最新刊期
      2021 年 第 25 卷 10 期
      封面故事

        综述

      • 刘浩,薛梅
        2021, 25(10): 2027-2039. DOI: 10.11834/jrs.20210460
        虚拟地理环境下的地理空间认知初步探索
        摘要：地理空间认知是人类获取地理空间知识、认知地理环境的重要方法和手段，虚拟地理环境VGEs（Virtual Geographic Environments）作为继地图和地理信息系统（GIS）之后的新一代地理分析工具，在地理空间认知方面具有显著优势，但目前相关研究尚处于概念探讨和框架搭建阶段，缺乏对地理空间认知内涵及相关技术方法的论述和研究。本文以经典的地理学6问题求解为导向，从地理本体认知、地理过程认知和地理行为认知3个层次，阐述了VGEs地理空间认知的内涵和基本内容；进一步重点探讨了实现VGEs地理空间认知的相关技术方法，包括城市空间表达与城市计算、多模式人机交互、地理知识图谱与空间推理、地理过程模拟、地理行为模式识别与情感计算等方面。以重庆为例开展了应用案例实践，展示了如何利用相关技术方法实现对地理环境和地理空间对象的认知和理解。本文提出的总体框架和技术体系为VGEs地理空间认知的深入开展和技术实现提供了新的思路和解决方案，有助于将该项工作从理论探讨阶段推向技术实现阶段。  
        关键词：虚拟地理环境;地理空间认知;认知基本内容;认知技术方法;结构化语义建模;城市计算;地理知识图谱;行为模式识别   
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        发布时间：2021-10-21

        大气遥感

      • 王雅鹏,陶金花,程良晓,余超,范萌,张莹,陈元琳,朱莉莉,顾坚斌,陈良富
        2021, 25(10): 2040-2052. DOI: 10.11834/jrs.20210302
        高分五号大气痕量气体差分吸收光谱仪甲醛反演可行性分析及初步结果
        摘要：大气痕量气体差分吸收光谱仪EMI（ Environmental trace gases Monitoring Instrument）是搭载在“高分五号”（GF-5）卫星上的覆盖紫外—可见光波段的光谱仪，用于测量240—710 nm波长范围内的地球后向散射和太阳辐射，旨在量化全球对流层和平流层痕量气体的分布，如臭氧、二氧化氮等。本文关注EMI载荷对大气弱痕量气体甲醛（HCHO）的探测能力，并基于实测数据初步评估EMI HCHO产品的探测能力与精度。研究结果表明EMI的辐照度波长校准精度高，但在不同行之间存在较大的不均匀性，其波长校正的精度与仪器的狭缝函数高度依赖行位置的变化。基于EMI的HCHO反演的结果表明，EMI UV2频段的标称信噪比较低，使得利用差分吸收光谱技术（DOAS）得到的HCHO斜柱浓度SCD（Slant Column Density）存在较大的随机误差和拟合残差。现阶段，评估得到的EMI HCHO斜柱浓度的不确定性为1.2×1016 molec./cm2。与国际同类载荷TROPOMI（TROPospheric Ozone Monitoring Instrument）、OMI（Ozone Monitoring Instrument）的交叉对比验证结果表明，EMI可以捕捉到中国地区夏季HCHO的空间分布特征。EMI & TROPOMI与EMI & OMI的相关系数均大于0.8。但是在华东地区EMI HCHO普遍高于OMI和TROPOMI，其原因需要进一步研究。本文的研究证明了EMI对夏季HCHO的探测潜力及不足，可为后续类似载荷的指标设计和算法研发提供参考。  
        关键词：遥感;高分五号;EMI;HCHO;DOAS;空气质量   
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        发布时间：2021-10-21
      • 伟乐斯,尚华哲,胡斯勒图,马润,胡大海,朝克夫,司福祺,施建成
