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• 基于哨兵二号卫星多光谱遥感图像的细小水体提取方法研究
• 吴庆双,汪明秀,申茜,李俊生,张方方,姚月

• 摘要：基于卫星遥感的水体提取算法主要针对大中型湖库或者是大型河流，应用于细小水体时容易出现误判。哨兵二号卫星多光谱遥感数据空间分辨率为10、20、60米，双星时间分辨率5天，时间和空间分辨率较高，因此本文采用了哨兵2绿光波段（560nm）、红边波段（705nm）、近红外波段（842nm、865nm）和短波红外波段（2190nm）的遥感反射率，提出了一种新的水体指数算法（Vegetation Red Edge based Water Index，简称RWI）。对比分析了植被、阴影、建筑物、混合像元、裸土、水体6种地物的归一化遥感反射率，从机理上解释了为什么RWI比其他水体指数具有更好的提取细小水体的效果。本文对比了常用的几种水体提取算法，包括改进的归一化差异水体指数MNDWI（Modified Normalized Difference Water Index）、多波段水体指数MBWI（Multi-Band Water Index）、自动水提取指数AWEI（Automated Water Extraction Index），以人工目视解译的水体结果为准，对比以上几种算法得到的水体提取结果，得出RWI、MNDWI、MBWI、AWEIsh、AWEInsh的误差分别为3.6%, 4.2%、12.2%、8.8%、19.8%。从结果可以看出RWI算法精度最高。从影像提取结果来看，本文提出的RWI算法提取的水体边界效果更佳，而且能够一定程度上消除山体和建筑物阴影、云阴影以及混合像元的影响。同时，在2016年1月~2018年12月时间范围内筛选选取了共43景无云的哨兵2影像，利用本文提出的算法对雄安新区、神东矿区、永城矿区三个区域的细小水体分布开展了多时相分析。观察后发现每个时相的结果均十分良好，细小水体的边界区分度较高，基本没有错提、漏提，算法具有良好的适用性和稳定性。
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  摘要(2616)

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• GeoCube: 面向大规模分析的多源对地观测时空立方体
• 高凡,乐鹏,姜良存,曹志鹏,梁哲恒,上官博屹,胡磊,赵帅锋

• 摘要：随着对地立体观测体系的建立，遥感大数据不断累积。传统基于文件、景/幅式的影像组织方式，时空基准不够统一，集中式存储不利于大规模并行分析。对地观测大数据分析仍缺乏一套统一的数据模型与基础设施理论。近年来，数据立方体的研究为对地观测领域大数据分析基础设施提供了前景。基于统一的分析就绪型多维数据模型和集成对地观测数据分析功能，可构建一个基于数据立方的对地观测大数据分析基础设施。因此，本文提出了一个面向大规模分析的多源对地观测时空立方体，相较于现有的数据立方体方法，本文强调多源数据的统一组织、基于云计算的立方体处理模式以及基于人工智能优化的立方体计算。研究有助于构建时空大数据分析的新框架，同时建立与商业智能领域的数据立方体关联，为时空大数据建立统一的时空组织模型，支持大范围、长时序的快速大规模对地观测数据分析。本文在性能上与开源数据立方做了对比，结果证明提出的多源对地观测时空立方体在处理性能上具有明显优势。
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  摘要(443)

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• 水稻雷达遥感监测研究进展
• 何泽,李世华

• 摘要：水稻是重要的粮食作物，及时准确地获取水稻种植面积和长势信息，可以为田间耕作管理和农业政策制定提供支撑。星载合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）成像不受气象干扰，能敏锐地响应水稻植株发育和土壤水分变化，是多云雾地区水稻生长监测的重要数据源。水稻雷达遥感研究的成果丰富但脉络复杂，有必要结合关键问题和主要方法，对水稻雷达遥感的发展历程、现状和前景进行梳理和分析。本文在整理统计国内外近30年相关文献的基础上，将水稻雷达遥感的关键问题概括为种植面积提取、生理参数反演、物候与熟制识别三大焦点，将监测方法提炼为数理分析、机器学习和多源协同三条主线。其中，种植面积提取概括为四种思路：时序变化分析、机器学习、面向对象分类和多源协同，生理参数反演总结为五种算法：经验模型、物理模型、半经验模型、数据同化和多源协同，物候与熟制识别归纳为两种策略：时序检测和机器学习。从数据属性和模型结构的角度，介绍各种方法的工作原理和适用场景，阐述不同方法的优势和局限性。最后，结合SAR成像性能和计算机技术的发展态势，对未来研究进行展望。本文指出水稻雷达遥感监测尚有三大难题亟待解决：（1）破碎地块和复杂地形；（2）稻田栽培条件多样；（3）季候异步和轮作间作。今后研究应重点关注：（1）依赖更少先验信息的种植面积精细识别；（2）顾及建模效率与精度的生理参数动态反演；（3）结合生长机理和时序观测的物候熟制自动识别。上述课题的发展，将有效提升水稻雷达遥感监测的时空精度。
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  摘要(31)

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• 遥感技术助力山水林田湖草生态保护修复项目全过程监测及辅助绩效评价
• 王 力,黄妮,牛铮,罗明,陈元鹏,郭义强,雷雅会,扶卿华

• 摘要：山水林田湖草生态保护修复是保障国家生态安全的重要举措，科学合理的生态保护修复项目监测和绩效评价方法，有助于保障生态保护修复工程的顺利实施和生态保护修复成果的可持续。本研究采用文献综述和案例分析相结合的方法，论述了遥感技术在山水林田湖草生态保护修复项目监测和绩效评价中的具体应用。从关注区域生态系统格局和质量两方面出发，选择遥感技术应用较为成熟的土地覆盖类型、植被长势、水质参数作为评价指标，来整体实现山水林田湖草各生态要素的监测；从维护和提升区域生态系统服务出发，选择水源涵养、水土保持、生态系统承载力等指标，论述了遥感数据在辅助山水林田湖草生态保护修复项目绩效评价中的作用。最后我们的研究指出结合遥感技术的快速发展需要积极探索新的遥感数据挖掘方法，并结合遥感技术新趋势与传统的调查方法，有望形成更客观、更快速并具备可执行性的山水林田湖草生态保护修复项目监测及绩效评价体系。
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  摘要(81)

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• Worldview2影像与OLI影像协同岩性模糊分类方法
• 帅爽,张志,吕新彪,马梓程,陈思

• 摘要：Landsat系列、ASTER等中等空间分辨率遥感数据（中分数据）由于覆盖了碳酸盐矿物、粘土矿物、铁氧化物矿物等矿物的诊断光谱区间，广泛应用于矿物、岩石信息提取，但受限于空间分辨率，混合像元现象明显，严重制约了中分数据的岩性分类精度。WorldView2、QuickBird等高空间分辨率遥感数据（高分数据）提供了岩石地层表面丰富的空间结构信息，同时空间分辨率的提高也是缓解混合像元效应的最有效途径，但高分数据覆盖的光谱区间往往较窄，难以满足大多数特征吸收谱段位于短波红外、热红外区间的矿物、岩石信息提取。在岩性自动分类方法上，前人研究中仍以采用基于像元的分类方法为主，分类结果的“椒盐现象（Salt-and-pepper，出现在分类结果图中大量孤立的错分点或小图斑）” (Salati等，2011)严重。为结合中分数据的光谱信息优势和高分数据的空间结构信息优势，同时缓解基于像元的岩性分类方法中的 “椒盐现象”，提高岩性自动分类精度，本文以OLI数据和WorldView2数据为例，提出了一种协同中高分遥感数据进行面向对象的岩性模糊分类的方法。首先通过辐射分辨率规范化处理、异源遥感数据融合和波段重新组合等方法对WorldView2数据和OLI数据进行信息协同，利用主成分变换的方法对协同后数据的纹理信息和光谱信息进行压缩和增强，然后将增强后的纹理信息和光谱信息进行波段绑定，并进行多尺度分割。根据岩性单元间的光谱特征和纹理特征的差异，构建各岩性单元的模糊逻辑隶属度函数，实现对研究区岩性的模糊分类。实验结果表明，该方法成功划分了岩性区岩性单元的分布，总体岩性分类精度为89.35％。
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  摘要(360)

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• 基于珞珈一号夜间灯光数据的福建省人为热通量估算
• 林中立,徐涵秋,林从华

• 摘要：夜间灯光数据是估算人为热通量（AHF）的重要数据，但当前应用最广的DMSP/OLS和Suomi-NPP/VIIRS夜间灯光数据由于受限于粗糙的空间分辨率，而无法刻画城市内部的AHF分布细节。我国2018年6月发射的Luojia 1-01卫星所获取的130 m高空间分辨率夜间灯光数据，则有望解决这一问题。因此本文利用Luojia 1-01夜间灯光数据，通过将统计年鉴中的能源统计数据细化至福建省84个县（市、区），然后与3个夜间灯光指数（NTLnor、HSI、VANUI）进行回归分析，分别构建了基于这3个指数的福建省AHF空间估算模型，并采用交叉验证法对其进行筛选。结果显示：（1）在3个指数中，基于VANUI的乘幂估算模型的R2最高，且RMSE最小，因此精度最高；（2）利用VANUI乘幂估算模型反演得到的2018年福建省年均AHF为0.88 W/m2，其中厦门市的年均AHF最高，达10.98 W/m2，泉州、莆田、福州、漳州等沿海城市次之，年均值在0.98-1.95 W/m2之间，而宁德、龙岩、三明、南平等城市的AHF则较低，均值在0.38-0.46 W/m2之间；（3）Luojia 1-01夜间灯光数据可以揭示城市内部的AHF分异细节。根据用地属性和功能的不同，AHF数值表现为：城市集中商业区>大型市政公共设施区>城市主干道>城市住宅区>近郊住宅区。研究表明，基于Luojia 1-01夜间灯光数据建立的AHF估算模型可以较好地揭示城市尺度AHF的空间分异情况。
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  摘要(414)

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• 组合表面Bragg散射模型共极化SAR海表面风速反演
• 方贺,杨劲松,樊高峰,李超

• 摘要：组合表面布拉格散射模型（Composite Surface Bragg Scattering, CSBS）由布拉格（Bragg）散射模型和几何光学模型组成，是海洋微波散射的经典模型，可用于星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）海表面风场反演。研究指出，Bragg散射模型仅适用于中等入射角条件，几何光学模型则更适用于小入射角情形。然而，如何确定中等和小入射角的阈值，即CSBS模型最优入射角的选取目前尚无定论。基于142景成像于美国东西海岸和中国东海的RADARSAT-2精细四极化SAR影像数据和海洋浮标数据，本文提出了一种最优局地入射角查找算法，分别对VV和HH极化SAR数据进行最优入射角阈值的选取。结果显示，局地入射角 和 分别为VV和HH极化影像CSBS模型反演风速最优入射角。基于最优入射角的选取，本文在0~15m/s海况区间内利用CSBS模型对VV和HH极化SAR影像开展风速反演实验，并将反演风速与浮标风速进行对比。结果显示，基于VV和HH极化数据的CSBS模型反演风速与浮标风速均方根误差分别为2.15m/s和2.32m/s，相关系数分别为0.79和0.75，两者具有良好的一致性。本文研究结论表明基于最优入射角设置后的CSBS模型在海面风速小于15m/s条件下具有良好的应用性，后续研究将更加关注CSBS模型在高海况以及交叉极化SAR数据情况下的应用。
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  摘要(382)

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• “一带一路”沿线国家近期(1992-2015年)土地覆盖变化的时空格局及其驱动力分析
• 海凯,王思远,涂平,杨瑞霞,马元旭,梁娟珠,刘卫华,吴林霖

• 摘要：土地覆盖变化影响局域的能源和水平衡，并在全球范围内促进碳的净排放。基于欧空局气候变化倡议项目最新发布的1992-2015年300m分辨率的全球土地覆盖数据集，本文分析了1992-2015年“一带一路”沿线主要土地覆盖类型变化的时空特征及其驱动力。研究结果表明：1992-2015年沿线耕地、草地和建设用地面积分别增加190.00×103km2、57.97×103km2和260.39×103km2，森林、灌木、湿地和水体面积分别减少61.14×103km2、34.22×103km2、74.28×103km2和44.41×103km2。2000-2015年与1992-2000年相比，沿线土地覆盖变化的区域空间格局基本一致，但区域变化呈现了新的特征。东南亚区建设用地扩张明显加速，耕地面积增速下降，森林面积减速上升，灌木面积减速下降明显；东亚区建设用地持续高速扩张，耕地面积持续减少，森林面积减速明显下降，草地面积持续增加；中东欧区建设用地扩张速度明显下降，耕地面积减速上升；俄罗斯建设用地扩张持续缓慢，森林面积稳中有升，草地和灌木面积增速下降。分析进一步显示人口增长、气候变化、社会经济发展和政府相关政策是造成沿线国家土地覆盖变化的主要驱动因素。
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  摘要(437)

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• 星载激光测风技术体制及其评估方法
• 孙学金,张传亮,方乐,陆文,赵世军,叶松

• 摘要：星载激光测风雷达是探测全球风场的重要工具。目前由欧洲空间局研制的全球首颗星载激光测风雷达“风神”Aeolus已于2018年8月顺利升空部署，美国和日本也在积极论证和研制新的星载激光测风雷达技术体制，分别是混合多普勒测风雷达HDWL（Hybrid Doppler Wind Lidar）和相干多普勒测风雷达CDWL（Coherent Doppler Wind Lidar）技术体制。本文简要介绍了Aeolus、HDWL和CDWL技术体制，并根据前人的研究成果，从数据获取率和获取量、风场探测精度以及对数值预报系统的改进作用对这三种技术体制进行了评估。研究结果表明以气溶胶和云滴粒子为示踪物进行的大气风场探测具有更高的探测精度，其测风精度约为0~2 m/s，其探测范围为边界层和对流层底部；以大气分子为示踪物的大气风场探测精度相对较低，其精度约为1~3 m/s，但其具有更大的探测范围。根据三种星载激光测风雷达技术体制，Aeolus和HDWL具备探测边界层和对流层的大气风场能力，CDWL只能获取边界层至对流层底部的风场数据，HDWL体制相比Aeolus和CDWL，能够获取更多的风场探测数据，且能够实现较高精度水平风场矢量探测数据。OSSE（Observing System Simulation Experiments）实验表明，将星载激光测风雷达风场探测资料同化到数值天气预报系统之后，预报结果得到明显的改善，在双星联合探测体制下，更大的风场探测范围相比径向风场的探测更有助于提升数值天气预报系统的精度，而径向风场的探测将更好地提升星下点的探测精度。HDWL体制相比Aeolus和CDWL，由于其探测范围更广，且可以实现径向风速的探测，故推测其对数值天气预报系统的精度的提升作用更明显。这三种技术体制的评估工作对我国发展自己的星载激光测风雷达技术体制具有一定的借鉴意义。
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  摘要(62)

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• 中国红树林制图——遥感大数据支撑下的时空概率阈值法
• 黄可,孟祥珍,杨刚,孙伟伟

• 摘要：红树林作为热带和亚热带海岸带上特有的森林群落，具有独特的生态功能以及重大的社会、经济价值。中国红树林经历了反复的破坏与保护，遥感监测手段可以为我国实施大规模的红树林生态系统保护和恢复行动提供科学技术支撑。本研究依托Google Earth Engine平台提出一种时空概率阈值法对中国红树林范围进行提取。研究选取2015年516景Landsat-8数据，首先使用非监督分类法进行水陆分离，其次通过生成缓冲区确定红树林可能生长区，然后协同多种指数与光谱信息构建多特征决策树提取红树林粗略的生长范围，最后基于长时序的红树林粗略范围数据计算红树林生长概率，并通过实验确定概率阈值对红树林进行精细提取。通过实验对比发现时空概率阈值法的红树林提取精度达90.36%，且能较好地提取幼小、分散的红树林。研究得到了2015年中国红树林分布结果，全国红树林面积为21932公顷，广西和广东两省红树林面积占我国红树林总面积的73.22%，为我国红树林主要分布区域。
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  PDF(887)

  摘要(273)

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• 湖冰厚度遥感反演进展与展望
• 李兴东,龙笛,黄琦,赵凡玉,刘廷玺

• 摘要：湖冰是对气候变化十分敏感的冰冻圈水文变量，起到调节区域气候和湖泊生态系统的作用，并作为一种自然资源服务于冰上生产生活。湖冰覆盖和湖冰厚度是研究湖冰过程的关键变量，目前大多数湖冰研究集中在湖冰覆盖领域，湖冰厚度领域由于缺乏实测资料和专门的遥感观测平台还存在诸多空白，大量缺资料地区湖冰厚度仍处于未知状态，亟待方法和数据上的突破与创新。本文综述了过去二十年国内外湖冰厚度遥感反演领域的进展，介绍了各类反演方法的原理机理及主要优缺点，其中被动微波遥感方法具有良好的时间分辨率但空间分辨率较粗，难以覆盖中小型湖泊；基于SAR影像的主动微波方法空间分辨率较高但物理机制复杂，可靠性有待进一步验证；基于测高雷达的主动微波方法观测时段较长，物理机制明确，易于拓展到无实测资料湖泊，但空间覆盖相对有限；热红外遥感方法时空分辨率较好，但容易受云和湖冰表面积雪的影响，反演精度和可靠性有待提升。在此基础上，本文分析湖冰厚度遥感反演领域面临的主要挑战和发展方向包括：（1）厘清湖冰表面积雪相关的物理过程；（2）实现大范围实测冰厚和遥感资料的集成；（3）实现多源遥感冰厚反演方法的交叉融合。
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  摘要(61)

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• 基于垂直订正和湿度订正方法估算川渝地区逐小时近地面PM_2.5浓度
• 赵青琳,曾巧林,罗彬,许丽萍,范萌,陈良富,罗小波

• 摘要：针对PM_2.5污染比较严重的川渝地区,本研究利用日本静止葵花卫星(Himawari-8)反演的气溶胶光学厚度(AOD)进行垂直订正和湿度订正估算川渝地区2017-2018年09:00-16:00时的PM_2.5浓度。首先,基于气象观测的能见度数据(vis)与消光系数σ_a(λ)之间的关系,引入“标高(H_ɑ)”对气溶胶光学厚度进行垂直订正；其次,根据匹配的气象和环境监测数据对每一个站点逐一拟合1-12月份的吸湿增长因子,并采用反距离加权空间插值(IDW)方法构建吸湿订正因子网格,从而进行湿度订正估算。研究结果表明,经垂直订正和湿度订正后,相比AOD与PM_2.5之间的相关性,“干”消光系数σ_dry(λ)与PM_2.5的相关性显著提高,相关系数(r)由0.12-0.45 提高至0.32-0.69；验证09:00至16:00时卫星估算结果,相关系数(r)均大于0.7,均方根误差(RMSE)为18.59±2.26μg/m^₃；提取所有观测站点进行验证,r=0.82,RMSE=18.64μg/m^₃。
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  摘要(78)

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• 大尺度生态质量遥感评价方法构建及应用研究
• 高吉喜,万华伟,王永财,侯鹏,施佩荣,孙晨曦

• 摘要：生态系统是人类生存和经济社会可持续发展的基础，开展生态质量评价为制定生态保护修复政策和服务于生态文明建设提供科学依据。本文从国家尺度生态质量评价年度业务化需求出发，以生态学理论为基础，构建了一套表征“功能-稳定-胁迫”三个维度的生态质量评价体系，利用植被参量和土地利用等遥感数据，对2000-2018年陆地区域生态质量进行了监测和评价。结果表明2018年全国生态质量整体状况良好，生态质量中等以上比例达到了36.98%，差等生态质量仅占4.33%。福建、海南、广西等地生态质量最优；2000-2018年全国53.97%的区域生态质量呈改善趋势，其中2011年之后改善趋势更为明显；全国部分区域生态质量形势仍然严峻，生态系统功能低、生态系统稳定度差，生态系统胁迫处于较高水平。从全国生态质量评价的应用结果来看，构建的生态质量评价体系方法科学、简单快速、经济可行，能满足区域或国家生态系统质量快速评估的需求。
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  摘要(61)

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• 资源三号03星立体影像与激光测高点联合区域网平差处理及精度验证
• 周平

• 摘要：利用国产卫星影像开展全球范围地理信息资源建设的前提条件之一是提升卫星影像无地面控制条件下几何精度水平。2020年7月成功发射资源三号03星（ZY3-03）是资源三号系列卫星中的第三颗高分辨率立体测绘卫星，主要用于全球范围1:5万比例尺测图应用。卫星搭载了三台全色线阵推扫式光学相机和一台多光谱相机，可获取优于2.5米分辨率的三线阵立体影像和5.8米分辨率的多光谱影像。为了提升卫星影像的高程精度，卫星还设计搭载了一台单波束激光测高仪，可同步获取高精度激光测高点。本文提出了一种ZY3-03星激光测高点与立体影像联合区域网平差处理方法。利用激光测高点和同轨获取的正视影像相对平面误差较小的特性，准确获取激光测高点在立体影像上的像方位置；将激光测高点作为立体影像高程控制，并以整轨立体影像为单位开展立体影像与激光测高点的联合区域网平差，实现立体影像高程精度大幅提升。选取黑龙江省中部地区和河北省太行山地区的ZY3-03星三线阵立体影像及其同轨获取的激光测高点开展联合区域网平差试验，结果表明，平地和丘陵地形区域的ZY3-03星立体影像的高程中误差从5.27米降低至2.58米，山地地形区域的ZY3-03立体影像的高程中误差从11.25米降低至4.45米，均能满足我国1:5万比例尺立体测图的精度要求。
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  PDF(114)

  摘要(82)

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• 基于哨兵2号数据的矿区叶面降尘信息提取及尘源辨析方法
• 帅爽,张志,吕新彪,陈思,马梓程,谢翠容

• 摘要：叶面降尘遥感监测是评估矿山粉尘污染状况的重要手段之一,与自然粉尘相比,重金属富集的矿山粉尘对人类健康和植被生长造成更严重的威胁。以往叶面降尘遥感监测大多针对降尘量进行反演、监测,而没有研究矿区粉尘与自然粉尘的差异。本文使用哨兵2号数据,以内蒙古甲乌拉—查干铅锌银矿区为例,在分析叶面降尘的光谱响应特征基础上,基于面向对象的主成分分析(FPCS)方法,提取研究区叶面降尘范围和强度,利用尘源光谱指数,区分矿山粉尘与自然粉尘,并分析了叶面降尘类型、强度与矿山地物分布的相关性,分析研究区主要矿山尘源及扬尘扩散特征,利用端元分解模型和光谱特征匹配(SFF)分析矿山开发降尘和自然降尘的矿物成分差异和光谱特征。结果表明叶面降尘导致植被可见光波段反射率升高、近红外波段反射率降低、植被红边“蓝移”,远离粉尘源方向,可见光波段反射率逐渐降低,红边位置逐渐向长波方向移动；矿山尘源与自然尘源光谱特征存在差异,矿山尘源叶面降尘像元在865nm处显示反射率吸收特征,SFF结果显示该吸收特征与黄铁矿相关； FPCS成功提取了叶面降尘的范围和强度,尘源光谱指数(DSI)能区分矿山降尘与自然降尘,提取的矿山叶面降尘像元与矿山地物空间相关性强,研究区主要矿山尘源为废石堆和矿山道路,其中废石堆扬尘扩散强度和距离大于矿山道路。该研究可为矿山开发粉尘污染快速评估提供一种技术思路。
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  PDF(242)

  摘要(83)

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• 中亚地区植被对气候变化的响应机制初探
• 吴林霖,王思远,马元旭,杨瑞霞,官云兰,海凯,刘卫华

