最新刊期
      2021 年 第 25 卷 7 期
      封面故事

        综述

      • 骆剑承,胡晓东,吴田军,刘巍,夏列钢,杨海平,孙营伟,徐楠,张新,沈占锋,周楠
        2021, 25(7): 1351-1373. DOI: 10.11834/jrs.20219402
        高分遥感驱动的精准土地利用与土地覆盖变化信息智能计算模型与方法研究
        摘要：通过对地观测可在影像空间上全面反映地表地理现象、格局及演化过程，基于遥感数据提取的土地利用与覆盖变化（LUCC）产品为分析地理要素空间分布规律及其变化机制提供全覆盖、定量化和快速更新的本底信息。本文以高分辨率遥感视觉特征（图）与多源多模态观测机理特征（谱）相互耦合的图谱认知理论研究为基础，提出了精细地理图斑空间结构（精）上融合定量指标反演模型（准）的精准LUCC简称P-LUCC（Precision LUCC）的概念，并依据“五土合一”的地理学思想构建了分层感知、时空协同与多粒度决策于一体的P-LUCC遥感信息智能提取与综合地理应用方法，提出并解析了其中视觉感知的深度学习、外部知识逐步融入的迁移学习以及增量式的自组织强化学习等3类机器学习模型的协同计算机制。基于此，进一步设计了“分区控制—分层提取—分级迁移—功能重组”为途径的高分辨率遥感P-LUCC信息产品生产线系统，并以苏州市高新区为应用区域针对土地利用（LU）图斑的形态、类型以及土地覆盖变化（LCC）的指标等内容开展了P-LUCC产品精度、生产效率的综合分析，展望了基于P-LUCC信息产品开展专题应用研究的新思路。  
        关键词：地理图斑/图谱;精准LUCC（P-LUCC）;五土合一;机器学习;智能计算;空间优化   
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        发布时间：2021-07-23

        火星探测

      • 芶盛,岳宗玉,邸凯昌,牛胜利
        2021, 25(7): 1374-1384. DOI: 10.11834/jrs.20211052
        火星伊西底斯平原的壁垒撞击坑：遥感分析及环境启示意义
        摘要：伊西底斯平原是中国首次火星探测任务“天问一号”的预选着陆区之一，地表广泛发育指纹地形和壁垒撞击坑。壁垒撞击坑具有一层或多层流态化的连续溅射物，一般被认为是地下富含水/冰的地层（以下简称“地下水冰层”）与超高速撞击体作用的产物，是分析火星当前和过去地下水冰层的关键研究对象。基于高分辨率影像，本文采用影像解译、形貌分析、撞击坑统计定年等方法，开展了伊西底斯平原壁垒撞击坑的遥感综合分析。解译发现该平原目前共存在120个壁垒撞击坑，它们的最小直径为1.5 km，连续溅射物平均分布在撞击坑周围约1.3个半径范围之内，且外观不规则程度（弯曲度）高。