最新刊期
      2021 年 第 25 卷 6 期
      封面故事

        中国遥感卫星

      • 苗晶,李小英,王红梅,王雅鹏,朱松岩,王智灏
        2021, 25(6): 1201-1215. DOI: 10.11834/jrs.20218343
        GF-5 AIUS水汽廓线反演算法研究
        摘要：针对红外掩星载荷的分层探测特性，本文在Rodgers提出的LM（Levenberg-Marquardt）最优估计算法的基础上进行修改，构建一种适合掩星探测的水汽廓线反演算法。首先，考虑到红外掩星的高光谱数据在反演时存在通道信息冗余的问题，相关的干扰成分信息对反演精度也有严重影响。使用通道选择和敏感性分析选择合适的反演通道，从而减轻计算负担并提高反演效率。其次，采用分层平滑因子修正Rodgers的LM最优估计算法，使算法更适合红外掩星载荷的分层探测特性。最后，为了验证修正算法的可靠性，分别对ACE-FTS观测数据和GF-5AIUS模拟光谱数据进行水汽廓线反演，并对同次迭代的反演结果进行对比。结果表明：对于ACE-FTS观测数据，修正后算法的反演总体相对偏差从±10％降低到±6％；对于GF-5 AIUS模拟光谱数据，修正后算法的反演总体相对偏差从±9％降低到±5％。此外，在部分高度层中相对偏差明显减小，对于ACE-FTS的反演实验，在不同高度层中修正后算法减小的相对偏差百分比超过25.17％；对于GF-5 AIUS反演实验，不同高度层减小的相对偏差百分比超过48.26％，表明修正后的算法使反演效果得到了改善，证实了该算法的有效性。因此，本文提出的算法可以为今后掩星探测水汽廓线的研究提供参考，为预测降雨、天气灾害、维持全球生态平衡等领域的研究提供高质量的水汽基础数据。  
        关键词：水汽廓线反演;OEM;ACE-FTS;GF-5 AIUS;RFM   
        714
        |
        328
        |
        1
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11038490 false
        发布时间：2021-06-28
      • 皮新宇,曾永年,贺城墙
        2021, 25(6): 1216-1226. DOI: 10.11834/jrs.20219178
        融合多源遥感数据的高分辨率城市植被覆盖度估算
        摘要：准确获取城市植被覆盖定量信息对城市生态环境评价，城市规划及可持续城市发展具有重要意义。遥感技术的发展为获取区域及全球植被覆盖信息提供了有效手段，目前基于单传感器、单时相遥感数据的城市植被覆盖度估算方法得到较为广泛的应用。然而，由于城市地表覆盖的复杂性、植被类型的多样性，在一定程度上影响了城市植被覆盖信息提取的精度。为此，本文提出一种基于多源遥感数据与时间混合分析的城市植被覆盖度估算方法。首先，通过时空融合、植被物候特征分析获得最佳时序的GF-1 NDVI数据；其次，基于时间序列的GF-1 NDVI及Landsat 8 SWIR1、SWIR2数据，采用时间混合分析方法以长沙市为例估算城市植被覆盖度。实验研究表明，基于多源遥感数据与时间混合分析方法获得了较高精度的城市植被覆盖度估算（RMSE为0.2485，SE为0.1377，MAE为0.1889），相对于单时相光谱混合分析、传统的像元二分法，本文提出的方法更为稳定，在低、中、高不同植被覆盖区均能获得较高的估算精度，为城市植被覆盖度定量估算提供了有效方法。  
        关键词：多源遥感数据;GF-1;时空融合;时间混合分析;植被覆盖度;城市   
        1228
        |
        541
        |
        9
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11038346 false
        发布时间：2021-06-28

        技术方法

      • 朱安然,孙睿,王梦佳
        2021, 25(6): 1227-1243. DOI: 10.11834/jrs.20219376
        植被光能利用率遥感估算