• 摘要：为了解气候变化对中亚干旱地区植被的潜在影响以及分析不同典型植被对气候因子的时间响应，应用2000-2013年的MODIS-NDVI时间序列数据集与CHELSA气候再分析数据进行回归分析和时间序列相关分析提取植被/降水/温度的空间格局及变化趋势、NDVI与降水/温度的线性相关关系与时间响应模式，再结合土地覆盖/利用类型与陆地生态分区在像元尺度上分析不同典型植被对气候变化的相关性以及不同生态分区对气候响应的差异性，进而探讨中亚地区植被对气候变化的响应机制。研究结果表明：1）中亚地区NDVI值普遍偏低，总体呈现出高海拔向低海拔减小趋势，降水分布在空间上由中亚东部到西部递减，且随着海拔降低降水量随之下降，温度由西部到东部递减，新疆则是由中部向外部递减；2000-2013年间，中亚地区东北部NDVI呈下降趋势，南部呈上升趋势，降水与温度变化趋势在不同地域存在显著差异。2）植被与降水呈正相关关系的像元主要分布在海拔较高的地区，负相关的像元主要分布在相对湿润的地区以及河流、湖泊沿岸；植被与温度的线性相关性为东部较湿润地区相关关系显著，西部干旱与半干旱地区相关性较低甚至为负相关。3）中亚大部分地区植被与降水之间存在0-32d的滞后时长以及16-96d不等的累积时长，但对当期的温度相关性较高，存在16-48d的累积时长；不同典型植被对降水的响应差异明显，对温度的响应除裸地外，其他植被类型对温度的时间响应基本一致。4）不同生态分区对降水/温度的响应具有差异，森林区植被对降水的滞后时长与累积时长较长，高寒草甸区植被对降水滞后和累积时间长，对温度的累积与滞后时长短。
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  PDF(1068)

  摘要(796)

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• 基于多源卫星遥感数据的中国2003-2018年CO2时空变化研究
• 肖钟湧,陈颖锋,林晓凤,刘珊红,谢静晗,谢先全

• 摘要：本研究利用大气制图扫描成像吸收仪(ScanningImagingAbsorptionSpectrometerforAtmosphericChartography，SCIAMACHY)和傅里叶变换光谱仪(Fourier Transformation Spectrometer，FTS)卫星遥感传感器反演的CO2产品，结合瓦里关地面站点观测的CO2浓度数据进行验证，并对遥感数据进行校正，最后分析了2003-2019年中国CO2时空变化特征及其影响因素。结果表明中国区域CO2柱浓度呈近12个月周期变化且持续上升的趋势。2003年CO2柱浓度年均值为374.38 ppm，2018年CO2柱浓度年均值为413.71 ppm，16年间增加了39.30 ppm，约为10.51%，年均增长率为0.59%。中国区域大气CO2柱浓度的月变化存在明显的时空差异，月变化呈现弦曲线变化，最小值和最大值分别出现在8和4月，2018年月平均大约分别为407.7 和416.3 ppm。CO2柱浓度的高值区主要出现在东部的亚热带和温带地区，2018年年平均最大可达417.9 ppm；最低值是在内蒙古北部，2018年平均约为409.5 ppm。从省级行政单元来看，2018年平均CO2柱浓度最高和最低的省份是浙江省和青海省，分别约为417.8和412.1 ppm。中国2003-2019年CO2柱浓度在整个区域出现较大的增长，但是增长率在空间上存在明显的异质性。在空间上，2018年比2003年增长的数值在31.0~45.4 ppm之间，增长的百分比范围在8.9~12.2%之间。增长较大的区域在高值区，最大增长出现在辽宁和吉林的交界处，约为12.2%。增长较小的区域出现在中国中部，最低的增长约为8.9%。
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  PDF(93)

  摘要(119)

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• 面向高光谱异常检测的背景记忆模型
• 谢卫莹,钟佳平,李云松

• 摘要：高光谱图像具有丰富的连续光谱信息,覆盖从可见光到红外波长范围内数百个波段,其数据特性使得在图像处理中有挖掘光谱内在特征的独特优势,从而有利于充分利用空间和光谱信息,检测感兴趣区域中的目标。但是由于高光谱数据的高维性、实际场景的复杂性以及有标签样本数量的有限性,高光谱异常检测仍面临背景和异常不易区分和检测精度低的问题。为了解决以上问题,本文提出一种面向高光谱异常检测的背景记忆模型。首先,通过无监督的基于密度估计的粗检方法,获得伪背景和伪异常向量。其次,设计基于异常突出正则项约束的背景记忆生成对抗网络模型,扩大伪背景和伪异常间的距离,并采用弱监督-伪标签的训练方式,使得网络具有较强的背景生成能力,同时弱化其对于异常的重构效果,减少对于背景和异常重构的泛化性,增强输出检测结果中背景和异常的差异和辨别度。此外,在特征域和图像域进行对抗学习,提高样本生成能力,更好地学习到输入样本的分布情况,提高网络对背景的生成能力。最后,使用非线性背景抑制方法减小虚警率,进一步提升检测精度。实验结果表明,本文方法相比其他检测算法在不同数据集上具有更好的检测效果。
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  摘要(85)

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• 关键时相长势-环境和景观特征对河北省县级尺度冬小麦单产估算精度影响分析
• 朱炯,杜鑫,李强子

• 摘要：摘 要：目的 区域尺度上精准、快速的作物单产估算可以有效地为国家粮食安全相关政策的制定提供数据支撑。本文针对县级估产时相和特征类型选择问题，基于遥感、气象和统计等多源数据，通过不同时相和特征要素之间的组合分析来探索其对于县级尺度冬小麦单产估算的影响。方法 特征要素主要考虑作物长势、环境（水分和光温条件）和农田景观三个类型；时相主要考虑由冬小麦生长过程NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）曲线特征提取的5个关键时段（P1-P5）。利用不同时相与类型特征的组合与统计单产构建随机森林回归模型，根据精度评价结果分析各组合的优劣。2014-2017年的数据用来建模，2018年数据用来验证。结果 对于单时相，P2、P3、P4的表现明显好于P1和P5；多时相的准确度明显优于单时相，其中P2、P4的组合效果最佳。对于不同类型的特征要素，作物长势特征参量对估产精度的影响最大，而水分影响和光温条件等环境因子的加入对估产准确性并没有明显提升，农田景观参数的加入能够有效提升估产的准确性。在最优组合的基础上，剔除冗余变量优选出5个重要的指标因子（PROP、NDVI_P2、B2_P2、ED、B1_P4），并建立单产估算模型获取2018年河北省冬小麦县级尺度单产。结果表明，平均相对误差（MRE）仅为2.85%，决定系数（R2）为0.83，均方根误差（RMSE）为253.25 kg/ha，归一化均方根误差（NRMSE）为4.09%。结论 研究结果为全国县级冬小麦单产估算提供了新的思路和方法参考。
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  摘要(56)

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• 利用空间随机森林方法提升GPM卫星遥感降水质量
• 胡保健,李伟,陈传法,胡占占

• 摘要：卫星遥感降水产品是当前获取大范围、连续性降水观测的主要来源，但目前已有的卫星遥感降水产品空间分辨率粗糙，且存在一定的系统偏差。为此，本文充分考虑高分辨率环境变量（包括地形、NDVI、地表温度、经纬度）对降水影响以及邻近遥感降水（站点）空间相关性，构建了一种双阶段空间随机森林（Spatial Random Forest, SRF）方法（SRF-SRF）。以四川省2015年—2019年GPM（Global Precipitation Measurement Mission）月降水数据为例，借助SRF-SRF对其质量提升，并将计算结果与现有七种方法比较，包括地理加权回归（GWR）、反向传播神经网络（BPNN）、随机森林（RF）、站点降水Kriging插值（Kriging）、经SRF降尺度后的地理差异分析校正（SRF-GDA）、经双线性插值降尺度后的SRF校正（Bi-SRF）以及年降水经SRF降尺度后按月比例分解并利用SRF校正（SRFdis）等。实验分析表明：（1）在月尺度上，与原始GPM相比，SRF-SRF的平均绝对误差（MAE）降低了19.51%，中误差（RMSE）降低了16.35%，而且精度优于其他方法；在季尺度上， SRF-SRF在冬季误差最小，在夏季误差最大，但其计算精度均优于其他方法；在年尺度上，基于SRF的四种方法（包括SRF-SRF、SRF-GDA、Bi-SRF和SRFdis）优于GWR、BPNN、RF，并且SRF-SRF计算精度优于单阶段的Bi-SRF和SRF-GDA。（2）SRF-SRF降水产品空间分布连续性较好，且局部降水细节得到明显提升。（3）借助RF对各自变量重要性分析得出，降水空间相关性对卫星遥感降水质量提升具有重要作用。（4）基于月尺度的SRF-SRF融合校正效果优于基于年尺度的SRFdis，表明NDVI可用于该区域月尺度降水质量提升。
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  摘要(102)

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• 我国卫星遥感地表水资源监测能力分析与展望
• 李欢,万玮,冀锐,李国元,陈晓娜,朱思宇,刘宝剑,徐玥,罗增良,王胜蕾,崔要奎

• 摘要：在我国自然资源部水资源调查与确权登记的职能需求之下,面向我国“十四五”及二〇三五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,并进一步剖析我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(以地表固液态水的面积、水位、体积变化为主)进行总结分析的基础上,针对我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四个方面提出未来卫星遥感地表水资源监测规划设计建议。
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  摘要(101)

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• 深度学习农作物分类的弱样本适用性研究
• 许 晴,张锦水,张凤,盖爽,杨志,段雅鸣

• 摘要：基于大数据驱动的深度学习挖掘图像数据的规律和层次已成为遥感影像解译的研究热点。海量标签样本是训练深度学习模型的前提条件，但成本昂贵的人工标记样本限制了深度学习技术在遥感领域的应用。本文提出了一种基于弱样本的深度学习模型农作物分类策略：以GF-1影像为数据源，将传统分类器SVM分类结果视为弱样本，训练深度卷积网络模型DCNN（Deep Convolutional Neural Networks），获取辽宁省水稻和玉米的空间分布，分析弱样本的适用性。结果显示：测试集总体精度达到0.90，水稻和玉米F1分数分别为0.81和0.90；在不同地形地貌、复杂种植结构的农业景观下均表现出良好的分类效果；与SVM结果的空间一致性为0.90；当弱样本最大面积误差比例小于0.36时，弱样本仍适用于DCNN作物分类，结果的总体精度保持在0.86以上。综上，该策略一定程度上消除了深度学习模型对大量人工标记样本高度依赖的局限性，为实现大尺度农作物遥感分类提供了一种新途径。
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  摘要(80)

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• 基于AERONET数据的台湾地区气溶胶光学特性研究（大气环境遥感与协同分析专刊）
• 周佩,汪洋,徐玲琳,程志强,盖宸德,庄留文

• 摘要：大气气溶胶的探测是全球气候变化、区域空气质量和公共健康等研究的重要数据基础。台湾地区四面环海，忽略由大气环流和局地排放源所造成的气溶胶特征时空异质性会导致卫星气溶胶参数反演上的误差。本研究基于我国台湾地区多个具有代表性的AERONET（AErosol RObotic NETwork）观测站历史数据和MODIS气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth，AOD）反演产品，探究我国台湾地区典型站点气溶胶参数及其类型的时空变化特征及差异，分析结果表明：①各站点AOD年平均值逐年下降，呈现春季最高（0.5257）的季节变化特征和双峰结构的日变化规律，主导气溶胶类型为城市工业型（仅鹿林站点为海洋型）。②我国台湾地区风向多为东北风，风速越大，AOD值越低，海洋型气溶胶占比越高；反之则以城市工业型气溶胶为主。③Angstrom波长指数（AE）、单次散射比（SSA）、复折射指数虚部、不对称因子平均值分别为1.3283、0.9564、0.0054、0.7292；相比于内陆北京（39.9768°N，116.3813°E）站，台湾中央大学AOD年平均值、季节变化、主导气溶胶类型均存在较大的差异。④MODIS AOD分站点验证精度较高，而在高山鹿林站的验证精度稍低（R2=0.5925）；而利用不同气溶胶类型的分类验证结果显示，城市工业（R2=0.7238）、生物质燃烧（R2=0.6161）和次大陆型（R2=0.5116）精度较高，但海洋型（R2=0.1585）、大陆型（R2=0.1111）AOD验证精度显著降低。本研究表明，我国台湾地区气溶胶类型呈现西南沿岸站点秋冬季次大陆型占比上升，西北沿岸大陆型上升的时空特征差异，细化气溶胶参数的变化特征对气溶胶卫星反演算法在环流特征明显的近海区域有着重要指导作用。
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  摘要(155)

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• 体散射函数测量技术定标方法研究进展
• 刘聪,李彩

• 摘要：体散射函数描述了光被水体散射后的角度分布特性，是海水固有光学特性之一，在水色遥感、生物光学特性及海气交互过程研究等光学海洋学研究及应用领域具有十分重要的意义。基于其强方向性、大动态范围、后向散射微弱等特点，体散射函数测量技术定标方法及应用研究至今仍在不断探索进步中。伴随体散射函数测量技术的发展，相继出现了基于散射体及散射通量的定标方法、基于漫射体与传感器响应权重函数的定标方法以及基于标准物质与传感器响应权重函数的定标方法等三大类体散射函数定标方法。相较于基于散射体及散射通量的定标方法，基于漫射体与传感器响应权重函数的定标方法可有效解决散射体估算难度大等问题，但更适用于宽视场角的后向散射仪；基于标准物质与传感器响应权重函数的定标方法极大简化了定标过程，且不受散射角度范围的限制。可以预见，上述三大类体散射函数定标方法的变通和组合方案是未来很长一段时间的主要定标方法，而基于标准物质与传感器响应权重函数的定标方法将是未来体散射函数最有优势的定标方法。本文以水体体散射函数定标方法为主线，归纳总结了国内外水体体散射函数定标、测量以及应用研究进展，并对未来体散射函数定标方法的发展趋势进行展望。
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  摘要(91)

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• FY-3D星微波湿温探测仪通道响应函数的影响分析
• 王振占,许皓文,段永强,王文煜,丁甲,何文明,张升伟

• 摘要：微波湿温探测仪（MWHTS）的通道响应函数（SRF）一般被认为近似于矩形函数，然而从实际SRF的测试数据来看，MWHTS各个频段不同通道的SRF存在一定的带内波动。本文利用大气辐射传输模拟器（ARTS）模拟了MWHTS中118GHz各通道不同场景的亮温谱，并输入至我们前期建立的MWHTS系统仿真模型中，通过定标得到了仪器的输出亮温，进而评估实测SRF对亮温测量及其反演的大气温度廓线的影响，并利用卫星实测数据进行了对比验证。结果表明，亮温偏差与实际SRF的带内波动呈现线性正相关的关系，当带内波动大于3dB时，亮温偏差可以达到0.2–0.5K。SRF的带内波动会造成大气温度廓线反演误差，特别是在高度为1.8km时，误差最大可以达到0.8–0.9K，该仿真结果与卫星实测数据结果一致。因此在使用数据同化方法对数值天气预报（NWP）进行模拟时，需要特别注意具有较大SRF带内波动的通道所引起的亮温偏差，这对于未来卫星数据的应用具有重要的研究价值。
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  摘要(56)

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• 基于新一代人工智能的陆地观测卫星遥感应用技术综述
• 赖积保,康旭东,鲁续坤,李树涛

• 摘要：随着各国航天事业的高速发展以及政府对卫星遥感技术的大力支持，各类军民商用卫星系统层出不穷，建立了较为完善的卫星遥感数据获取体系，为推动经济社会高质量发展提供了新动能。与此同时，人工智能技术的迅猛发展极大程度的提升了数据分析的智能化、精准化水平，为遥感大数据分析与应用带来了新的发展机遇。在互联网时代的背景下，结合新一代人工智能、大数据、物联网、5G等先进技术，推动遥感应用朝着智能化、大众化、产业化方向发展是大势所趋。本文依据当前陆地观测卫星智能遥感技术的发展现状与实际需求，论述了人工智能驱动的遥感技术在资源调查、环境监测、灾害监测等领域中的应用研究现状，探讨了现阶段制约人工智能技术在遥感领域应用成效的关键问题，最后结合遥感大数据处理中存在的问题和挑战，对陆地观测卫星遥感应用技术的发展趋势进行了展望。
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  摘要(80)

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• 基于遥感数据的多年平均物候不确定性研究
• 金佳鑫,季盈盈,郭丰生,肖园园,于涵

• 摘要：多年平均物候能够反映植被生长发育节律的均衡状态，是植被物候模拟与预测的关键参数之一。遥感已广泛用于地表物候监测，是空间多年平均物候信息的重要来源。然而，基于遥感的多年平均物候存在不同计算方法，如先确定每年时序曲线的物候点再求平均值(平均法)，以及先求多年平均时序曲线再确定物候点(参考曲线法)。上述方法的结果可能存在差异，但目前尚缺乏对这一不确定性及其影响的认识。针对该问题，本研究利用2001-2016年遥感植被指数数据，分别在平均法和参考曲线法下提取我国森林生长季起始时间的多年平均值(SOS)，比较SOS的差异(△SOS)及其空间异质性；进一步选取物候研究中常用指标，即以SOS为基础的温度“季前时长(Preseason Duration，PD)”，分析SOS不同计算方法对物候-气候关系的潜在影响。结果表明，(1) 不同方法下的SOS差异显著，总体上平均法小于参考曲线法(-2.6 ± 2.2天，占88%)，其中存在8.7%的像元△SOS超过7天，主要分布在东南丘陵地区。(2) △SOS具有显著的空间异质性，主要表现为随年均温的升高而减小(Slope=0.07天/℃, P<0.01)，随年均降水的增加而增大(Slope=-0.0005天/mm, P<0.01)。(3) 不同方法下的PD存在差异，21%的有效像元PD差值超过15天，主要分布在东南丘陵和西南山区。研究结果将为遥感地表物候的模型空间参数化应用提供有益参考。
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  摘要(94)

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• 基于深度学习的高分辨率卫星遥感影像条带噪声去除-高分遥感共性产品与真实性检验专刊
• 高浩博,卜桐,李欣,陆世东,钟慧敏,崔林

• 摘要：受到成像环境、硬件条件等因素的限制，高分辨率卫星遥感影像上普遍存在条带噪声的现象，其严重影响了影像的辐射质量和可用性。本文针对传统条带去除方法存在的适应性差、去噪效率低、依靠先验知识等不足，提出了一种基于深度学习卷积神经网络的条带噪声去除方法。本方法首先利用不同尺度的卷积层进行特征提取，然后对多尺度的特征图进行特征融合得到去噪底图，通过残差学习的方法在底图上预测存在的噪声分量，最后用噪声影像减去条带噪声分量实现噪声的去除。以模拟和真实获取的噪声影像为实验数据，将本文提出的方法与一些经典的去噪方法进行实验结果对比分析，实验结果表明本文提出的基于深度学习的条带噪声去除方法能够在保留影像地物细节的情况下，能以优异的速度达到最高的定量指标和最好的视觉效果，充分证明了本文方法的优越性。
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  摘要(83)

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• 星载主动遥感测云现状与展望
• 寇蕾蕾,郜海阳,林正建,廖淑君,丁丕满,朱维,商建,胡秀清

• 摘要：云是表征天气和气候变化的重要指标,在大气的能量分配、辐射传输等中起着重要作用。卫星遥感探测以其覆盖范围广、信息量大、重复频率高等诸多优势,成为研究云的主要手段。目前星载测云主动遥感技术主要包括毫米波雷达和激光雷达技术。本文介绍了星载毫米波雷达和激光雷达测云技术发展及数据应用研究现状,重点分析了CloudSat搭载的云廓线雷达CPR和CALIPSO搭载的云-气溶胶激光雷达CALIOP协同观测的成果和进一步发展需求。从全球云三维结构参数的需求分析,探讨了太赫兹雷达、高光谱激光雷达、多传感器数据融合等测云新技术发展和应用潜能,以及多星系统及单星多载荷等协同观测新模式的技术关键和轨道高度对探测性能的影响,提出多传感器共平台协同观测及数据融合研究三维云结构信息的设想。
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  摘要(49)

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• 太赫兹冰云辐射散射特性研究和探测参数设计
• 陈柯,董杉彬,李迎雪,徐红新,谢振超,姜丽菲,李恩晨,吴琼,商建

• 摘要：星载被动太赫兹遥感是目前最具潜力的冰云探测手段，而理解冰云参数如何影响太赫兹辐射传输过程，掌握太赫兹频段冰云辐射散射特性是实现高精度太赫兹冰云定量探测的前提，对冰云探测仪器的设计和冰云参数反演也非常重要。基于DOTLRT大气辐射传输模式模拟计算太赫兹频段冰云辐射亮温及其雅可比矩阵，以FNL气象再分析资料为初值驱动WRF中尺度模式预报得到冰云参数作为DOTLRT模式的输入。通过与ATMS的183GHz频段观测亮温对比验证了模拟太赫兹冰云亮温具有较好的精度，并且表明太赫兹亮温同时受到冰云中的冰粒子和霰粒子的影响，且具有不同的特性。定量分析了冰云中冰、霰两种粒子的特性参数(等效粒径Dme、路径总量IWP、GWP)和观测几何对冰云太赫兹亮温的影响。在综合了太赫兹亮温的敏感性分析、雅可比矩阵的峰值高度分析和痕量气体吸收的基础上，给出了太赫兹冰云探测器的优化探测频段（183GHz, 243GHz, 325GHz, 448GHz, 664GHz and 874GHz）和观测角度（53±5°）。通过模拟亮温与观测亮温的对比证明了太赫兹冰云探测需要同时考虑冰粒子和霰粒子。提供了冰、霰两种冰云粒子的辐射散射特性，突破现有研究仅仅计算单一冰粒子的局限，可为我国发展冰云太赫兹探测载荷提供技术支撑。
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  摘要(71)

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• 黑河中游农作物MODIS叶面积指数产品时间序列精度验证与变化特征分析
• 王丹彤,屈永华

• 摘要：叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）是表征植被生长状态的一个重要的冠层结构参数。MODIS LAI产品是全球常用的遥感LAI产品之一。然而，由于地表异质性、数据质量、模型精度等多方面的差异，MODIS LAI产品质量表现各有不同。基于无线传感器网络的LAINet仪器可以自动获取时间频率更密集的LAI实测数据，为验证卫星遥感LAI产品提供了有力支持。本文通过2018和2019年黑河中游时间序列地面实测LAI数据与高空间分辨率卫星遥感植被指数数据建立经验回归模型，反演高空间分辨率卫星遥感LAI作为参考LAI真值，对MODIS LAI产品进行了精度验证与稳定性评价，分析了MODIS LAI与LAINet地面测量的差异原因。结果表明，与Landsat 8参考真值相比，MODIS LAI生长季的质量（RMSE2018=1.17，RMSE2019=1.14）优于衰落季（RMSE2018=1.39，RMSE2019=1.84），MODIS LAI总体低估，尤其是生长季后期。时间序列上，MODIS LAI产品能够刻画植被生长和凋落的季节特征，但生长前期波动性要强于后期。与LAINet观测方式的差异是MODIS LAI低估的主要原因，即遥感传感器从太空平台向下观测，LAI值在生长季后期受到叶绿素降低的影响，而LAINet仪器从冠层下向上观测，主要受到冠层间隙率的影响，而对叶片内色素变化不敏感。对MODIS LAI产品的精度验证与稳定性评价结果表明，可以利用地面实测数据和卫星遥感数据反演时间序列LAI，但是，在使用类似玉米作物的生长季后期数据的时候，需要考虑到MODIS LAI与LAINet LAI观测对象与算法原理的差异。本文的分析结果能够为MODIS LAI产品的使用者和算法研究者提供参考依据。
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  摘要(76)

