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2014
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第
6
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遥感尺度转换与尺度效应专栏
构造地理要素趋势面的尺度转换普适性方法探讨
王祎婷,谢东辉,李小文
2014, 18(6): 1139-1146. DOI: 10.11834/jrs.20144108
摘要:当前的遥感科学面临着遥感数据获取能力与数据应用能力之间突出的供需矛盾。尺度问题作为遥感科学中的关键问题,既限制了遥感作为一门科学向系统性、普适性的发展,又限制了遥感应用能力的发展。本文对定量遥感中的尺度问题进行了梳理,包括:遥感与传统站点观测之间的不一致、不同尺度遥感产品之间的不一致、机理模型的尺度适用问题,以及遥感产品与用户需求时空尺度间的不一致。对遥感中的尺度转换方法展开了讨论,总结了尺度转换的关键问题在于原数据信息量不足时引入额外信息和保留关键信息两方面。提出了构造地理要素趋势面的基本构想,搭建了一个具有普适性的尺度转换方法框架。核心内容是充分利用地表环境要素时间、空间上的信息作为先验知识,通过关联遥感观测新信息和先验趋势面生成指定时空尺度的地表要素产品。
关键词:尺度效应;尺度转换;趋势面;先验知识;定量遥感
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发布时间:2021-06-10
利用AMSR2和MODIS数据的土壤冻融相变水量降尺度方法
叶勤玉,柴琳娜,蒋玲梅,赵天杰
2014, 18(6): 1147-1157. DOI: 10.11834/jrs.20144093
摘要:本文基于站点实测土壤温度和土壤湿度数据分析,发现温度指数TI(Temperature Index)和土壤冻融相变水量呈现幂函数关系,温度指数能够反映相变水量的变化。使用MODIS地表温度产品计算温度指数,在AMSR2卫星观测尺度上与相变水量建立了关系,从而对土壤冻融相变水量进行了降尺度研究。采用CTP-SMTMN数据采集仪观测网络上的站点观测到土壤水分对土壤冻融相变水量降尺度结果进行了验证。结果表明,土壤冻融相变水量降尺度结果与实测值较为接近,在土壤相变水量大于0.01(m3/m3)时,RMSE为0.0085(m3/m3),MAE为0.0059(m3/m3)。这种通过温度指数对土壤相变水量进行降尺度的方法具有简便,可行,可靠的优势,适合在冻融交替期计算较湿润土壤在冻融过程中产生的相变水量。同时,这种降尺度方法能够生成小尺度上的相变水量产品,实现了热红外遥感和被动微波遥感的优势整合,对研究地气水热平衡,气候变化,土壤冻结强度以及冻融侵蚀强度等具有重要意义。
关键词:土壤相变水量;降尺度;AMSR2;MODIS;CTP-SMTMN
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发布时间:2021-06-10
叶面积指数遥感尺度效应与尺度纠正
刘良云
2014, 18(6): 1158-1168. DOI: 10.11834/jrs.20144103
摘要:由于地表空间异质性的普遍存在,遥感反演模型的非线性必然会导致不同分辨率观测的遥感结果不一致,从而产生遥感产品尺度效应。本文研究了遥感产品尺度效应概念、模拟方法和定量计算模型,并利用锡林浩特草原研究区的实测数据,对尺度效应模型和方法进行了定量计算与验证分析。首先,基于不同升尺度方法与多尺度遥感成像机理之间的机理联系,通过"先反演再平均"与"先平均再反演"之间的差异,可计算"高"分辨率与"低"分辨率之间的遥感产品尺度差异。其次,分别以红光、近红外两波段反射率和归一化植被指数(NDVI)为自变量,对叶面积指数(LAI)非线性遥感模型进行泰勒展开,研究了模型非线性、遥感数据空间异质性对LAI遥感产品尺度差异的影响,发现高阶项可忽略,利用二阶导数项和遥感数据方差项可定量计算遥感产品尺度差异,经过二阶导数项纠正后的尺度差异相对偏差从5.6%分别降低到0.78%和1.45%。