最新刊期
      2022 年 第 26 卷 3 期
      封面故事

        综述

      • 王敏钰,罗毅,张正阳,谢巧云,吴小丹,马轩龙
        2022, 26(3): 431-455. DOI: 10.11834/jrs.20211601
        植被物候参数遥感提取与验证方法研究进展
        摘要：在气候变化背景下，植被物候作为生态系统对环境变化响应的直接体现方式，日益受到学界关注。获取长期、连续、多尺度的植被物候数据是物候研究的基础，而利用卫星遥感手段获取的物候参数已经成为陆地生态系统变化研究的重要指标。遥感物候参数在农业生产管理、生态系统监测、土地利用类型制图、人类健康和生态系统气候变化响应等领域发挥着重要的作用。在此背景下，有必要结合关键科学问题与重要应用领域，系统梳理近些年来遥感物候参数提取、验证和产品研发方面的进展，指出本领域目前存在的问题并对未来的发展趋势进行展望。首先，探讨了植被指数、日光诱导叶绿素荧光和植被光学厚度等传统与新兴遥感指标在物候监测方面的应用趋势。其次，分析评述了植被物候遥感方法体系中不同的时序数据预处理与物候期估算算法之间的优劣及适用性。然后，从传统物候观测、物候相机、通量观测和无人机等方面的发展，梳理出多源、多尺度验证方式的发展脉络。同时，着重从产品算法和精度方面评述了近些年国内外物候遥感产品的发展现状。最后，从数据预处理、参数提取方法和遥感数据源等不同角度对植被物候参数遥感提取结果中的不确定性和误差来源进行了系统探讨。在以上基础上，本文指出未来植被物候遥感领域的研究应重点关注：（1）从遥感数据源质量和时空一致性入手，提高不同研究结果之间的可比性；（2）发展具有更好普适性的物候参数提取算法，减少提取过程中的主观性和经验性；（3）以遥感真实性检验理论为基础，完善遥感物候地面验证方法体系；（4）积极拓展基于国产卫星的植被物候监测应用，积累国产卫星的使用经验并逐步摆脱对国外卫星数据的过度依赖。通过以上发展，最终满足实际应用中对于高分辨率、高精度、高时空一致性植被物候参数遥感产品的迫切需求。  
        关键词：遥感;植被物候;生长季;植被动态;生态系统参数;地面验证   
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        发布时间：2022-03-28