采用撞击坑直径—频率分布定年方法确定了15个连续溅射物保存完整的壁垒撞击坑的绝对模式年龄（地质年龄），发现它们全部形成于亚马逊纪。根据连续溅射物与指纹地形的空间叠加关系，本文推断构成指纹地形的锥状物形成于2.38—3.24 Ga（早亚马逊纪）。它们更可能是大量岩浆流过湿润或冰冻地面时下覆（融化）水分迅速气化而发生爆裂并冲破岩浆形成的无根锥/伪火山口。根据撞击坑直径和挖掘深度之间的经验关系，本文揭示伊西底斯平原有利于形成壁垒撞击坑的地下水冰层的平均埋藏深度至少稳定保持在1 km，并可能因火星自转倾角周期性变化对气候的影响而发生0.1 km的小幅上升或下降。本文研究成果对于重建伊西底斯平原地下水冰环境演变历史具有重要科学意义，并有望得到中国“天问一号”巡视器和轨道器次表层探测雷达探测结果的验证。  
        关键词：火星;伊西底斯平原;天问一号;壁垒撞击坑;绝对模式年龄;地下水冰层;指纹地形   
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        发布时间：2021-07-23
      • 谢涓,闫凯,康志忠,徐箫剑,薛彬,杨建峰,陶金有
        2021, 25(7): 1385-1399. DOI: 10.11834/jrs.20211065
        “祝融号”火星车多光谱相机岩矿类型识别的地面验证研究
        摘要：中国首个自主火星探测任务“天问一号”探测器于2020-07成功发射，其搭载的中国首台火星车“祝融号”将在着陆火星后开展巡视探测，获取中国火星探测的原始科学数据。识别火星表面岩矿类型对于了解火星的大气变化、环境状态、地质演化以及生物宜居性等具有重要意义。本研究利用“祝融号”火星车搭载的多光谱相机载荷鉴定件（8个波段）在地球环境下拍摄并获取了18种火星表面岩矿的多光谱影像数据。基于该数据所开展的火星岩矿类型的识别研究可为未来基于“祝融号”多光谱相机数据进行火星表面岩矿的原位识别提供指导。本文所采用的基于多光谱影像波段运算和彩色图像HSV颜色特征直方图的岩矿识别方法，可从多光谱特征和颜色特征两个层面来识别不同类型的岩矿。所使用的多光谱影像数据是在太阳高度角约60°、拍摄高度1.8 m、拍摄角度约37°的条件下采集所得。在该实验条件下，两种识别方法共提取出12种岩矿的识别指标。基于多光谱影像波段运算可以区分出在8个特定波段下具有突出光谱特征的岩矿类型，而基于图像HSV颜色特征可区分出颜色特征分布较为集中的岩矿类型。同时，研究发现拍摄角度不同会对岩矿的识别效果产生不可忽略的影响。  
        关键词：天问一号;祝融号;多光谱影像;波段运算;颜色特征;岩矿识别   
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        发布时间：2021-07-23