最后,分析了LAI遥感产品尺度效应的特征规律,得出以下结论:随着植被覆盖的增大,同等遥感空间异质性的LAI遥感产品尺度差异越大,且红光波段比近红外波段的尺度差异敏感性高近2个数量级;对于绝大部分陆地植被区域,存在"低分辨率低估"尺度效应,且遥感产品尺度差异的主导要素为LAI模型非线性,NDVI变量自身非线性对尺度效应贡献占23.5%;对于湿地类植被与水体混合情形,NDVI变量非线性的贡献为主导贡献,出现"低分辨率高估"尺度效应,必须利用红光、近红外两波段的二阶导数项非线性尺度差异,才能解释这一类型的LAI遥感产品尺度效应。本文建立了具有一定普适意义的遥感产品尺度效应定量模拟与尺度纠正方法,对推动定量遥感的尺度问题研究有一定参考价值。
关键词:尺度效应;升尺度;叶面积指数;泰勒展开;非线性;空间异质性
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发布时间:2021-06-10
光谱指数趋势面的城市地表温度降尺度转换
王祎婷,谢东辉,李亚惠
2014, 18(6): 1169-1181. DOI: 10.11834/jrs.20144115
摘要:针对城市及周边区域建造区和自然地表交织分布的特点,探讨了利用归一化植被指数(NDVI)和归一化建造指数(NDBI)构造趋势面的地表温度(LST)降尺度方法,以北京市市区及周边较平坦区域为例实现了LST自960m向120 m的降尺度转换。分析了LST空间分布特征及NDVI、NDBI对地物的指示性特征;以北京市四至六环为界分析NDVI、NDBI趋势面对地表温度的拟合程度及各自的适用区域;在120 m、240 m、480 m和960 m 4个尺度上评价了NDVI、NDBI和NDVI+NDBI趋势面对LST的拟合程度和趋势面转换函数的尺度效应;对NDVI、NDBI和NDVI+NDBI等3种方法的降尺度结果分覆盖类型、分区域对比评价。实验结果表明结合两种光谱指数的NDVI+NDBI方法降尺度转换精度有所改善,改善程度取决于地表覆盖类型组合。
关键词:地表温度;尺度;归一化建造指数(NDBI);归一化植被指数(NDVI);趋势面
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发布时间:2021-06-10
冠层特征尺度的定量计算模型与方法
唐凤莉,刘良云
2014, 18(6): 1182-1188. DOI: 10.11834/jrs.20144066
摘要:冠层特征尺度是植被定量遥感的基础概念,其物理定义和数学定量表达具有重要的研究意义。首先,基于光学辐射传输角度提出的冠层特征尺度的物理定义,即水平维线性混合条件下的最小分辨率单元,建立了冠层特征尺度的数学计算模型,并引入倒置的地统计学指数模型。然后,提出了基于局部方差分析的冠层特征尺度计算方法。最后,利用森林区域高分辨率图像,对论文提出的冠层特征尺度模型进行了定量验证。结果表明,冠层特征尺度模型计算的冠层特征尺度与树林株行距存在密切联系,线性复相关系数达0.95,证明了本文方法的合理性和可行性。本文提出的冠层特征尺度模型为地表特征尺度定量计算提供了一种新方法。
关键词:冠层特征尺度;局部方差;指数模型;混合像元;定量遥感
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发布时间:2021-06-10
用地面点测量数据验证LAI产品中的尺度转换方法
刘艳,王锦地,周红敏,薛华柱
2014, 18(6): 1189-1198. DOI: 10.11834/jrs.20144084
摘要:遥感叶面积指数产品精度和不确定性需要通过地面测量的数据来验证。因为两者的空间尺度差异,验证前需要通过尺度转换方法将这两种数据的尺度统一。将泰勒级数展开模型进行改进后,可以用于解决叶面积指数遥感产品验证中地面测量数据与遥感产品尺度不匹配的问题,同时可以针对每个数据定量给出误差。将误差在阈值范围内的实测数据作为地面参考值对遥感产品进行验证。本文利用这种方法将黑河综合遥感联合实验数据集中的地面测量叶面积指数尺度上升到遥感像元尺度,并与MODIS,GLASS LAI遥感产品进行了比较。