        林业与农业

      • 江鑫,何心悦,王大山,邹俊宇,曾振中
        2022, 26(3): 456-467. DOI: 10.11834/jrs.20221370
        利用高分辨率森林覆盖影像实现高山林线的自动提取
        摘要：快速准确地提取高山林线对标定全球气候变化、科学管理森林资源具有重要意义。秦岭高山林线位于高海拔的生态交错带，垂直带谱分布明显，为本文提供了理想的试验区域。遥感技术具有重访周期短、观测范围大和不受地理环境等条件限制的特点，克服了传统实地调查方法效率低、成本高等缺点。本文基于全球首套30 m空间分辨率森林覆盖数据，结合数字高程模型以及秦岭山脉分布数据，提出一种基于遥感的自动提取高山林线的算法；结合高分辨率的Google Earth影像和GPS地面站点观测数据以及NDVI数据，验证高山林线提取结果的准确性；基于高程数据系统分析研究区高山林线分布与地形特征的关系。结果表明：（1）本文结果与Google Earth影像中实际林线分布基本一致，进一步说明本文提出的林线搜索算法的优越性；（2）秦岭林线高程分布特征呈现显著的坡向差异，呈现南坡林线高于北坡，东坡林线高于西坡的特征。鉴于遥感技术的大范围对地观测的能力，以及卫星影像数据较高的数据质量和易获取性，本文提出的分块迭代搜索策略适用于寻找不同级别的高山林线分布，可进一步推广至全球高山林线制图研究，以期为全球山地生态系统监测、保护和恢复提供技术支撑。  
        关键词：高山林线;遥感;自动提取;空间分布;全球   
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        发布时间：2022-03-28
      • 林文科,陆亚刚,蒋先蝶,李桂英,李登秋,陆灯盛
        2022, 26(3): 468-479. DOI: 10.11834/jrs.20221545
        协同多源遥感数据的北亚热带森林蓄积量贝叶斯分层估测
        摘要：精确估算森林蓄积量是国家实现2060年前碳中和目标的迫切需求，而基于遥感的森林蓄积量定量反演是当前遥感应用领域面临的重要挑战和研究热点。光学遥感数据由于无法获取森林高度信息并存在信号饱和问题，反演森林蓄积量的精度较低，而机载Lidar数据能获取高度信息，但成本高、观测范围有限。本研究利用Sentinel-2多光谱、资源三号立体成像和机载Lidar数据，定量评价多源遥感数据在北亚热带估测森林蓄积量的能力，并探索小样本情况下贝叶斯模型在森林蓄积量估算中的优势，旨在解决单一数据集估测森林蓄积量精度低和样本数量不足的问题。研究结果表明，协同Sentinel-2和林分冠层高度模型（CHM）数据的贝叶斯分层建模能够显著提高森林蓄积量估测精度，其相对均方根误差（rRMSE）为27.6%，其估测误差比Sentinel-2数据减少了13.6 m3/ha，比单独CHM数据减少了7.4 m3/ha。多源数据可以有效改善低值高估和高值低估问题，相比单一数据集，多源数据在低值区估测误差减少了约1/4，在高值区减少了约1/3。分层贝叶斯模型有效缓解了因精细分层对样本数量的需求，减少了森林类型和地形差异对森林蓄积量估测精度的影响。为亚热带森林类型和地形复杂的地区，开展森林蓄积量估测制图提供关键技术手段。  
        关键词：遥感;森林蓄积量;贝叶斯分层模型;Sentinel-2;资源三号;机载LiDAR;多源数据   
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        发布时间：2022-03-28
      • 李晓彤,刘倩,覃先林,刘树超,王崇阳
        2022, 26(3): 480-492. DOI: 10.11834/jrs.20219208
        基于多源数据的全国可燃物类型划分方法
        摘要：为满足全国可燃物类型制图的需要，在国内外前人的研究工作基础上，建立了全国尺度的可燃物分类体系，并基于MODIS数据产品和全国植被区划数据，结合地理信息空间分析技术，对全国森林、灌木和草本等3类可燃物进行精细划分和成图。利用实地调查数据和其他数据产品，采用直接验证和交叉验证相结合方式对可燃物类型分类结果进行精度评价。评价结果表明，一级可燃物类型总精度为90.89%，Kappa系数为0.81；二级可燃物类型总精度84.14%，Kappa系数为0.74；三级可燃物类型总精度为68.16%，Kappa系数0.6。利用多源数据和地理信息空间分析技术相结合，有效地实现了在全国尺度上的森林、灌木和草本等3类可燃物类型的精细划分，为森林草原火灾的预防管理提供技术支持。  
        关键词：遥感;可燃物类型;遥感分类;空间分析技术;MCD12Q1产品;MOD44B产品   
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        发布时间：2022-03-28

        大气与海洋

      • 姜梦蝶,陈林,何玉青,胡秀清,刘明奇,张鹏
        2022, 26(3): 493-504. DOI: 10.11834/jrs.20229104
        利用NPP/VIIRS微光数据反演夜间气溶胶光学厚度
        摘要：大气气溶胶具有气候环境和健康效应，且具有明显的时空和昼夜变化特征。因此探测夜间气溶胶光学厚度（AOD）具有重要的意义。NPP/VIIRS上的昼夜通道DNB（Day Night Band）为夜间反演AOD提供了有效的数据。基于大气辐射传输理论对夜间AOD进行反演，首先，利用“背景合成法”获取夜间城市灯光真实辐射值；然后，利用改进的“消光法”反演夜间AOD。选取华北地区作为研究对象，获得了2016-03—2017-02新月日期的夜间城市灯光真实值，选择其中的2016年7月和10月的2次污染天气过程，反演了夜间AOD分布。通过北京、天津和郑州的太阳光度计地基观测结果和北京市环境质量监测站空气质量指数（AQI）对反演结果进行验证，结果表明反演结果和观测结果有较好的一致性，展示了卫星微光数据在夜间城市污染空间分布监测中的应用潜力。  
        关键词：夜间气溶胶;光学厚度;NPP VIIRS DNB;城市灯光;遥感反演   
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        发布时间：2022-03-28
      • 高鑫,胡秀清,方伟,张鹏
        2022, 26(3): 505-515. DOI: 10.11834/jrs.20219279
        利用POLDER多角度偏振数据反演陆上气溶胶光学厚度的群组残差最优方法
        摘要：陆上气溶胶光学厚度（AOD）反演作为气候、环境领域的一大研究方向，偏振多角度遥感在这个方向上有其特有的优势。本文使用法国POLDER （Polarization and Directionality of Earth’s Reflectance） 1级偏振多角度资料，提出了一种针对气溶胶反演的群组残差最优方法，反演了气溶胶AOD。首先，模拟计算了大气、地表和气溶胶的偏振多角度反射率；然后，通过辐射传输公式，推算卫星观测的偏振表观反射率的若干组模拟值；最后，使用群组残差最优方法，计算获得气溶胶AOD。通过和MODIS（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer）气溶胶数据产品（MYD04）的精确地理匹配和定量分析，验证了此方法的反演精度，结果表明：本文得到的AOD与MYD04建立的回归分析，其R2可达到0.68以上，斜率与1接近，即此方法获得的反演产品与MYD04具有较好的一致性；与AERONET（Aerosol Robotic Network）的AOD数据也进行了坎普尔站、北京站上的统计与分析，AOD的变化趋势上也存在较好的一致性。本文方法能够应用于除POLDER以外的偏振多角度卫星数据，获得较为可靠的陆上气溶胶AOD产品。  
        关键词：遥感;POLDER;多角度偏振遥感;陆上气溶胶光学厚度;群组残差最优方法   
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        发布时间：2022-03-28
      • 郑儒楠,仇晓兰
        2022, 26(3): 516-527. DOI: 10.11834/jrs.20219336
        结合置信度的多通道星载SAR在轨舰船低虚警快速检测
        摘要：舰船目标快速检测是星载合成孔径雷达的重要应用之一，也是SAR星上处理首先发展的应用方向。目前SAR舰船快速检测普遍使用的图像恒虚警（CFAR）检测方法中，低虚警一直是研究的重点，多通道SAR中舰船目标存在多通道虚假目标，进一步增加了虚警剔除的难度。为此，本文提出了一种基于置信度计算和SVM判别的低虚警CFAR（Constant False-Alarm Rate）舰船快速检测方法。首先，在传统CFAR算法中引入分块计算，同时针对目前舰船的长宽、面积等几何参数统计，设计舰船目标置信度计算方法，并对几何参数相近的虚假目标利用SVM分类器进行舰船目标与虚假目标的快速区分，并设计了CFAR检测总体流程。最后，采用GF-3卫星双通道模式实测数据对已有方法和新方法进行了算法运行时间及目标检测性能对比。实验结果表明，在基于TX2构建的星上处理平台上，新方法运行时间比传统CFAR方法缩短30倍，具有良好的实时性，同时对舰船目标检测检测率达到97.8%的同时，虚警率控制在5.2%，具有良好的虚假目标剔除效果。  
        关键词：遥感;多通道星载SAR;舰船检测;实时处理;低虚警;CFAR   
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        发布时间：2022-03-28