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• 大气协同遥感专刊：基于S5P/TROPOMI的中国东部气溶胶单次散射反照率反演初探
• 李丁,秦凯,薛勇,饶兰兰,张亦舒,何秦

• 摘要：气溶胶单次散射反照率的卫星定量遥感（Single Scattering Albedo，SSA）对气候评估和大气污染治理均具有重要意义。搭载于Sentinel-5 Precursor（S5P）上的对流层监测仪（TROPOMI）具有目前同类卫星传感器中最优的空间分辨率。本文基于S5P/TROPOMI数据开展了中国东部地区的SSA反演研究。首先利用中国东部地区Aerosol Robotic Network（AERONET）站点数据对Optical Properties of Aerosols and Clouds（OPAC）气溶胶模型进行约束改进，构建了更为合适的气溶胶类型，并使用地基激光雷达（Lidar）预设相应气溶胶类型的垂直结构。然后使用辐射传输模型SCIATRAN构建查找表Look-up Table （LUT），将TROPOMI Ultraviolet Absorbing Index（UVAI）和MODIS Aerosol Optical Depth（AOD）数据联合输入反演气溶胶SSA数据。反演结果与地基站点数据对比，相关系数R2为0.61，均方根误差为0.05；和OMI SSA产品相比，总体趋势一致且具有空间连续性更好。基于TROPOMI的高分辨率SSA算法和数据将有助于中小尺度下气溶胶时空分布、光学特性等研究。
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  摘要(134)

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• 星载成像高度计双侧独立交叉定标方法研究
• 白卓,张颢馨,马纯永,赵朝方,陈戈

• 摘要：为通过数据处理提高SWOT的观测精度，本文采用双侧刈幅独立交叉定标对相位误差和倾角误差复合输入的情况进行误差估计。本文选取横跨经度100°和纬度60°的南太平洋东部地区，以HYCOM数据作为海洋真值，根据AVISO官网提供的SWOT和Jason-2（2016年10月前）轨道参数利用SWOT simulator进行仿真采样，进行刈幅自交叉和星下点刈幅交叉实验。实验将90%的误差校正到4cm内，近75%的交叉点残差的标准差降到2cm内，较解算前提升一倍，表明在仪器精度较低时，双侧刈幅独立交叉定标的方法能够科学有效估计两种误差的复合输入值，显著降低了误差水平。
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  摘要(81)

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• 广西壮族自治区短轮伐期人工林时空分布信息提取
• 段文胜,王力,黄妮,贺原惠子,张昌赛,张阳坚,周泉,牛铮

• 摘要：短轮伐期人工林（Short-Rotation Plantations，SRPs）作为主要的经济型林类，对于生态环境保护以及社会经济发展都有着重要的影响，但精细的SRPs时空分布信息十分缺乏。本研究以中国SRPs种植最为广泛的广西壮族自治区为研究区域，基于Google Earth Engine云平台以及1986-2019年的Landsat影像数据，应用LandTrendr时间序列分割算法对SRPs的时空分布信息进行了提取。结果分析表明：（1）广西SRPs种植面积近30年呈逐年稳定快速增加的态势，1990年种植面积仅1.93×105ha，到2019年达到了4.04×106ha，年均增长速度达到1.33×105ha；（2）从空间分布来看，广西东部、南部SRPs分布较为集中，其主要分布在海拔500m以下的低海拔地区以及地表坡度在20°左右的坡地，且河池市是广西SRPs种植分布面积最大的地级市；（3）SRPs种植面积变化趋势与林业产值存在很强的相关性（r=0.83，p<0.001），表明SRPs是影响林业经济的重要因素。本文提出的基于长时序的SRPs时空变化信息的提取方法，可以为林业管理提供决策支持，并为森林碳循环的研究提供基础数据。
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  摘要(103)

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• 1984-2020年密云水库水面信息遥感监测与分析
• 刘畅,唐海蓉,计璐艳,赵永超

• 摘要：密云水库在防洪、灌溉、发电、养殖、旅游、供应城市用水等方面产生了巨大效益，准确地完成水库制图并分析其特征时空变化对密云水库生态环境监测及管理具有重要意义。值此密云水库建成60周年之际，本文以密云水库为研究区域，收集了1984-2020年所有的Landsat-5和Landsat-8遥感影像，利用水体的光谱、地形、时空特征，研究并解决了水库水体动态制图中的云、阴影、冰雪干扰，同物异谱及混合像元等难点问题，提出了一套自动化且高精度的水库水体动态制图算法，在无云无冰雪的情况下的总体精度高达98.2%，并引入了景观分裂度指数分析密云水库形态变化。基于制图结果发现水库水面面积变化可划分为五个时期：“增长期”（1984年-1993年）、“巅峰期”（1994年-1999年）、“衰落期”（2000年-2003年）、“保护期”（2004年-2014年）、“恢复期”（2015年-2020年），期间水库东、西两区经历了“三分三合”的过程，水库面积最大达到151.6 km2（1995年），最小仅为57.3 km2（2004年）；每年的最大面积出现在8-9月份，最小面积出现在5月份。此外，还讨论了密云水库水面面积变化与城市建设、政策、降水等多种驱动力的联系，可为水库的监测和管理提供参考。
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  摘要(81)

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• 应用于陆表物候监测的遥感指数多维度评估
• 孙莉昕,朱文泉,谢志英,詹培,李雪莹

• 摘要：针对陆表物候监测已发展了很多遥感指数，但不同遥感指数表征陆表植被季节性变化的能力存在差异，而目前有关陆表物候遥感指数的评估大多在不同标准下开展，导致研究结果间的可比性较差，致使无法根据不同区域选择出最佳的遥感指数，从而影响大尺度（如半球乃至全球）的陆表物候监测精度。本文在北半球中高纬度地区，以75个碳通量塔站点的406条记录和129个物候相机站点的482条记录为参考标准，对10种遥感指数应用于陆表物候监测的能力进行了系统性评估，并从两个精度评估视角（物候提取准确度、物候变化趋势一致性）、四个维度（植被类型、地理环境、物候类型、物候事件）对比分析了各种情况下的最佳遥感指数及其精度。虽然部分遥感指数在多数情况下均表现最佳，但不同植被类型、地理环境、物候类型（功能物候、结构物候）、物候事件（春季、秋季）的最佳遥感指数并不聚焦于少数几种，而是散布于各类遥感指数之中；即使是采用了最佳遥感指数，但在某些情况下，其用于陆表物候监测的误差仍较大；从不同的精度评估视角来看，物候提取准确度高的遥感指数并不一定与物候变化趋势一致性高的遥感指数相对应，说明应根据关注视角来选择最佳遥感指数。本文研究结果可为不同情况下的陆表物候监测提供最佳遥感指数选择依据，从而有利于提高大尺度的陆表物候监测精度以及评估其不确定性。
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  摘要(170)

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• GEE平台下基于多源遥感影像对洪灾的监测研究
• 刘小燕,崔耀平,史志方,闰亚迪,付一鸣,李梦迪,李 楠,刘素洁

• 摘要：受限于洪灾时期的天气，用于洪灾评估的遥感数据多为雷达影像或者航拍数据，而众多夜间灯光和光学影像数据在评估洪灾时发挥的作用亟待进一步挖掘。本研究以7-8月份的阜阳为研究对象，基于Sentinel-1、Sentinel-2及Landsat 8等卫星数据，借助遥感大数据平台(GEE，Google Earth Engine)提取水体信息，并利用夜间灯光数据建立的夜间灯光总强度(TNL，Total Night-time Light)和综合灯光指数(CNLI，Compounded Night Light Index)来探讨水体变化与夜间灯光之间的关系，从而监测和评估洪灾动态。结果显示：(1)阜阳7-8月南部水体分布变化明显，特别是蒙洼蓄洪区水体面积明显增加，7月31日水体面积达到最大值323 km2，比洪灾前水体面积多出6倍，随后水体覆盖范围呈下降趋势，该趋势与王家坝开闸蓄洪和泄洪的时间对应。(2)基于夜间灯光指数TNL指数和CNLI指数对阜阳夜间灯光变化进行结合分析，发现灯光指数的变化趋势与水体的变化趋势相反，说明夜间灯光指数可以有效地反映出洪灾的变化过程。(3)对数据较完整的阜阳东部的水体及夜间灯光指数进行结合分析，进一步说明夜间灯光与水体数据均可用来监测洪灾。本研究以阜阳市今年的洪灾为例，拓展了夜间灯光数据和光学影像的应用范围，同时也证实了在经过严格的数据处理后，基于Sentinel-1的雷达影像、Sentinel-2和Landsat 8的光学影像等多源遥感数据均可有效监测洪灾的变化情况，在以后的洪灾监测中发挥重要的作用。
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  PDF(232)

  摘要(126)

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• 基于形态学序列和多源先验信息的城市建筑物高分遥感提取
• 李治,隋正伟,傅俏燕,郑琎琎,卜桐

• 摘要：城市建筑物自动提取是高分辨率遥感影像理解的重要研究方向，其对于城市基础地理信息更新和城市生态保护均具有重要的应用价值和实际意义。然而由于城市场景的复杂性和建筑物形态的多样性降低了空间特征的综合表达能力，成为了制约城市建筑物自动提取的瓶颈问题。为此，本研究在综合分析城市建筑物不同模式空间特征的基础上，提出了一种多模式形态学序列特征和多源先验信息协同的城市建筑物高分遥感自动提取方法。该方法首先提取高分遥感多模式形态学序列特征，在此基础上，引入多源先验信息构建自适应分割模型对其进行自适应分割与信息融合，从而实现城市建筑物信息的自动提取。实验结果表明，本文方法能够准确且自动的提取城市建筑物信息，结果的准确性均优于DMPs和DAPs算法。
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  PDF(127)

  摘要(150)

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• 基于生态多稳态的山地植被垂直自然带定量识别研究—以新疆博格达山为例
• 万红,郭鹏,骆磊,赵颜创,赵燕,王心源

• 摘要：山地生态系统的自然特征和服务功能与其自身的垂直自然带分布有着密切的关系,定量识别其分布的海拔范围,能够快速捕捉气候和植被之间的相互作用结果。过渡范围海拔的定量识别往往会受到数据的时空连续性和模型分析能力的限制。本研究将温带荒漠、山地草原、山地针叶林、高山草甸、高山垫状植被作为生态系统稳定状态,利用Landsat-8和SRTM DEM数据,基于稳态转换原理结合势能分析方法,估算垂直自然带相邻两个状态的势能量,识别博格达北坡垂直自然带的生态过渡区域及分带海拔。研究结果：(1)沿海拔梯度,LST概率密度分布呈现多峰模式,赤池信息准则(Akaike Information Criterion,AIC)最小值对应的模式数为2,二者均揭示存在不同的生态系统状态；(2)势能分析识别出沿海拔梯度相邻垂直自然带间的生态过渡区域及分带海拔,温带荒漠带-山地草原带(海拔1062-1093 m, 1066 m),山地草原带-山地针叶林带(海拔1689-1764 m,1707 m),山地针叶林带-高山草甸带(海拔2690-2744 m,2714 m),高山草甸带-高山垫状植被带(海拔3251-3263 m,3257 m)；(3)通过2018年7月的野外考察数据验证了结果的可靠性,总体RMSE为19.19。结果表明基于遥感对地观测数据及生态多稳态原理和势能分析方法为快速准确的提取垂直自然带的生态过渡区域及分带的海拔位置提供了参考依据。
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  PDF(157)

  摘要(110)

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• 高分七号卫星几何处理及其精度验证
• 李对对,隋正伟,龙小祥,李庆鹏,乔志远,钟慧敏,王小燕

• 摘要：高分七号卫星于2019年11月在太原顺利发射，是我国首颗亚米级高分辨率立体测绘卫星。星上采用国内首套星图融合星敏传感器，双星敏夹角动态修正，可大幅度提高卫星姿态确定精度，同时给卫星地面系统建设带来了新的机遇和挑战。本文根据高分七号卫星的总体设计，分析高分七号双线阵相机几何处理的关键技术，并对高分七号卫星前视后视精度以及立体精度进行几何验证。结果表明，高分七号双线阵相机的前后视几何检校精度达到0.28个像素，相机的无控定位精度可以控制在6米左右，在引入少量地面控制点进行刚性平移后，平面几何残差在1.4米左右，高程残差在0.86米左右。总体而言，高分七号卫星双线阵相机几何精度有了明显的提高，为后续卫星几何处理具有重要意义。
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  PDF(164)

  摘要(219)

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• 高分七号星载激光定位模型构建与验证
• 陈新阳,乔志远,龙小祥,李庆鹏,刘啸添,钟慧敏,王小燕,王建华

• 摘要：高分七号卫星是我国第一颗搭载全波形激光测高仪的对地观测卫星，可满足立体测绘的需求。本文为了实现国内第一颗星载大光斑全波形激光测高仪数据高精度自主处理的要求，提出了高分七号星载激光定位和检校验证方法。首先，构建了高分七号卫星激光测高仪的严密几何定位模型，其次使用了移动重心和波形分解的峰值提取法，然后实现了基于地形匹配与红外探测器结合的激光测高仪指向角标定，最后建立了SRTM高程验证、湖面高程验证和野外定标场验证结合的激光测高仪综合高程验证方法。经验证激光测高数据在平地的测高精度优于0.15米，激光器1指向角误差约为0.15″，激光器2指向角误差约为0.38″。结果表明本文提出的高分七号星载激光定位方法定位精度高，可以满足后续高分七号数据科学研究和大规模业务化应用的要求。
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  PDF(115)

  摘要(161)

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• 近40年来中国草原区干旱指数时空变化特征
• 底凯,胡中民,郝珖存,曹若臣,梁敏琪,韩道瑞,吴戈男

• 摘要：在全球变暖影响下,由降水、蒸发等气象要素所主导的干湿条件在全球或区域上均发生了明显变化,中国草原区对气候变化敏感、具有明显的生态脆弱性,因此研究中国草原区的干湿变化趋势非常重要。本研究基于干旱指数和气象因子分析了1982—2018年中国草原区的干旱指数时空变化及其原因。结果表明,1982—2018年中国草原区的干旱指数呈不显著上升趋势,并于2005年发生趋势转变。1982—2005年中国草原区干旱指数呈显著下降趋势,2006—2018年呈显著上升趋势。分区域来看,1982—2005年内蒙古草原区干旱指数呈下降趋势,2006—2018年呈上升趋势；在1982—2005年和2006—2018年两个时间段新疆草原区和青藏草原区干旱指数都呈上升趋势。1982—2018年中国草原区干旱指数和年降水的空间变化趋势分布一致,呈强正相关关系。
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  PDF(156)

  摘要(114)

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• 去除土壤后向散射影响的SAR数据玉米留茬方式识别
• 李俐,谢小曼,朱德海,蒋朝为,许佳薇

• 摘要：作物留茬覆盖作为保护性耕作的重要方式之一，快速、准确地获取其不同方式的分布情况对保护性耕作的实施现状监测及效果评估具有重要意义。现有的留茬监测方法主要集中于留茬覆盖度估算，而对不同留茬方式识别的研究较少。本文以Sentinel-1 SAR数据为主数据源，尝试探究其对玉米留茬方式的识别能力。利用留茬后向散射模型分离土壤散射贡献和留茬散射贡献，以消除土壤散射贡献干扰。提出融合留茬指数（Fusion residue index，FRI），结合雷达指数与SAR纹理，分析不同特征组合对留茬方式的识别能力。采用最优特征集进行玉米留茬方式的识别，完成实验区的不同玉米留茬方式制图。结果表明：采用消除土壤影响后的VH极化后向散射系数、FRI和SAR纹理等8个特征的识别表现最好，OA和Kappa系数分别为89.28%、0.84。相比采用消除土壤散射影响前，识别精度和Kappa系数提高了5.44%和0.09。研究结果为Sentinel-1 SAR 影像在留茬研究的广泛应用提供一种新的思路。
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  PDF(168)

  摘要(185)

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• 适应复杂区域的时序SAR影像洪水监测与分析
• 李聪妤,刘家奇,刘欣鑫,李树涛,康旭东

• 摘要：洪涝灾害对我国沿湖沿江地带的国家经济和人民财产威胁巨大。针对洪涝灾害期间光学影像质量低，单幅SAR(Synthetic Aperture Radar)影像水体提取多依赖经验阈值且可靠性不足等问题，本文提出了一种适应复杂区域的时序SAR影像洪水监测方法。为获取完整的洪水淹没区域，首先结合影像序列的统计分析结果，设计了两个归一化差异指数——突出临时洪水的淹没范围提取指数(SREI，Submerged Range Extraction Index)和突出矮植被覆盖的植被区淹没范围提取指数(SRVEI，Submerged Range in Vegetation area Extraction Index)；然后，根据同一区域植被季候性分布较为稳定的前提，给出了阈值的自适应选取方式；最后，考虑我国湖泊周围地物特点，构建了适应的后处理过程，优化提取区域，形成了洪水淹没区域提取与监测的详细流程和通用框架。本文以东洞庭湖流域为主要研究区域验证了方法的提取精度，并在此基础上进行了2020年东洞庭湖流域洪涝灾害态势分析和洪水淹没地物分析，展示了方法在洪涝灾害监测评估上的应用性能。另外，本文还将该方法应用于东洞庭湖流域往年数据，进行了汛期洪水淹没范围年际分析，并添加了同年鄱阳湖洪水淹没区域的实验，验证了方法时空应用的稳定性。相关实验结果表明，本文方法对洪水淹没区域的提取精度高，用户依赖性低，可跨越时空地应用于不同洪水淹没区域监测场景，且可以初步区分不同属性的洪水淹没范围，能够为本文涉及区域及其他区域的洪涝灾害监测、评估和预警提供一定的参考。
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  PDF(530)

  摘要(321)

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• 南京明城墙序贯PSInSAR形变估计
• 王成,陈富龙

• 摘要：针对永久散射体（Persisent Scatterer SAR Interferometry，PSInSAR）算法流程的局限性，本文立足差分雷达干涉预处理和时序微变反演性能提升，提出了一种基于优化解空间的PSInSAR序贯处理算法。该算法能够实现新SAR影像无缝嵌入，避免时序PSInSAR整体数据处理流程溯源，实现微变参数的准实时更新。研究以南京明城墙文化遗产及其200米缓冲区赋存环境为示范，基于2015年1月-2018年2月32景降轨Cosmo-SkyMed条带影像，开展传统PSInSAR方法与优化解空间PSInSAR序贯方法形变反演及性能对比研究。结果表明，基于解空间优化的PSInSAR序贯方法简化了差分干涉流程，通过解空间搜索机制和结构改进，降低了算法时空复杂度，实现了未知参数求解约10倍效率提升。通过形变场精度交叉验证，发现两种方法形变估计结果吻合（总体误差在0-1mm），证实了PSInSAR序贯方法的有效性与可靠性，并揭示其在遥感大数据时代文化遗产高精度、准实时微变监测中的应用潜力。
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  PDF(192)

  摘要(209)

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• 长城文化遗产保护与利用的信息技术方法框架构建
• 张智,党安荣,侯妙乐,邬东璠,王卓男,张仲伍,信泰琦

• 摘要：基于长城文化遗产保护与利用的内在需求和长城学理论，首先明确信息技术作用于长城文化遗产保护与利用的内涵。然后运用数字孪生理论与方法，结合新型信息技术发展趋势，探索长城文化遗产保护与利用的信息技术方法框架。该方法框架以“循证分析”与“科学推演”两部分为关键内容，涵盖长城文化遗产数据采集技术方法、模型构建技术方法、定量分析技术方法、虚拟修复技术方法、展示传承技术方法等五个方面。基于该方法框架进一步构建面向长城文化遗产保护与利用研究的技术方案，并以山西省老牛湾堡为例说明该技术方案的具体应用路径。方法框架和技术方案的提出不仅立足于解决长城文化遗产数字化表观与外形的问题，更要揭示长城文化遗产的内涵与实质，有助于从根本上实现长城文化遗产体系的有效保护与永续利用。
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  PDF(257)

  摘要(212)

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• 资源一号02D卫星高光谱数据黄河三角洲湿地景观分类
• 韩月,柯樱海,王展鹏,梁德印,周德民

• 摘要：资源一号02D卫星（ZY1-02D）于2019年成功发射， 2020年10月正式投入使用，是我国自主建造并成功运行的首颗民用高光谱业务卫星，具有广泛的应用前景。本研究以黄河三角洲湿地为研究区，以ZY1-02D 高光谱（AHSI）影像为数据源，结合无人机和地面调查数据，开展湿地景观分类研究。首先通过ZY1-02D AHSI获取地物反射率波谱曲线，分析不同地物波谱曲线的差异，作为地物识别和分类的依据；充分考虑研究区植被覆盖度的差异，结合无人机影像制定研究区7类基本地物和9类精细地物两种湿地景观分类体系；利用随机森林算法进行分类，并引入Tree SHAP方法进行波段重要性排序和选择；探究影响ZY1-02D AHSI分类的重要波段，选取与Landsat 8 OLI多光谱波段相重叠的波段进行分类，并与Landsat 8 OLI分类结果进行比较。结果表明：1）ZY1-02D AHSI数据能够较好地反映不同地物类型光谱曲线的差异；2）对于两种分类体系，仅用前40个重要波段的总体分类精度达到最高，7类基本地物分类和9类精细地物分类的分类精度分别为92.18%和90.76%，这40个波段大多位于可见光、近红外波段；3）对于两种分类体系，分别选取与Landsat 8 OLI多光谱波段重叠的24个和29个波段进行分类，分类精度达到90.01%和89.76%，均明显高于Landsat 8 OLI的分类精度；4）蓝、绿波段对于识别高、低密度互花米草和芦苇较为重要，短波红外波段对于芦苇的识别较为重要，红波段对于识别高、低密度碱蓬较为重要。ZY1-02D AHSI数据的波谱范围较窄，波谱连续，能够较好地体现地物光谱曲线的细微变化，在区分不同地物以及植被覆盖度差异上具有明显优势。本研究有利于及时有效地监测黄河三角洲湿地资源现状，为ZY1-02D高光谱数据在湿地生态监测应用提供科学参考依据。
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  PDF(229)

  摘要(286)

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• 基于时空知识图谱的古城叙事地图设计与实现（名录遗产专刊）
• 钟琳颖,沈婕,毛威,王孟和,俞肇元

• 摘要：作为人类文明的见证，古城文化遗产让文明记忆更加鲜活，城市生活环境得以延续。叙事地图结合了地图学及叙事学对于空间信息、时间信息的表达优势，不仅是近年来地图学的新兴方向，也为古城文化遗产展现提供了新型空间叙事载体。论文针对古城叙事地图表达需求，从地理学时空视角出发，研究了古城叙事地图的组成要素及其结构与关系，构建了古城叙事地图知识图谱。在此基础上，以清江浦古城为例，设计了古城叙事地图的架构，基于清江浦遥感影像、照片、史志等多源资料，利用倾斜摄影测量与三维实景建模技术构建了古城典型景观建筑模型，设计与实现了多尺度、多载体的古城叙事地图。这一研究提出的基于时空知识图谱叙事地图设计思路、基于遥感影像等多源资料的古城景观模型构建技术以及多尺度、多载体的古城文化遗产景观复现方法为古城历史文化遗产研究提供了参考。
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  PDF(144)

  摘要(223)

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• 温室气体星载被动遥感探测载荷研究进展
• 汪钱盛,罗海燕,李志伟,施海亮,丁毅,熊伟

