最新刊期
      2020 年 第 24 卷 2 期

        中国遥感卫星

      • 于野,艾华,贺小军,于树海,钟兴,朱瑞飞
        2020, 24(2): 107-115. DOI: 10.11834/jrs.20208264
        A-FPN算法及其在遥感图像船舶检测中的应用
        摘要：光学遥感图像船舶检测主要面临两个挑战：光学遥感图像背景复杂，船舶检测易受海浪、云雾及陆地建筑等多方面干扰；遥感图像分辨率低，船舶目标小，对于其分类与定位带来很大困难；针对上述问题，在FPN的基础上，提出一种融入显著性特征的卷积神经网络模型A-FPN（Attention-Based Feature Pyramid Networks ）。首先，利用卷积提取图像特征金字塔；然后，利用顶层金字塔逐级构建显著特征层，抑制背景信息，通过金字塔顶层的细粒度特征提高浅层特征的表达能力，构建自上而下的多级显著特征映射结构；最后利用Softmax分类器进行多层级船舶检测。A-FPN模型利用显著性机制引导不同感受下的特征进行融合，提高了模型的分辨能力，对遥感图像处理领域具有重要应用价值。实验阶段，利用公开的遥感目标检测数据集NWPU VHR-10中的船舶样本进行测试，准确率为92.8%，表明A-FPN模型适用于遥感图像船舶检测。  
        关键词：光学遥感;船舶检测;吉林一号卫星;神经网络;显著性特征   
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        发布时间：2021-10-18

        技术方法

      • 姚红革,王诚,喻钧,白小军,李蔚
        2020, 24(2): 116-125. DOI: 10.11834/jrs.20208238
        复杂卫星图像中的小目标船舶识别
        摘要：船舶作为海上的重要目标，实现对船舶自动识别有重要的意义。针对卫星图像中云雾、海岸背景等复杂海情对船舶识别带来的干扰，以及小目标船舶高漏检率问题，本文提出一种多尺度深度学习模型训练策略，在此基础上构建了一种船舶识别的深度学习网络，该网络可分为多尺度训练、特征提取、生成目标建议区域、船舶分类这4个部分。首先，采用多尺度的训练策略，将多尺度的船舶样本送入网络中进行训练，这样在训练样本中加入了大量小目标船舶的样本，使网络充分提取到小目标船舶的特征；其次，通过卷积神经网络对目标船舶进行特征自适应提取；然后，目标区域建议网络可依据卷积神经网络提取到的特征，在图像中找到感兴趣目标区域，即框定船舶的位置；最后，通过多个全连接层的组合，将高维特征映射到一个4元组中，再运用分类函数输出每一类船舶的概率值，概率值最大的则为该船舶的类别。同时为解决云雾遮挡和海岸背景的干扰，采用了一种负样本增强学习的方法，在样本数据集中加入了大量只含有云雾和海岸背景的图片，进行负样本扩充，增强网络模型对云雾及海岸背景的特征学习能力，以此解决复杂海情的影响。实验结果表明，所提方法有效解决了复杂海情条件下的船舶识别难，以及小目标船舶识别难的问题，实现了复杂海情条件下的船舶识别。同时，与现有成熟的深度学习目标识别算法相比，本文算法的精确度和召回率分别提升了6.98%和18.17%，所训练的模型具有良好的泛化能力和鲁棒性。  
        关键词：遥感;船舶识别;复杂海情;多尺度;细粒度;深度学习   
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        发布时间：2021-10-18
      • 王冰,黄华国,王景旭,连君,解潍嘉
        2020, 24(2): 126-141. DOI: 10.11834/jrs.20208257
        耦合ENVI-met与RAPID模型模拟3维异质植被场景亮温分布
        摘要：遥感地表温度产品（LST）对陆面过程和全球与区域气候变化研究具有重要价值。但是当前卫星遥感观测到的地表温度分辨率较粗，多为混合像元，有明显的角度效应和时空变化特征，严重影响陆面过程等研究的应用精度。为定量评估3维异质性场景对亮度温度分布的影响，本文基于再分析资料，耦合3维小气候模型ENVI-met和3维热辐射传输模型RAPID，开展了地表3维温度场的模拟。研究以全球数值预报产品NCEP来提供ENVI-met所需的边界条件，分别进行了异质性植被场景的亮温水平分布和热辐射方向性模拟试验。在水平分布模拟研究中，基于机载G-LiHT数据（光学影像、激光雷达数据、LST产品）提供3维场景构建输入参数和温度场验证数据，并以美国某湿地区域的6个不同异质性场景为例进行了模拟与验证；在热辐射方向性的模拟研究中，基于机载WiDAS多角度多光谱数据构建了3维场景，并以黑河地区的2个异质性场景为例进行了模拟与验证。结果显示：（1）星下点亮温模拟值在水平分布上与G-LiHT的LST亮温值较为接近（标准误差RMSE为1.1 K），说明耦合模型能有效模拟不同空间异质性下的亮温分布。其中，裸土模拟误差最大（2.31 K），两种行播作物方向的模拟误差均小于1.2 K，道路宽度对模拟结果有影响（约为1 K）；（2）耦合模型的多角度模拟结果与方向性亮温随视角的变化规律相一致，但变化速率和大小存在着差异。本文的模拟方法可以用于预测卫星过境时刻地表的热辐射方向性。  
        关键词：遥感;ENVI-met模型;RAPID模型;LST;热辐射方向性;异构植被场景   
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        发布时间：2021-10-18
      • 徐沛拓,刘东,周雨迪,刘群,白剑,刘志鹏,吴兰,沈亦兵,刘崇
        2020, 24(2): 142-148. DOI: 10.11834/jrs.20208266
        海洋激光雷达多次散射回波信号建模与分析
        摘要：海洋激光雷达是实现上层海水3维探测的重要工具，激光在海水中的传输伴随着复杂的多次散射效应，建立准确的海洋激光雷达多次散射回波信号模型有助于实现海水光学特性的高精度反演。本文介绍了仿真海洋激光雷达多次散射信号的解析模型、半解析 MC（Monte Carlo）仿真方法和传统MC仿真方法，定量对比分析了不同工作条件下3种模型的仿真结果，讨论了工作高度、接收视场角、水质和水体分层等因素对仿真结果的影响。研究表明：3种模型具有高度一致的仿真结果，但在计算效率方面，解析模型优于半解析MC法，半解析MC法优于传统MC法。解析模型优异的计算效率和可靠的计算精度使其在海洋激光雷达辐射传递机理及应用的研究中具有显著优势。  
        关键词：光学遥感;激光雷达;多次散射;解析模型;Monte Carlo（MC）仿真   
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        发布时间：2021-10-18