        城市与陆地

      • 刘立,李长安,高俊华,鱼磊,刘莎莎
        2022, 26(3): 528-540. DOI: 10.11834/jrs.20219284
        多源卫星遥感的湖南矿山违法开采时空变化
        摘要：近年来不合理的开发利用矿产资源一直是备受关注的问题，对违法开采矿产资源的时空分布特征研究显得尤为重要。为解决大范围矿产资源违法开采信息获取难、精度低，数据零散、缺乏长时序的问题，本文提出了基于多源卫星遥感数据与克立金数据分析相结合的矿山违法开采时空分布特征研究方法。首先以湖南省为研究区域，采用2010年—2017年多时相多平台卫星遥感影像数据，结合湖南省采矿权数据，采用人机交互解译方法，提取了2010年—2017年的矿山违法开采数据；然后利用克立金空间数据插值方法，分析了8 a的矿山违法开采数据；最后在此基础上重点研究了湖南省矿山违法开采的时空分布特征。结果显示：2010年—2017年湖南省共有矿山违法开采矿山2815处；空间上主要分布在湘南、湘西南、湘中和湘东地区，时间上呈波浪逐年上升趋势；违法开采集中区存在着由湘南向湘中、湘西、湘东、湘北及湘西北分阶段扩展，由“高度集中”向“多点开花”再向“广泛分布”的发展趋势；违法开采矿种主要以非金属矿为主，存在一定数量的能源和金属矿，非金属矿的违法开采呈显著上升趋势；违法开采类型主要为无证开采和越界开采，越界开采呈上升态势。本研究表明利用多源卫星遥感数据结合克立金数据分析方法，能客观、准确、长时序地提取大范围的矿山违法开采信息，能有效揭示矿山违法开采的时空分布特征，为深入研究矿山违法开采行为驱动力提供数据基础，为国家制定适应性政策提供科学依据。  
        关键词：时空变化;矿山;违法开采;克立金;多源遥感;湖南   
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      • 刘如飞,马新江,卢秀山,王旻烨,王鹏
        2022, 26(3): 541-554. DOI: 10.11834/jrs.20209228
        利用多元LBP特征自动提取城市道路边界
        摘要：车载移动测量系统可采集高精度道路三维点云数据，为道路边界自动化提取提供了支撑。为解决车载激光点云中城市道路边界点云提取困难问题，本文引入局部二值模式LBP（Local Binary Pattern），针对各类城市道路边界特征，设计了高度LBP、高程离散度LBP和空间形状LBP 3种改进算子；构建多元LBP特征语义识别模型，实现了道路路缘石空间几何与分布特征的量化分析；最后通过道路方向约束进行聚类去噪，提取道路边界。对4种不同的城市路段点云进行实验，实验数据的提取完整率为92.0%，准确率为95.8%。结果表明，该方法可以准确地提取不同环境下的道路边界，具有较强的适应性。  
        关键词：遥感;移动测量系统;道路边界;多元LBP;路缘石;点云分类   
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        发布时间：2022-03-28