• 摘要：应对CO2和CH4等温室气体含量增加导致的全球气候变暖问题，促进碳减排已成为全球共识。建立完善的碳监测体系，利用星载平台进行被动遥感探测是当前温室气体观测的主要手段之一。本文以在轨成功应用的星载被动遥感探测载荷三种技术体制为基线，介绍了有效载荷的仪器指标，分析比较了各种技术的优缺点，结合未来温室气体探测计划，总结了温室气体星载被动遥感探测的发展趋势。将高分五号卫星大气主要温室气体监测仪在轨表现与新型干涉成像光谱技术相结合，分析其在高光谱分辨、高信噪比基础上进一步实现高空间分辨率的可行性，为研制具有实时动态、不同细分程度区域的碳监测能力的下一代温室气体载荷提供可能。
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  PDF(219)

  摘要(172)

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• 基于IGGIII模型的多模多频GNSS-MR潮位反演融合研究
• 陈殊,何秀凤,王笑蕾,宋敏峰

• 摘要：潮位是保证沿海安全、监测海洋气候、维持高程基准的重要参数。近年来基于地基Global Navigation Satellite Systems (GNSS)反射信号的遥感方法被证实可以用于潮位监测。相较于传统的潮位测量方法，GNSS-multipath reflectometry (GNSS-MR)技术有成本低、连续跟踪、全天候等优势；但是目前技术的精度不高、时间分辨率较低。通过获取更多GNSS卫星系统的观测数据可以提高潮位监测结果的时间分辨率，本文利用GPS、GLONASS、Galileo和BeiDou的观测数据，采用基于IGGIII模型的稳健回归方法对四系统的潮位反演数据进行融合研究。测站选取BRST站和HKQT站，这两个测站均可接收四系统数据；实验结果表明，利用多模多频GNSS-MR进行潮位反演，二个测站的反演精度分别优于13cm和 8cm，相比于单系统单频精度有40%-70%的提升，而且能够大大提高时间分辨率。
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  PDF(145)

  摘要(154)

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• 近30年巴音布鲁克遗产地景观格局遥感监测与分析
• 赵燕,骆磊,万红,吴强,刘传胜

• 摘要：本文以巴音布鲁克世界自然遗产地为研究对象，基于卫星遥感影像、气象站点观测信息、地面调查资料等多源数据，完成了1992-2020年遗产地突出普遍价值（Outstanding Universal Values, OUVs）关键要素空间制图，并从景观尺度分析OUVs关键要素及景观格局的时空变化特征，讨论影响其变化特征的主要驱动因子。结果表明：遗产地从中心向边缘呈水体-沼泽-高覆盖度草地-中覆盖度草地/滩地/沙地-低覆盖度草地/耕地-裸地/建设用地逐渐过渡的景观特征。1992-2020年遗产地以沼泽和中覆盖度草地为主要OUVs表征要素，其年平均面积分别占遗产地总面积的29.51%和29.75%。整个遗产地景观则呈散布且复杂化分布特征，斑块密度（PD）、形状指数（LSI）由1992年的2.05个/km2、43.01分别增加到2020年的2.37个/km2、52.02，蔓延度指数（CONTAG）则由58.44降低为56.54。研究发现遗产地水体和沼泽受平均降水量影响最大，r绝对值为0.884、0.929，低覆盖度草地受平均相对湿度影响最大，r绝对值为0.931，说明自然因素是遗产地高寒湿地和高寒草地面积变化的主要因子。人口密度、土壤类型和高程为影响遗产地OUVs关键要素空间分异特征的主要因子，解释力在30%~45%；各因子的交互作用均高于单因子的影响，人口密度与土壤类型组合的解释力最大达47.8%；驱动因子对遗产地OUVs关键要素动态度的影响程度则均不高（最大q值仅为0.106）。巴音布鲁克自然遗产地景观格局变化及其驱动因素研究结果对高山湿地类自然遗产地保护、生态修复及可持续发展等具有重要意义。
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  PDF(187)

  摘要(186)

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• 文物摄影测量三维建模主体对象识别方法（名录遗产专刊）
• 牛文渊,黄先锋,金 洁,张 帆,毛 竹

• 摘要：通过拍照进行三维建模的摄影测量技术是文物数字化的重要手段,然而,在摄影测量文物三维重建过程中,文物所在的场景背景也同时参与计算和建模,需要设法删除,以获得文物单体模型。针对上述问题,本文提出一种文物三维模型主体对象识别方法,能够自动删除文物摄影测量三维模型的背景数据。该方法首先利用深度学习进行文物图像前景内容识别,然后运用图论分割进行文物图像主体对象分割,最后以二维图像分割结果为依据,逐三角网识别三维模型主体对象,并运用多视角约束法优化识别精度。实验表明,本文方法能够获得文物单体化三维模型,无需人工干预。
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  PDF(212)

  摘要(200)

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• 长城数字化修复的基本问题与研究方向
• 李宗飞,董友强,侯妙乐,王坚,信泰琦

• 摘要：数字化方式是传播遗产价值的重要手段之一，长城作为世界上最大的线型文化遗产具有独特的历史、艺术和科学价值。在文化遗产数字化保护的长期发展中，以往人们较多关注考古器物、字画、文稿等可移动文物和大型佛龛、壁画等不可移动文物领域的数字化修复，但是对长城遗址的数字化修复研究极少。本文立足于数字化修复中多源证据的重要性，结合长城的原貌价值及真实性保护理念，总结了长城数字化修复的基本概念；提出了从领域知识构建、证据转化、证据融合、语义建模到知识服务整个过程的长城数字化修复总体思路，并分析了面临的3个基本问题，包含长城认知、数据采集及证据转化、复原理念及实现问题；继而从长城领域知识构建、数字化修复关键技术和面向需求的知识服务3方面阐述了长城数字化修复的研究方向与重点；最后以九眼楼为例，介绍了数字化修复框架下的修复成果。
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  PDF(213)

  摘要(201)

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• 石窟寺文物的数字化保护与利用
• 李敏,刁常宇,葛云飞,裘霖山,李丽

• 摘要：随着信息技术的飞速发展,石窟寺文物的数字化保护与利用引起了国内外的广泛关注。文章从石窟寺文物数字化采集、保护和利用等方面进行系统梳理,并重点分析了石窟寺文物数字化保护相关前沿信息技术的应用现状。通过对前沿研究成果的分析,可发现国内外石窟寺文物数字化保护研究领域已经形成,并随着技术成本的下降而迅速发展。但目前的研究主题仍然相对分散,尚未能形成完整体系,国内研究也存在研究角度趋同,缺乏国际交流等问题。最后通过介绍分析云冈石窟和龙门石窟字化保护的经典案例,对未来趋势进行展望并给出相关技术和应用建议。
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  PDF(486)

  摘要(199)

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• 结合多源专题数据和目视解译的大区域密集湿地样本数据生产
• 彭凯锋,蒋卫国,侯鹏,凌子燕,牛振国,毛德华,黄卓

• 摘要：样本数据是开展湿地制图的研究基础之一，对于数据生产和精度验证具有重要作用。针对湿地生态系统类型多样，大区域的全湿地类型样本生产困难的问题，本研究提出了一种准确、高效的大区域密集湿地样本生产框架。该框架主要包括两部分：首先，基于已有的湿地数据产品，使用规则筛选的方法直接生产稳定的湿地样本点，能够得到河流、湖泊、水库、滨海木本沼泽（红树林）、滩涂的5种湿地类型样本点；其次，基于多源专题数据进行规则筛选，生产潜在湿地样本点，并利用Google Earth Engine大数据云平台、Google Earth平台和Collect Earth平台进行目视解译，以确定潜在湿地样本点的类型属性。本文开展大洲尺度的全湿地类型样本生产，结果表明：本研究共生产了150 688个湿地样本点，其中内陆湿地样本点为121 412个，滨海湿地样本点为11 563个，人工湿地样本点为17 693个。13种湿地类型中，湖泊样本点占比最大（39.22%），潟湖样本点占比最小（0.19%）。本文生产了稳定、高质量的湿地样本点，样本数量充足，空间分布合理，能够为湿地分类器的训练和分类结果精度验证提供可靠的数据基础。
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  PDF(228)

  摘要(181)

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• 江苏盐城滨海湿地系统格局变化及其对丹顶鹤生境的影响
• 李景霞,付碧宏

• 摘要：世界遗产地江苏盐城滨海湿地是亚洲最重要的丹顶鹤越冬栖息地之一，近几十年来，由于农业、工业、水产养殖业及城镇化等人类活动的加强，湿地系统的格局发生了巨大变化，丹顶鹤适宜生境出现急剧退化。本研究利用1989-2019年间的多时相遥感数据对盐城滨海湿地进行分类，分析湿地系统的格局变化及丹顶鹤生境连接度的动态变化。研究结果表明，过去30年盐城滨海湿地中自然湿地呈现快速退化，其面积减少49.46%；而人工湿地面积增长69.24%，其面积增加主要通过占用自然湿地和围垦填海的方式来实现，围垦重心具有自北向南和从陆到海方向迁移的趋势。其中，作为丹顶鹤适宜生境的碱蓬盐沼和盐碱地的面积减少了489.10 km2，适宜生境面积占比从1989年19.88%降至2019年4.36%。结构连接度计算结果显示，适宜生境斑块的连接度指数从1.83下降至1.30，斑块间距离增大，破碎化加剧；而功能连接度的计算结果显示，2019年整体连接度指数和概率连接度指数均小于0.01，连接网络总体破碎，适宜生境连接网络存在于小区域范围，区域连接网络主要集中在中介度指数高的遗产地核心区和条子泥湿地，它们是丹顶鹤适宜生境的关键节点。遗产地核心区自2014年实行退耕还湿、退渔还湿等措施以来，丹顶鹤适宜生境有了很大改善。建议除了加强对现有丹顶鹤适宜生境区域的科学保护外，应加大对关键节点自然湿地的恢复力度，提高丹顶鹤适宜生境斑块间的连接度。
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  PDF(250)

  摘要(253)

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• 名录遗产空间感知专刊投稿：斯里兰卡亚洲象栖息地生境质量时空变化及分异特征
• 吴林霖,王思远,杨瑞霞,马元旭,官云兰,刘卫华,海凯

• 摘要：斯里兰卡亚洲象栖息地是全球重要的亚洲象保护区，象群分布密度约为其他地区的十倍，但由于生境破碎与丧失以及人象冲突等原因导致亚洲象数量急剧下降。对斯里兰卡亚洲象栖息地的生境质量监测与评估能够为亚洲象及其栖息地的保护政策制定与规划提供理论依据，并在全球物种多样性保护中具有重要意义。为评估斯里兰卡亚洲象栖息地的生境质量，综合考虑亚洲象栖息地需求以及影响亚洲象栖息地的关键要素，应用InVEST-HQ模型来估算生境质量指数，同时分析亚洲象栖息地生境质量在海拔梯度及植被覆盖梯度上的分布状况；随后引入空间自相关分析方法在像元尺度上探讨亚洲象栖息地生境质量的空间分布模式与时间演化过程，进而分析栖息地内不同保护区和气候分区的生境质量所存在的空间分异特征。研究结果表明：在空间分布上，斯里兰卡亚洲象栖息地生境质量具有高度聚集性，空间异常值不显著。生境质量高值区主要集中在植被覆盖情况较好、保护区范围较密集、中低海拔的区域；生境质量低值区集中于耕地面积大、海拔偏高的区域；在梯度分布上，斯里兰卡亚洲象栖息地生境质量对海拔和植被覆盖度均具有显著线性相关关系，且在较低海拔和较高植被覆盖度梯度上存在聚集现象；在区域尺度上，斯里兰卡亚洲象栖息地生境质量存在显著的地域差异性。栖息地内自然保护区的生境质量明显高于非自然保护区，其中严格自然保护区的生境质量相对较高；热带雨林气候带的生境质量高值聚类大于其余气候分区，而热带疏林草原气候带与热带季风气候带生境质量受到季节性降水的影响较大，高值像元占比偏少。在时间尺度上，斯里兰卡亚洲象栖息地的生境质量总体呈现先降低后趋于平缓的态势。1995-2010年间，生境质量高值聚类占比明显减少，低值聚类占比缓慢上升；2010-2020年生境质量低值占比有小幅度下降，高值聚类逐渐增加，生境质量逐渐稳定并呈缓慢上升的趋势。
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  PDF(136)

  摘要(183)

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• 江西省传统村落时空格局与演变研究
• 陈倩婷,张琍,段亚鹏,范诗琪

• 摘要：传统村落是中华文明的鲜活载体，是中华历史、文化、自然遗产的“活化石”和“博物馆”，承载着中华传统文化的精髓。江西具有璀璨的历史文化，传统村落的时空格局的演化承载着江西历史的变迁和文化的传承。本文从历史地理学角度，结合历史文献和空间自相关分析、核密度分析、标准差椭圆、地理探测器等方法从历史、空间及文化三个维度对江西省343个传统村落的时空格局演化规律和影响因素进行研究。研究表明，从空间上看，江西省传统村落在分布上具有明显的聚集性，且“热点”出现在上饶市婺源县与景德镇市浮梁县、抚州市东北都、吉安市中部三个区域，形成独有的“三核”分布模式。从历史线上看，江西省传统村落呈现出由“北（略偏东）—>南（略偏西）” 的时空迁移特征；从村落分布选址角度，江西省传统村落大多分布在地势较为平坦、周围靠近水源的地区，江西省的盆地结构与密布的水网决定了自然因素是决定传统村落选址的首要因素，而文化的发展又促进了村落的扩张与壮大。在传统村落保护方面，经济的发展与城市的发展严重影响着传统村落的保护，政策的支持是目前传统村落保护的重要基石。
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  PDF(195)

  摘要(218)

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• 陇东先秦遗址多光谱遥感与遗址预测模型研究
• 张海,徐艺菁,周静

• 摘要：考古遗址预测模型（SPM）在考古学研究和文化资源管理中有着广泛的应用，但传统的构建方法过度依赖数字高程模型（DEM），对多光谱遥感数据的应用较少。本项研究以陇东黄土高原地区的区域考古调查为例，利用第三次全国文物普查数据、商业DEM数据和Landsat8_OLI多光谱遥感数据，构建三种考古遗址预测模型（DEM模型、多光谱遥感模型和混合模型）。研究表明，黄土高原地区先秦遗址分布对坡向、纵向曲率、地形开阔度等地貌因素具有明显的相关性，而引入主成因素分析法（PCA）提取的多光谱因子不仅可以有效提高单纯基于DEM派生数据构建的遗址预测模型的精度和预测效率，而且还能够很好地改善遗址预测模型的空间结构，增强遗址预测模型的应用效果。基于上述混合模型的分析，陇东黄土高原地区先秦时期的土地资源开发，从仰韶文化时期的不足10%，迅速提升至龙山文化时期的43.1%，先秦时期整体达到了57.3%的规模，土地资源的加速开发奠定了该地区早期文明发展的基础。
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  PDF(244)

  摘要(224)

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• 基于地球大数据的全球世界文化遗产知识图谱构建与分析 （投稿“名录遗产空间感知”专刊）
• 梁勇奇,杨瑞霞,谢一涵,王普,杨岸霖,李薇

• 摘要：全球世界文化遗产本体及其环境数据是遗产价值认知和保护的基础，更是大数据时代遗产研究、展示以及可持续利用的依据。本文基于网络和地球大数据，利用自然语言处理、空间分析、领域知识图谱等技术，构建了包括领域知识图谱5万个节点，94万条三元组的全球世界文化遗产知识图谱，支持世界文化遗产的属性、节点关系查询以及图结构表达。基于知识图谱，进行世界文化遗产的景观特征、文化延续性、土地覆被状态以及遗产与城市、社区的空间关系特征分析。研究表明：世界文化遗产具有沿着山脉、水系分布的特点，因此可参考地理单元，形成区域特色的文化遗产管理和保护体系，促进以区域为整体的遗产可持续发展；通过文化的延续性分析可以发现遗产所具有的特定历史文化时代属性，揭示遗产所蕴含的文化多样性，为遗产的整体保护提供新的切入点；遗产和城市与社区的空间关系变化可分为三个阶段：1990-2000年的匀速靠近期，2000- 2015年的放缓靠近期和2015-2018年的加速逼近期，因此未来需要持续关注城市和遗产空间关系变化对遗产可持续发展的影响。
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  PDF(217)

  摘要(206)

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• 多源遥感影像深度识别模型对抗攻击鲁棒性评估
• 孙浩,徐延杰,陈进,雷琳,计科峰,匡纲要

• 摘要：基于深度神经网络的多源遥感影像目标识别系统已逐步在空天遥感情报侦察、无人作战自主环境认知、多模复合末制导等多个军事场景中广泛应用。然而，由于深度学习理论上的不完备性、深度神经网络结构设计工程上的强复用性、以及多源成像识别系统在复杂电磁环境中易受到各类干扰等多因素的影响，使得现有识别系统在对抗攻击鲁棒性方面评估不足，存在极大安全隐患。本文首先从深度学习理论不完备性和识别系统攻击样式两个方面分析了潜在安全风险，并重点介绍了深度识别模型对抗样本攻击基本原理和典型方法。其次，针对光学遥感影像和SAR遥感影像两类典型数据形式，从鲁棒正确识别率和对抗攻击可解释性两个方面开展多源遥感影像深度识别模型对抗攻击鲁棒性评估，覆盖了9类常见深度识别网络架构和7类典型对抗样本攻击方法，验证了现有深度识别模型对抗攻击鲁棒性普遍不足的问题，分析了对抗样本与正常样本的多隐层特征激活差异，为下一步设计对抗样本检测算法和提升模型对抗鲁棒性提供参考。
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  PDF(342)

  摘要(206)

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• Landsat-5 TM沙丘迁移场的误差消除与时序反演：以毛乌素沙地西北部沙丘为例
• 杨定江,冯光财,冯志雄,李国帅,张洁

• 摘要：通过COSI-Corr软件处理Landsat-5 TM可以较好地量化沙丘的迁移模式和大小，为防沙治沙工程的实施提供具体的指导和建议。目前关于Landsat-5 TM迁移场误差源分析和时序反演研究仍然较少。所以，本文以毛乌素沙地西北部为研究区域获取了1991~2000年的沙丘迁移时间序列和年平均速度场，发现Landsat-5 TM迁移场的主要误差为轨道误差、姿态角误差和失相关噪声，这些误差消除后，精度相继提升23~34%、4~20%、2~5%，再利用最小二乘法反演后可提升13~14%。监测结果表明，1991~2000年毛乌素沙地西北沙丘向东南方向持续推进，最大速度可超过6 m/yr ，但受到西北-东南向的风力作用下，沿西北-东南向存在周期性往返运动；研究区域速度为0~1 m/yr的占63.9%，大于3 m/yr的则只有4.2%。Landsat-5 TM的误差消除和时序反演能有效地提高迁移场精度，进而获取更加准确可靠的时间序列，与以往研究不同的是，沙丘迁移场的误差消除和时序反演可以更细致地反映出地表沙丘的实际风能环境。
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  PDF(252)

  摘要(166)

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• 基于GF1-WFV数据的16 m分辨率反照率产品算法与验证
• 陆彦蓉,李霞,杨凯祥,刘强,闻建光,李秀红

• 摘要：地表反照率在陆面气候和生物圈模型中起着至关重要的作用,为了更好地满足多领域研究的要求,拓宽定量遥感参数的应用,许多研究学者及团队正在利用不同的算法开发高分辨率地表反照率产品。本文提出的算法基于我国高分一号卫星WFV传感器数据和500 m分辨率的GLASS反照率产品生成高空间分辨率的反照率产品。算法思路首先用直接反演算法反演GF1-WFV数据得到16 m分辨率初级反照率产品,再将500 m分辨率的GLASS反照率产品与16 m分辨率初级产品的纹理信息进行降尺度融合,最终得到16 m分辨率的融合反照率产品。16 m分辨率反照率产品在平均值与500 m分辨率的GLASS反照率产品一致的前提下丰富了空间纹理信息,能够更好的支持在区域尺度研究人类活动对环境的影响。以2016~2017年黑河实验区的八个站点的地面观测值对算法结果进行验证,表明融合后的16 m分辨率反照率与实测值一致性较好,比初级反照率更接近实测值。
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  PDF(228)

  摘要(167)

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• 玉米低温冷害遥感监测方法研究
• 黄然,黄健熙,张超,郭春明,庄立伟,吴开华,张竞成,张垚

• 摘要：低温冷害是影响东北玉米生长发育及产量形成的主要气象灾害。以东北地区为研究区，利用2003到2015年的MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)陆地表面温度(land surface temperature，简称LST)数据产品、植被指数（vegetation index, 简称VI）数据产品与气象站点观测的日平均气温数据，构建以LST、VI和太阳赤纬（Ds）为自变量的日平均气温估算模型；并结合时空数据融合方法，完成覆盖研究区的逐日的1km空间分辨率的日平均气温数据集；逐年计算≥10℃的积温；结合玉米障碍型低温冷害指标和延迟型冷害指标，开展研究区2003年到2015年研究区玉米低温冷害遥感监测。监测结果显示，本研究区在2003年、2005年、2006年、2009年和2011年遭受大范围的延迟型低温冷害，与相关文献和农业农村部种植业司玉米单产数据分析对比结果表明，玉米障碍型低温冷害和延迟型低温冷害遥感监测结果与实际情况相符。
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  PDF(246)

  摘要(234)

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• Res_ASPP_UNet++：结合分离卷积与空洞金字塔的遥感影像建筑物提取网络
• 吕少云,李佳田,阿晓荟,杨超,杨汝春,尚晓梅

• 摘要：针对连续池化操作丢失低层语义信息而导致建筑物提取精度低的问题，尝试以UNet++网络为基础，通过将编码器的标准卷积及最大池化替换成深度可分离卷积，以及在编码器末端利用不同采样率的空洞卷积构建多尺度空洞空间金字塔池化结构ASPP(Atrous Spatial Pyramid Pooling)来提升网络性能，并将改进后的建筑物提取网络称为残差空洞空间金字塔网络(Res_ASPP_UNet++)。为验证Res_ASPP_UNet++网络结构的有效性和适用性，以经过数据增强预处理的WHU和Massachusetts数据集作为数据源，对Res_ASPP_UNet++网络与目前常用的语义分割网络进行了试验和精度评估，并将Res_ASPP_UNet++网络与文献中的研究成果进行了对比。结果表明Res_ASPP_UNet++在模型参数量与精度两个方面均表现出优势，能够在大幅压缩模型参数量的前提下，显著提升建筑物提取精度，提取建筑物的边界更加平滑和精确，对不同尺度的建筑物表现出较强的泛化能力。
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  PDF(735)

  摘要(2537)

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• 超光谱热红外数据通道选择方法在O₃和CH₄廓线反演中的应用
• 姚微源,张贝贝,王宁,马灵玲,钱永刚,王新鸿,李传荣,唐伶俐

• 摘要：与高光谱热红外数据相比，超光谱热红外数据中包含了臭氧（O₃）和甲烷（CH₄）在大气垂直剖面上更多的状态信息，为提升O₃和CH₄廓线的反演精度提供了可能。然而，超光谱热红外数据通道之间的间隔较窄，这在给数据引入一些特有可反演信息的同时还引入了大量的相似信息，这些特征均无法被现有的基于高光谱热红外数据的通道选择方法识别。为了保证超光谱热红外数据反演O3和CH4廓线的效率和精度，我们提出了一种基于大气灵敏度和雅可比剖面的通道优选方法（OWSP法）。该方法首先通过分析通道对不同气体的灵敏度情况，优选出受其他气体干扰较小的通道为初选通道；其次，深度分析通道雅可比特征后提出了优化雅可比矩阵的策略，具体为将通道雅可比量化为表征通道信息容量的因素，并采用迭代的方法获取最终的通道选择结果。本文将OWSP方法应用在阿拉善、北京-天津、长江三角洲和珠江三角洲四个典型地区的冬夏季大气条件下，与常用的最佳灵敏度法（OSP法）相比，OWSP方法所选的通道集合中冗余信息少，同时也可以识别一些具有特殊有效信息但灵敏度相对较低且受其他干扰因素干扰较大的通道。反演结果进一步表明，在多数情况下，OWSP方法可以有效提升廓线的反演精度，O₃廓线的平均反演精度提高了9.30%，CH₄廓线的平均反演精度提高了4.90%。本文能为我国超光谱热红外载荷开发以及数据应用提供必要的技术支撑，具有重要的理论和应用价值。
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  PDF(193)

