最新刊期
2023 年 第 27 卷 7 期
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摘要：光学和SAR等对地观测卫星需要经过成像、辐射/几何校正等处理和不断的时序积累，才能为计算机解译提供精度高、稳定性好、时间持续的数据和特征。传统中低分辨率对地观测卫星通常基于地理网格内地物目标电磁波散射特性简化为理想点目标的假设，进行逐像素处理。然而，高分宽幅、大斜视、多通道等新体制卫星的工作模式更加复杂，其数据处理对星地全链路各环节产生的误差非常敏感，对成像参数标定或估计的精度提出了更高要求，此时基于理想点目标假设来进行参数估计、成像及校正处理的方式已难以满足处理精度要求。并且，近年来多体制卫星组网式协同和融合应用的新发展，也使得当前的理想点目标假设难以表征和建模多源多时相数据特征。为此，本文提出了多体制遥感卫星成像数据高精度处理的新方法，首先创新提出了“超像素”的概念和表征理论框架，建立了基于超像素的精确成像模型，然后通过挖掘超像素稳定特征并借鉴生成对抗学习机制，实现了星地全链路高耦合成像参数的高精度估计和持续精化，有效提升了多体制遥感卫星成像数据产品的精度，为计算机解译提供了好的数据产品输入。关键词：遥感卫星;超像素;成像处理;辐射校正;几何校正;深度学习- 658
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发布时间：2023-09-28 -
摘要：图像自适应滤波是非线性的图像变换，有广泛的应用场景。传统的图像自适应滤波器均是专家设计的，如双边滤波器和形状自适应滤波等。CNN作为特征提取和非线性能力表达的有效工具，可用于学习构造图像自适应滤波器。本文首先介绍了图像自适应滤波器的生成网络，继而介绍了图像自适应滤波的两个图像处理的新应用：不同时相间的图像变换用于图像插值、不同波段间的图像变换用于图像融合。从这两类应用中，可以窥见图像自适应滤波在构建图像非线性变换方面的应用能力。关键词：遥感;图像自适应滤波;滤波器生成网络;动态滤波器网络;图像插值;图像融合- 418
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发布时间：2023-09-28 -
摘要：如何获取全天候地表温度对促进相关研究具有十分重要的意义。卫星热红外遥感地表温度虽然在反演理论方法和科学数据产品等方面已相对成熟，但热红外难以穿透云雾的特点导致反演得到的地表温度在云下有大量缺失；被动微波遥感虽能获取云下地表温度，但由于物理机制和成像方式的限制，存在空间分辨率不足、精度较低、轨道间隙较大等问题。通过卫星单源遥感难以直接获取中等空间分辨率、不受云雾影响的全天候地表温度。从原理、方法、产品和应用方面回顾并归纳了当前全天候地表温度的研究进展和面临的主要问题。基于有效观测重构和多源数据集成是获取全天候地表温度的两种基本途径，前者可分为时空插值和基于能量平衡方程插值两类，后者则可分为热红外与被动微波遥感集成、热红外与再分析资料集成。多源数据集成可以整合热红外遥感、被动微波遥感、再分析资料各自的优势，具有较大的研究价值和潜力。在产品方面，分析了当前学术界已公开发布的5种全天候地表温度产品。在应用方面，虽然部分全天候地表温度产品已在土壤湿度、地表蒸散发估算与同化方面取得了一些应用成果，但其在其他领域的应用亟待挖掘。此外，对全天候地表温度的未来研究方向和重点进行了讨论和展望。关键词：遥感;全天候地表温度;重构;插值;多源数据集成- 3014
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发布时间：2023-09-28 - 摘要：在中国自然资源部水资源调查与确权登记的职能需求之下，面向中国“十四五”及二零三五年远景卫星发展规划，亟需厘清水资源属性卫星遥感监测国内外发展现状，并进一步剖析中国卫星地表水资源监测能力。本文在对国内外多种类型卫星（包括光学、激光、雷达、重力、GNSS-R等）水资源监测能力及属性反演前沿技术（以地表固液态水的范围、水位、体积变化等为主）进行总结分析的基础上，针对中国地表水资源卫星遥感监测的现状和不足，从观测体系、技术体系、产品体系和服务体系4个方面提出未来卫星遥感地表水资源监测规划设计建议。关键词：地表水资源;卫星遥感水资源监测;遥感大数据;卫星规划建议
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发布时间：2023-09-28
研究进展