关键词:叶面积指数(LAI);尺度转换;泰勒级数展开模型;黑河流域
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发布时间:2021-06-10
激光雷达数据处理与应用专栏
ICESat-2机载试验点云滤波及植被高度反演
夏少波,王成,习晓环,骆社周,曾鸿程
2014, 18(6): 1199-1207. DOI: 10.11834/jrs.20144029
摘要:新一代星载激光雷达卫星ICESat-2将采用多波束微脉冲光子计数技术,并进行高程剖面式的对地观测。由于该点云数据具有背景噪声大、密度低并呈线状分布等特点,传统的点云滤波算法并不适用,研究新的点云滤波算法十分必要。本文以ICESat-2的机载模拟器MABEL数据为例,首先介绍了微脉冲光子计数激光雷达的基本原理和数据特点,并针对高程剖面点云提出基于局部距离统计和最小二乘局部曲线拟合的点云滤波算法;然后,对美国加利福尼亚州Sierras-Forest地区MABEL试验中532 nm通道的光子点云进行滤波处理,并利用识别的地面点插值得到3 m分辨率的线状DEM,进而估算了该区域美国云杉的平均树高;最后,对该滤波算法进行精度评价,并分析了误差来源及其对DEM精度和树高反演精度的影响。结果表明:(1)该算法整体精度达97.6%,能有效剔除绝大部分噪声点且对地形起伏具有较强的自适应能力;(2)误分噪声点影响了滤波过程中局部地形的拟合,而滤波过程中的分类误差将降低DEM和树高反演的精度。
关键词:ICESat-2;MABEL;微脉冲光子计数;剖面点云;去噪与滤波;植被高度
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发布时间:2021-06-10
机载LiDAR点云时间纹理信息航带重叠区消冗
邹长江,马洪超,张良,巩翼龙,刘清川
2014, 18(6): 1208-1216. DOI: 10.11834/jrs.20144062
摘要:机载Li DAR获取的完整测区点云数据中包含了丰富的信息,同时也伴随着大量冗余数据,本文提出基于机载Li DAR点云时间纹理信息的航带重叠区消冗方法。首先按点云时间信息划分航带,再按点云纹理信息提取航带边缘,接着提取高地物遮挡空洞,最后去除重叠区冗余数据。实验结果表明,该方法无需航线信息辅助,并能在保留遮挡空洞区域点云的同时,高效地去除航带重叠区中精度较低的点云。
关键词:机载Li DAR;时间纹理信息;航带重叠区;遮挡空洞;数据消冗
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发布时间:2021-06-10
基于GPGPU的全波形并行分解算法
王宗跃,马洪超,明洋
2014, 18(6): 1217-1222. DOI: 10.11834/jrs.20144027
摘要:针对EM(Expectation Maximization)波形分解算法具有多次迭代和大量乘、除、累加等高密集运算的特点,提出一套将EM算法在通用计算图形处理器GPGPU上并行化的方案。针对通用并行计算架构CUDA的存储层次特点,设计总体的并行方案,充分挖掘共享存储器、纹理存储器的高速访存的潜能;根据波形采样值采用字节存储的特征,利用波形采样值的直方图求取中位数,从而降低求噪音阈值的计算复杂度;最后,采用求和规约的并行策略提高EM算法迭代过程中大量累加的计算效率。实验结果表明,当设置合理的并行参数、EM迭代次数大于16次、数据量大于64 M时,与单核CPU处理相比,GPU的加速比达到了8,能够显著地提高全波形分解的效率。
关键词:全波形分解;激光雷达LiDAR;通用计算图形处理器GPU;并行
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发布时间:2021-06-10
LiDAR点云数据的电力线3维重建