  摘要(174)

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• 深度学习在光学和SAR影像融合研究进展综述
• 成飞飞,付志涛,黄亮,牛宝胜,陈朋弟,王雷光,季欣然

• 摘要：遥感影像融合作为影像处理领域中最具有挑战的工作，一直是学术界研究的热点。合成孔径雷达(Synthetic aperture radar，SAR)具备全天时、全天候、穿透云雾等多种特点，却因存在相干斑等问题，造成图像难以解译。相比之下，光学影像可以反映地物的光谱信息，易于解译，但容易受到云雾干扰，造成信息丢失，将光学与SAR影像数据融合可以实现不同类型传感器成像之间的信息互补，能够更好地进行后续的影像分析与解译提供方便。本文首先对近年来以光学和SAR影像融合进行了系统性回顾，包括传统融合方法和基于深度学习方法在影像融合方面的最新工作，重点阐述了卷积神经网络(Convolutional Neural Network，CNN)、生成式对抗网络(Generative Adversarial Networks，GAN)等框架在光学和SAR影像融合中的进展；然后总结了光学和SAR影像融合常用的数据集；最后，从数据集、时间序列影像融合、融合评价体系和算法轻量化等4个方面对光学和SAR影像融合的未来发展趋势进行了展望。
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  PDF(403)

  摘要(624)

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• 遥感影像深度学习配准方法综述
• 李星华,艾文浩,冯蕊涛,罗少杰

• 摘要：遥感影像配准是指通过几何变换使两景或多景影像空间位置对齐的过程,是影像融合、变化检测、农业监测等应用的重要预处理步骤。近年来,深度学习引起了人们的广泛关注,并在遥感影像配准中成功应用。本文在简要介绍传统遥感影像配准方法的基础上,重点分析了深度学习在基于特征的配准方法、基于区域的配准方法两方面取得的重要进展,分享了用于遥感影像配准的公开数据集,并总结了深度学习在遥感影像配准中的机遇与挑战。
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  PDF(728)

  摘要(664)

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• 结合数据融合与特征选择的遥感影像多尺度目标检测
• 秦登达,万里,朱晶茹,张轶,郭亚,陈杰

• 摘要：基于深度神经网络模型的遥感影像地物检测取得了巨大成功，很大程度上得益于大规模数据集的支撑。但是，从现有遥感影像数据集本身来看，不同类别地物的数量分布不一致，同类地物对象以不同尺寸大小呈现，是导致地物样本的尺度不均衡问题的直接因素。对此，本文采用数据集内影像加权融合与地物多尺度特征选择的策略来缓解该问题。首先，将数据集内两张影像的像素值进行加权并得到融合后的影像，从而使不同类别地物样本更加均衡且具有较高的背景多样性；其次，通过选择合适尺度的特征图预测相应尺度的目标类别，且允许同一尺度目标在相邻特征图上进行预测，这样使模型能根据目标尺度进行训练；最后，基于目标中心区域的特征图预测目标边界框，预测的边界框更符合目标本身的尺度。通过在两个遥感数据集上分别进行实验，表明训练的模型在对复杂背景下的类别不均衡目标的识别更加准确，能够适应遥感影像下不同尺度目标的识别。
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  PDF(400)

  摘要(183)

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• 基于时序InSAR的郑州地铁沿线地面沉降分析
• 叶勇超,闫超德,罗先学,张瑞峰,袁观杰

• 摘要：针对郑州市地铁网络缺少长时间序列的地面沉降研究，本文基于PS-InSAR（Persistent Scatterers Interferometric Synthetic Aperture Radar，永久散射体合成孔径雷达干涉测量）技术生成的长周期地面沉降数据分析了郑州市地铁沿线地面沉降的时空特征，并通过反距离内插等距化处理，基于LSTM（Long Short-Term Memory，长短期记忆网络）模型对典型地铁站点地面沉降进行了预测与分析。研究结果表明：空间上，沉降路段主要集中在1号线和5号线的东段，最大沉降速率超过20 mm/y，且1号线沿线不均匀形变较为突出；时间上，不同区域PS点在时间序列上的变化有较大不同，沉降槽中心处沉降呈逐年扩大趋势。实验表明LSTM模型具有较高的预测精度，预测发现1号线市体育中心站南边河南省档案馆新馆北侧未来两年里仍将以大约0.5 mm/月的速率继续沉降，有必要对该站及其附近继续监测。
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  PDF(305)

  摘要(228)

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• Sentinel-1和Sentinel-2协同反演稀疏非光合植被覆盖度方法研究
• 姬翠翠,骆义峡,李晓松,徐金鸿,杨雪梅,陈茂霖

• 摘要：精精准定量反演光合植被(PV)和非光合植被(NPV)覆盖度对了解植被碳循环过程起着至关重要的作用,同时非光合植被覆盖度信息获取为土地沙漠化及植被转化机制研究提供重要信息。本文以甘肃省民勤县为研究区, 以Sentinel- 1B IW GRD和Sentinel-2A为数据源, 采用线性指数模型和随机森林回归模型(RFM), 基于控制变量法开展微波与光学遥感数据协同反演NPV覆盖度的方法研究, 参考野外获取样地真实性检验数据, 将均方根误差(RMSE)和相对均方根误差(RMSE(%))作为指标评价反演结果精度。结果表明: (1) Sentinel-1和Sentinel-2协同反演NPV比仅采用sentinel-2光学遥感数据能够明显提高NPV覆盖度估算精度; (2) 由Sentinel-1和Sentinel-2获取植被指数构建的随机森林模型在NPV覆盖度估算上较线性指数模型精度更高, 随机森林模型和线性指数模型估算NPV的RMSE分别为0.0149和0.0153, 估算精度提高了1.4%; (3) VH、VV两种极化方式参与建立随机森林模型可有效提高NPV覆盖度的估算精度, 尤其VH极化对非光合植被信息探测更为敏感, 较VV模型估算精度提高了5.1%。(4) 加入表征土壤信息的比值土壤指数（RSI）有效减少土壤对在NPV覆盖度估算影响，提高NPV覆盖度估算精度。由此可见, 微波和光学遥感数据结合是提高NPV覆盖度估算精度的有效方法，同时土壤作为独立重要指标参与模型计算对提高NPV覆盖度估算具有重要意义。
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  PDF(313)

  摘要(459)

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• 结合影像和DEM的撞击坑检测方法综述
• 刘慧珍,李大刚,徐懿

• 摘要：撞击坑在月球及类地行星表面普遍存在，是开展天体研究的重要数据来源。目前已有很多种撞击坑检测的方法，主要基于撞击坑的影像数据或者DEM（Digital Elevation Model）；而随着数据的不断丰富，近年来也有综合使用这两类数据的趋势出现。本文聚焦并全面梳理了现有综合使用影像和DEM的这部分撞击坑检测方法并将之分为四类：第一类是以影像数据为主DEM为辅的方法；第二类是DEM为主辅以影像信息的方法；第三类是组合使用两类数据的方法，该类方法从影像数据和DEM中分别检测撞击坑，然后将两者的结果对照合并从而得到最终的结果；最后一类我们称为融合的方法，用覆盖同一区域的影像和DEM收集训练样本，将两类样本先融合再作为撞击坑检测算法的输入，从而得到统一的检测模型。本文整理了这四类方法的代表性工作，分析总结了不同方法的优势和适用范围，最后指出了该领域的研究热点及未来的发展方向。
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  PDF(322)

  摘要(261)

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• 基于特征注意力金字塔的单阶段遥感图像目标检测方法
• 汪西莉,梁正印,刘涛

• 摘要：遥感图像场景复杂、目标大小不一、分布不均衡等特点增加了目标检测的难度,而适于检测不同尺度目标的特征金字塔融合不同深度的特征图时,没有考虑特征图各自的重要性,更没有强调目标区域的特征,为此本文提出基于特征注意力金字塔的单阶段遥感图像目标检测方法FAPNet(Feature Attention Pyramid Network)。首先,使用通道拼接方式融合不同深度的特征图,给用于检测的特征图提供不同大小感受野的特征,并基于通道注意力对融合的特征图在通道维度重标定,根据特征图所负责检测目标的尺度自适应地调整不同大小感受野特征的权重,强化感受野大小与待检测目标尺度匹配度较高的特征,弱化匹配度较低的特征。其次,使用叠加的扩张空间金字塔池化结构,结合弱监督分割网络建模位置注意力,强化目标区域特征,弱化背景区域特征,进一步提升目标检测方法的性能。实验结果表明,相较于RetinaNet,针对汽车目标,所提方法在UCAS-AOD数据集和RSOD数据集上检测精度AP分别提升了3.41%和2.26%,针对多类目标所提方法在各目标上取得了较优的AP结果,且mAP结果优于其他比较方法。
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  PDF(284)

  摘要(278)

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• 噪声鲁棒的高光谱图像波段选择方法
• 路燕,任月,崔宾阁

• 摘要：目前大多数高光谱图像波段选择方法仅考虑波段信息冗余问题，忽略了所选波段的噪声水平，致使选取的代表性波段子集中可能含有噪声水平较高的波段。为解决这一问题，本文提出一种噪声鲁棒的高光谱图像波段自适应分区与子空间搜索方法。首先，基于皮尔逊相关系数构造高光谱图像波段相关性矩阵；然后，将高光谱图像光谱波段等分为若干子空间，通过构造与皮尔逊相关系数相适应的子空间划分最优目标函数，自适应地调整子空间的分割点；最后，综合考虑波段的信息熵和噪声水平，在子空间波段选择时将噪声水平以惩罚项的形式反映在优化问题的目标函数中。在Indian Pines、Washington DC和Salinas三个数据集上进行了实验，采用波段平均相关性、分类精度两种指标对不同方法的波段选择结果进行评价，并分析各种波段选择方法的噪声鲁棒性。实验结果表明，本文方法能够挑选出信息量大且噪声水平低的代表性波段。与其它波段选择方法相比，本文方法所选择的代表性波段平均相关性弱，分类精度高，在包含噪声波段的高光谱图像中效果尤为显著。
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  PDF(372)

  摘要(302)

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• 高分遥感共性产品生产系统关键设计
• 张正,李宏益,胡昌苗,唐娉

• 摘要：以众多遥感卫星的发射与行业应用系统为代表，遥感应用技术在近年间取得了快速发展，国产高分系列卫星等平台所提供的数据越来越丰富，以遥感共性产品作为信息源的应用系统也已经覆盖了多个行业。然而这两者之间的桥梁，即由国产卫星数据生产标准化系列遥感共性产品的能力，仍显得相对薄弱，极大限制了国产遥感数据的使用率与影响力。这一能力的改善需要从产品体系、产品算法与生产系统等多方面共同推进。本文从高分遥感共性产品生产系统的角度，针对系统所面对的来自数据集成、算法集成、生产编排与云计算等方面的诸多挑战，提出了一套完整的系统关键设计。系统在容器化集成运行的基础上，涵盖了集群、数据、算法、权限、参数、工作流、生产等一系列关键环节的关键技术。系统研发与生产实践表明，本系统可以流畅的集成各类共性产品算法，实现稳定高效的业务化生产平台，助力于国产卫星产品服务能力的有效提高。
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  PDF(357)

  摘要(252)

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• 参数缺失下的多光谱卫星影像云与云影检测
• 胡昌苗,张正,唐娉

• 摘要：云与云影降低了遥感数据的应用价值，对多光谱卫星影像进行精确、自动的云与云影检测与标记有利于遥感影像的后续应用。中国目前有海量的高分辨率多光谱卫星影像，但卫星数据产品中很少包含逐像素的云与云影标记数据。高质量的云检测算法通常需要卫星成像几何、时间与定标系数等参数，但很多国产数据在多次产品迭代过程中丢失了参数辅助文件，本文研究在参数缺失情况下的GF-1 WFV影像云与云影检测方法，以经典光谱阈值云与阴影检测算法为基础，利用图像处理与形态学算法改善精度，并对于缺失参数的数据提出了一种基于形态学的云影相对云区方位与距离的估算方法。实验数据利用包含高亮地表与雪山的中国甘肃敦煌区域86景高分一号卫星图像，结果表明在缺失参数的情况下本文算法检测结果依然能达到与常用算法相近的精度，同时本文也对算法存在的误检情况进行了分析，明确后续研究的挑战。
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  PDF(327)

  摘要(264)

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• 基于Dense RFB和LSTM遥感图像舰船目标检测方法
• 张涛,杨小冈,卢孝强,卢瑞涛,张胜修

• 摘要：针对当前遥感图像舰船目标检测精度不佳问题, 本文构建舰船目标数据集STAR, 提出基于Dense RFB和LSTM多尺度舰船目标检测算法。 该算法首先在SSD网络基础上设计了浅层特征增强模块, 基于人眼视点图采用Dense RFB特征复用和膨胀卷积增大感受野的尺度和种类, 增强浅层网络对细节特征的提取能力； 其次设计了深层多尺度特征金字塔融合模块, 采用FPN和LSTM思想, 基于反卷积和残差网络对深层不同尺度特征进行融合, 增强网络结构非线性和特征层的表征能力； 最后加入聚焦分类损失函数进行联合训练, 有效避免了正负样本失衡问题。 在光学遥感图像数据集上实验表明, 舰船目标检测精度均值达到81.98%, 检测速度达到 29.6fps。此外, 遥感图像中成像模糊、被遮挡、部分被裁剪等舰船目标的检测效果也优于原有经典算法, 说明该算法对遥感图像舰船目标检测的泛化能力较强, 有效地提高了遥感图像舰船目标检测的精度。
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  PDF(400)

  摘要(236)

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• 基于多图卷积网络的遥感图像小样本分类
• 陈杰虎,汪西莉

• 摘要：小样本学习旨在利用非常少的监督信息识别出新的类别，由于忽视了样本之间的关联信息，现有的小样本分类方法用于遥感图像小样本分类时往往不能获得令人满意的精度。为此，本文利用图来建模图像在特征空间的相似关系，使用图卷积运算平滑同类别图像的特征，增强不同类别图像特征的区分度，提升分类精度。所提方法在现有图卷积运算的基础上，使用多阶次的邻接矩阵线性加权的方法代替传统的一阶邻接矩阵，通过图谱分析得出这种改进方法能够让不同阶次邻接矩阵的频率响应函数在高频部分正负相抵，有效抑制图信号的高频分量，更显著的提升同类别节点特征的聚集程度。同时，在训练过程引入了微调的方法，使用新类别中的标记数据对最后一层图卷积网络进行少量次数的训练，能够进一步提高精度，增强模型的迁移能力。实验使用三个常用的遥感数据集对方法的有效性进行了测试，结果表明提出的方法在测试数据集每一类标记样本数分别为1、3、5、10的情况下，在分类精度方面均优于原型网络等比较方法。
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  PDF(402)

  摘要(296)

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• 基于支持向量机的老挝丰沙里省新开辟刀耕火种监测与空间特征分析
• 李鹏,蒋宁桑,封志明,肖池伟

• 摘要：刀耕火种农业是热带广泛存在且备受争议的传统土地利用类型，在多山且森林覆盖率高的老挝尤甚。人口增长、林业政策与气候变化等正在加剧刀耕火种农业自身演变及其向商品化种植园（如橡胶林）转变。因农林时空转变动态性、相较于现代农业的边缘性及其斑块破碎且分布随机等，热带刀耕火种农业遥感监测历来受到挑战，有关其从业人口、确切分布及其时空动态等问题仍悬而未决。为探究机器学习算法在刀耕火种监测中的应用潜力，利用2016年旱季（4月）两景Landsat OLI 影像，基于支持向量机算法并通过消除建设用地噪声以提高新开辟刀耕火种提取精度（总体精度95%，Kappa系数0.81），据此揭示了老挝丰沙里省新开辟刀耕火种县域差异、与居民点-道路距离以及地形特征。结果表明：（1）当年新开辟刀耕火种约9.88×104hm2（全省占比6%），刀耕火种仍是该省重要土地利用类型，斑块南多北少、西多东少且呈破碎化分布。（2）各县新开辟刀耕火种面积介于1~2万hm2，桑潘县最大（1/5），本讷县最小（1/10）。（3）近九成新开辟刀耕火种集中分布在距居民点5km范围内（山路步行1~2h），且距不同等级道路表现出递减速率不同（次要公路>山路>主要公路）的距离衰减规律，次要公路两侧5km内尤甚。（4）新开辟刀耕火种常见于低山（2/3）斜坡（2/5）地带并以东南坡（2/3）为主，县域变化差异小。
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  PDF(356)

  摘要(259)

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• MPSPNet和UNet网络下山东省高分辨耕地遥感提取
• 李倩楠,张杜娟,潘耀忠,代佳佳

• 摘要：高分辨率遥感影像中耕地特征复杂，人工目视解译和传统的遥感影像分类方法提取能力有限，无法实现大范围的自动化高精度耕地提取。深度学习技术因具有较强的地物表达能力，在遥感影像信息自动提取方面表现出了优越的性能，为大范围耕地的精细化自动提取提供了新的思路。探究不同典型网络模型在不同景观特征耕地提取上的适用情况对耕地提取质量和效率的提升具有重要意义。基于此，本研究以高分一号及高分二号融合的2米分辨率数据为数据源，采用改进的金字塔场景解析网络(Modified Pyramid Scene Parsing Network，MPSPNet)和UNet网络模型，应用于山东省的耕地精细自动化提取，并与传统面向对象的方法对比，探究两种深度卷积神经网络模型在大尺度耕地自动提取中的适用性。研究获得以下结论：(1) MPSPNet模型和UNet模型在区/县尺度的耕地提取上性能优于传统的面向对象的分类方法，在全省尺度的耕地提取上总体精度优于90%且无明显差异。(2) 耕地景观特征是影响两模型耕地提取效果的重要因素，模型的选择对耕地提取效果无明显影响。在耕地景观指数较低的地块规则平整的区域，模型提取效果较好，在耕地景观指数较高的地块破碎丘陵区域以及与耕地特征相近的地块区域，模型提取效果较差，并且UNet模型在这些区域误分耕地的概率更大。(3) 两模型在不同区域、不同时相的影像中能得到较好的耕地提取效果，具有较强的泛化能力和时空迁移能力。
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  PDF(596)

  摘要(301)

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• 北极海域SAR海浪方向谱反演及其与中法海洋卫星CFOSAT/SWIM数据的比较（中国卫星海洋遥感应用）
• 黄冰清,李晓明,蔡琼琼

• 摘要：北极海域的海浪与海冰相互作用是目前北极海冰变化研究的一个前沿问题。但观测数据的缺失，限制了对于该问题的深入研究。星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）具有独特的海面二维成像能力，是极地边缘区海浪-海冰相互作用研究重要的遥感手段。本文基于哨兵1号干涉宽幅模式（Interferometric Wide Swath，IW）数据，利用SAR海浪非线性反演方法在格陵兰海及挪威海开展了海浪方向谱的反演实验，进而使用中法海洋卫星CFOSAT搭载的SWIM波谱仪的海浪谱数据和星下点有效波高数据对SAR反演结果进行了验证。结果表明，无论是海浪方向谱的结构、能量分布特征还是海浪方向谱的积分参数，SAR的反演结果都与SWIM的测量结果具有良好的一致性。其中，SAR海浪方向谱和SWIM斜率谱积分计算的有效波高的偏差和均方根误差为0.11 m和0.71 m，平均波周期的偏差和均方根误差分别为-1.02 s和1.08 s，谱峰传播方向与波长的绝对偏差分别为13.16 °和32.48 m， 均方根误差分别为19.10°和44.10 m。SAR反演的有效波高与SWIM星下点测量的有效波高之间偏差为0.03 m，均方根误差为0.48 m，二者相关系数为0.95。本研究验证了利用SAR海浪非线性反演方法进行北极海域海浪方向谱及海浪参数反演的可行性，为后续的海浪向冰传播衰减过程研究奠定了数据基础和方法基础。
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  PDF(535)

  摘要(308)

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• 高光谱遥感技术在植物多样性研究的应用
• 张艺伟,郭焱培,唐志尧

• 摘要：研究表明植物多样性与生态系统生产力、稳定性、资源利用效率等方面有密切联系。人类活动、极端气候、物种入侵等事件导致植物的生物多样性丧失速率逐年加快，生物多样性保护迫切需要对陆地植物多样性信息进行快速精确的收集。高光谱遥感的出现，为大空间尺度上的植物多样性研究提供了技术基础，为群落和景观水平的生物多样性相关理论的验证提供了契机。本文对于近年来高光谱遥感技术的发展及其在植物多样性研究中的应用进行了简要回顾。重点介绍了两类高光谱遥感反演多样性的手段，即直接反演和间接反演。直接反演手段从光谱曲线特征切入，以光谱变异假说为理论基础，以期直接建立光谱信息与植物多样性的关系；间接反演手段则通过植被指数将光谱信息关联植物多样性，或通过定量反演功能性状计算功能多样性指标，进而实现植物多样性的间接估测。本文结合现有实例，论述了高光谱遥感技术在大尺度生物多样性相关研究中的应用，如物种入侵监测、物种分布及多样性格局制图、生物多样性与生态系统功能（biodiversity and ecosystem functioning，BEF）关系研究。最后，我们对高光谱遥感技术在生态研究应用中的局限性进行了分析。我们认为，随着多源遥感技术的发展日渐成熟，高光谱遥感技术与地面通量监测、激光雷达、计算机可视化等其他技术的协同应用可能是在生物多样性研究领域中一个新的发展方向。
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  PDF(562)

  摘要(289)

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• 基于深度学习的像素级全色图像锐化研究综述
• 杨勇,苏昭,黄淑英,万伟国,涂伟,卢航远

• 摘要：全色图像锐化是遥感数据处理领域的一个基础性问题，在物体分类、目标识别等方面具有重要的研究意义和应用价值。 近年来, 深度学习在自然语言处理、计算机视觉等领域取得了巨大进展, 也推动了像素级全色图像锐化技术的发展。 本文提出从经典方式和协同方式两个方面对深度学习在全色图像锐化中的研究进行系统的综述，并在此基础上进行前景展望。首先，给出全色图像锐化常用的数据集和全色图像锐化的质量评价指标。接着，从经典方式与协同方式两个方面对基于深度学习的全色图像锐化最新研究成果进行分门别类的介绍，并进行算法性能的对比、分析和归纳。然后，对全色图像锐化的三个主要应用领域进行分析。最后，本文探讨了基于深度学习的全色图像锐化的五个未来研究方向。
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  PDF(444)

  摘要(526)

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• 基于多样性特征协同技术的飓风前后森林破坏遥感监测
• 钟娴,冯伟,全英汇,黄文江,邢孟道

