最新刊期
      2021 年 第 25 卷 2 期
      封面故事

        学者观点

      • 宫鹏
        2021, 25(2): 527-529. DOI: 10.11834/jrs.20211010
        智慧遥感制图（iMap）
        摘要：本文基于地图制图发展趋势，提出智慧遥感制图的概念（iMap）。旨在梳理遥感制图未来的努力方向。iMap应从制图目的灵活性、制图知识可迁移性、数据多源性、多算法集成性和制图系统易用性等方面深入利用大数据和人工智能技术，创新遥感制图理论和技术。  
        关键词：人工智能与制图;知识迁移;可重组分类系统;大数据   
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        发布时间：2021-03-03

        中国遥感卫星

      • 周建民,张鑫,刘志平,李震
        2021, 25(2): 530-538. DOI: 10.11834/jrs.20219080
        高分一号山地冰川运动速度提取与分析
        摘要：近年来国产遥感卫星数据增多，但在山地冰川运动速度监测研究中，国产卫星遥感数据的使用却很少。基于此现状，本研究利用 “高分一号”卫星数据（GF-1）对藏东南雅弄冰川运动速度进行了提取。通过与同分辨率、同时段的Landsat 8数据进行对比，以及利用非冰川稳定区域的残余位移和冰川主冰流线剖面运动速度两方面，评估了GF-1数据提取的冰川运动速度的精度。结果表明：GF-1数据在非冰川稳定区域的平均偏移量为7.48 m·a-1，虽较Landsat 8数据的高（平均偏移量 4.58 m·a-1），但小于冰川平均运动速度的5% ；GF-1数据与Landsat 8数据在2015年—2016年时段内的冰川主冰流线运动速度变化趋势一致，两者的偏差均方根为7.41 m，小于冰川平均运动速度的5%。研究结果证明了国产高分一号卫星遥感数据在青藏高原山地冰川运动速度监测应用中的可行性。  
        关键词：高分一号卫星;国产卫星数据;山地冰川;雅弄冰川;运动速度;归一化互相关   
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        发布时间：2021-03-03
      • 黄建文,李增元,陈尔学,赵磊,莫冰萍
        2021, 25(2): 539-548. DOI: 10.11834/jrs.20219090
        高分六号宽幅多光谱数据人工林类型分类
        摘要：高分六号（GF-6）卫星于2018年成功发射，2019-03正式投入使用。由于GF-6宽幅相机的WFV（Wide Field of View）影像较GF-1的同类影像新增2个红边波段，将会提高对农业、林业、草原等资源监测能力。为了分析GF-6的WFV影像在人工林分类方面的能力，促进高分数据在林业领域的应用，本文选取广西高峰林场为研究区，以最新的GF-6 WFV影像为数据源，结合地面实测类型数据，进行广西南宁高峰林场的桉树，杉木等人工林类型提取。主要运用随机森林（random forests）的分层分类法：首先计算6种植被指数，并利用随机森林法进行植被指数的特征优选，然后确定4种波段组合数据集的分类方案，4种数据集分别为（1）无红边的前4个波段，（2）有红边的8个波段，（3）8个波段加上未优化的植被指数特征组合，（4）8个波段加上优化的植被指数特征组合。再进行WFV影像4种数据集的随机森林分类，随机森林采用分类回归树（CART）算法来生成分类树，结合了bagging和随机选择特征变量的优点，是一种有效的分类方法。最后比较4个方案的分类结果并进行精度验证。结果表明：方案2比方案1精度提高了4.99%，Kappa系数提高了0.058。说明包含红边的8波段数据比4个波段数据精度有大幅提升。方案4的8波段加上优化植被指数特征组合的分类精度最高，达到了85.38%，比方案2包含红边波段组和方案1无红边波段组的精度分别提高了3.98%，8.97%，Kappa系数分别提高了0.046，0.104。说明WFV影像加入红边波段比无红边波段精度明显增高。由结果可知，红边指数的引入，增强了植被信息，能够较准确地反映人工林类型特征差异，明显提升了人工林的分类精度。本研究方法可以有效改善广西人工林类型信息提取效果，为GF-6影像质量的评价及其在林业应用潜力提供科学参考依据。  
        关键词：GF-6;人工林类型分类;随机森林;分层分类方法;红边植被指数   
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        发布时间：2021-03-03
      • 李前景,刘珺,米晓飞,杨健,余涛
        2021, 25(2): 549-558. DOI: 10.11834/jrs.20219347
        面向对象与卷积神经网络模型的GF-6 WFV影像作物分类
        摘要：GF-6 WFV影像是中国首颗带有红边波段的中高分辨率8波段多光谱卫星的遥感影像，对于其影像及红边波段对作物分类影响的研究利用亟待展开。本文结合面向对象和深度学习提出一种适用于GF-6 WFV红边波段的卷积神经网络（RE-CNN）遥感影像作物分类方法。首先采用多尺度分割和ESP工具选择最佳分割参数完成影像分割，通过面向对象的CART决策树消除椒盐现象的同时提取植被区域，并转化为卷积神经网络的输入数据，最后基于Python和Numpy库构建的卷积神经网络模型（RE-CNN）用于影像作物分类及精度验证。有无红边波段的两组分类实验结果表明：在红边波段组，卷积神经网络（RE-CNN）作物分类识别取得了较好的效果，总体精度高达94.38%，相比无红边波段组分类精度提高了2.83%，验证了GF-6 WFV红边波段对作物分类的有效性。为GF-6 WFV红边波段影像用于作物的分类研究提供技术参考和借鉴价值。  
        关键词：遥感;面向对象;分类;高分六号;红边波段;卷积神经网络   
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        发布时间：2021-03-03

