVI)计算植被信息图; 设定合适的NDVI阈值参数和近红外波段的阈值参数,精确判定植被像元,并生成唐山市几个区域的植被信息结果图; 利用1999—2009年3个时间段的植被信息图合成植被信息动态变化图,对植被信息动态变化图进行分析。结果表明,近10 a来,唐山市城区以公园为主的植被覆盖面积增加,城南南湖生态建设作用明显,唐山城区范围正在向外围扩展。

为了掌控高寒草地全年的营养状况与更好地利用草地和草畜平衡,该文基于HJ-1A/1B多光谱CCD数据,通过监测草地牧草全年4期营养动态和分析对应时期的遥感指数,建立了直接和间接的遥感动态对比模型,获得了草地牧草4期生物量和粗蛋白含量。结果表明: 基于HJ-1A/1B多时相、多光谱数据,利用间接模型反演4期草地牧草生物量和粗蛋白是一种可行的方法,尤其在枯草期和返青期; 草地牧草全年营养状况变化很大,最大相差约9倍。