        2021, 25(10): 2053-2066. DOI: 10.11834/jrs.20210226
        GF-5 DPC数据的云检测方法研究
        摘要：高分五号（GF-5）号卫星所搭载的大气多角度偏振探测仪（DPC）能够对地球进行多波段，多角度和的连续观测，其数据对研究全球大气云分布及云辐射反馈作用提供新的视角。本文通法国多角度偏振载荷POLDER（POLarization and Directionality of the Earth’s Reflectances）云检测算法为参考，结合DPC多波段反射率、偏振反射率、表观压强等信息开发了一个适用于DPC的云检测算法。算法主要分为3个部分：首先是阈值方法对云像元进行检测，同时引入表观压强对不同高度的云（如卷云、层积云等）进行进一步的条件约束，然后利用865 nm波段偏振反射率对海表反射的太阳耀斑区进行识别，修正了反射率阈值识别云像元时受到的太阳耀斑干扰。为了验证算法的准确性，利用2018-10-01的MODIS的MOD06云掩码产品与本文云检测算法结果进行定性分析，从目视判读结果可以看出本文云检测结果与MOD06产品具有较高的吻合度；随后又利用2018-10-01—04的CALIPSO-VFM数据与本文云检测结果和MYDO6云掩码产品进行定量分析，分别计算了中低纬度区域（60°N—60°S）的云/晴空像元命中率和云/晴空像元错误预报率，计算结果显示算法云命中率均值相较MYD06云掩码产品高出13.501%的前提下云错误预报率仅高出3.561%，可表明该算法在全球中低纬度区域有着良好的云检测效果。本文提出的云检测算法，可为后续DPC的云参数、水汽、气溶胶等研究提供重要数据支撑。  
        关键词：大气遥感;云检测;表观压强;多角度偏振;GF-5;DPC   
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        发布时间：2021-10-21

        技术方法

      • 王灵丽,武红宇,白杨,孟祥强,贺小军,黄帅,杨松
        2021, 25(10): 2067-2075. DOI: 10.11834/jrs.20210064
        基于可展开式太阳漫反射板的星上相对辐射定标
        摘要：相对辐射定标的目的是降低或消除由于探测元件之间响应差异引起的图像高频竖向条纹或条带噪声，是遥感数据定量化应用的前提与基础。针对可展开式太阳漫反射星上定标装置，本文提出利用漫反射板收拢过程一次成像的星上相对辐射定标方法。通过卫星机械结构驱动漫反射板收拢调整传感器入瞳处太阳入射能量，获取覆盖传感器全部灰度动态范围的星上定标图像，采用直方图匹配算法解算相对辐射定标系数。为了验证本文提出的方法，利用在轨运行的吉林一号光谱星多光谱仪进行星上相对辐射定标实验，测试定标系数对原始图像的校正效果并定量分析相对辐射定标精度，实验结果表明定标系数能够有效消除全色与多光谱谱段地物原始图像的竖向高频条纹与条带噪声，定量分析的结果表明本文提出的方法在传感器灰度响应的全动态范围均能达到较好的校正效果，谱段相对辐射定标精度优于2%，为卫星在轨运行期间进行定量化遥感应用提供可靠保障。  
        关键词：可展开式太阳漫反射板;星上相对辐射定标;直方图匹配;多光谱仪;吉林一号   
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        发布时间：2021-10-21
      • 董克松,谢鑫新,何嘉恺,李雪,孟婉婷,王平凯
        2021, 25(10): 2076-2082. DOI: 10.11834/jrs.20219492
        星载微波成像仪灵敏度稳定性分析