        摘要：光能利用率表征植被通过光合作用将所截获/吸收的能量转化为有机碳的效率，是遥感估算植被生产力的关键参数。由于植被分布和气候环境的综合影响，光能利用率表现出显著的空间异质性和时间动态性，光能利用率的不确定性成为后续生产力模型估算精度不高的重要原因。本文以Fluxnet全球通量站点数据和MODIS LAI/fPAR产品为数据源，比较了5种遥感植被生产力模型中的光能利用率估算方法，并在此基础上考虑光照散射条件对光能利用率的影响，结合晴空指数，利用逐步线性回归方法和参数优化方法建立不同植被类型的光能利用率估算模型。验证结果表明，考虑晴空指数可提高光能利用率估算精度，两种方法估算得到的光能利用率值RMSE均低于0.5 gC·MJ-1，逐步线性回归法尽管机理欠缺，但由于选择因子较多，光能利用率估算精度较高（R2=0.461，RMSE=0.403 gC·MJ-1）；广泛应用的参数化方法由于考虑的因子较少、模型形式较固定，光能利用率估算精度稍低（R2=0.306，RMSE=0.489 gC·MJ-1）。本文所建立的光能利用率估算模型可应用于区域或全球植被光能利用率及生产力的估算。  
        关键词：光能利用率;逐步线性回归;参数优化;遥感;晴空指数;总初级生产力   
        985
        |
        401
        |
        3
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11039356 false
        发布时间：2021-06-28
      • 王芬,郭擎,葛小青
        2021, 25(6): 1244-1256. DOI: 10.11834/jrs.20219250
        深度递归残差网络的遥感图像空谱融合
        摘要：为了充分利用多光谱图像的光谱信息和全色图像的空间信息，本文提出一种基于深度递归残差网络的遥感图像空谱融合方法。方法将残差网络和递归网络相结合，利用残差网络学习低空间分辨率多光谱图像与高空间分辨率多光谱图像之间的残差，同时结合全局残差和局部残差，加快网络的收敛速度，解决深层次网络容易出现的梯度消失和梯度爆炸问题；利用递归神经网络在不增加权重参数、减轻过拟合的情况下通过提高网络层数来提高精度，得到更好的图像融合效果。为了验证本文方法的有效性，应用遥感图像进行模拟实验、真实实验和泛化实验，实验结果与传统方法和现有深度学习方法进行对比分析。主观视觉和客观定量评价表明，本文方法很好地改善了传统方法存在的光谱失真现象，并且较现有深度学习方法学习到更深层次丰富的图像特征，更好地保留了图像的空谱信息，同时泛化实验也说明本文的网络具有较好的泛化能力。  
        关键词：遥感图像融合;空谱融合;深度学习;卷积神经网络;残差网络;递归神经网络   
        812
        |
        420
        |
        4
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11039243 false
        发布时间：2021-06-28
      • 高奎亮,余旭初,宋治杭,张晋,刘冰,孙一帆
        2021, 25(6): 1257-1269. DOI: 10.11834/jrs.20210309
        联合空谱信息的高光谱影像深度胶囊网络分类
        摘要：向量化的胶囊神经元和动态路由式的信息传递机制赋予了胶囊网络更强的特征表示能力。在遥感领域，基于胶囊网络的高光谱影像分类方法已经获得了较传统深度学习模型更为优异的分类结果。针对现有胶囊分类模型中存在的网络浅层、空谱联合信息利用不足等问题，本文利用卷积胶囊层、残差连接、三维卷积胶囊层构建了一种用于高光谱影像分类的新型深度胶囊网络。具体地，本文方法直接以高维数据立方体作为网络输入，并利用胶囊残差块逐层提取数据中的深层抽象特征。为了更加充分地利用影像中的空谱联合特征，在深层次的胶囊残差块中引入三维卷积胶囊层，以进一步提高分类精度。为了验证本文方法的有效性，选择University of Pavia、Indian Pines和Salinas等3个常用高光谱数据集和一个大规模机载高光谱数据集Chikusei进行实验。结果表明，与现有深度学习模型相比，本文方法能够获得更为优异的分类效果，在4个数据集上分别获得了99.43%、98.85%、97.14%和97.43%的总体分类精度。  