        遥感应用

      • 梁丽,边金虎,李爱农,冯文兰,雷光斌,张正健,左家旗
        2020, 24(2): 149-160. DOI: 10.11834/jrs.20208241
        中巴经济走廊DMSP/OLS与NPP/VIIRS夜光数据辐射一致性校正
        摘要：由美国国防气象卫星搭载的可见光成像线性扫描业务系统（DMSP/OLS）和国家极轨卫星搭载的可见光近红外成像辐射仪（NPP/VIIRS）获取的夜间灯光影像是监测人类社会经济活动和自然现象（如林火、油气燃烧等）的主要数据源。然而，现有的夜间灯光数据存在缺乏星上的辐射定标、像元饱和、时间尺度不连续、多源夜间灯光影像辐射不一致等问题。基于此，本文以中巴经济走廊区域为研究区，提出了一种基于线性拟合提取不变目标区域的方法，实现了DMSP/OLS影像间、DMSP/OLS与NPP/VIIRS两种数据间的相互校正。然后对中巴经济走廊的校正结果在不同空间尺度上选用区域灰度总量、标准化差异指数以及标准化差异指数和作为评价指标进行检验。结果表明:两种校正模型的拟合优度均在0.78以上，校正后的DMSP/OLS影像灰度总量与GDP和人口数据的相关性显著提高(GDP:R2=0.7689;人口:R2=0.9033)，且标准化差异指数明显降低；NPP/VIIRS影像经过与DMSP/OLS互校正后在辐射亮度、时空分布上与DMSP/OLS更加一致，空间细节信息更加突出，从而增强了多源夜间灯光影像的一致性，更加适合用于长时间序列社会经济要素发展趋势的分析。  
        关键词：遥感;DMSP/OLS;NPP/VIIRS;夜间灯光;不变目标;相互校正;中巴经济走廊   
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        发布时间：2021-10-18
      • 刘宇硕,秦翔,郭万钦,高思如,陈记祖,王利辉,李延召,晋子振
        2020, 24(2): 161-172. DOI: 10.11834/jrs.20208263
        控制点布设对冰川区无人机摄影测量精度的影响
        摘要：冰川监测是冰冻圈科学研究中的一项重要基础内容，获取高质量冰川DEM和DOM数据是研究的基础。随着无人机技术的兴起，给冰川监测提供了全新的技术手段，然而冰川区开展无人机摄影测量时，地面控制点的布设与测量成为能否获取高精度数据产品的关键，而山地冰川往往伴随着地形复杂，行走困难，野外实地测量难以全面实施等不利因素。本研究中以位于祁连山西段大雪山地区的老虎沟12号冰川末端部分为研究区域，设计实施了多种控制点布设方案，使用低空微型无人机飞行3个架次，获取研究区航摄影像。通过对比控制点在不同分布情况及数量情况下，DEM和DOM数据检查点的精度，评价不同控制点布设方案的可行性。对比结果显示，在航飞过程中使用单格网模式即可获取高精度的影像数据；实施地面控制作业时，使用5 —7个控制点均匀分布在测量区即可获取较高精度的图像数据；当冰川区不能满足均匀布设控制点时，可沿冰川主流线布设足够数量的控制点，所得图像精度也可以满足冰川学研究要求；若只能在冰川中下部或者中上部布设控制点，则控制点应覆盖冰面起伏较大的区域。  
        关键词：遥感;无人机;摄影测量;数字高程模型;正摄影像;老虎沟12号冰川   
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        发布时间：2021-10-18
      • 徐彬仁,魏瑗瑗,张晗,宋毅,杨支中
        2020, 24(2): 173-181. DOI: 10.11834/jrs.20208231
        中国海洋上空细粒子气溶胶与短寿命痕量气体的时空关系
        摘要：定量分析气溶胶与痕量气体之间的时空变化关系有助于进一步研究气粒转化。本文采用2006年—2015年MODIS气溶胶光学厚度（AOD）、细粒子模态比（FMF）和OMI痕量气体（SO2、NO2和HCHO）数据，对黄海、东海和南海区域上空的细粒子气溶胶与痕量气体进行定量分析。先对气溶胶和痕量气体作均值分析发现：AODfine、SO2、NO2和HCHO的均值在黄海、南海、东海均依次减小；再对气溶胶对痕量气体的敏感度分析发现：黄海地区的AODfine对SO2最敏感，敏感度为0.424，这与中国东部沿海城市的人为排放有关；而东海和南海地区对HCHO的敏感度较高，依次为0.664和0.545，主要受东南亚和中国南方地区生物质燃烧影响。最后，对3个区域的气溶胶与痕量气体按季节作相关性分析发现：黄海地区AODfine在夏秋两季与SO2的相关性较强（R>0.5），主要由于夏秋两季的温湿度大，利于发生气—粒转化；东海地区夏季HCHO与AODfine相关性较明显（R=0.57）；南海春季HCHO与AODfine相关性较好（R=0.57），呈现出区域与季节性的变化。最终发现，气溶胶与痕量气体随着时空变化存在相关关系。  