• 摘要：对被飓风破坏的森林进行变化监测与灾害评估是遥感技术的一个重要应用，遥感影像的特征信息提取对森林遥感监测的效果至关重要。多样性特征结合可以有效提高对森林变化的监测精度。然而，当前的空间信息如纹理特征的获取算法依旧保留着传统的固定式计算模式，一直面临着特征数量和邻域参考范围之间难以均衡的问题。为了解决以上问题，本文提出了基于多样性特征协同技术的飓风前后森林破坏遥感监测方法,首先计算出森林遥感影像变化前后的归一化植被指数差值和增强植被指数差值，并提出了基于复合窗口技术的来提取纹理特征，然后建立了多样性特性结合模型，其次提出了一种基于特征分离的旋转森林改进算法，最终，实现了内泽尔森林在暴风前后的高精度变化监测。另外，本文还测试了新模型在不同训练样本数量下的分类性能。实验结果表明，相对传统的基于光谱特征和单纯的纹理特征的变化监测方法，本文所提出的方法的整体精度、对变化区域和未变化区域的检测精度至多分别提高了3.68%、5.82%和3.46%。本文的研究方法可以有效提高森林变化监测的性能，为森林灾害评估与森林资源保护提供参考依据。
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  PDF(323)

  摘要(201)

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• 遥感影像样本数据集研究综述
• 冯权泷,陈泊安,李国庆,姚晓闯,高秉博,张连翀

• 摘要：随着机器学习、深度学习等人工智能技术在遥感领域的不断应用与发展，基于海量样本的数据驱动模型已经成为遥感影像信息提取的一种新的研究范式，其对样本数据的规模、质量、多样性等提出了更高要求。最近，国内外众多学者和研究机构相继发布了一系列遥感影像样本数据集，为大数据时代下遥感影像的信息提取和智能解译等奠定了研究基础。然而目前尚缺乏对上述影像样本数据集的综合分析，针对这一问题，本文在文献检索与分析的基础上，归纳总结了124个具有一定影响力且应用广泛的遥感影像样本数据集并对其元数据进行了分析，并提供了数据来源、应用领域与关键词的发展变化，分析了数据集在空间、时间、光谱分辨率上的差异，以应用领域为依据将其划分为场景识别、土地覆被/利用分类、专题要素提取、变化检测、目标检测、语义分割等8个类别并以部分数据为例进行了具体分析，总结了深度学习模型在数据集上的研究进展，并针对稀疏样本导致的模型过拟合问题，探讨了样本时空迁移、小样本和零样本学习、样本主动发现、样本生成等在遥感影像信息提取中的应用前景。本文首次对遥感影像样本数据集进行了综述研究，可为相关领域科研人员提供数据参考。
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  PDF(1609)

  摘要(564)

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• 一种新的基于特征值分解和自适应滤波的极化相位优化方法
• 姜修成,张正加,王猛猛,刘修国,陈启浩

• 摘要：相干目标点稀疏与斑点噪声阻碍了InSAR技术在形变监测中的应用。为了解决这一问题，本文提出了一种新的基于特征值分解和自适应滤波的极化相位优化方法（EVD-FPO）。该方法利用Sentinel-1A双极化数据幅度信息识别DS与PS目标，并基于时空间相干矩阵，利用特征值分解极化相位优化技术和自适应均值滤波技术提高相位质量。为了证明本文方法的可行性与有效性，17景Sentinel-1A双极化（VV-VH）SAR数据用于评估本文方法的性能。结果表明，EVD-FPO方法能够有效提高相干目标点的密度和改善相位质量，相较于单极化振幅离差法（VV- ）和振幅离差极化相位优化方法（ESM- ）相干点目标分别增加了9.06倍和1.64倍，相较于单极化CAESAR方法提取的PS目标更加完整。EVD-FPO方法能够在保护PS目标相位的条件下抑制DS目标相位噪声，相位质量优于ESM- 方法和CAESAR方法。
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  PDF(387)

  摘要(306)

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• 全天候地表温度遥感获取：进展与挑战
• 丁利荣,周纪,张晓东,王韶飞,唐文彬,王子卫,马晋,艾丽皎,李明松,王伟

• 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较为成熟，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、有较大轨道间隙等问题。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两类。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五种全天候地表温度产品。文献梳理发现，目前尚未有在全球尺度上时空连续、1 km空间分辨率的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。
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  PDF(1506)

  摘要(419)

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• 基于升降轨Sentinel-1影像的格陵兰后向散射系数入射角归一化方法研究
• 陈晓,李刚,陈卓奇,鞠琦,郑雷,程晓

• 摘要：合成孔径雷达（SAR）影像的后向散射系数与电磁波入射角以及地表特性密切相关，因此应用宽幅SAR影像对格陵兰冰盖开展研究分析时，应订正入射角对后向散射回波信号的影响。目前主流的针对冰盖表面入射角改正算法为余弦平方法，该方法假设冰雪表面为朗伯体对SAR影像后向散射系数进行改正，但将冰体假设为朗伯体存在明显不合理之处。本文提出了一种基于线性回归的后向散射系数改正算法，该方法假设近同时获取的格陵兰冰盖Sentinel-1双极化SAR影像后向散射特性保持不变，后向散射系数的差异仅与入射角差异相关。通过寻找后向散射系数与入射角之间的定量关系，获得归一化的双极化SAR影像后向散射系数。考虑到在不同季节和海拔的格陵兰冰盖冰雪表面后向散射特性不同，本文引入了海拔和季节两个参数，估算了不同季节与海拔条件下的归一化改正系数。将本文提出的后向散射系数改正方法应用于格陵兰Sentinel-1影像，结果表明本文提出的方法对于同极化影像的改正优于余弦平方法，而交叉极化影像改正效果与余弦平方法相近。本研究提出的改正方法可以更好地改正格陵兰冰盖的Sentinel-1宽幅SAR影像的后向散射系数，降低后续应用的不确定性。
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  PDF(818)

  摘要(484)

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• 顾及斑块面积比的国产卫星土地覆盖产品尺度效应研究
• 耿云龙,汤玉奇,尹芝勇,邹滨,冯徽徽

• 摘要：尺度转换可获取不同应用需求下的土地覆盖产品最优表达尺度。但现有针对尺度转换伴随的尺度效应斑块级模型研究通常易受斑块分类的影响。因此，本文通过构建跨类型斑块面积比尺度效应模型，进一步探索斑块形态指标在尺度转换中的作用机制，实现对特定尺度土地覆盖产品中各地类面积的预测，为尺度转换方案提供合理性评价。首先利用信息度量技术定义斑块形态指标集，并通过数学变换将尺度纳入形态指标；然后联合斑块形态指标集和尺度转换前后的斑块面积比构建跨类型斑块面积比尺度效应模型。本文利用国家重点研发计划专项项目生产的国产卫星30 m土地覆盖产品对提出的斑块级尺度效应模型进行构建与验证。结果显示，该模型对林地、耕地、草地和不透水面四种地类在90-750 m共12个目标尺度（以60m为间隔）上的平均预测误差分别为0.036、0.033、0.034和0.035，对目标尺度土地覆盖产品各地类面积具有较好的预测精度，可为国产土地覆盖产品尺度转换提供理论依据，为高精度产品生产提供技术支持。
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  PDF(566)

  摘要(309)

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• 生成对抗网络的无监督高光谱解混
• 靳淇文,马泳,樊凡,黄珺,李皞,梅晓光

• 摘要：近年来，基于深度学习中自编码器（AE）的方法在无监督的高光谱解混中受到了广泛的关注。由于AE的学习过程可以表述为通过训练找出一组低维的隐藏层（丰度），并用其对应的权重（端元）进行组合来减少重构误差，因而这种框架被广泛迁移并应用于高光谱的解混算法之中。然而，现有基于AE的框架虽然能有效地处理无监督的解混场景，却都存在着对噪声和初始化条件不鲁棒的问题，且解混精度也有待进一步提升。针对以上问题本文提出了一种全新的基于对抗性自编码网络（AAE）的无监督解混网络框架。首先，我们在网络的生成器中根据丰度和为一（ASC）及非负性（ANC）的物理意义，设计了一个基于AE的端到端解混框架。然后，在网络的判决器中本文采用初始化的丰度图作为真实值，将生成器的隐藏层（丰度）与初始化的丰度进行对抗训练，在重构误差与对抗误差的同步优化中提升框架解混性能。与传统的AE方法相比，该方法通过引入对抗性过程，在判决器中加入丰度的先验知识，可以大大提高框架的性能和鲁棒性。仿真和真实的高光谱数据的实验表明，该算法较现有方法相比具有更高的解混精度。
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  PDF(682)

  摘要(335)

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• 基于物候窗口和多源中高分辨率影像的稻虾田提取方法研究
• 魏浩东,杨靖雅,蔡志文,陈云坪,张馨予,徐保东,胡琼

• 摘要：由于显著的经济效益和生态效益，近年来稻虾共作模式分布面积迅猛扩张。准确获取稻虾田空间分布信息，对于水稻种植结构调整、产量估算和水资源管理具有重要意义。本文以“小龙虾之乡”—湖北省潜江市为研究区域，基于Google Earth Engine平台协同Landsat 7/8和Sentinel-2卫星数据，通过分析稻虾田的农业耕作管理和季相节律特征，提取了稻虾田区别其他农作物的关键“水淹”信号和“植被”信号。基于实地稻虾田样本统计分析关键特征的阈值，构建稻虾田规则集识别模型，提取了湖北省潜江市2019年稻虾田空间分布。最后，基于实地样本验证该物候窗口特征方法的精度，并评估和比较了该方法与随机森林和基于水体季相差异方法的表现。结果表明：物候窗口1月1日~4月30日内的水淹信号（LSWI > NDVI或EVI）、物候窗口7月15日~9月30日内的植被信号（NDVI或EVI > LSWI）和物候窗口11月10日~12月31日内的水淹信号是稻虾田遥感识别的典型特征。基于该方法提取的2019年潜江市稻虾田制图精度和用户精度分别为90.74%、 94.69%，显著高于水体季相差异方法和随机森林方法的精度。基于关键物候窗口的稻虾田提取方法具有较高的泛化能力，能以较少的实地样本进行时空尺度的延展，从而为大尺度长时序稻虾田遥感制图提供重要的方法支撑。
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  PDF(593)

  摘要(383)

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• 基于边界约束网络和分水岭分割算法的建筑提取
• 罗壮,李明,张德朝

• 摘要：城市作为高密度建筑区域,在较小范围内有大量结构相似的建筑紧密分布。当前从高分辨率图像中准确检测建筑仍然是一个挑战,本文受边缘检测网络启发,提出一种强化边界精度的建筑物提取新方案,根据建筑物及边界特点改进深度网络,结合自下而上分组的分水岭分割提高分类精度和建筑边界的准确度。首先对数据预处理,生成建筑边界和建筑分割线两类辅助标签；改进性能较优的建筑检测框架ICT-Net网络,修改网络结构和损失函数,针对两类辅助标签,强化边界影响,提高网络性能；最后对网络预测结果应用结合分水岭分割和梯度提升回归树的后处理,实现高精度的建筑提取。结果表明,数据预处理、改进深度学习算法可提高建筑检测像素精度Intersection over Union(IOU)约1%。后处理能充分利用网络输出的概率信息,有效优化建筑边界,在网络预测结果的基础上提高建筑实例召回率10.5%。本文方案与原始的ICT-Net网络相比,提高建筑实例召回率22.9%。
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  PDF(300)

  摘要(383)

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• 全球降水计划IMERG和GSMaP纯卫星降水产品在中国大陆的极端降水监测能力研究
• 丁明泽,雍斌,杨泽康

• 摘要：基于中国自动站与CMORPH融合降水数据集,综合评估全球降水计划(GPM)下的IMERG与GSMaP的4套纯卫星降水数据,从极端降水指标、极端降水事件探测能力、对于不同历时的极端降水事件精度评估3个方面研究纯卫星降水产品在中国大陆监测极端降水的能力。依据极端降水的阈值将中国大陆分为三个区域进行研究,结果表明：①在RX1指标中,IMERG、GSMaP数据均在受季风影响的复杂地形区域呈现出明显的高估状态,在其余地区存在不同程度的低估现象；在R95pTOT指标中,卫星数据均表现较好,与地面参考数据具有较高的相关性。②在极端降水事件探测方面,4套纯卫星产品在中国东北地区的表现均优于其他区域；GSMaP表现优于IMERG数据,具有较低的误报率,但对极端降水的反演精度较低。③在不同历时的极端降水事件精度评估中,IMERG、GSMaP卫星降水产品在历时较长的极端降水事件中的表现较好,具有更高的精度；对于极端日降水事件,卫星降水产品在高雨强下的误差显著性十分明显,远远高于复杂地形对卫星降水反演精度的影响,导致卫星降水在复杂地形区域(Ⅲ区)的表现优于其他区域。总体上,IMERG产品在中国大陆对极端降水的监测能力优于GSMaP产品,其中又以IMERG_Late表现最佳；4套卫星降水产品均能表现出中国大陆的极端降水区域特征,但在中国大部分区域呈现出低估状态,卫星降水产品对于雨强的误差订正仍是未来极端降水反演的重点与难点之一。
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  PDF(411)

  摘要(324)

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• 基于集合卡尔曼滤波方法的高时空分辨率山区地表反照率反演
• 郑凯旋,林兴稳,闻建光,郝大磊

• 摘要：高分辨率地表反照率遥感产品以其空间分辨率高的优点,目前正成为区域能量平衡和气候变化研究的主要数据源。现行的高分辨率地表反照率遥感反演算法及数据产品均假设地表平坦且均一,缺乏对地表异质性和地形复杂性的考虑,将适用于平坦地表的反演算法应用于山区将存在一定的误差。改进的直接算法为反演山区高分辨率地表反照率提供了可能,将直接反演算法与山地辐射传输模型结合,可以反演山区地表反照率产品。但该算法受到下垫面积雪、云污染等影响,反演的影像时域不连续,且存在着较多的缺失值,无法构建时空连续的地表反照率产品来支撑山区地表能量平衡相关研究。针对这一问题,本文以高分四号(GF-4)卫星数据为例,首先基于改进的直接反演算法反演山区地表反照率,利用地面辐射通量站点观测数据和MODIS BRDF/Albedo产品构建先验知识背景场,采用集合卡尔曼滤波方法对反演的山区地表反照率进行时空填补,构建了时空连续的地表反照率反演方法,并生产了2016-2017年的山区地表反照率产品。研究结果表明,反演的时空连续高分辨率地表反照率产品与地面站点观测数据的一致性较好。不同坡度地面站点的验证结果显示,反演的时空连续地表反照率产品在平坦地表下RMSE小于0.01,坡度较大的站点下RMSE为0.0163。本文描述的山区地表反照率时空填补技术也可以应用到其他定量遥感产品,为这些产品在山区地表下的填补技术提供有效参考。
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  PDF(389)

  摘要(246)

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• 高光谱遥感影像降维：进展、挑战与展望
• 苏红军

• 摘要：高光谱遥感影像数据具有高维特征、信息冗余、不确定性显著、小样本、空谱合一等特征，对其进行数据处理面临巨大挑战，高光谱遥感影像降维是高光谱遥感的重要研究方向之一。本文对当前高光谱遥感影像降维的相关研究进展进行了综述，在介绍高光谱遥感数据特点的基础上，重点从特征提取和特征选择两方面对高光谱遥感影像降维的最新研究和前沿进展进行了系统性综述；并从特征可分性、特征质量评价、特征数目确定、多特征优化以及需求驱动的特征选择等方面分析了高光谱遥感影像降维面临的挑战。随着智能化高光谱遥感的发展，高光谱遥感影像智能降维成为未来的发展方向，同时其发展将兼顾多特征质量评估与优选、搜索策略优化、满足应用需求等多目标的需求；随着高光谱遥感数据获取能力的提升和深入应用，高光谱遥感影像降维将会发挥重要而不可替代的作用。
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  PDF(625)

  摘要(453)

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• 从无人机到卫星——基于机器学习的温带疏林草原木本和草本植被盖度估算
• 李晓雅,田昕,段涛,曹晓明,杨凯捷,卢琦,王锋

• 摘要：分布于我国半干旱区的温带疏林草原生态系统，是森林到草原之间过渡的一种生态系统类型，是在独特的气候和地形条件下发育于沙地的地带性顶级植被群落。疏林草原具有乔木、灌木和草本植被混合生长的特点、空间异质性高。植被遥感监测难度大，至今仍是全球范围内最不精确的土地覆盖类型。如何兼顾精度和范围，实现温带疏林草原区域尺度不同类型植物生长状态监测是当前干旱区植被遥感的热点和难点。本研究基于机器学习算法，通过近地面无人机遥感观测平台获取地表植被类型信息构建训练数据集，结合高分辨率卫星影像，建立疏林草原木本、草本植物覆盖度估算模型，实现了由无人机到卫星的温带疏林草原木本和草本植物覆盖度的同步估算，并比较了两种高分辨率卫星影像对疏林草原木本和草本植被覆盖度估算的差异。研究结果表明：（1）利用无人机近地遥感影像能够准确分类地表覆盖类型，为区域温带疏林草原木本、草本植物覆盖度估算模型提供大量精确的训练样本数据；（2）基于机器学习算法，利用高分六号（GF-6）和哨兵二号（Sentinel-2）两种高分辨率卫星影像建立的疏林草原覆盖度模型均可较好的实现木本、草本植物覆盖度的估算。其中，基于GF-6的疏林草原木本、草本覆盖度估计结果与无人机观测值的决定系数分别为0.72和0.66，均方根误差分别为6.76%和10.69%，估算精度分别为46.31%和77.88%；基于Sentinel-2的疏林草原木本、草本覆盖度估计结果与无人机观测值的决定系数分别为0.72和0.81，均方根误差分别为6.53%和8.20%，估算精度分别为54.30%和83.17%；（3）基于Sentinel-2卫星影像的疏林草原木本和草本植物覆盖度估算精度稍高于GF-6卫星，基于两个卫星影像的草本植物覆盖度的估算精度都要显著高于木本植物。本研究为实现疏林草原木本植物和草本植物覆盖度由景观尺度扩展到区域尺度的估测提供了新的思路，从无人机到卫星跨尺度协同观测的方法能够为区域温带疏林草原不同生活型植物生长状况监测提供有效的方法支撑，未来基于多时相的高分辨率卫星数据可进一步实现区域尺度温带疏林草原木本植物和草本植物的动态监测。
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  PDF(369)

  摘要(410)

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• 时间序列SAR图像不可移动文物水域淹没监测
• 吴樊,李娟娟,张波,王超,张红,陈富龙,李璐,许璐

• 摘要：全球气候变化引起的极端降雨、洪涝灾害是导致不可移动文物受损的重要破坏因素。合成孔径雷达(Synthetic aperture radar, SAR)具有全天时、全天候、大范围周期性对地观测的优势，是大区域水体监测的重要手段，对不可移动文物水域淹没及风险监测具有重要意义。本文利用时间序列SAR图像提出基于残差U-Net的不可移动文物水域淹没及风险监测框架。首先，基于双峰阈值分割法结合专家知识辅助进行水体样本生成，提高样本制作效率；其次，引入残差模块建立U型卷积网络，综合残差结构及U-Net的特点，缓解梯度更新时的弥散、消失等现象，通过卷积层之间累加和跳跃链接，保留多尺度的地物特征信息，以实现水体快速、高精度的语义分割；最后通过将结果与不可移动文物点位进行空间叠加分析，实现对不可移动文物水淹状况的监测。选取鄱阳湖及南昌市昌邑北垱遗址作为试验研究对象。获取了21景覆盖鄱阳湖区域不同时相Sentinel-1SAR图像，并结合Sentinel-2光学图像进行结果分析与评价。实验结果表明：本文方法在鄱阳湖试验区对水体提取总精度优于95%，相较于FCN（Fully Convolutional Networks）与U-Net方法具有更好的精度。利用不同时相SAR图像获得时间序列水体分布范围变化图，与昌邑北垱遗址点位进行空间叠加分析，得到不可移动文物水域淹没长时间序列监测结果。实验结果表明本文提出的方法可以有效提取水体范围，对不可移动文物水域淹没及风险监测可以提供有力支撑。
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  PDF(371)

  摘要(255)

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• 遥感知识图谱创建及其典型场景应用技术研究
• 张永军,王飞,李彦胜,欧阳松,魏东,刘晓建,孔德宇,陈瑞贤,张斌

• 摘要：相对于当前指数级增长的强大遥感数据获取能力，遥感大数据的智能处理和知识服务能力相对滞后，海量多源化遥感数据堆积与有限信息孤岛并存的矛盾日益突出，亟需有效的遥感领域知识建模技术来辅助挖掘遥感大数据的有用信息并形成知识服务能力。知识图谱技术以符号形式描述物理世界中的概念及其相互关系，具有强大的知识建模与推理应用能力，在搜索引擎、电子商务、社交网络分析等领域已经得到成功应用。在通用知识图谱技术启发下，本文首次提出建立遥感领域知识图谱研究构想，可以为遥感领域知识建模与知识服务提供支撑。本文首先回顾通用知识图谱的发展历程，然后探讨遥感知识图谱的构建技术、遥感知识图谱驱动的典型地学应用案例，最后对遥感知识图谱的应用现状与未来研究方向进行分析论述。总体来说，遥感知识图谱的研究有利于更好的归纳遥感领域学科概念化知识、管理遥感大数据所蕴含的新增信息与知识，可以向多领域众多用户提供灵活便捷的遥感知识查询与知识服务能力，有助于全面提升海量多源遥感观测成果的应用能力，在全球遥感地表覆盖分类、气候变化、国际人道主义援助等方面都将发挥重要作用。
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  PDF(1460)

  摘要(462)

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• 迁移学习方法提取高分1号影像汶川地震震后滑坡
• 李震,李山山,葛小青

• 摘要：2008年汶川8.0级地震触发了大量的崩塌滑坡地质灾害,导致强震区震后地质灾害频发，因其对生命和财产的巨大威胁而广泛关注,利用遥感等技术快速提取滑坡信息,对于减少灾害造成的损失具有重要的现实意义。本文提出一种迁移学习方法，从自然场景数据集中学习特征，迁移到滑坡提取中。该方法首先在ImageNet上预训练ResNet网络，然后输入滑坡区影像样本，将预训练网络及参数迁移至LinkNet上，最终实现滑坡提取。通过对2013-2015年三景影像的汶川地震震后滑坡提取实验进行分析及验证，结果显示，相较于传统支持向量机和其他深度学习方法，本文提出的迁移学习方法有较优的提取精度，有利于后续研判及决策。
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  摘要(262)

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• 1990-2020年粤港澳大湾区红树林动态变化遥感监测
• 袁艺馨,温庆可,徐进勇,王晨,赵晓丽,刘朔,解睿

• 摘要：粤港澳大湾区规划建设成为国际竞争力一流湾区和世界级城市群,资源集约利用、生态环境优美是国际湾区全面建成的重要方面之一。粤港澳大湾区拥有丰富的滨海红树林湿地,在消浪减风、保护生物多样性、净化海水及固碳等方面发挥重要生态作用。湾区红树林经历过人类开发活动的破坏,也受到了湿地保护政策指引下的良好恢复,但由于调查手段不一及监测时效性限制,目前仍缺乏标准一致的数据以科学客观地阐明粤港澳大湾区红树林湿地的历史变化与最新现状。本文利用现状监测和动态更新相结合的方法,构建了1990-2020年期间共计4个时段标准一致、前后可比的红树林分布与变化数据库；利用高性能云计算Google Earth Engine平台(GEE),提出了一种红树林现状快速更新方法。研究表明：(1)利用GEE平台可快速提取红树林初步分类结果作为动态更新的参考底图,大大提高了目视解译动态更新方法的速度,为红树林高效管理提供及时的数据支持。(2)粤港澳大湾区过去三十年的红树林面积净增长10.21km_²,红树林总体得到了较好的恢复和保护, 但是在1990-2000年期间,红树林是净减少的时期,净减少4.60km_²,主要是被新增养殖坑塘、人工用地占用；2000年以来,粤港澳大湾区红树林面积持续增加,红树林公园和自然保护区的建设对红树林存量面积起到了积极作用。(3)虽然红树林自然分布多见于潮间带,但是粤港澳大湾区2010年之后通过建设红树林公园恢复的红树林,有向内陆方向延伸建设的态势。
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  摘要(363)