        关键词：高光谱影像分类;深度胶囊网络;三维卷积胶囊;三维卷积路由;深度学习   
        772
        |
        320
        |
        4
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11038663 false
        发布时间：2021-06-28
      • 陈毛毛,郭擎,刘明亮,李安
        2021, 25(6): 1270-1283. DOI: 10.11834/jrs.20219411
        密集卷积残差网络的遥感图像融合
        摘要：针对传统的遥感图像融合方法通常会引起光谱失真的问题和大多数基于深度学习的融合方法忽略充分利用每个卷积层信息的不足，本文结合密集连接卷积网络和残差网络的特性，提出了一个新的融合网络。该网络通过建立多个密集卷积块来充分利用卷积层的分级特征，同时块与块之间通过过渡层加快信息流动，从而最大程度地对特征进行极致利用并提取到丰富的特征。该网络应用残差学习拟合深层特征与浅层特征之间的残差，加快网络的收敛速度。实验中利用GaoFen-1（GF-1）和WorldView-2/3（WV-2/3）的多光谱图像MS （Multispectral Image）和全色图像PAN（Panchromatic Image）（MS与PAN的空间分辨率之比为4）评估本文提出方法的有效性。从视觉效果和定量评估结果两个方面来看，本文方法得到的融合结果要优于所对比的传统方法和深度学习方法，并且该网络具有鲁棒性，能够泛化到不需要预训练的其他卫星图像。本文方法通过特征的重复利用实现了光谱信息的高保真并提高了空间细节分辨能力，有利于遥感图像的应用研究。  
        关键词：遥感图像融合;深度学习;密集连接卷积网络;密集卷积块;残差学习   
        901
        |
        387
        |
        3
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11039003 false
        发布时间：2021-06-28

        遥感应用

      • 杨胜天,王鹏飞,王娟,娄和震,巩同梁
        2021, 25(6): 1284-1293. DOI: 10.11834/jrs.20209082
        结合无人机航空摄影测量的河道流量估算
        摘要：河道流量的获取是水资源开发及生态保护的基础。但在缺少资料地区，如何方便、准确的获取流量资料仍然是一个难题。随着无人机航空摄影测量的发展，为解决该问题提供了新的数据源和思路。本研究利用无人机航空摄影获取的高精度的DOM（Digital Orthophoto Map）与DSM （Digital Surface Model），结合经典曼宁公式河道流量算法，深度挖掘航测数据记录的地表高程信息，提出了一种河道流量估算的新方法。研究计算了中国西北典型无资料区准格尔盆地的卡赞营、博尔通古、安集海、大河沿子和二叉河等5个典型断面的流量。与实测流量对比分析得出如下结论：5个计算断面流量平均相对误差为10.74%，最小相对误差为1.43%，均方根误差RMSE（Root Mean Squared Error）为4.82 m3/s，平均百分比误差MPE（Mean Percentage Error）为0.065，证明了将无人机数据与曼宁公式相结合的方法在径流估算上的可行性。本研究发挥了无人机航空摄影快速、便捷、高精度获取河道基础信息的优势，论证了无人机航空摄影测量数据与经典流量公式相结合的可行性，为缺少资料地区径流资料的获取提供新思路。研究结果为缺少资料区水资源开发和生态保护提供了重要数据，同时为复杂水文模式的简化处理在缺少资料地区模拟计算提供了重要的验证数据。  
        关键词：无人机;曼宁公式;低空遥感;河道流量计算;精度分析;无资料区   
        829
        |
        313
        |
        5
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11038248 false
        发布时间：2021-06-28