        综述

      • 卞尊健,漆建波,吴胜标,王雨生,刘守阳,徐保东,杜永明,曹彪,历华,黄华国,肖青,柳钦火
        2021, 25(2): 559-576. DOI: 10.11834/jrs.20219274
        光学遥感三维计算机模拟模型的研究进展与应用
        摘要：三维计算机模拟模型是遥感辐射传输机理研究的重要内容，在复杂地表正向模拟和遥感反演中扮演着重要角色。经过最近20年的发展，三维计算机建模研究取得了显著进展，在地表辐射传输过程分析、模型和算法的验证及遥感反演等方面应用广泛。为了更加充分理解三维计算机模拟模型的发展和模型间的差异，及探讨如何将其更好的应用于生活、生产，本文对三维计算机模拟模型在光学遥感的研究进行了综述。本文从模型的原理、应用和发展趋势3个方面展开了论述。首先，简要介绍了光线追踪方法和辐射度方法的原理及现有的模型；然后，对三维计算机模拟模型在遥感的主要应用进行了总结；最后，对模型未来的发展趋势展开了讨论，从运行效率、模拟精度和功能集成等方面存在的问题和需求出发，分析了三维计算机模拟模型发展和遥感应用的趋势。随着复杂地表遥感建模研究的深入，计算机技术的发展和多源遥感数据特别是高时空分辨率数据的应用，三维计算机模拟模型将在遥感理论研究和应用发挥更加重要的作用。  
        关键词：三维计算机模拟模型;光学遥感;光线追踪;通量追踪;辐射度   
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        发布时间：2021-03-03
      • 曹西凤,李小英,罗琪,刘双慧,李鹏,刘欣
        2021, 25(2): 577-598. DOI: 10.11834/jrs.20210009
        星载红外高光谱传感器温度廓线反演综述
        摘要：全球变暖是当前国际社会的热点话题，温度廓线是大气热力状态的重要参数，准确高效地获取其时空分布信息是天气预报和气候变化研究的前提。与传统的地面观测方式相比，卫星探测数据具有高空间、时间分辨率的优势，为气象观测提供了数据支持。本文分别针对星载红外高光谱传感器3种常见观测模式（天底、掩星及临边观测模式）下的国外7个传感器代表（IMG、AIRS、IASI、HALOE、TES、MIPAS、ACE-FTS）及国内大气探测卫星（风云系列和高分系列）在参数、性能和用途等3个方面进行介绍，得出当前国际上天底观测可提供垂直方向1 km内温度产品精度小于1 K，TES临边观测模式可提供的对流层温度廓线产品精度最高可达0.5 K，均满足NWP精度要求，可有效的用于天气预报及气候变化研究；由辐射传输方程出发，对气温廓线反演的3种常用方法（统计回归、物理及人工神经网络反演）的基本原理、特点及发展历程进行了对比分析。同时，就温度廓线反演算法的关键问题及可能的解决方案进行了阐述；并对误差（平滑、模型参数及测量误差）产生及其传播原理进行系统地归纳总结。最后，提出现阶段气温探测过程中存在的问题。  
        关键词：星载红外高光谱传感器;大气温度廓线;辐射传输;关键问题;误差分析   
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        发布时间：2021-03-03
      • 李晨帆,姚佩雯,刘翔,陈冰玉,邹鸿博,王彪,张江,李勃,凌宗成,陈圣波