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摘要：降雨是地球系统水循环的核心组成要素，也是水文模型和陆面模式最重要的输入项之一。基于雷达遥感的降雨观测作为区域降雨监测的有效手段，为陆表过程模拟、灾害性天气探测和防洪减灾决策提供了良好的数据支撑。近年来，在不同观测需求和降雨应用场景下，雷达所获取的信息逐渐向双偏振、多角度、多频率、多分辨率与多天线等多模式方向发展。由于雷达观测的间接性，以及气象和水文研究对降雨观测时空尺度需求的多样性，从雷达观测的空中水汽到陆表降雨需要经历一系列转换过程，其中产生的大量不确定性，需要进行系统的偏差校正与数据处理，从而提高雷达陆表降雨反演的精度。基于此，本文总结了当下国内外多模式雷达遥感观测技术特点，对多模式雷达陆表降雨反演过程及方法进行了系统梳理，对此过程中的误差因子和校正方法进行了对比分析，最后展望了多模式雷达遥感在降雨观测领域的未来研究趋势。关键词：天气雷达;降雨观测;雷达遥感;多模式;城市洪涝- 273
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发布时间：2023-09-28 -
摘要：本研究从当前数值大气模式应用于水文预报的现状出发，分析了将数据同化技术融入到陆气耦合水文预报中的重要性，针对时空分辨率较高的天气雷达测雨数据，在WRF模式耦合WRF-Hydro陆面水文模式的基础上，构建了逐小时快速更新的WRF-3DVAR同化系统，并进一步验证了其在华北地区降雨径流预报中的应用效果。结果表明，同化天气雷达结合传统气象监测数据可以有效提高WRF模式的预报降雨精度，特别是针对时空分布均匀型的降雨，同化后预报降雨的CSI/RMSE指标提高了23.24%—50.00%。在径流预报中，经过数据同化后，更准确的预报降雨使径流预报结果也一定程度上得到了改善，洪峰流量和洪量误差均有所降低，Nash系数也所提高，整体上数据同化对预报水文过程的改进效果也较为明显。但对于时空分布不均匀型的降雨，洪峰流量和峰现时间的预报结果仍不理想，后续需要从陆面水文参数的精准率定、预报误差的实时校正等方面进行改进。关键词：遥感;数据同化;天气雷达;快速更新;WRF-3DVAR;降雨径流预报- 747
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发布时间：2023-09-28 -
摘要：海洋降雨对全球大气循环和局地气候均有重要影响，从遥感影像中监测降雨团对于海洋天气预报具有重要意义。合成孔径雷达以高空间分辨率进行大范围观测的能力使其成为10—30 km尺度大小的强降雨团的有效观测手段之一。针对Sentinel-1波模式获取的9种海面现象的SAR影像组成的数据集，本文使用融合特征的宽度学习系统BLS（Broad Learning System）进行了海面强降雨团的智能检测研究。结果表明强降雨团的检测精度为98.51%，召回率为95.24%，该结果与ResNet50预训练模型的结果相当，但是同等计算条件下后者的模型训练时间却是前者的20倍。此外，与传统深度学习网络相比，BLS的结构是灵活的，即可以通过增加节点或增加数据集来优化、更新模型。对于BLS的节点增量学习功能，本文实验证实其可以在无需重训练整个模型的前提下更新模型。针对训练数据集增广导致的模型更新任务，本文综合利用增量学习方案和重训练方案的优点提出了模型的混合更新方案，新方案既能保证模型的高精度又能显著降低模型更新所需时间。关键词：人工智能检测;海面强降雨检测;宽度学习系统;合成孔径雷达;模型更新- 603
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发布时间：2023-09-28 -
摘要：雨滴谱（DSD）描述了降雨过程中雨滴数量随雨滴直径的分布情况，能够有效反映雨滴的微物理特征。基于DSD推导出的雷达反射率因子—降雨强度（Z-R）公式和单位降雨动能—降雨强度（KE-R）公式是雷达定量降水估计和土壤侵蚀评估的关键因素。目前，DSD获取普遍借助单点测量的地面雨滴谱仪，难以反映大尺度雨滴微物理过程的空间差异。GPM主卫星搭载的双频降水雷达（DPR）可以接收两个不同波段的雷达回波，能够获取更多雨滴信息，为空间三维DSD参数反演提供了可能。本文基于GPM-DRP的DSD反演信息，计算降雨强度、降雨动能和雷达反射率因子等参数，构建Z-R和KE-R经验关系，并以长三角地区雨滴谱仪网络观测数据为参考，进行精度评定。结果表明，DPR雷达遥感具有很好的DSD反演性能，有望为大尺度雷达降雨估测与水土保持决策等提供新的支撑。关键词：降雨;雨滴谱;雷达遥感;GPM;降雨动能- 691
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发布时间：2023-09-28
水文循环的雷达遥感观测