        技术方法

      • 曹海翊,刘付强,赵晨光,戴君
        2021, 25(7): 1400-1410. DOI: 10.11834/jrs.20210411
        高分辨率立体测绘卫星技术研究
        摘要：本文针对高精度立体测绘卫星设计和实现中的关键技术难点，在充分分析国内外测绘卫星的发展历程和技术特点的基础上，结合测绘卫星的设计关键——高图像定位精度技术实现，对高分辨率立体测绘卫星的设计约束条件、测绘体制选取、卫星载荷和平台关键产品的设计重点难点等进行了分析研究。分析指出了三线阵测绘体制、两线阵测绘体制和单线阵测绘体制的技术特点、实现约束和在测绘卫星不同发展阶段的工程实现优势；明确了基于目前工程技术水平，两线阵测绘体制在大范围、高分辨率、高精度测绘卫星中应用的特有优势。提出了测绘卫星高定位精度关键技术的设计要素和解决途径。结合国内首颗亚米级高精度立体测绘卫星——高分七号（GF-7）卫星的设计状态，说明卫星在保证测绘任务要求方面所提出的多项技术创新，并给出卫星用户对卫星在国土测绘及其他扩展应用中的测试结果。在轨数据表明，依照本论文提出的高分辨率立体测绘卫星系统设计方法，高分七号卫星在轨性能全面满足且部分优于设计指标，达到了世界的领先水平。论文的研究成果为后续更大比例尺的立体测绘卫星设计提供了有力参考。  
        关键词：立体测绘卫星;高分辨率;关键技术;图像定位精度;两线阵相机;三线阵相机;高分七号卫星;在轨性能   
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        发布时间：2021-07-23
      • 张立福,鹿旭晖,岑奕,孙雪剑
        2021, 25(7): 1411-1421. DOI: 10.11834/jrs.20219043
        高光谱图像空间光谱维去相关噪声评估
        摘要：高光谱图像噪声评估既是评价图像质量的重要内容，也是衡量传感器性能的重要指标。一般噪声评估方法通过对图像规则分割或利用某种距离准则对图像进行连续性分割，计算图像子块的局部标准差或多元线性回归的残差来实现对图像噪声的估计。但这些方法获取的图像子块并不是完全均匀的，图像子块中仍然会存在地物边界，导致图像噪声评估的结果不准确。为了有效提取图像中的均匀子块，本文提出了一种优化的空间光谱维去相关（OSSDC）方法，基于光谱角距离和欧氏距离双重判定，从光谱曲线的形状和数值上寻找相似像元，获取图像中的均匀子块，然后利用多元线性回归计算残差实现对图像噪声的估算。利用模拟图像和实际航空飞行实验获取的高光谱图像对优化算法进行检验，同时与几种常用噪声评估方法进行对比分析，结果表明优化后的算法计算结果更准确，稳定性和适用性优于其他方法。  
        关键词：高光谱影像;噪声评估;空间光谱维;去相关法;图像质量评估;传感器性能评价   
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        发布时间：2021-07-23
      • 朱祺琪,李真,张亚男,李佳伦,杜禹强,关庆锋,李德仁
        2021, 25(7): 1422-1433. DOI: 10.11834/jrs.20210360
        全局局部细节感知条件随机场的高分辨率遥感影像建筑物提取
        摘要：条件随机场模型由于其较强的上下文信息建模能力，被广泛应用于建筑物提取任务中。然而，面对高分辨率遥感影像丰富的地物信息，基于条件随机场的提取方法存在建筑物边界模糊的问题。本文提出了一种全局局部细节感知条件随机场框架，该框架提出全局局部一体化D-LinkNet，在有效利用多尺度建筑物信息的同时保留局部结构信息，解决了传统条件随机场一元势能丢失边界信息的问题。同时，该框架融合分割先验以缓解建筑物类内光谱差异较大的影响，利用更大尺度的上下文信息来精确提取建筑物，并引入局部类别标记代价从而保持细节信息以获取清晰的建筑物边界。实验结果表明，该框架在WHU卫星和航空数据集上的精度评价指标均优于其他对比方法，其IoU分别达89.82%和91.72%，对于复杂场景下的建筑物信息能够获得较好的提取效果。  
        关键词：高分辨率遥感影像;建筑物提取;条件随机场;全局局部一体化D-LinkNet;类别标记代价   
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        发布时间：2021-07-23
      • 王亚利,都伟冰,王双亭
        2021, 25(7): 1434-1444. DOI: 10.11834/jrs.20219153
        高斯混合模型自动阈值法遥感冰川信息提取
        摘要：利用阈值法进行遥感地物提取效率高、准确率高，但是在阈值的选取方面，传统的手动选取阈值，自动化低，需反复试操作，且易受主观因素影响。文中通过期望最大算法对局部冰川区域归一化雪覆盖指数建立高斯混合模型，去除区域内的混合像元类，再利用高斯混合模型模拟纯净化后的冰川类、非冰川类的NDSI分布情况，根据改进后的高斯混合模型分布情况，自动计算出区域内的冰川提取阈值。本文对不同海拔的3个区域进行算法实验，然后将新疆哈密的哈尔里克山冰川提取边界与冰川编目数据进行对比验证。研究结果表明，该方法自动计算的冰川提取阈值结果可靠、精度高，在差异较大区域仍较稳定，有一定的应用价值。  
        关键词：遥感影像;高斯混合模型;归一化雪覆盖指数;冰川提取   
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        发布时间：2021-07-23