        2021, 25(2): 599-613. DOI: 10.11834/jrs.20210157
        面向中国深空探测任务的行星数据系统的设计与实现
        摘要：行星数据系统是归档和发布深空探测任务获得数据的在线平台，也是开展行星学科研究的基础。不同的深空探测任务，包括中国的“嫦娥计划”和“天问系列”，都存在数据格式转换复杂、数据处理不便、专业性强等缺点，使其难以面向公众。为了有效管理、存档和分析这些数据并发挥其应用潜力，本文基于WebGIS三层分布结构，采用面向对象的时空数据模型，设计并开发了山东大学威海行星数据系统（SDU-PDS）。该系统分为网页版和移动版两个版本。网页版是一个能有效存储、管理、分析和发布中国深空探测数据的在线系统；移动版则是一个集行星数据浏览、叠加和探测任务三维可视化于一体的行星可视化系统。SDU-PDS不仅能为科研工作人员提供数据服务和分析功能，还具有为大众普及行星科学知识和提高公众基本科学素养的科普功能。通过对SDU-PDS基本功能进行组合和优化，该系统实现了行星数据融合和挖掘等关键技术，开展了月球地质图绘制和“嫦娥四号”安全着陆区预选等科学任务和研究，从而服务于中国后续的深空探测任务。  
        关键词：遥感;行星数据系统;山东大学威海行星数据系统;WebGIS;数据融合;数据挖掘   
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        发布时间：2021-03-03
      • 李晓恩,周亮,苏奋振,吴文周
        2021, 25(2): 614-629. DOI: 10.11834/jrs.20209297
        InSAR技术在滑坡灾害中的应用研究进展
        摘要：InSAR技术作为重要的对地观测技术之一，已在城市、矿山、地质灾害等地表形变监测领域得到广泛应用与探索，特别是在滑坡灾害形变监测中具有很强的实用性。为全面、准确及深入认识和梳理InSAR技术在滑坡灾害应用中的前沿科学问题、局限性、面临挑战及未来发展趋势，以期更好地服务于滑坡灾害的防治与监测。以InSAR技术滑坡灾害应用研究为主要脉络，系统阐述其研究进展：（1）以滑坡监测中应用的主要InSAR方法概述为切入点，系统梳理了各类主要方法的适用范围、优缺点及内在联系；（2）基于早期识别探测、不同量级形变监测、活动模式与三维信息获取、形变与诱因耦合4个视角，深入探析InSAR技术在滑坡应用中的最新进展、趋势及目前应用中存在的关键问题与挑战；（3）针对InSAR技术系统的局限性、滑坡灾害的特点，剖析了InSAR滑坡监测中存在的几何畸变、密集植被覆盖、大气干扰、三维形变信息获取、精度评定、滑坡形变的复杂性和非线性等问题，并对相应问题的解决提供了可行性的方案与建议措施；（4）基于InSAR滑坡行业体系构建的视角，结合人工智能（AI）、机器学习、无人机遥感及地学领域地震台网等其他观测技术，从数据处理、与其他新型技术融合对未来InSAR在滑坡应用研究进行总结和展望。  
        关键词：遥感;InSAR技术;山体滑坡;地质灾害;形变监测;研究进展   
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        发布时间：2021-03-03