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• 基于神经网络的太赫兹冰云探测反演算法研究
• 陈柯,张兰,张幼明,董杉彬,刘艳,吴琼,商建

• 摘要：太赫兹频段在冰云探测上具有独特优势，但是目前的太赫兹冰云反演算法将不同种类冰相粒子（主要是冰和霰）视为冰粒子统一计算。本文根据冰云太赫兹辐射特性实现了一种预分类的神经网络算法，能够从太赫兹亮温中分别反演得到冰、霰两种粒子的统计参数和廓线分布。首先基于WRF数值模式和ATMS载荷真实观测的冰云霰数据构建了包含冰、霰粒子密度廓线的混合冰云数据库，然后使用DOTLRT辐射传输模式模拟183GHz-874GHz七个频段的星载太赫兹冰云探测亮温，最后开展冰云参数探测仿真试验，验证反演算法性能。仿真试验中反演得到的冰和霰的路径总量均方根误差分别为8.97 g/m2和10.9 g/m2，等效粒径均方根误差分别为7.54μm和25.38 μm，反演的冰、霰密度廓线也具有较高的精度。研究结果表明本文算法能够以较好的精度从多频太赫兹冰云探测亮温数据中分别反演得到冰、霰两种粒子的路径总量、等效粒径、等效云高和密度廓线，突破现有研究仅仅计算单一冰粒子的局限，更加符合冰云真实情况。
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  摘要(272)

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• 基于场景子区域多标签学习的露天煤矿区场景识别
• 赵银娣,卫虹宇,董霁红,董畅

• 摘要：（目的）露天煤矿区作为环境治理的主要对象需要对其进行监管，随着遥感技术的发展，基于高分辨率遥感影像对露天煤矿区场景进行识别成为可能。对露天煤矿区场景的子区域进行特征学习和识别，针对单标签学习算法在场景子区域识别中识别率较低的问题，本文将多标签学习策略和地理学第一定律相结合，提出一种基于场景子区域多标签学习的场景识别算法。（方法）为了使露天煤矿区场景与其周边场景进行区分，设置了6类矿区标签和7类非矿区标签，将露天煤矿区场景和非露天煤矿区场景的子区域都标注13类标签构成多标签数据集。用基于多标签学习的Inception_v3模型训练多标签数据集，对输入的遥感影像划分为相同大小的子区域并进行多标签分类。为了对子区域包含的多标签预测结果进行分析从而识别出属于露天煤矿区场景的子区域，设计了一种场景子区域判定算法，对包含矿区标签的子区域利用矿区标签的标签相关性和标签完整性进行判定，识别出的子区域构成露天煤矿区场景。（结果）实验结果表明：在露天煤矿区场景子区域识别中，本文算法的F1分数为0.857，与单标签学习算法相比，F1分数最高提高了8个百分点；在研究区遥感影像上对露天煤矿区场景进行识别，本文算法的识别结果接近真值。（结论）综上，本文算法能够自动学习并提取子区域内多类标签的有效特征，在露天煤矿区场景中可以取得良好的识别效果。
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  摘要(258)

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• SARBuD 1.0: 面向深度学习的GF-3 精细模式SAR建筑数据集
• 吴樊,张红,王超,李璐,李娟娟,陈卫荣,张波

• 摘要：合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）是开展城市建筑区信息获取与动态监测的重要数据源。本文建立了一个面向深度学习建筑区提取的中高分辨率SAR建筑区数据集SARBuD1.0 (SAR BUilding Dataset)。该数据集包含了覆盖我国不同区域的27景高分三号精细模式SAR图像，并从中获取了建筑区共计60000个SAR样本数据，结合光学图像与专家解译，制作了与样本数据对应的标签图像。SARBuD1.0数据集包含了不同地形场景类型、不同分布类型、不同区域的建筑区。该数据集可支持研究者对建筑区进行图像特征分析、辅助图像理解，并可对当前热点深度学习方法提供训练、测试数据支持。本文以山区建筑为例，使用传统纹理特征与深度学习特征对建筑区进行了特征分析与比较，相比于传统的人工设计的纹理特征，卷积神经网络具有更深、更多的特征，利用网络模型浅层的不同卷积核采样可得到各种纹理特征，在网络的深层卷积结构中可获取代表着类别的深层语义特征，使得分类器能更好地检测并提取图像中指定的目标。基于本数据集利用深度学习方法对不同地形区域的建筑区进行提取实验。实验结果表明基于本数据集训练的深度学习模型，对建筑区提取可以取得良好的结果，说明该数据集可以很好支持面向大数据的深度学习方法。其他学者可以基于SARBuD1.0数据集开展建筑区图像特征分析与语义分割提取等方面的研究。
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  PDF(556)

  摘要(296)

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• 3D点云震害建筑物深度学习样本增强方法
• 崔驿宁,窦爱霞,杨慎宁

• 摘要：摘要：针对震后复杂场景LiDAR点云建筑物破坏类型的自动识别问题，为满足应急救援时效性、准确性需求，告别传统人工震害特征提取，充分挖掘点云数据中灾区建筑物震害信息，进一步实现建筑物自动化智能化识别。本文将3D点云深度学习方法应用于建筑物震害识别，构建了包含倒塌、局部倒塌、未倒塌三种建筑物破坏类型的点云数据集。基于PointNet++网络探究了各类别样本量及其均衡性对识别精度的影响，并提出破坏建筑物样本增强方法，丰富了各类别样本点云形态。利用2010年海地7.0级地震后机载LiDAR数据，在PointNet++网络中进行了样本增强前后分类精度比较、样本量以及均衡性分析实验，样本增强后倒塌和局部倒塌的分类精度分别提高近27%和17%，模型整体平均分类精度、Kappa系数均有近15%的提升。实验结果表明三维建筑物震害深度学习模型在各类别样本量足够且均衡时，才能取得较好的分类识别效果。
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  PDF(437)

  摘要(349)

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• 融合周期递增余弦退火与空洞卷积的遥感影像语义分割方法
• 唐振超,韦蔚,罗蔚然,胡洁,张东映

• 摘要：高分辨率遥感影像语义分割是全要素地物特征自动提取和智能解译的研究热点。近年来,深度卷积神经网络在语义分割方向取得了大量成果,但遥感影像地物信息本身的复杂性限制了网络发挥。本文引入多尺度并行的空洞卷积帮助网络更大范围捕捉上下文信息,在不增加参数的情况下,网络对小目标和大目标对象均表现出较好的辨识能力。语义级特征的提取必然会导致空间分辨率损失,本文方法丢弃池化操作,并利用空洞卷积保持空间分辨率,对输出的分割结果使用全连接条件随机场融合图像级特征,弥补细节的位置信息,以此提高网络在遥感影像上的语义分割能力。网络的学习策略采用余弦退火方法调整学习率,本文引入周期递增的余弦退火策略可以让网络学习过程稳定,并获得合适数量的局部最优解,集成局部最优解进一步提升网络的像素分类能力。在Gaofen Image Dataset数据集上的实验结果表明本文方法能有效辨识复杂结构的对象,其总体精度与kappa系数均优于目前主流的语义分割模型。
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  PDF(574)

  摘要(274)

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• 季节偏差纠正下的遥感AOD产品降尺度BGIM算法
• 梁玉,邹滨,冯徽徽,刘宁

• 摘要：MODIS 3km DT(Dark Target)卫星气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth, AOD)数据产品已广泛应用于大气污染监测，但受反演方法限制，该数据产品像元缺失严重、时空覆盖度低、精度偏低。相比，MODIS 10km DT_DB_Combined AOD数据产品因融合DT和DB(Deep Blue)两种反演算法，一定程度上可弥补MODIS 3km DT AOD数据产品在时空覆盖度与精度方面的缺陷，但分辨率偏低。此外，受气溶胶组分来源的季节变化与地表反射率估算的季节性误差影响，MODIS AOD数据产品精度同时也存在季节性特征。 本文由此以京津冀为试验区，顾及AOD季节变化特性，开展MODIS 10km DT_DB_Combined AOD数据产品偏差纠正下的地统计反演模拟(Bias-corrected Geostatistical Inverse Model, BGIM)降尺度算法研究。试验同时引入AERONET地基观测数据和MODIS 3km DT AOD数据产品作为降尺度结果的绝对与相对验证标准。 结果表明：季节偏差系数纠正下生成的MODIS 3km DT_DB_Combined AOD与10km DT_DB_Combined AOD、3km DT AOD数据产品的绝对精度相当，验证R2分别为0.79、0.70、0.71；且相比MODIS 3km DT AOD数据产品，季节偏差系数纠正下的MODIS 3km DT_DB_Combined AOD数据与其相关系数可达0.93；在时间覆盖度和空间覆盖度方面可分别提升11.21%和11.44%，其中春、冬两季空间覆盖度提升效果尤为显著。 研究结果证实BGIM降尺度算法可有效估算MODIS 3km DT_DB_Combined AOD数据，提高MODIS 3km AOD产品的时空覆盖度，并同时抑制原有MODIS 10km DT_DB_Combined AOD数据产品的季节性高估现象。
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  PDF(410)

  摘要(332)

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• AMSR-E地表温度数据重建深度学习方法研究
• 苏扬,吴鹏海,程洁,殷志祥,马晓双,杨辉

• 摘要：地表温度对于全球气候变化等研究具有重要意义。被动微波遥感传感器AMSR-E（Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS）可以获得全天候地表温度，可作为多云条件下热红外地表温度数据的补充；但轨道扫描间隙限制了该数据在全球或区域尺度上的实际应用。鉴于地表温度的高时空异质性和AMSR-E LST轨道间隙数据的特点，本文提出了一种多时相特征连接卷积神经网络地表温度双向重建模型（MTFC-CNN），利用深度学习在处理复杂非线性问题上的优势，重建轨道间隙区域的地表温度值。将2010年中国大陆区域四季的AMSR-E LST数据，分为白天和夜晚，形成共八个数据子集进行实验。在模拟实验中,重建结果与原始反演地表温度值平均均方根误差在1.0K左右，决定系数R2在0.88以上，优于传统的样条空间插值和时间线性回归方法；真实实验结果具有较好的目视效果，且与对应MODIS LST产品对比发现，重建区LST值和未重建区LST值与MODIS LST产品间具有相近的平均均方根误差和决定系数。因此，本文提出的MTFC-CNN方法能有效重建AMSR-E LST轨道间隙数据，且优于传统方法。
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  PDF(499)

  摘要(290)

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• 卫星高度计融合产品的研发综述
• 刘磊,李志锦,费建芳,王辉赞,叶芳,张福颖,蒋星亮,史文丽

• 摘要：卫星高度计融合产品广泛应用于海洋环境监测、海洋中尺度系统研究和海洋数值预报等业务领域，具有极高的科学和社会价值。当前同时在轨运行并发布沿轨数据的高度计卫星维持在5~6颗，为了立足现有数量的观测卫星，最大程度地提取有效观测信息，本文以改进融合产品的有效分辨率并提升高度计产品质量为主线，详细介绍了现有卫星高度计融合产品的研发现状。前人的研究结果表明：卫星高度计融合产品的质量主要三个方面的影响：1. 制作产品所选择的卫星种类：因不同种类卫星的轨道高度、周期差异，导致获取的海表高度时空精度也存在不同；2. 高度计标准的选择：资料处理中的仪器参数、地球物理参数、环境校正、平均海面的构造等；3. 融合处理资料的方法：不同融合方法在背景场的选择、背景误差相关系数尺度的差异以及观测误差的处理等。针对众多学者关注的热点和亟需解决的难点问题，本文系统地介绍了当前卫星高度计融合产品的种类，对比分析产品质量。同时针对卫星高度计的融合方法，着重介绍了卫星高度计融合产品质量的提升途径。文中进一步强调了融合方法与有效分辨率的关系，为提升卫星高度计融合产品质量，提高融合产品的有效分辨率，扩大卫星高度计融合产品的应用范围提供参考。
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  PDF(705)

  摘要(530)

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• 基于光谱库优化学习的光谱超分与分类精度提升
• 韩晓琳,张欢,孙卫东

• 摘要：光谱库优化学习是指依据日臻完善的光谱库可以涵盖高光谱图像中所有地物类别光谱信息的这一基本特性，将光谱库中的光谱数据作为训练样本，在严格理论推导下构建字典优化学习过程，使高光谱图像中的光谱能够在该字典下进行稀疏表示。本文提出了一种基于光谱库优化学习的光谱超分辨率重建方法，该方法在稀疏表示框架下，通过波段匹配，将光谱库映射为与待重建高光谱图像波段相对应的特定光谱库；利用映射后的特定光谱库与高分多光谱图像，从理论上推导、并构建了基于ADMM算法的光谱字典与稀疏系数优化学习过程；进而，实现了仅由一幅高分多光谱图像到高分高光谱图像的高质量光谱超分辨率重建。多种数据集上的对比分析表明，即使仅使用一幅高分多光谱图像，本文方法仍能恢复重建出高质量的高分高光谱图像，同时光谱超分辨率重建后的高分高光谱图像可显著提升地物分类精度。
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  PDF(658)

  摘要(355)

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• 移动地理信息系统技术发展的三个时代
• 乔彦友,常原飞

• 摘要：为了明晰的理清移动地理信息系统技术发展脉络，本文简述了信息技术变革是如何推动该技术向嵌入式时代、移动互联网时代、智能物联网时代不断演变，并依次分析了每个时代的技术架构及其典型应用，在此基础上提出了集成全球导航定位、5G、人工智能和计算机视觉等信息技术于一体的新一代移动地理信息系统概念，分析了其具备的泛在化、实时化、智能化特征，论述了支撑三大特征的跨平台内核、同步定位与全息高精度导航地图、语义地图和智能决策三种核心技术，总结其发展和应用的变化趋势，并对其前景进行了展望，对后续移动GIS的发展有一定的指导意义。
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  PDF(519)

  摘要(255)

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• 考虑地物类型的Minnaert地形校正模型优化方法
• 林英豪,金燕,沈夏炯,周黎鸣

• 摘要：地形校正可以削弱地势复杂区域由于地形起伏导致的地表接收太阳辐射不均匀和地表反射率失真的问题, 从而提升遥感影像质量和遥感信息提取的精度。但是, 现有地形校正模型存在过校正、波段间校正效果不稳定以及校正效果不理想等问题。本文根据Minnaert地形校正模型系数k和地物二向性反射特性的相关性, 对Minnaert模型进行改进, 提出了一种考虑地物类型的Minnaert地形校正模型（CMinnaert校正模型）, 并在地物预分类中采用地物一级分类和分植被疏密程度分类两种方式, 用以验证CMinnaert模型的稳定性并提出最佳地物类型划分方案。首先对待校正影像进行地物类型预分类, 其次逐波段针对各地物类型分别进行系数k的拟合求解, 然后使用各波段各地物类型的系数k对该范围的遥感数据进行Minnaert地形校正。以河南省商城县的Landsat 8/OLI影像为实验数据, 分别利用余弦校正模型、SCS校正模型、Minnaert校正模型、分坡度的Minnaert校正模型和CMinnaert校正模型对研究区影像进行地形校正, 通过目视对比和统计数据分析的方式, 评估各算法性能及地形校正效果。研究结果表明, 本文提出的CMinnaert校正模型有效地削弱了地形效应对遥感影像辐射亮度值的影响:与原始影像和其他四种地形校正结果相比, 进行地物一级分类的CMinnaert校正模型有效降低了各波段辐亮度与太阳入射角余弦的线性拟合R2,未出现过校正现象; 分植被疏密程度分类的CMinnaert模型在第1、5波段有效削弱了其他校正模型的过校正问题, 其余波段辐亮度与太阳入射角余弦的线性拟合R2是六种模型中最低的两种地物预分类方式的CMinnaert模型校正效果都较稳定且明显优于其他四种地形校正模型; 地物一级分类的CMinnaert模型与分植被疏密程度的CMinnaert模型目视比较、太阳入射角余弦相关性分析、辐亮度直方图和阴阳坡光谱特征分析结果基本一致, 考虑到CMinnaert模型的算法效率和实际应用能力, 本文建议在进行CMinnaert地形校正应用时采用地物一级分类的方式。
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  PDF(472)

  摘要(310)

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• 一种新型语义分割的建筑物提取方法
• 龙丽红,朱宇霆,闫敬文,刘敬瑾,王宗跃

• 摘要：高分辨率遥感图像语义分割在航空图像分析领域具有重要的理论和应用价值。但由于高分辨率遥感图像中楼房语义的丰富性和图像背景的复杂性,以往的分割方法往往容易产生边缘模糊、细节信息丢失和分辨率低等缺点。为了解决高分辨率卫星图像语义分割边界模糊和信息丢失的问题,本文提出一种端到端的卷积神经网络Dilated-UNet(D-UNet)。首先通过改进U-Net网络结构,采用Dilation技术拓展四通道的多尺度空洞卷积模块,每个通道采用不同的卷积扩张率来识别多尺度语义信息,从而提取更丰富的细节信息。其次设计了一种交叉熵和Dice系数的联合损失函数,更好的训练模型以达到预期分割效果。最后,在Inria航空图像数据集上进行综合评估与检验,实验结果表明提出的遥感图像分割方法能够有效地从高分辨率遥感图像中进行像素级城市建筑物分割,分割精度更高,优于其它方法,具有较高的实际应用价值。
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  PDF(904)

  摘要(470)

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• 基于MAX-DOAS和TROPOMI对北京冬季对流层NO2污染监测和对比分析
• 杨东上,罗宇涵,曾议,周海金,司福祺,窦科,詹锴,刘文清

• 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月至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，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。
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  PDF(663)

  摘要(365)

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• 2005-2016年南极冰盖物质平衡精细评估
• 林依静,程晓,刘岩,于志同,沈强,赵励耘

• 摘要：在全球变暖背景下，精细评估南极冰盖物质平衡可以深入探索南极冰盖变化对海平面上升的影响。基于最新的多源遥感冰盖产品，本文改进了通量法（IOM）在触地线处冰通量的评估方法，并逐年逐流域评估了2005-2016年南极冰盖物质平衡及变化，探讨了其变化的动力学和气候学原因。本文实现了触地线处冰通量的精细评估，与国际同期结果比较此方法结果更合理；同时，对比结果显示细微的数据差异和方法差异会造成IOM法物质平衡估算结果的明显差异。2005-2016年期间，南极年冰盖物质平衡基本处于物质流失状态，年均物质损耗量为109.1±34.9 Gt yr-1，年际间波动为±84.1 Gt yr-1。南极冰盖物质损耗由西南极主导，占总物质损耗量的65.1%；东南极整体处于正平衡状态，但威尔克斯地流域存在明显的物质损耗；南极半岛地区在零平衡状态下波动；岛屿冰通量首次被单独评估，处于负物质平衡状态。冰盖物质平衡变化从整体来看是由表面物质平衡主导的，受年际变化的气候学因素影响；从小尺度范围来看，冰架变薄、冰川崩解导致的触地线处冰通量的动力学变化影响了部分物质损耗严重区域的物质平衡变化，使其在崩解事件发生的年份流失的冰物质量增加。
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  PDF(373)

  摘要(420)

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• 基于林区植被穿透率分析的多源DEM数据精度评价
• 蔡士雪,岳林蔚,尹超,邱中航

• 摘要：随着现代遥感观测技术的不断发展，目前已经有多个版本的公开高程数据集。然而，在林区，由于植被对电磁波的遮挡或吸收作用，遥感手段探测得到的高程不能反映真实的地表信息，存在系统偏差的影响。为了分析多源DEM产品在林区高程偏差的特性，本文选取了美国马里兰州和索诺马县为研究区域，对比不同地形、不同林区类型条件下雷达DEM产品SRTM1、TanDEM-X 90和光学DEM产品AW3D 30与裸地参考高程3DEP的差值，得到三类高程产品的林区穿透率，并结合林区类型、植被冠层高度、冠层覆盖度和坡度等辅助数据进行差异分析。结果表明，在所有研究区域中，C波段雷达数据SRTM1的整体林区穿透率最大，尤其是在马里兰州常绿针叶林，其整体穿透率可达0.771。而基于X波段雷达观测的TanDEM-X 90和光学数据AW3D 30的林区穿透率相当。三类高程产品在针叶林中的林区穿透率大于在阔叶林中的林区穿透率，且林区穿透率均随着冠层覆盖度的增加而减弱，其中TanDEM-X 90和AW3D 30的林区穿透率减弱幅度较大。除探测波长影响外，主要原因是TanDEM-X 90和AW3D 30都是由高分辨率数据采样得到，重采样前的高分辨率原始数据更容易检测到树木之间的开阔区域。因此，在林区中对SRTM1、TanDEM-X 90和AW3D 30三类高程产品进行应用时，应综合考虑传感器波段的穿透性、林区类型、冠层覆盖度以及坡度的影响，根据每个产品的林区穿透率去除植被冠层高度，以获取更加精确的地表信息。
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  PDF(484)

  摘要(312)

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• 一种基于深度学习与随机森林的PM_2.5浓度预测模型
• 彭豪杰,周 杨,胡校飞,张 龙,彭杨钊,蔡心悦

• 摘要：针对PM2.5浓度预测中传统机器学习算法无法对数据内部隐藏特征进行深层次挖掘，而深度学习算法在数据较少情况下效果不佳的问题，综合考虑深度学习与随机森林的特点，提出一种基于深度学习与随机森林的PM2.5浓度预测组合模型。模型以气溶胶光学厚度（AOD）遥感数据、气象再分析数据和PM2.5地面观测数据构建训练数据集，通过深度学习方法对训练数据内部深层次隐含特征进行提取，将提取得到的隐含特征用于随机森林模型训练，并使用随机森林回归算法得到PM2.5浓度的预测值。为验证方法的有效性，以河南省区域2018~2019年的PM2.5浓度估算为例，将原始特征与利用CNN、LSTM和CNN_LSTM所提取特征共同构建的新特征分别通过随机森林回归、支持向量回归以及K近邻回归等三种传统机器学习方法进行训练和预测。实验结果表明，在较少数据情况下PMCOM模型无论是在整体预测还是在分季节预测场景下均具有较好的预测精度，其中以LSTM为特征选择器，RF为回归器的组合模型是本实验的最优模型，在即使只有35%的数据作为训练样本时，整体预测实验中R2仍可达0.89，各季节预测实验中R2均在0.75以上。
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  PDF(1022)

  摘要(368)

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• FY3B/MWRI北极海冰密集度ASI算法反演研究
• 李乐乐,王晓雨,陈海花,苏洁,管磊