        遥感应用

      • 刘健
        2021, 25(7): 1445-1459. DOI: 10.11834/jrs.20219262
        三种卫星云量数据在青藏高原地区的比对分析
        摘要：青藏高原是卫星反演云参数的热点和难点区域。选取1982年—2015年0.1°空间分辨率的Patmos-x、0.25°空间分辨率的CLARA-A2的NOAA/AVHRR下午星数据和2003年—2015年0.05°空间分辨率的Aqua/MODIS C6等3种云量数据，针对青藏高原区域，从数据的反演算法和数据的空间属性出发，进行比对分析。Patmos-x和CLARA-A2具有相同的数据源和相近的云检测算法。与地面观测云量相比，Patmos-x云量与地面观测云量间的相关性大于0.8，MODIS次之，CLARA-A2云量与地面观测云量的相关性很弱。3种数据均表现出高原东部云量多于西部云量，北部云量多于南部的云量空间分布特征和白天云量大于夜间云量的时间分布特征。量值上CLARA-A2云量大于Patmos-x。2003年—2015 年夜间Aqua/MODIS 年均云量比CLARA-A2高8.82%。34年间Patmos-x和CLARA-A2年均云量以减少为主，夜间云量的变化趋势比白天云量变化趋势明显，CLARA-A2云量的变化趋势较Patmos-x明显。2000年是高原区域云量由偏多到偏少变化的拐点。1、4、10月多年云量以减少为主要变化趋势，7月云量以弱增多为主要变化特征。  
        关键词：云量;卫星;气候数据;青藏高原;Patmos-x;CLARA-A2;MODIS   
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        发布时间：2021-07-23
      • 刘培,谷灿,李庆亭,张合兵,韩瑞梅,陈正超
        2021, 25(7): 1460-1472. DOI: 10.11834/jrs.20210223
        深度语义分割支撑下的尾矿库风险检测
        摘要：尾矿库是矿山企业选矿的必要设施，同时对周围环境也是一个重大的危险源。为研究流域范围内尾矿库的溃坝路径以及对矿区地表造成的风险，以赤城县为例，利用GF-1高分辨率遥感影像，基于遥感RS（Remote Sensing）及地理信息系统GIS（Geographic Information System）手段对尾矿库的流域风险进行了监测分析。首先，通过分析尾矿库在遥感影像上的纹理、色调、形状以及大小等特征，制作了用于目标检测的尾矿库样本集，然后，在原始SSD目标检测网络基础上添加了反卷积模块和连接模块构建多尺度融合目标检测算法MSF_SSD，在目标检测结果基础上使用PSPnet算法实现尾矿库结构分割，得到了尾矿库内部结构—坝体以及库区，运用RS与GIS技术对尾矿库的上游汇水面以及事故可能径流进行提取，进而基于Arc Hydro模型模拟尾矿库的溃坝路径。最后，通过构建溃坝路径的缓冲区，得到尾矿库发生溃坝所造成的地物影响范围及面积。研究结果表明：赤城县尾矿库的溃坝路径总体是从西向东，从北向南，受溃坝影响的地物总面积达到480 km2。其中，林地176.52 km2，耕地175.52 km2，城市建设用地43.74 km2，农村建设用地2.47 km2，水体17.72 km2，草地和牧场分别为3.60 km2、1.22 km2。研究成果可用于分析尾矿库溃坝造成的地物损失以及影响范围面积等信息，提升尾矿库的风险管理水平及应急响应能力，为有关部门制定决策提供理论依据。  
        关键词：尾矿库;SSD多尺度融合;PSPnet深度网络;Arc Hydro模型;风险分析   
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        发布时间：2021-07-23
      • 孙晓慧,史建康,李新武,吴文瑾,梁雷,宫晨
        2021, 25(7): 1473-1488. DOI: 10.11834/jrs.20219102
        西沙群岛精细植被分布的遥感制图及动态变化
        摘要：西沙群岛是南海群岛中岛屿最多、面积最大的群岛，自然环境独特、植物区系特殊、岛上植被一直都是植物学家及地理学家重点关注的问题。本文基于光谱分类，于决策层融合支持向量机与光谱信息散度两类分类器进行西沙群岛典型岛屿植被类型识别，形成典型植被分布图。建立西沙群岛典型植被光谱库，分析西沙群岛典型植被实测光谱与其一阶导数的特性，并基于典型岛屿不同时期的植被分布图进行变化分析。结果表明：（1）采用光谱分类的生产精度及用户精度在西沙群岛主要岛屿的平均值为83.49%、85.54%，Kappa系数为0.8728。（2）2002年—2018年，各典型岛屿主要受到人类活动影响，整体上植被种类及植被面积增加，草海桐形成单优植被群落。（3）经相关性分析，各典型岛屿植被种类数量与本岛面积基本成正相关关系，且面积越大，植被种类随时间增加速度越快；相邻岛屿之间的距离与两岛植被相似性呈正相关，两岛距离越近，植被种类相似性越高。  
        关键词：西沙群岛;光谱分类;植被识别与变化;草海桐;植被种类数量   
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        发布时间：2021-07-23