      • 董佳臣,倪文俭,张志玉,孙国清
        2021, 25(6): 1294-1307. DOI: 10.11834/jrs.20219449
        ICESat-2植被冠层高度和地表高程数据产品用于森林高度提取的效果评价
        摘要：由美国宇航局（NASA）研制的新一代冰、云和陆地高程卫星（ICESat-2）于2018-09-15发射成功，其搭载的先进地形激光测高系统（ATLAS）采用微脉冲多波束光子计数激光雷达技术，可用于全球高程线采样数据的获取。目前公开发布了9种数据产品，其中包括植被冠层高度和地表高程数据产品（ATL08），为全球森林结构参数的估算提供了新的契机。本文以美国宾夕法尼亚州斯奈德县和印度尼西亚西加里曼丹吉打邦为研究区，在温带森林和热带雨林两种不同的生态系统立地条件下，对 ICESat-2的ATL08数据产品用于森林高度估算的效果进行评价。首先建立了地形高程数据产品（ATL03）与ATL08数据产品的关联规则，以获取分别记录在这两种产品中的光子空间分布信息和分类信息；进而以机载小光斑激光雷达数据为参考，对ATL08数据产品的光子分类可靠性及其用于森林高度估算的准确性进行了分析评价。结果表明：（1）在温带森林情况下，ATL08数据产品提供的平均冠层高度和最大冠层高度与参考数据的相关系数（R²）分别为0.54和0.61，相对误差分别为16.78%和10.71%，表明ATL08数据产品的光子分类结果能够用于刻画森林冠层结构和林下地形；（2）在热带雨林情况下，到达地面的光子数量相较于温带森林明显减少，地面光子类型识别的可靠性低，ATL08数据产品提供的平均冠层高度和最大冠层高度与参考数据的相关系数（R²）分别为0.21和0.19；（3）森林覆盖度的增大会导致ATL08计算的冠层高度误差增大，热带雨林平均冠层高度的误差随着坡度增大有增大趋势，在坡度为0°—10°、10°—20°和20°—30°共3组情况下，误差分别为5.7 m、6.6 m和9.3 m。因此，在高森林覆盖度情况下，现有的ATL08数据产品难以直接用于森林高度的提取。  
        关键词：ICESat-2;ATLAS;ATL08;森林结构参数   
        1631
        |
        635
        |
        5
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11039086 false
        发布时间：2021-06-28
      • 刘之榆,刘忠,万炜,黄晋宇,王佳莹,郑曼迪
        2021, 25(6): 1308-1323. DOI: 10.11834/jrs.20210053
        SAR与光学遥感影像的玉米秸秆覆盖度估算
        摘要：秸秆是农田生态系统的重要组成部分。秸秆覆盖度（CRC）的遥感估算可以大范围、快速地获取地面秸秆覆盖信息，对保护性耕作的推广具有十分重要的意义。基于Sentinel-1 SAR影像和Sentinel-2光学影像分别构建了雷达指数与光学遥感指数，结合吉林省梨树县春秋两期实地采样数据，探究遥感指数与玉米秸秆覆盖度的相关性。为进一步提升玉米秸秆覆盖度的估算精度，结合雷达指数与光学遥感指数，采用最优子集回归的方法建立玉米秸秆覆盖度的估算模型，完成研究区的玉米秸秆覆盖度估算制图。结果表明：土壤质地分区建模可有效解决土壤异质性问题，提升反演精度。各遥感指数在秋季高覆盖时期的表现均优于春季低覆盖时期。STI和NDTI指数在光学遥感指数中表现最好，R2分别为0.701和0.697，而在雷达指数中，基于余弦矫正法的γVH0指数与实测CRC的相关性最高，R2为0.564。结合雷达指数与光学遥感指数能够有效地提高秸秆覆盖度估算精度，在最优子集回归法下基于结合指数构建的回归模型最优，R2为0.799，RMSE为13.67%，达到了较高的精度。研究结果为秸秆覆盖度估算的精度提升提供了一种新思路。  
        关键词：微波遥感;秸秆;覆盖度;玉米;SAR;最优子集回归   
        1061
        |
        311
        |
        5
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11038859 false
        发布时间：2021-06-28