        关键词：遥感;人为排放;AODfine;气溶胶;痕量气体;中国海域;时空变化   
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        发布时间：2021-10-18
      • 要志鑫,孟庆岩,孙震辉,柳树福,张琳琳
        2020, 24(2): 182-198. DOI: 10.11834/jrs.20208248
        不透水面与地表径流时空相关性研究——以杭州市主城区为例
        摘要：城市化进程中不透水面的扩展对城市地表水文循环产生了显著影响。研究不透水面与地表径流时空相关性能缓解城市内涝灾害，可为“海绵城市”提供建设意见。本文以杭州市主城区为例，提出结合BCI指数（Biophysical Composition Index）的线性光谱分解方法提取不透水面、植被和土壤盖度，提高了传统的线性光谱分解方法的精度。进一步结合SCS-CN模型（Soil Conservation Service Curve Number Method）模拟1990年—2017年杭州市主城区地表径流，在此基础上计算景观格局指数，研究杭州市主城区不透水面与模拟地表径流的时空特征，探究不透水面与模拟地表径流的关系。结果表明：（1） 研究区近30年不透水面聚集度较高且呈增长趋势，增长速率趋于平稳，上城区和下城区不透水面面积占比最高，江干区、西湖区和拱墅区增长速率和增长强度相对较大。（2） 研究区近30年模拟地表径流不断增长，220—240 mm的径流由中心城区向四周辐射，上城区和下城区模拟地表径流最高，与不透水面的演变趋势总体一致。（3）不透水面的空间格局与模拟地表径流高度相关，不透水面的斑块数量和破碎度与地表径流呈负相关，斑块所占景观比例、斑块密度、斑块聚集等与模拟地表径流正相关，可通过合理控制相关景观指标、优化不透水面空间格局控制地表径流。在此基础上提出了防止城市内涝的建议：增加绿地、花园等用地类型；减少大面积不透水面斑块，划分成更多的小斑块等。  
        关键词：遥感;水文模型;不透水面;空间格局;地表径流;回归分析;杭州   
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        发布时间：2021-10-18
      • 臧金龙,国巧真,桑潇,谢童谣,贺承伟
        2020, 24(2): 199-213. DOI: 10.11834/jrs.20208303
        沿海城市天津湖泊—内涝时空变化耦合关系
        摘要：近年来城市内涝问题凸显，给社会生产和人们生活带来诸多不便。以天津市为例，基于Landsat系列数据，利用MBWI水体指数法逐年提取其1984年—2017年的湖泊数据，并结合内涝点数据，研究天津市湖泊空间演变与内涝耦合性，建立湖泊演变系统与内涝系统的综合评价指标体系，构建湖泊演变与内涝之间的耦合度模型。结果表明：天津市湖泊面积在1984年—2005年波动上升，2005年—2017年间断减少，减少原因主要是人为干扰。2005年—2017年东丽区的湖泊面积减少最快且幅度最大。同时，大部分区的湖泊面积占比大幅降低；天津市的内涝区主要分布在市内6区及附近区，其中无湖泊区域比有湖泊区域容易产生内涝，湖泊面积小的区域比湖泊面积大的区域容易产生内涝。湖泊面积占比越小，内涝点密度越大。天津市湖泊群质心整体由中心向四周移动，湖泊质心移动的反方向容易产生内涝。湖泊演变与内涝之间存在初级耦合协调关系。  
        关键词：遥感;Landsat;城市内涝;湖泊面积;湖泊质心;耦合度   
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        发布时间：2021-10-18
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