        技术方法

      • 冯蕊涛,杜清运,罗恒,沈焕锋,李星华,刘波
        2021, 25(2): 630-640. DOI: 10.11834/jrs.20209280
        基于光流校正的复杂地形区多时相遥感影像配准
        摘要：几何配准是影像后续处理的重要前提，是遥感信息处理领域研究的热点之一。复杂地形区多时相遥感影像的高精度配准一直是难以突破的难题，光流估计法通过逐像素位移增量解算为此提供了可行的解决思路，但光流法对地物变化异常敏感，经常导致计算的光流场及配准影像存在异常。为此，本文提出一种基于光流校正的复杂地形区多时相遥感影像配准方法，采用亮度和梯度双重约束获取光流场初值，在此基础上使用高斯拉普拉斯算子对异常光流进行检测，然后通过Delaunay三角形曲面插值对异常光流进行校正处理，从而得到各像素精准位移。实验表明，本文提出方法对存在地物变化的复杂地形区多时相遥感影像，可实现高保真、高精度的配准。  
        关键词：遥感;复杂地形区;光流法;高斯拉普拉斯;配准;Dalaunay三角形曲面插值   
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        发布时间：2021-03-03
      • 王鹏,姚红雨,张弓
        2021, 25(2): 641-652. DOI: 10.11834/jrs.20210199
        超像元尺度下的多光谱图像超分辨率洪水淹没制图
        摘要：超分辨率制图SRM（Super-resolution Mapping）技术可以有效地处理遥感图像中的混合像元，获得准确的地物类别分布信息。目前，SRM技术已经成功地应用于多光谱图像洪水淹没定位中，称为超分辨率洪水淹没制图SRFIM（Super-resolution Flood Inundation Mapping）。然而，现有的SRFIM方法往往基于像元尺度空间相关性，这种空间相关性考虑设定的矩形窗内的像元之间的空间关系，但实际情况下淹没区域与非淹没区域的形状是不规则的，因此这种像元尺度空间相关性不够准确，影响最终的洪水淹没制图精度。为了解决这一问题，提出了超像元尺度空间相关性下的多光谱图像超分辨率洪水淹没制图SSSC-SRFIM（Super-resolution Flood Inundation Mapping for Multispectral Image Based on Super-pixel Scale Spatial Correlation）。在SSSC-SRFIM中，首先利用双立方插值改善原始粗糙多光谱图像，获得改善后的图像，并利用光谱解混方法对改善后的图像进行光谱解混，获得具有每个亚像元属于淹没类别概率值的丰度图像；然后利用主成分分析法提取改善后图像的第一主成分，并利用基于多分辨率的图像分割算法分割第一主成分，获得不规则形状的超像元；再者将丰度图像与超像元进行整合计算，并引入随机游走算法计算各个超像元之间的空间相关性；最后，依据超像元空间相关性，利用基于类别单元的类别方法将淹没区域或非淹没区域标签分配给每个亚像元中，得到最终的洪水淹没制图结果。利用两个Landsat 8 OLI多光谱图像对该方法进行了评价。结果表明，与传统的SRFIM方法相比，本文提出的SSSC-SRFIM方法具有更好的效果。  
        关键词：遥感;多光谱图像;洪水淹没定位;超分辨率制图;超像元;图像分割;随机游走算法   
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        发布时间：2021-03-03
      • 唐淑兰,曹建农,王凯
        2021, 25(2): 653-664. DOI: 10.11834/jrs.20219091
        结合PCA、多尺度分割及SVM的ASTER遥感蚀变信息提取
        摘要：为了利用遥感影像进行更加精确的找矿预测，本文选择新疆东天山尾亚地区ASTER数据进行矿化蚀变信息提取方法研究。为了提高信息提取精度，本文提出了结合主成分分析（PCA）、多尺度分割和支持向量机（SVM）的遥感矿化蚀变信息提取方法。首先，分析ASTER数据的特征，选取各矿化蚀变信息的特征波段，对组合波段进行主成分分析，获得主分量图像；然后，对各主分量图像进行多尺度分割，并获得分割之后的均值图像；接着，提取训练样本，利用SVM对训练样本进行训练，采用试验方法求得最优核参数和松弛变量，构造最优SVM模型；最后，运用最优SVM模型完成矿化蚀变信息的提取。进行主成分分析时，铁染蚀变信息选择Band 1、2、3、4组合，Al-OH基团蚀变信息选择Band 1、4、6、7组合，OH和CO32-基团蚀变信息采用Band 1、2、8、9组合。在运行SVM时采用了序列最小优化算法（SMO）进行求解，速度提高了12%。实验结果表明，与波段比值法、主成分分析法及基于光谱角和SVM的方法等3种方法相比，本文方法提取铁染蚀变信息、Al-OH基团蚀变信息及OH和CO32-基团蚀变信息的总体精度可达到87.98%、 90.01%及88.93%，Kappa系数分别为0.8011、0.8134及0.8023，与成矿区带、已知矿点和已有不同地质背景成矿特征相关性较好。  
        关键词：遥感;ASTER;矿化蚀变信息提取;多尺度分割;主成分分析（PCA）;支持向量机（SVM）;序列最小优化算法（SMO）   
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        发布时间：2021-03-03