      • 李婷,张显云,邓小东,李宏达,聂士海
        2021, 25(6): 1324-1337. DOI: 10.11834/jrs.20219098
        顾及多径环境差异和粗差的GNSS-MR土壤湿度反演
        摘要：针对基于单系统单卫星GNSS-MR（GNSS Multipath Reflectometry）土壤湿度反演的可靠性不高、实际可操作性不强和最小二乘估计不具鲁棒性的缺点，为获取更优的延迟相位估值，并改善GNSS-MR土壤湿度反演的可靠性和实际可操作性，同时简化繁杂的选星过程，提出了一种基于抗差估计的多系统多卫星组合GNSS-MR土壤湿度反演算法。该算法首先顾及多径环境的差异性、多径误差的周期特性等进行信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）观测值的筛选，然后采用基于IGGIII（Weight Function III Developed by Institute of Geodesy and Geophysics）权函数的抗差估计解求延迟相位，进而获得表征土壤湿度变化趋势的延迟相位组合。实验结果表明，相较于未采用抗差估计的多系统多卫星组合（方案1）和单卫星组合（方案3），得益于抗差估计良好的鲁棒性，基于抗差估计的多系统多卫星组合（方案2）和单卫星组合（方案4）获得了较高的建模精度，所得延迟相位与实测土壤湿度间的相关系数分别为0.97和0.95、土壤湿度拟合残差的均方根误差分别为0.010和0.012；同时，方案2和方案4还取得了较高的土壤湿度预报精度，土壤湿度预测值与土壤湿度实测值间的相关系数分别为0.92和0.91、土壤湿度预报残差的均方根误差分别为0.016和0.023；此外，相比于方案4，方案2在采用抗差估计解求延迟相位的基础上，采用多系统多卫星组合进一步提升了延迟相位的估值精度，从而不仅避免了复杂的选星过程，而且还获得了更好的建模效果和更高的土壤湿度预报精度。  
        关键词：多系统多卫星GNSS-MR;土壤湿度反演;信噪比;延迟相位;抗差估计   
        658
        |
        218
        |
        2
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11038567 false
        发布时间：2021-06-28
      • 李晓东,宋开山
        2021, 25(6): 1338-1350. DOI: 10.11834/jrs.20210129
        动态变化率与最大差值相结合的陆表生态变化检测
        摘要：为了实现更大尺度上的陆表生态变化检测，一种基于综合生态指数的动态变化检测方法用于不同时期卫星影像变化信息的提取。本文以东北地区的松嫩平原地表植被覆盖类型作为主要研究对象，2006年和2018年作为变化检测研究的标准年，陆地资源卫星影像数据作为实验数据源。动态变化的主要检测内容划分为年内变化和年际变化，最大差值算法计算影像数据的年内最大变化差异，同时动态比率算法计算年际动态变化。方法的实现过程如下，选择3个主要生态指数（水体指数、植被指数和土壤指数）用于计算年内最大差异和年际动态比率。然后，采用主成分分析法提取年内最大差异和年际动态比率的第一主成分，主要研究内容包括年内变化的显著性生态评价和年际变化方向、变换类型的分析与评价以及方法精度的验证。最终结果表明：（1）动态比率算法用于研究区年际变化检测，具有更高的变化检测精度，总体精度为93.80%，Kappa系数为0.876。（2）年内生态指数变化的最大差值用于定量衡量研究区年内变化检测。其中，第一主成分保留了83.04%的变化信息。同时，植被和水体对研究区的陆表生态变化有正方向的贡献。土壤裸露程度对陆表生态变化有负方向贡献。动态比率变化检测方法不需要设定适合的、动态的变化阈值，更便于大范围高效更新土地覆被类型。  
        关键词：变化检测;动态变化率;土地覆被类型;松嫩平原;中国东北   
        697
        |
        169
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11038761 false
        发布时间：2021-06-28
      0