赖旭东,戴大昌,郑敏,杜勇
2014, 18(6): 1223-1229. DOI: 10.11834/jrs.20144075
摘要:利用Li DAR数据进行电力设施提取与建模可以克服传统工程测量电力巡线工作量大,危险性高,效率低下等缺点,但现有的电力线提取研究主要集中在电力线的分离与提取,并且拟合的精度不高。针对此问题本文提出了一种精度较高的电力线拟合方法。首先,根据电力线两端悬挂、中间自然下垂的特点,求解电力线拟合的最佳几何模型;然后,通过电力线的走向和端点,建立电力线拟合的最佳平面坐标系;最后,采用基于二次多项式限制的最小二乘法拟合电力线,解算出最优参数,生成最终电力线模型。对真实数据的处理和精度评价表明,本文方法不仅能够实现电力线的快速3维重建,而且能够达到较高的拟合精度。
关键词:Li DAR技术;点云数据;电力线;3维重建
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发布时间:2021-06-10
车载全景影像核线匹配和空间前方交会
曾凡洋,钟若飞,宋杨,任苗
2014, 18(6): 1230-1236. DOI: 10.11834/jrs.20144025
摘要:全景相机车载移动系统可以获取带有精确位置和姿态信息的序列全景影像,针对该影像数据,提出一种构建全景核线影像的方法,描述了在球面全景模型下构建全景影像之间核线几何约束的过程,并推导出具体的公式,然后在两张全景核线影像之间使用SIFT算法匹配同名点,最后根据摄影中心、像点、物点3点共线的原理,推导出全景影像的共线公式,利用前方交会的原理计算出物点的空间3维坐标。实验结果表明,本文方法可以降低全景影像匹配的难度,提高匹配点数量和精度,适用于实现基于全景影像的量测等功能。
关键词:全景影像;核线;影像匹配;前方交会;移动测量系统
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发布时间:2021-06-10
关键点检测的复杂建筑物模型自动重建
李鹏程,邢帅,徐青,周杨,刘志青,张艳,耿迅
2014, 18(6): 1237-1246. DOI: 10.11834/jrs.20144081
摘要:利用机载Li DAR点云数据进行建筑物重建是当今摄影测量与遥感领域的一个热点问题,特别是复杂形状建筑物模型的精确自动构建一直是一个难题。本文提出一种基于关键点检测的复杂建筑物模型自动重建方法,采用RANSAC法与距离法相结合的分割方法自动提取建筑物屋顶各个平面的点云,并利用Alpha Shape算法提取出各个平面的精确轮廓,根据屋顶平面之间的空间拓扑关系分析建筑物的公共交线特征,在此特征约束下对提取的初始关键点进行修正,最终重建出精确的建筑物3维模型。选取不同类型复杂建筑物与包含复杂建筑物的城市区域点云进行实验,结果表明该算法具有较强实用价值。
关键词:建筑物重建;机载Li DAR;点云分割;轮廓提取;关键点检测
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发布时间:2021-06-10
技术方法
SRRG-MRF的SAR海冰图像分割算法
杨学志,刘灿俊,吴克伟,郎文辉
2014, 18(6): 1247-1257. DOI: 10.11834/jrs.20143266
摘要:针对SAR海冰图像受相干斑噪声影响严重,提出采用相干斑抑制区域生长模型的区域MRF(SRRG-MRF)分割算法。SRRG区域模型包括构建图像的相干斑抑制区域化表达和基于区域的灰度相似性进行区域生长两个部分,其中相干斑抑制的区域化表达由相干斑抑制的双边滤波(SRBF)算法和分水岭变换构成,该模型在相干斑噪声严重的情况下,能够有效抑制过分割和对目标边缘准确定位,并防止MRF分割优化陷入局部最小值,减少误分割。将SRRG区域模型与MRF相结合,能够大幅度减少优化搜索空间,获得准确的分割结果。采用不同视数的SAR海冰合成图像和由RADARSAT-2及SIR-C获取的SAR海冰真实图像进行测试,结果表明:与已有区域MRF分割算法相比,本文算法能够有效提高分割准确性。