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摘要：在回顾经典辐射传输理论的发展历程的基础上，本文对辐射传输理论与经典电磁理论的联系方面的研究工作进行了系统综述：从19世纪80年代提出至今，辐射传输理论已经过了一百多年的发展，并在诸多领域，尤其是定量遥感中得到了广泛的应用。经典辐射传输理论是一种唯象的近似理论，虽然描述的是电磁辐射的传播过程，但却长期被视为与经典电磁学相独立的一座“孤岛”。为了建立起辐射传输理论和经典电磁学间的联系，从20世纪60年代开始，众多研究者从第一性原理（也即Maxwell方程组）出发，从理论推导、数值模拟和受控实验3个角度展开了一系列研究，据此进一步明确了辐射传输理论的适用范围和条件，并针对相干后向散射和密集介质等情形提出了一些改进的辐射传输方法。展望未来，这一探索仍将继续，并将促进辐射传输理论与电磁理论的进一步结合，从而更好地服务于定量遥感的应用需求。关键词：遥感;辐射传输;唯象;第一性原理;经典电磁学;Maxwell方程组- 1352
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发布时间：2023-09-28 -
摘要：总磷（TP）、总氮（TN）是水质富营养化的重要指标，亦是水质监测的主要参数。具有快速高效、无二次污染等特点光谱法水质监测是当今水环境遥感分析研究的热点。针对水体TP、TN反演模型采用实验室标准液或野外全样本进行建模时，各种水质参数的相互影响及预测值超出建模样本值域的可能，使得实际的预测效果并不理想的情况。本文以白洋淀实验区的实际水体样本为反演模型的输入值，在确定最优相关波段和最佳反演模型的基础上，讨论了5种不同浓度范围场景下的样本建模对反演模型的影响，同时剖析了模型对超出建模浓度值样本的预测能力。结果表明：建模样本浓度覆盖预测样本时，反演模型决定系数R2>0.6，TP、TN浓度预测值的平均偏离度ARE<20%；建模浓度高于预测样本时，R2在0.6左右，对超过建模浓度范围12%以内的预测值，其ARE<25%；建模浓度低于预测值时，R2介于0.4—0.5，预测值超过建模样本浓度一倍时，ARE≤30%；建模样本浓度位于预测值两侧时，R2可达0.8，ARE<25%；建模样本浓度值介于预测值之间时，0.45<R2<0.55，ARE>35%。通过本文的研究与讨论，可为水质参数监测的实际工程应用提供科学依据和参考。关键词：水质监测;总磷;总氮;浓度反演;偏最小二乘法- 992
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发布时间：2023-09-28 -
摘要：材积是森林清查工作的一个重要参数，基于地基激光雷达点云的树木定量结构模型（QSM）重建方法能够实现林木材积的非破坏性获取，解决了传统森林原位调查方式耗时耗力的问题。但由于伐木材积真值的获取较难实现，使得量化结构模型方法的材积获取能力在树干及各级树枝水平上尚未开展研究，且仅应用于单木尺度地基激光雷达点云中，缺乏基于样方尺度扫描点云进行材积获取的探究。因此本文分别在单木及样方尺度完成QSM重建方法在树干及各级枝材积估算结果评估。实验结果表明，基于单木及样方尺度地基激光雷达点云均能有效地获取树干和一级枝的材积，而次级枝的材积估算存在明显的偏差：样方扫描尺度点云的树干及全树材积估算精度与单木尺度相当，估算偏差均为5%及10%左右，而一级枝材积估算偏差略大，其中单木尺度一级枝估算偏差在10%左右，样方尺度一级枝材积估算偏差在15%左右；此外，林分密度与样方尺度枝干材积估算精度呈负相关关系，在较低林分密度（425株/ha、625株/ha和925株/ha）的样方中树干材积估算误差均在5%以内，一级枝材积估算误差在15%左右，另外受树干及一级枝材积低估与各次级枝材积高估的部分中和效应影响，样方内总蓄积量估算偏差均在10%左右，因此在较低林分密度的森林中，样方尺度扫描数据能够很好地估算树干、一级枝及全树材积。关键词：蓄积量;枝干材积;定量结构模型（QSM）;地基激光雷达;样方尺度- 779
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发布时间：2023-09-28 -