        遥感应用

      • 吴冠秋,党安荣,田颖,阚长城
        2021, 25(2): 665-676. DOI: 10.11834/jrs.20210590
        基于时空大数据的粤港澳大湾区城镇群结构研究
        摘要：粤港澳大湾区是中国重点建设的战略区域，其协同结构的有效认知是打造世界级湾区的核心研究内容。作为一种重要的城镇群发展模式，大湾区内部具有复杂的城镇协同关系，这一关系充分体现在城镇间的人群流动特性上，而跨城职住迁徙是区域人口流动的一种直观、稳定的表现，基于高精度跨城职住迁徙数据开展湾区协同结构的认知意义显著。文章在总结归纳国内外湾区协调发展研究、跨城职住综合应用研究的基础上，基于百度地图所识别的跨城职住时空大数据开展了粤港澳大湾区协同认知方法的研究与实践。研究构建了跨城职住交换网络，以统计单元为网络节点、以交换流量为连接权重，从加权连入连出度占比、加权中心度、迁徙平均距离3个方面认知跨城职住关系。研究进一步结合经济数据展开城镇群协同关系的聚类分析，将大湾区内各空间单元归纳为交流中心单元、优势单元及其特例、待发展单元、输出型单元、输入型单元6类。研究结果发现，当下粤港澳大湾区构建了广州—佛山、中山—珠海、深—莞—惠3处交换结构异质性组团，多中心发展结构明显。同时湾区协同不均衡的问题仍然存在，各类协同特征单元呈显著的圈层结构分布，东西岸城镇交换关系差异明显。最后，本文结合大湾区区域综合结构特征以及大湾区相关规划政策空间布局特征，阐述了大湾区内城镇群结构的发展状态、发展问题以及未来方向。指出未来粤港澳大湾区的发展需要进一步加强多中心协调机制优势，解决区域内东强西弱、周边滞后、核心北移等结构问题。梳理各类单元间的合作模式，强化协同网络中优势空间单元的贡献程度，巩固交流中心单元的参与程度，避免极核同周边形成单向的输入输出，充分利用广阔的湾区腹地促进区域功能的循环与互补，以期为粤港澳大湾区的协同发展提供支持。  
        关键词：遥感;粤港澳大湾区;城镇群结构;跨城职住;时空大数据   
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      • 李媛茜,张毅,苏晓军,赵富萌,梁懿文,孟兴民,贾俊
        2021, 25(2): 677-690. DOI: 10.11834/jrs.20210094
        白龙江流域潜在滑坡InSAR识别与发育特征研究
        摘要：白龙江流域地处甘肃省东南部，位于青藏高原、黄土高原和四川盆地的交汇处。区内断裂构造发育、新构造运动活跃、地震频繁，加之多见的暴雨和持续降雨天气，使得流域内地质灾害频发，且分布范围广泛，其中以滑坡、泥石流灾害较为显著。本研究基于合成孔径雷达干涉测量技术，对白龙江流域进行区域尺度上的时序地表变形监测，得出2018年—2019年雷达视线方向的形变速率范围为 -158 —110 mm/a，并在人口分布集中的河谷区圈定出潜在滑坡点共计114处，并进行野外验证。统计发现研究区潜在滑坡多集中分布于两岸坡度20°— 40°、坡向135°— 270°、高差小于150 m、面积小于5×104 m2的千枚岩等软弱岩层中。牙豁口滑坡发生破坏前，滑坡中上部变形剧烈，变形速率达38 mm/a，于07-19在该区域剪出并不断向下推移，最终进入岷江。结合滑前的变形特征和滑坡地貌，将牙豁口滑坡分为搬运区、流通区和堆积区。该滑坡事件证明了InSAR技术在潜在滑坡早期识别中的有效性和可靠性。本研究可为白龙江流域的滑坡调查、综合治理和防灾减灾提供科学依据和参考。  
        关键词：白龙江流域;潜在滑坡;InSAR技术;地表形变;早期识别;发育特征;牙豁口滑坡   
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