        摘要：微波成像仪是中国第二代极轨气象卫星风云三号卫星的主要载荷之一，灵敏度是评价成像仪系统性能的关键参数之一，可以衡量辐射探测精度，因此该参数的准确计算及其长期稳定性会直接影响遥感数据业务应用效果。经过地面及在轨数据验证，与传统均方根标准差方法相比，利用Allan标准差方法计算星载微波成像仪的在轨灵敏度，首先获得每条扫描线的遥感电压数据，然后分析相邻扫描线之间的电压偏差，最后再结合微波成像仪系统增益，即可获得在轨灵敏度参数。利用Allan方法分析灵敏度，可以有效去除环境噪声的影响，有助于反应星载微波成像仪在轨灵敏度的长期稳定性，更加真实地反映仪器本身的在轨性能演变。分析结果表明：3台微波成像仪在轨性能稳定，长时间观测过程中，FY-3 C\D星成像仪在轨灵敏度的标准差≤0.01 K，FY-3 B星成像仪灵敏度标准差≤0.012 K；3台仪器在10.65 GHz、18.7 GHz、23.8 GHz及36.5 GHz频点8个通道的灵敏度均优于0.5 K；对于89 GHz频点的两个接收通道，FY-3 C\D星微波成像仪的灵敏度优于0.5 K，B星微波成像仪优于0.6 K。本文利用Allan方法获得了风云三号微波成像仪的在轨灵敏度参数，证明该方法适用于微波辐射计在轨灵敏度的计算，同时针对微波成像仪的相关分析结果为国产星载微波成像仪在轨定量应用奠定了基础。  
        关键词：风云三号微波成像仪;灵敏度;均方根标准差;Allan标准差;长期稳定性   
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        发布时间：2021-10-21
      • 王彦兵,王聪,赵亚丽,李小娟,余洁,朱琳
        2021, 25(10): 2083-2094. DOI: 10.11834/jrs.20209357
        基于ROC曲线的永久散射体识别最佳阈值定量筛选
        摘要：永久散射体识别是用PS-InSAR方法获取地面沉降数据的关键环节之一，其最佳阈值的设定直接影响PS点的精度和密度。本文基于大数据统计的分析方法——ROC曲线法定量分析和确定PS点识别的最佳阈值。选择3种典型的PS识别方法，绘制每种方法在不同阈值条件下的ROC曲线图，当ROC曲线下面积越大，方法越优。依据最佳阈值位于ROC曲线左上部位的特征，采用敏感度与特异度之和（Se+Sp）最大的方法可定量判定出最佳阈值的取值。在最佳阈值条件下，识别的PS点具有正选率足够高、误选率足够小，PS点的密度足够大的特性。为进一步验证该方法的可行性，本文以北京龙潭公园地区为PS识别的实验区，用振幅离差指数法、相关系数法，以及两种阈值相结合的双阈值法3种方法进行实验识别PS点，并根据ROC曲线判得3种方法的最佳阈值。研究结果发现：（1）振幅离差TD识别PS点的最佳阈值为0.45；相干系数Tγ识别PS点的最佳阈值为0.45；振幅离差TD、相干系数Tγ双重阈值识别PS点的最佳阈值（TD，Tγ）为（0.50，0.50）。（2）用振幅离差TD和相干系数Tγ双阈值法识别PS点，得到的ROC曲线下面积AUC=0.762，高于单阈值法，表明双重阈值法识别PS点优于单一阈值的PS点识别方法。研究表明ROC曲线可定量化确定PS点的最佳阈值，而且该方法可进一步推广于GIS空间分析、遥感解译过程中阈值的定量化筛选。  
        关键词：遥感;ROC曲线;永久散射体;相干系数;振幅离差;双阈值法;地面沉降   
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        发布时间：2021-10-21
      • 陈洁,郑伟,刘诚,唐世浩
        2021, 25(10): 2095-2102. DOI: 10.11834/jrs.20219176
        Himawari-8静止气象卫星时序法火点探测
        摘要：随着新一代静止气象卫星的发射，高频次和高时效的观测特性对于火点探测具有独特优势。本文基于Himawari-8新一代静止气象卫星高频次观测特点，提出有利于火情初期火点判识的时序探测方法。与传统的极轨气象卫星遥感火情监测采用的上下文法不同，时序探测法判识火点的方法依据为探测像元亮温在观测时间上的差异。研究结果显示，在无云及无异常热源条件下，相邻时次中红外亮温差异较小，当前后时次亮温差达到3K时，可判识出火点，而上下文法的阈值均在6 K以上，时序法的火点判识阈值较上下文法明显降低，探测相应的亚像元火点面积减小一倍以上，从而提高了火情判识的灵敏度，实现火点早期发现。本文介绍了时序法火点判识方法，并以黑龙江桦川县的星地同步观测实验进行验证，研究表明，时序法较上下文法在初发火点探测灵敏度方面有明显优势，时序法和上下文法的结合可提高气象卫星对火情发展过程的监测能力。  