摘要：生态系统服务权衡协同关系是掌握区域生态演化机理的重要指标。大量研究以行政区作为整体，对区域内的生态系统服务权衡协同关系进行描述，但是有关区域内生态系统服务空间异质性及多种生态系统服务间影响差异性的研究尚缺乏。本文以汾河流域作为研究区，基于1986年、1995年、2005年、2015年4期影像解译得到的土地利用分类结果，以及统计和生态数据，利用多尺度地理加权回归模型（MGWR）对生态系统服务权衡协同关系进行分析，并通过与土地利用数据相结合，定量分析土地转移对生态系统服务权衡协同关系的影响，探究生态系统服务的演化机理。研究表明：多尺度地理加权回归模型能解决生态系统服务权衡协同关系存在的空间异质性，从而准确揭示多种生态系统服务之间的内在关系；利用多尺度地理加权回归模型获得最佳生态系统服务组合的方式能有效降低数据冗余，提高工作效率；土地利用类型的变化是生态系统服务权衡协同关系演化的主要驱动因素；流域内植被退化会使粮食生产和产水量之间的权衡关系下降，使生物多样性和产水量等其他生态服务之间的协同关系下降；1986年—2015年间流域内单项生态系统服务间以协同关系为主导，且水源涵养与产水量间的协同关系最显著，平均协同率为75.6%。研究结果可为汾河流域土地利用优化和生态系统服务改善提供参考。关键词：遥感;生态系统服务;权衡和协同关系;多尺度地理加权回归;土地利用;汾河流域- 1121
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发布时间：2023-09-28 -
摘要：利用不同监测平台对大气环境污染进行监测时，不同遥感数据之间的对比验证以及协同观测是准确评估大气污染变化的关键。本文利用北京站点布置的多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）光谱仪，反演了2018年11月—2019年2月北京站点冬季的对流层NO2垂直柱浓度，总结了北京冬季NO2的日变化和月变化规律。研究中首先利用MAX-DOAS测量光谱结合DOAS反演算法获取不同时刻对流层NO2垂直柱浓度，与TROPOMI过境时刻的NO2遥测数据的变化趋势和相关性进行比较，并对卫星过境时地基站点不同的数据平均时间，和星—地间平均采样距离进行敏感性分析，同时将双因素方差分析方法（Two-way ANOVA）应用于评估风场对区域NO2浓度变化的影响。结果显示北京地区11月的对流层NO2平均浓度高于冬季其他月份，最大时均浓度可达到4.04×1016 molec·cm-2，且冬季各月份下午对流层平均NO2浓度明显高于上午。利用TROPOMI和MAX-DOAS获得的对流层NO2具有较好的相关性（r=0.88），其中2018年12月星—地观测相关性可达到0.96，但TROPOMI的NO2浓度结果相对于地基MAX-DOAS观测结果均有不同程度的高估。同时星—地对比敏感性表明，在一定的采样范围内，随着平均时间和平均距离的增大，星—地NO2浓度检测相关性均表现为明显的增高，其中相关性对采样距离的敏感性较大，而浓度相对偏差对采样时间敏感性较大，这为数据对比时的合理采样间隔选择提供参考。此外，通过风场分析发现风速及风速和风向的交互作用是导致北京地区NO2浓度变化的重要因素之一。关键词：NO2;TROPOMI;MAX-DOAS;双因素方差分析;变化趋势;遥感;DOAS;对比验证- 2570
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发布时间：2023-09-28 -
摘要：硅化蚀变带是多种金属热液矿床的重要找矿标志之一，利用遥感技术实现快速大范围识别硅化蚀变信息具有重要意义，但硅化蚀变通常为弱信息，目前常规的遥感方法难以有效识别。本文以广东省仁差盆地铀矿区为例，以PAN图像高频分量图与TIR图像进行加权融合并进行地温反演，分析硅化蚀变带与地温异常的关系，建立遥感硅化蚀变弱信息增强识别模型。结果表明：采用PAN图像高频分量图像与TIR图像进行加权融合，可提高TIR图像的空间分辨率，较好保存热目标光谱特征；融合前后数据反演的LST图变化不大，后者提高了对地物热异常识别能力；硅化蚀变带在近似LST图中表现为较断裂带更为细小的高温异常带，并以此为依据进行预测识别。经验证，已知硅化带与识别硅化带较为吻合。关键词：仁差盆地;热红外TIR;图像融合;硅化蚀变带- 630
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发布时间：2023-09-28 -
摘要：为了更加准确地利用ASTER影像辅助填图，提出了一种结合小波变换、支持向量机（SVM）和投票法的ASTER影像岩性自动分类方法。首先，采用Haar小波对ASTER影像进行多尺度小波分解，统计小波系数的均值作为纹理特征，同时提取灰度共生矩阵（GLCM）方差、同质性、均值纹理特征；然后，利用小波纹理、GLCM纹理及光谱特征构造SVM分类的特征向量，并进行10次重复分类；最后利用投票法确定岩性单元。对结果进行统计评估，结合多种纹理，并利用投票法得到的岩性分类精度为92.1934%，Kappa系数为0.9202，比仅用光谱分类精度提高了13.3369%。小波纹理能提取更细节的岩性信息；投票法可以避免岩性因样本的空间变异性产生的动态变化，优化分类结果；SVM较最大似然法（MLC）更适合于训练数据集高维且非正态分布的岩性分类；采用人工蜂群算法搜索SVM的最优参数，可避免参数局部最优。关键词：小波纹理;投票法;支持向量机;ASTER;岩性分类- 187