        技术方法

      • 杨雄丹,王佩贤,李国元,陈继溢,左志强,谢栋平,杨超
        2022, 26(3): 555-567. DOI: 10.11834/jrs.20229320
        星载激光光斑影像特征参数提取与分析
        摘要：激光指向、足印大小和形状、能量等参数的精确提取是评估星载激光测高数据质量的重要指标。然而，对这些参数的研究和理解目前还不明确，为准确提取和理解这些参数，本文依托ICESat/GLAS的激光剖面阵列（LPA）影像数据，采用激光能量最大强度的1/e2弱化背景噪声影响，利用灰度加权一阶矩阵法和椭圆拟合法提取LPA影像的5个特征参数，并与ICESat/GLAS官方提供的结果比较了不同运行周期的相对误差，实验结果表明，LPA质心提取精度可达0.9″，优于0.3个像素，相对定位精度可达0.37″，优于0.11个像素，结果与GLAS官方结果相当。由于在轨温度、激光能量随着运行周期的改变，导致LPA影像特征参数呈现不同程度的变化，本文的方法能有效监测这些参数的变化。星载激光光斑影像特征提取和分析对数据处理和质量评价具有重要性，利用ICESat光斑影像数据开展试验验证，为已经成功发射的高分七号和后续的国产陆地生态系统碳监测卫星提供参考。  
        关键词：卫星激光测高;ICESat/GLAS;LPA光斑影像;特征参数提取;灰度加权矩阵法;质心提取   
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        发布时间：2022-03-28
      • 包科迪,孟祥超,邵枫,叶蒙梦,金康俊,彭振宇
        2022, 26(3): 568-578. DOI: 10.11834/jrs.20210191
        全色/多光谱融合影像的MVG无参考质量评价
        摘要：同时具有高空间分辨率和高光谱保真度的全色/多光谱融合影像具有广泛的应用前景。然而，一方面全色/多光谱融合方法通常会产生不同的空间畸变或光谱失真；另一方面，受卫星成像系统限制，无法获取真实高空间分辨率多光谱参考影像，因此，如何在无真实参考影像情况下有效评估融合影像质量具有重要意义。为此，本文提出了一种基于多元高斯模型（MVG）的全色/多光谱融合影像无参考质量评价方法，本方法基于全色/多光谱遥感影像融合大型数据库，构建了包含多种卫星类型和专题地物的基准数据集、测试数据集、验证数据集，用于MVG模型设计、测试、验证；在此基础上，充分考虑融合影像的空间畸变和光谱失真，针对性提取影像的空间和光谱敏感特征，通过大量空、谱特征的MVG模型训练拟合，建立基准MVG评价模型，此外，在基准MVG训练中，选择高方差子影像进行模型训练，以增强模型的稳健性；最终，以基准MVG模型与融合影像MVG模型之间的相对距离计算融合影像质量。实验结果表明，本研究方法相较于传统无参考质量评价方法具有一定优越性，有利于全色/多光谱融合影像质量评价的应用研究。  
        关键词：遥感;影像融合;无参考质量评价;多元高斯模型（MVG）;全色影像;多光谱影像   
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        发布时间：2022-03-28
      • 郭丁,李姗姗,陈宗信,王力
        2022, 26(3): 579-587. DOI: 10.11834/jrs.20210323
        高分卫星自然资源调查需求满足度评估
        摘要：当前高分对地观测数据应用来源众多，且其应用方式各异，如何对需求其进行规范化和结构化的需求综合及聚类，进而开展卫星观测能力对于用户需求的需求满足度进行评估，是当前高分对地观测系统建设及应用的关键。本研究基于层次分析法开展自然资源遥感调查的需求建模与评价研究，以可见光近红外类型的自然资源遥感调查需求为主要研究对象，提取自然资源遥感监测普遍共有的需求指标和参数构建四元需求模型，然后利用层次分析中的凝聚层次算法对自然资源调查需求进行建模后的需求综合，最后利用模糊层次综合法评估高分卫星对自然资源调查的需求满足度。评估结果显示除生物估算、荒漠化监测和承载力计算聚簇的需求外，其余聚簇的需求满足度都为良及以上，需求满足度优良率达到88%。通过评估表明中国高分卫星能较好的满足大部分的自然资源调查需求，但还需要提升在生态评价等领域的对地观测能力。  
        关键词：高分对地观测;自然资源调查;需求综合;模糊层次分析法;需求满足度   
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