        关键词：遥感;Himawari-8;静止气象卫星;时序法;火点探测   
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        发布时间：2021-10-21
      • 王少腾,耿君,涂丽丽,尹高飞
        2021, 25(10): 2103-2115. DOI: 10.11834/jrs.20219400
        半椭球形树冠对冠层间隙率与聚集度指数的影响研究
        摘要：作为森林冠层结构的重要组成部分，树冠形状对冠层间隙率与聚集度指数的计算有重要影响。之前的研究通常将树冠假设为圆锥形、圆柱形、圆锥+圆柱形等形状计算了冠层间隙率与聚集度指数。然而，树冠生长受外部环境以及内部顶端优势等因素的影响，相较于上述理想化的树冠形状，半椭球形更符合树冠自然生长规律。事实上，半椭球形是一种十分常见的树冠形状。本文以树冠在空间呈泊松分布为前提，推导出半椭球形树冠的冠层间隙率与聚集度指数计算公式，并进一步扩展到双半椭球形树冠。同时，以半椭球形树冠为计算基准，对比分析了半椭球形树冠与其他树冠形状冠层间隙率与聚集度指数的相对差异。模拟计算中主要输入参数包括树冠密度、树冠高度、树冠半径以及叶面积指数等。最后通过虚拟场景对结果进行验证。结果表明：（1）半椭球形树冠与其他树冠形状的冠层间隙率有较大差异。随着观测天顶角增加，不同树冠形状与半椭球形树冠的冠层间隙率的相对差异也逐渐增大。当观测天顶角为70°时，圆锥形树冠与半椭球形树冠的冠层间隙率相对差异已接近100%。（2）树冠形状对聚集度指数同样有较明显影响。极端情况下，圆锥形树冠与半椭球形树冠的聚集度指数相对差异达到30%。（3）半椭球形树冠与其他树冠形状的半球空间聚集度指数期望值的差异不容忽视。  
        关键词：遥感;树冠形状;半椭球形树冠;双半椭球形树冠;冠层间隙率;聚集度指数   
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        发布时间：2021-10-21

        遥感应用

      • 胡德勇,张亚妮,刘曼晴,于琛,曹诗颂,狄宇飞
        2021, 25(10): 2116-2126. DOI: 10.11834/jrs.20209199
        顾及城区形态特征的太阳辐射传输模型及其遥感应用
        摘要：准确量化地表太阳辐射量是反射率遥感反演之基础，开展城区表面辐射研究具有重要意义。本文选择天空视域因子（V）表征城区下垫面形态特征，并区分太阳直接辐射、天空漫辐射以及环境辐射的不同影响，构建了城区表面太阳辐射模型USSR（Urban Surface Solar Radiation）；然后，以Landsat 8可见光和近红外波段遥感数据为例，分析了USSR模型对于量化城区表面太阳辐射的应用前景。研究结论为：（1）USSR模型以天空视域因子为核心要素，清楚量化了城区表面各辐射分量，有效模拟了城区表面太阳辐射传输过程，能够较好地表达城区下垫面形态结构对入射辐射的影响；（2）将USSR模型应用于Landsat 8遥感数据可见光和近红外波段时，基于USSR模型估算得到的城区表面太阳辐射，与不考虑下垫面形态特征影响相比，前者可以较好地表达城区下垫面对入射辐射的“截留”作用；（3）USSR模型估算结果与TEB模型相比，二者具有较高的相关性，间接验证了USSR模型的可用性；（4）对USSR模型的V和下垫面反射率两变量进行敏感性分析，显示随着V值的增加，结果呈递增趋势；通常情况下的地表反射参数P设置值，相对于参数V的影响要弱，呈现不敏感性。本文提出的USSR模型可订正城区表面太阳辐射值，从而拓展城市遥感的应用深度和广度。  
        关键词：太阳辐射;城区表面;形态特征;天空视域因子;下垫面反射率   
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        发布时间：2021-10-21