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发布时间：2023-09-28 -
摘要：地下油气（含煤层气）的烃微渗漏会引起地表土壤、植被的光谱变化。利用遥感技术探测烃微渗漏是覆盖范围大而成本低廉的煤层气前期探测新方法。然而，目前此类方法的研究主要针对裸土矿物，而对大面积植被覆盖区却研究甚少，其中重要原因便是烃微渗漏对植被根系毒害的生物物理过程复杂，可用于提取植被异常区的光谱特征含糊不清。而根据少量采样光谱选取的光谱特征也有偶然性，导致提取结果的精度较低。因此，本文首先探讨烃微渗漏对植被根系毒害的机理并基于PROSAIL模型优选光谱特征，然后利用实验区大量煤层气采集井统计最受烃微渗漏影响的异常植被光谱，并与对照区植被光谱对比，最后利用Sentinel-2/MSI数据以及合适的特征组合阈值提取烃微渗漏区并验证。在山林区能达到采集井60 m缓冲区内植被样本80%召回率与对照区植被样本5%误分率左右的平衡，表明了本文方法的有效性。本文分析与优选烃微渗漏影响的植被光谱特征并利用多光谱数据构建光谱指数提取烃微渗漏植被异常的方法，可为遥感提取烃微渗漏植被异常研究提供参考。关键词：煤层气;烃微渗漏;植被;遥感;Prosail模型;沁水盆地- 533
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发布时间：2023-09-28 -
摘要：研究表明地震会引起大气中甲烷气体异常，本研究选取川滇固定区域，以2021年9月四川泸县地震为例，基于美国对地观测卫星AQUA/EOS上搭载的高光谱传感器大气红外探测仪（AIRS）获取的甲烷气体产品，采用成熟的RST算法开展地震前后甲烷异常信息提取，并对2008年以来区域内6级以上地震开展甲烷异常指数时序分析。研究结果表明：甲烷异常与地震有一定对应关系，主要表现为甲烷打破区域历史时空特征分布规律，随孕震过程总体呈现出起始增强—异常加强—高峰—衰减—平静的变化特征。异常幅度与震级无明显的关系，但是异常持续时间可能与震级有关，即地震引起的甲烷异常并不是偶发的，具备一定异常持续时间。异常可能对应一定区域内的地震，后续需综合分析区域内构造地质情况、震级、不同研究区域半径，开展更深入的研究。川滇局部区域基于遥感手段开展甲烷气体地震异常监测具有一定的可行性，这与该区域本身富含大量烃类气体有关，地震的发生会促使地下海量烃类气体沿岩石裂隙、断裂带、不整合面等薄弱地带快速运移、扩散释放至大气中。本研究区域以外不具备油气藏条件、构造地质差异大等情况是否可开展甲烷地震监测，监测效能等尚需通过大量工作开展深入分析。关键词：遥感;泸县地震;甲烷;异常响应;异常监测- 737
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发布时间：2023-09-28
模型与方法
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摘要：干涉合成孔径雷达（InSAR）技术可获取大范围地表形变信息，在地质灾害监测与防治中发挥着巨大的作用。然而，现有数字地球产品难以支撑海量InSAR点云及形变序列的流畅显示、快速查询与综合解译，不利于InSAR技术的应用与推广。本文在分析海量InSAR点云三维显示难点的基础上，提出InSAR点云数据预处理、存储、浏览和查询等问题的工程解决方案，基于Cesium数字地球开发一套海量InSAR点云在线可视化与解译平台（简称WIMAP），并在两个典型的应用场景下测试平台性能。结果表明，WIMAP平台能够实现上亿InSAR点云及形变序列的流畅三维展示、单点时序查询、形变速率剖面查询、多期形变剖面查询等功能。平台实现了InSAR形变数据的便捷分发，允许用户在线查看海量形变点云，并结合三维地形和光学影像解译InSAR形变，为科研人员和工程技术人员提供实用的InSAR形变结果展示与解译工具。关键词：InSAR;点云处理;数据可视化;WebGL;形变数据- 412
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发布时间：2023-09-28
简报
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