关键词:SAR;海冰分割;相干斑抑制;双边滤波;区域生长;MRF
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发布时间:2021-06-10
遥感应用
地质灾区光学立体影像植被与3维地形定量变化检测
李畅,熊昊,陶顺勇,韩振坤
2014, 18(6): 1258-1267. DOI: 10.11834/jrs.20143304
摘要:当前,经典的2维遥感变化检测方法不再适用于地质灾害引起的地表3维变化。此外,一般植被提取依赖近红外波段,而近红外影像未必能获取。因此,针对2010年和2011年汶川映秀地区的可见光航空立体像对,提出了一种检测植被和3维地形变化的方法。首先,生成研究区两个不同时期的DEM和DOM并完成配准,再利用CIE Lab色彩空间和Otsu分割算法对可见光DOM进行植被变化检测。然后,基于概率统计理论对新旧时期差分DEM提出了3维变化检测的自适应阈值确定方法,在高概率置信域条件下提取出地质灾害的高危区域。最后,对高危区域运用离散化积分方法估算出土方量的3维变化量。实验结果表明了所提出方法的可行性,有效性和实用性。本文不仅将常规遥感的2维变化检测升华至3维空间,而且对变化的3维地形进行了定量估计,可应用于地质灾害的遥感动态监测和评估。
关键词:地质灾害;3维变化检测;DEM;立体像对;自适应阈值;土方量;离散化积分
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发布时间:2021-06-10
简报
第34届亚洲遥感会议文献分析
黄铭瑞
2014, 18(6): 1268-1275. DOI: 10.11834/jrs.20144045
摘要:第34届亚洲遥感会议于2013-10-20—2013-10-24在印度尼西亚巴厘岛召开,主题是"桥接永续的亚洲(Bridging Sustainable Asia)"。对《会议论文集》中来自52个国家和地区的970篇文章摘要进行了分析、归纳和总结,梳理了来自亚洲、欧洲和美洲等的参会国家和地区在传感器技术、数据处理技术和遥感应用等方面的进展,发现了各参会国家对遥感研究的关注点及未来的发展方向。对文章摘要的内容进行人工分类并统计发现,文章内容十分丰富,涉及了遥感科学与技术的学术动态与学科前沿,反映出亚洲在遥感学科方面具有不可忽视的巨大科技实力。中国(包括台湾地区和香港特别行政区)提交了最多的文章摘要。对《会议论文集》进行文献分析发现,有702篇文章以遥感应用为主题,占全部分析量的72%,这些应用主要集中在海洋、农业、灾害、城市、森林、流域及土地利用监测等方面;以传感器、数据处理等为主题的文章有226篇,占全部分析量的23%,主要集中在数据处理、LIDAR、卫星发射、UAV及软硬件开发等方面;小卫星及大数据等热点内容虽然总量不多,但将是未来研究的重要趋势。
关键词:亚洲遥感会议;传感器;数据处理;应用领域;文献分析
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发布时间:2021-06-10
封面说明
上海市区高分二号卫星影像
2014, 18(6): 1287.
摘要:<正>高分二号卫星是中国自主研制的首颗空间分辨优于1m的民用光学遥感卫星,观测幅宽达到45 km,在亚米级分辨率国际卫星中幅宽达到先进水平,同时具备快速机动侧摆能力和较高的定位精度,有效地提升了卫星综合观测效能。封面图片为2014年9月29日国家国防科技工业局发布的上海市区0.8m全色与3.2 m多光谱融合影像,侧摆角为15°,纹理清晰、层次分明、信息丰富。高分二号卫星在土地利用动态监测,矿产资源调查、城市精细化管理、交通路网规划、林业资源调查、防灾减灾、环境保护与监测以及农作物估产等众多领域具有广泛的应用潜力。
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发布时间:2021-06-10
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