        博士论坛

      • 赵伍迪,李山山,李安,张兵,陈俊
        2021, 25(7): 1489-1502. DOI: 10.11834/jrs.20219117
        结合深度学习的高光谱与多源遥感数据融合分类
        摘要：高光谱数据具有丰富的光谱特征，但是其空间分辨率相对较低。一些遥感数据具有与高光谱数据互补的优势，例如提供更精细的空间信息的高空间分辨率数据和具有高度信息的激光雷达LiDAR（Light Detection and Ranging ）数据。通过将高光谱数据与多源遥感数据进行融合，可以弥补高光谱数据空间分辨率相对较低，空间特征不够丰富的缺点。近年来，基于深度学习的方法已经在遥感数据分类研究中取得了一定的进展。然而，由于深度网络的特征提取过程是一个自主的过程，往往无法精确的获取最有利于遥感数据分类的特征；同时，深度学习方法具有复杂的网络结构和大量的参数，往往会在分类训练过程中造成参数拟合困难。以上这些因素会导致分类效果不佳。针对这些问题，本文提出了一种将卷积神经网络CNN（Convolutional Neural Network）和纹理特征相结合的多源遥感数据特征级融合分类框架。该方法共3个步骤，首先，对高光谱数据或多源遥感数据提取纹理特征；然后，构造CNN，分别将原始高光谱遥感数据、原始多源遥感数据和第一步中获得的纹理特征作为深度网络的输入进行深度特征提取；最后，将分别提取到的深度特征拼接，并利用Softmax分类器进行分类。为了验证本文提出方法的分类效果，本文在休斯顿和塞特福德矿地区公开数据集上进行实验，并将该分类框架与支持向量机分类方法、像素级融合分类方法和特征级融合分类方法进行对比。由此可以分析得出，本文提出的基于深度学习的融合分类方法可以获得较高的分类精度。  
        关键词：卷积神经网络;高光谱数据;高分辨率数据;激光雷达数据;图像融合;传统特征;分类   
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        发布时间：2021-07-23
      • 伊铁延,陈锟山,刘玉
        2021, 25(7): 1503-1516. DOI: 10.11834/jrs.20219079
        随机介质遮蔽条件下的雷达成像方法效能比较
        摘要：为了综合分析受随机介质遮蔽目标雷达成像方法效能，本文系统比较了随机介质参数（散射厚度与吸收厚度）、天线布局方式（稀疏阵列的天线阵元间距及空间分布）对合成孔径雷达SAR、时间反转TR以及时间反转—多重信号分类TR-MUSIC这3种典型方法成像效能的影响。结果表明TR-MUSIC表现最优，SAR次之，TR较弱。随着光学厚度或单次散射反照率的增大，3种成像方法效能均发生退化，但TR-MUSIC总体而言相对受影响最弱。散射厚度是造成成像效能退化的主要原因，而吸收厚度的影响较为微弱。根据稀疏阵列下成像方法效能比较结果，利用TR-MUSIC可以抑制栅瓣特性的优势，使用特殊布局的天线可以同时降低雷达系统复杂度和减弱杂波信号，进而改善成像结果。本研究可为提高受随机介质遮蔽目标的雷达成像质量提供理论支撑。  
        关键词：雷达成像;随机介质;比较分析;合成孔径雷达;时间反转成像   
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