      • 郭山川,杜培军,蒙亚平,王欣,唐鹏飞,林聪,夏俊士
        2021, 25(10): 2127-2141. DOI: 10.11834/jrs.20210547
        时序Sentinel-1A数据支持的长江中下游汛情动态监测
        摘要：合成孔径雷达（SAR）因其对地观测全天候、全天时优势，成为多云多雨天气限制下洪水动态监测中不可或缺的数据来源之一。由于GEE（Google Earth Engine）云计算平台的兴起和短重访Sentinel-1数据的可获取性，洪水监测与灾害评估目前正面向动态化、广域化快速发展。顾及洪水淹没区土地覆盖变化的复杂性和发生时间的不确定性，基于时序Sentinel-1A卫星数据提出了针对大尺度范围、连续长期的汛情自动检测及动态监测方法。该方法首先，利用图像二值化分割时序SAR数据实现水体时空分布粗制图，逐像素计算时间序列中被识别为水体候选点的频率。然后，利用Sentinel-2光学影像对精度较粗的初期SAR水体提取结果进行校正，得到精细的水体分布图。最后，针对不同频率区间的淹没特点，采用差异化的时序异常检测策略识别淹没范围：对低频覆水区利用欧氏距离检测时序断点，以提取扰动强度大、淹没时间短的洪涝灾害区；对高频覆水区利用标准分数（Z-Score）检测时序断点，以提取季节性水体覆盖区。在GEE平台上利用该方法，实现了2020-05—10长江中下游地区全域洪水淹没范围时空信息的自动、快速、有效监测，揭示了不同区域汛情发展模式的差异性。本文提出的洪水快速监测方法对大尺度下的汛情动态监测、灾害定量评估和快速预警响应具有重要的现实意义。  
        关键词：洪水监测;水体提取;时序SAR数据;Google Earth Engine;长江中下游;Sentinel-1A   
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        发布时间：2021-10-21
      • 章斯腾,陆欣,陆瑶,程亮,李满春,杨康
        2021, 25(10): 2142-2152. DOI: 10.11834/jrs.20219268
        青藏高原河流网络高分CubeSat遥感监测
        摘要：河流网络是地表水循环的重要组成部分，如何实现河流网络动态监测已成为河流遥感研究的热点。近年来，以PlanetScope为代表的CubeSat小卫星已具备了米级空间分辨率、1 d重访周期的优势，这为河流网络高时空分辨率动态监测提供了可能。本文以青藏高原长江源区的通天河流域（227 km2）为研究区，选取2017-05—2017-10 5期3 m空间分辨率CubeSat遥感影像，增强河流横纵剖面特征自动化提取了河流网络，研究了通天河流域河流网络动态变化，对比分析了3 m CubeSat与30 m Landsat 8、10 m Sentinel-2所提取的河流网络，以及5种现有水体数据集（GRWL，GSW，FROM-GLC 2017，OpenStreetMap，HydroSHEDS）。研究结果表明：（1）研究区内河流网络5月水系密度较低（0.38 km-1），7—8月河流网络进入丰水期，水系密度显著增加至0.61 km-1，9月河流网络进入平水期，水系密度趋于平稳（0.53 km-1），随后迅速退化并于10月开始冻结，水系密度迅速降低至0.37 km-1；（2）采用高空间分辨率CubeSat所提取的河流网络能够识别更多细小河流（河宽3—30 m），CubeSat所提取的河流总长分别为Landsat 8、Sentinel-2所提取河流总长的1.6倍和1.3倍；（3）CubeSat所提取的河流网络水系密度高于现有水体数据集（2.9—12.4倍），弥补了现有水体数据集无法反映细小河流的不足。  
        关键词：河流网络;遥感信息提取;动态监测;CubeSat;青藏高原   
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        发布时间：2021-10-21
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