• 摘要：近年来，由于“北极放大”的气候效应，使得北极海冰变化受到了越来越多的关注。而作为海冰被动微波遥感的主要参数，海冰密集度能够表征海冰的主要状态，可用于指导极区走航以及进行不同尺度的海冰变化研究。通过该参数还可以计算出海冰面积、海冰范围等信息，对极区冰情预测以及气候变化研究具有重要意义。本研究探讨了如何利用FY3B/MWRI（FengYun-3B/MicroWave Radiometer Imager）较高分辨率通道数据来反演北极地区海冰密集度。基于ASI（ARTIST（Arctic Radiation and Turbulence Interaction STudy）Sea Ice）算法，本研究通过改进算法系点值的方法反演了北极地区海冰密集度，并将反演结果与MWRI海冰密集度产品进行了对比。首先利用Aqua/MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）反射率数据获得的海冰密集度对二者进行了验证。结果表明，本研究选用的新系点值ASI算法在全部数据集范围内的平均偏差与MWRI海冰密集度产品相当，但标准偏差和均方根误差均较之明显降低，且在海冰密集度低于95%时精度远高于MWRI产品。然后将二者与不莱梅大学的SIC_UB(Sea Ice Concentration from University of Bremen)海冰密集度产品进行了对比，其中本研究反演海冰密集度与SIC_UB产品的平均偏差和标准偏差分别为3.3%和10.6%，低于MWRI产品与SIC_UB产品之间的5.9%和16.4%。最后，对本研究反演结果、MWRI产品、NSIDC/AMSR-E(National Snow and Ice Data Center/Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS)产品以及SIC_UB产品的日均海冰密集度和海冰面积、海冰范围进行了时间序列对比，结果表明本研究反演海冰密集度的数值在三种统计方式下均显著低于MWRI产品，且较之更接近NSIDC/AMSR-E和SIC_UB产品。本研究利用国产卫星亮温数据反演的北极地区海冰密集度具有较高空间分辨率和较高精度，有利于北极地区气候变化的长时间序列研究。
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  PDF(537)

  摘要(269)

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• 海洋一号卫星水色水温扫描仪红外信息获取技术
• 范文龙,黄小仙,傅雨田

• 摘要：自2000年至今，我国已发射了海洋一号A、B、C与D四颗太阳同步海洋光学遥感卫星。对海温分布与变化的探测是海洋一号卫星主载荷水色水温扫描仪（简称水色仪，COCTS）的主要任务之一。考虑到对海冰和海洋上空台风等气象要素的同时探测，实际水温探测通道的动态范围要求涵盖200K?320K的温度区间。由于某些洋面区域微弱温度的变化将会导致严重天气灾害的发生，因此海温探测通道还需满足探测灵敏度与定量化的精度要求。本文旨在依据技术指标要求，设计水色仪红外通道的信息获取电路，包括对探测器微弱信号进行放大的前置放大电路，消除基础电平以提高动态范围的交流放大器，以及实现信号的直流恢复与动态范围调整的通道放大电路。基于对所使用的光导型红外探测器工作机理的研究，结合水色仪的系统组成与特性，为确保同时满足高动态范围与高灵敏度这一对相互矛盾的指标要求，通过理论分析计算、电路仿真等方法，确定各级放大电路的形式及参数。为实现整个扫描视场的稳定基准电平探测与单像素信号探测，设计相应的高通与低通滤波器，并在真空环境模拟实验室对水色仪的系统性能进行测定，以验证信息获取电路设计的合理性。在实验室进行的红外辐射定标结果表明，水色仪两个红外通道的动态范围分别覆盖了177K~327K和173K~324K，均满足200K~320K的技术指标要求；两个红外通道在整个动态范围内的噪声等效温差（NETD）分布在20mK~110mK之间，而在考核位置300K处则达到了21mK~34mK，远优于0.2K的技术指标要求。空间测试环境较实验室复杂，测量精度亦有一定的差异。在轨测试结果表明，两个红外通道的动态范围分别覆盖了186K~328K和185K~326K，在整个动态范围内的NETD根据所选目标区域开窗大小的不同分布在50mK~110mK之间，性能优于技术指标要求。红外通道能够实时跟踪星上黑体信号随时间与周围环境的变化，可据此来对红外通道的定标系数进行即时修正，从而达到预期的在轨实时辐射定标的目的，为定量化反演海温奠定了基础，并能获取且制作出高质量的全球海温产品。
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  PDF(436)

  摘要(339)

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• 基于多尺度深度特征融合网络的遥感图像目标检测
• 范新南,严炜,史朋飞,张学武

• 摘要：本文针对现有方法对遥感图像目标检测准确率低的问题，在更快速区域卷积神经网络Faster R-CNN（Faster Region Convolutional Neural Networks）算法的基础上对其进行改进，提出一种新的遥感图像目标检测算法。该算法把Faster R-CNN算法中的VGG（Visual Geometry Group）特征提取网络替换为残差网络ResNet（Residual Networks），在此基础上加入特征金字塔网络以充分表达语义信息和位置信息，并使用焦点损失函数替代Faster R-CNN算法中的交叉熵损失函数以解决难易样本对总损失贡献的权重问题，最后对NWPU VHR-10数据集和RSOD数据集采用数据增广方法以解决数据集中图像样本数量少的问题。为验证本文算法的效果，进行了两组对比实验。第一组实验为本文提出的改进模块在NWPU VHR-10数据集和RSOD数据集上的消融实验；第二组实验为本文算法与其他算法在NWPU VHR-10数据集上的对比实验。实验结果表明，本文算法在NWPU VHR-10数据集和RSOD数据集上的多类平均准确率分别达到93.4%和93.0%，比Faster R-CNN算法提高了10.6%和7.8%，同时也高于现有的其他几种算法。
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  PDF(453)

  摘要(320)

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• 基于CYGNSS数据的土壤盐分反演方法研究：以黄河三角洲为例
• 王俊栋,孙志刚,杨婷,朱康莹,邵长秀,彭金榜,李仕冀,王玮莹,高祎男,岳焕印

• 摘要：土壤盐碱胁迫是植物生产力低下的关键因素，也是全球盐碱区可持续发展的瓶颈；如何较为高效可靠地获取区域土壤盐分信息是需要优先解决的问题。随着全球导航卫星系统反射测量GNSS-R（Global Navigation Satellite System Reflectometry）的迅速发展，运用星载GNSS-R测量区域范围的土壤盐分成为一种可能。全球飓风导航卫星系统CYGNSS（The Cyclone Global Navigation Satellite System）作为星载GNSS-R计划的重要组成部分之一，其卫星传感器使用的L波段能够敏感地获取土壤介电常数信息，为反演土壤盐分提供了理论基础。本文以CYGNSS作为主要数据源，选取土壤盐渍化十分严重且具有典型代表性的黄河三角洲区域作为研究区域，首次探讨CYGNSS反演土壤盐分的可行性，并建立了一套土壤盐分的反演方法。首先，利用基于相干信号的双基雷达方程对 CYGNSS 数据进行计算获取地表反射率，并校正地表反射率的地表粗糙度和植被衰减效应，计算得到土壤介电常数的幅值；然后，以改进的Dobson-S土壤介电常数模型为物理模型结合土壤水分主动-被动探测卫星SMAP（Soil Moisture Active Passive Mission）土壤水分产品数据为主要的辅助数据，构建一套土壤盐分反演方法，完成2020年5月份黄河三角洲高效经济生态区的土壤盐分反演；最后，利用实测电导率数值对反演结果进行真实性检验，决定系数（R2）为0.94、均方根误差（RMSE）为1.06 mS/cm，拟合精度较高。本研究成果表明运用CYGNSS反演土壤盐分具有一定的可行性，并为区域尺度上的土壤盐分提供一种新思路。
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  PDF(657)

  摘要(473)

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• MODIS NDSI产品去云算法及最优阈值选择研究
• 王晓艳,陈思勇,郭慧,谢佩瑶,王建

• 摘要：归一化差值积雪指数NDSI是积雪识别中最常用的指数，但由于云的遮挡限制了MODIS NDSI产品的应用。本文提出了一种基于邻近相似像元的MODIS NDSI产品去云方法，并分析了无云NDSI序列在积雪识别中的最优阈值。对于NDSI影像上某一个云遮挡的目标像元，选取目标像元的n个邻近相似像元进行加权平均来预测该目标像元的NDSI值。以东北积雪区2017年10月1日至2018年4月31日一个积雪季的NDSI产品进行去云实验，并采用“云假设”的方法进行了检验，所预测到的云覆盖像元NDSI值与实际值的相关系数达到0.95，均方根误差为0.08。将逐日无云NDSI序列与气象站点测量的雪深序列进行对比，二者具有很好的一致性。气象站点的测量雪深大于等于1cm时，假定该站点所在的像元为有雪像元，并以此为真值，分析无云NDSI序列在积雪识别中的最优阈值。结果表明，非森林地区NDSI阈值为0.1时积雪提取的精度最高，可以达到95.6%；森林地区的NDSI最优阈值为0，对应的积雪提取精度为93.5%。
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  PDF(664)

  摘要(347)

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• 面向地震应急调查的遥感技术应用现状及趋势分析
• 李强,张景发,龚丽霞

• 摘要：地震是一种会造成人类生命财产重大损失的突发性自然灾害，震后第一时间启动应急响应并开展灾情的快速评估能有效地减轻地震灾害带来的破坏。空间对地观测技术为宏观性的地震应急与调查工作提供了便捷、经济的途径，随着空间对地观测技术与数据处理技术的不断发展，各国学者对遥感应急调查开展了大量深入的研究工作，相关研究成果已广泛地应用于地震应急的实际工作中。但是，遥感数据类型与处理技术的多样化也带来了应急信息的散乱，导致遥感快速应急响应系统性不强，使得应急服务不持续，一定程度上限制了遥感技术的效能。为此，针对现阶段遥感技术在地震应急调查中的应用情况，在总结地震应急调查常用遥感技术手段的基础上，分析了遥感快速应急响应面临的技术挑战，重点梳理了地震应急不同阶段对遥感数据及应急专题产品产出类型与时效性的现实需求，结合震后灾区影像数据的情况，系统地分析了光学、雷达、激光雷达遥感技术在地震应急调查应用中的技术现状与存在的问题。在实际地震应用案例分析的基础，总结剖析遥感应急工作存在的问题，并重点从海量数据快速处理、震害信息智能化提取、多源数据协同分析三个技术层面论述了遥感地震应急面临的核心困难，基于此，结合在轨数据实时、海量数据快速处理就灾情智能化识别的多技术联合、多源数据协同分析、发展敏捷卫星等几个方面论述了未来遥感技术在防震减灾中的发展趋势，以期推动遥感监测手段提供动态、实时、持续的空间信息应急服务能力，提高地震应急工作的快速响应、精细化与业务化应用能力。本文的研究可以为多源遥感技术在地震应急调查中的科研及业务应用提供很好的参考，更高效的发挥遥感技术在防震减灾工作中的应用能力与水平。
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  PDF(277)

  摘要(372)

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• 被动微波土壤水分遥感产品空间降尺度研究：方法、进展及挑战
• 赵伟,文凤平,蔡俊飞

• 摘要：土壤水分不仅在地表水、能量以及碳循环中发挥着非常重要的作用，其时空变化也是影响和反映气候变化的关键因子。虽然被动微波遥感技术是目前监测大尺度范围土壤水分变化最为成熟的技术手段，但是其土壤水分产品空间分辨率往往较低（几十千米不等），不能满足区域和局地尺度的应用需求。鉴于这一问题，空间降尺度逐渐成为了提高被动微波土壤水分遥感产品空间分辨率的主要方式，也是当前遥感研究领域的热点之一。为此，本文总结、分析了近二十多年来国内外被动微波土壤水分遥感产品空间降尺度研究进展，系统归纳了经验性、半经验性和基于物理机理的三大类降尺度方法，并就各方法特征进行了详细说明，概述了各方法的优势和缺点。归纳而言，虽然被动微波土壤水分遥感产品空间降尺度方法众多，但可靠的高分辨率降尺度土壤水分产品仍较少，这与被动微波土壤水分遥感产品、降尺度关系模型方法、以及降尺度辅助因子等有着直接的关联。未来相关研究应重点结合多源遥感数据建立适用性强、精度高的降尺度关系模型，进而实现时空无缝的高时空分辨率降尺度土壤水分产品的生产，为推动土壤水分遥感产品在农林业管理、自然灾害监测、水文过程分析等区域应用中提供支持。
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  PDF(613)

  摘要(337)

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• 面向地球固体潮宏观观测的空间技术发展综合分析
• 吴凯,纪策,骆磊,王心源

• 摘要：地球固体潮的观测和研究一直是地球科学研究的重点内容。地面台站存在其固有的局限性,而空间技术的发展使得固体潮现象的宏观观测成为可能。本文通过理论模型模拟得到了固体潮全球尺度下的时空分布特征,并从这些特征出发探讨了与固体潮宏观观测相匹配的空间技术发展潜能。主要包括InSAR技术与GNSS、VLBI、SLR等测距技术相结合的广域地面点位移监测能力以及重力卫星数据解算时变地球重力场的能力。然后就InSAR技术在时间基线和测绘带宽度上的需求,对低轨、倾斜同步卫星轨道、月基三种空间平台进行模拟,并分析了各平台的优势与不足。结果表明,新一代重力卫星组网和新的遥感对地观测概念平台均具备固体潮宏观观测潜力,其中月基InSAR或可发展成为最理想手段,其他空间技术的发展可以为月基平台失相干时段提供一定补充,实现优势互补。
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  PDF(296)

  摘要(357)

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• 耦合地表方向反射特性的城市地区气溶胶光学厚度遥感反演
• 田信鹏,高志强,刘强,王跃启

• 摘要：地气分离是气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth，AOD）卫星遥感反演中的难点之一，当前大多反演算法一般将地表假定为朗伯体，这使得反演结果在城市等高异质地区具有较大的不确定性。本文利用长时间序列MODIS BRDF/Abledo产品，通过离散余弦变换的惩罚最小二乘估计时空滤波算法构建了地表BRDF形状因子先验知识数据集。通过耦合考虑地表各向异性反射特性的辐射传输前向模型及半经验核驱动模型，以先验知识数据集为驱动进行地表参数估算，实现考虑地表BRDF效应的气溶胶遥感反演。基于该算法，以北京为研究区开展了Landsat-8 OLI传感器AOD反演实验，并使用AERONET地基观测数据及朗伯假设反演和地表反射率数据库支持反演进行交叉对比，结果表明，新算法在城市/植被地区的反演点对在期望误差线内比重为84.6%/86.0%，表明可以有效地改善朗伯假设对AOD的高估。此外，通过与MODIS气溶胶产品（MOD04及MCD19A2）对比验证，新算法获取的AOD与AERONET观测值具有更高的一致性（R > 0.987，RMSE < 0.117），城市站点反演结果在误差线内的占比较MODIS DT、DB、DTDB及MAIAC产品分别提高了46.8%、13.9%、14.7%及4.4%，且有效对比点数高于MODIS产品。新算法可以获取500 m空间分辨AOD，能提供空间更为连续的分布信息，显示了在支持区域污染精细管控、重点城市污染传输通道监测及污染物溯源等领域的应用潜力。
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  PDF(480)

  摘要(282)

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• 基于深度卷积神经网络的遥感影像水体识别
• 王国杰,胡一凡,张森,茹易,陈开南,吴梦娟

• 摘要：从遥感图像中快速准确地提取水体信息对水资源和洪涝灾害监测有重要意义。本文对多维密集连接深度卷积神经网络（DenseNet）进行改进，应用于高分一号卫星数据进行洪泽湖流域的水体识别，并采用多种评价指标，与ResNet、VGG、HRNet等神经网络模型和归一化差异水体指数法（Normalized Difference Water Index，NDWI）等的水体识别结果进行对比。结果表明，ResNet、VGG、HRNet、DenseNet等深度卷积神经网络，在遥感水体识别方面均显著优于传统的水体指数方法。本文在经典的DenseNet网络结构中增加了上采样过程和跳层连接，其水体识别效果明显优于传统的ResNet、VGG等网络结构；DenseNet网络与最新提出的HRNet网络识别的水体区域较为接近，但识别精度指标与训练效率优于HRNet。
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  PDF(1047)

  摘要(420)

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• 基于Sentinel-2A/B的新疆典型城市不透水面提取及其空间差异分析
• 段潘,张飞,刘长江

• 摘要：随着城市化进程加快，自然地表物理结构及属性的变化使得城市不透水面不断增加，进而造成城市土地覆盖类型剧烈变化，极大地影响着其环境质量和生态循环。因此，探讨不透水面的空间变化规律，对建设生态、和谐、宜居城市变得极为重要。本文选取新疆典型城市（乌鲁木齐、喀什、哈密及克拉玛依）主城区为研究区，通过对Sentinel-2A/B影像L2范数归一化处理，结合增强型归一化差值不透水面指数(Enhanced Normalized Difference Impervious Surface Index, ENDISI)，采用最大类间方差法(OTSU)自适应确定阈值，提取2017和2019年新疆典型城市不透水面。结果表明：L2范数归一化处理与ENDISI结合能较好的突显不透水面与非不透水面的差异；OTSU自适应确定的阈值能够很好的区分不透水面，经示例验证（2019年乌鲁木齐主城区），不透水面提取结果总体精度为86.6%，kappa系数为0.733。通过对不透水面空间差异分析可知：从剖面线角度分析得出乌鲁木齐北部、喀什中部和北部及哈密中东部和北部ENDISI指数值均显著增加，而克拉玛依北部和中西部区域ENDISI指数值增加较少；从不透水面盒维数分析中得出，新疆典型城市的盒维数值均呈增加趋势，城市结构复杂度不断增强，其中哈密盒维数值最大，乌鲁木齐盒维数值最低，且哈密的盒维数值变化幅度最大，克拉玛依的盒维数值变化最小。本文可为新疆典型城市内涵式发展提供科学指导，为干旱区城市生态环境保护提供理论依据。
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  PDF(556)

  摘要(438)

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• 基于Stacked ConvLSTM的时间序列森林火烧迹地检测
• 李淑君,郑柯,唐娉,霍连志,袁媛

• 摘要：确定森林火烧迹地发生的准确时间点以及空间范围对于森林的受损评价、管理、碳核算以及森林恢复的管理有重要意义。由于森林火烧迹地在空间分布上具有一定的连续性，现有的森林火烧迹地提取方法大都采用先分类再后处理的两步处理策略来抑制虚警像素的影响。本文提出将时空检测方法Stacked ConvLSTM用于时间序列森林火烧迹地的检测，在保持结果具有较好空间连续性的基础上避免了具有主观性的后处理操作，实现端到端提取森林火烧迹地信息，提升了森林火烧迹地的提取精度。本文采用MODIS时间序列数据，基于2001-2008年以及2001-2016年的黑龙江沾河林业局伊南河林场和内蒙古毕拉河林业局北大河林场两个区域的历史时间序列，分别对两个区域2009年以及2017年发生的特大火灾区域进行火烧迹地检测，利用Stacked ConvLSTM、Stacked LSTM以及bfast算法在两个区域的MODIS时间序列中提取森林火烧迹地，并将火烧迹地检测结果与ESA发布的Fire_CCI 5.1火烧迹地产品进行对比分析。结果表明：首先，从目视效果来看，在研究区域Ⅰ，Stacked ConvLSTM检测的结果比Stacked LSTM和bfast算法错误检测点少并且在空间分布也保持较高连续性。在研究区域Ⅱ，Stacked ConvLSTM检测到了较完整的火烧迹地区域。其次，在定量的精度评价指标上，在第一个研究区域，Stacked ConvLSTM的精确度比Stacked LSTM和bfast算法分别高出0.120和0.405，并且召回率、准确度和F1-score也更高，Fire_CCI 5.1召回率虽更高，由于错检区域较大，其他精度指标远低于Stacked ConvLSTM。在第二个研究区域，Stacked ConvLSTM精确度达0.924，召回率、准确度和F1-score相比Stacked LSTM和bfast算法以及Fire_CCI 5.1更高。
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  PDF(618)

  摘要(374)

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• 日食对我国大气边界层热力状态的影响分析
• 雷连发,王振会,马盈盈,李成伟,刘晓璐,曹江平,白水成,朱磊,卢建平

• 摘要：地球的能量主要来源于太阳，太阳的辐射变化对地球大气边界层有着潜在的影响。日食过程中太阳被遮挡减少了到达地球的热辐射能量，大气热力状态被改变，为我们研究大气层热力状态的变化提供了一个好的机会。2020年6月21日，在我国境内出现了一次日环食，除日环食带以外我国其他地区都可见到日偏食。为了研究日食对边界层大气热力状态的影响，本文分析了西安、遵义、南宁和宜宾四个不同地区的微波辐射计实时连续观测的大气温湿度廓线数据，研究日食期间不同日面遮挡程度对不同边界层高度上大气热力状态的变化及其受天气条件的影响。结果表明，日食期间大气边界层温湿度受到日食的影响较为明显。从日食开始到最大时刻由于到达地球的太阳辐射能减少，边界层大气温度也开始降低，在日食从最大时刻到结束期间，从太阳到达地球的辐射能量逐渐增大，边界层温度开始上升。日食过程中相对湿度变化与温度相反,四个站点温度变化最大约4℃，相对湿度变化超过10%，各个高度层温湿度变化明显滞后日食过程约15～20分钟。日食过程中，月球对日面遮挡越多，日食对边界层大气温湿度廓线的影响也越明显。日食对边界层大气温湿度的影响随着高度的增加逐渐减弱，日面被遮挡的面积越少日食对边界层影响的最大高度也就越低。在有云层和降雨情况下，日食对边界层大气温湿廓线的影响将会减弱。
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  PDF(417)

  摘要(341)

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• 考虑植被端元变异性的光谱解混方法
• 韦钦桦,罗文斐,唐凯丰

• 摘要：植被光谱变异性广泛存在于遥感图像当中，本文尝试通过PROSAIL辐射传输模型来描述植被端元变异性，并提出一种光谱解混方法，实现逐像元地估计植被变异性端元。具体地，面向植被-土壤背景两端元的场景，在非负矩阵分解框架下，利用PROSAIL辐射传输模型从机理上描述植被端元的变异性，并通过两组神经网络来分别实现辐射传输模型的反演与正算，从而更高效地拟合植被端元，最终得到一种能逐像元求解变异性植被端元的光谱解混算法。由于该方法求解了植被端元的空间变异光谱，因此，能够对植被参数遥感反演的尺度效应进行纠正。为此，本文进一步以LAI尺度效应为例，通过无人机图像实验来验证该方法的有效性。实验结果得出，经过光谱解混方法处理后，该方法能较准确地估计植被端元，并能使LAI尺度效应均方根误差RMSE能够从0.2151降低到0.0896，有望提升遥感植被信息提取的精度。
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  PDF(531)

  摘要(346)

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• 基于时序自注意力机制的遥感数据时间序列分类
• 张伟雄,唐娉,张正

• 摘要：遥感影像时间序列为土地覆盖分类研究提供了重要的数据基础，利用深度学习提取时序分类特征一直是研究的热点，而基于循环网络和卷积网络的深度学习模型在训练样本不均衡时往往难以在小样本地类上取得高精度分类结果，针对这一问题，本文引入自然语言处理领域最新的自注意力机制方法用于多光谱遥感时序数据分类。通过对Transformer编码器进行两点改进：(1) 在多头注意力前添加特征升维层，提升数据的光谱信息；(2) 使用拉伸后降维取代全局最大值池化(Global Maximum Pooling, GMP)作为特征维度降维策略。构建基于时序自注意力机制的特征提取网络，与循环网络和卷积网络进行对比，利用公开的多光谱遥感时序数据集评估本文所用方法对于小样本类别精度提高的有效性。实验结果表明本文基于时序自注意力机制构建的特征提取网络能够有效应用于多光谱遥感时序数据分类问题，并对小样本地类分类精度提升有所帮助。
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  PDF(811)

  摘要(568)

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• 基于高分五号痕量气体差分吸收光谱仪的地表UV-B辐照度初步反演
• 麻文杰,赵欣,周海金,司福祺,罗宇涵,杨东上,杨太平,钱园园,汤付颖

• 摘要：地表UV-B辐照度会对地球生态系统产生非常重要的影响。利用卫星遥感探测，可实现全球地表UV-B辐照度的长期探测，对于生态系统评估和大气科学研究等具有重要意义。目前基于国产卫星的地表UV-B辐照度产品较少，因此本文开展了高分五号卫星大气痕量气体差分吸收光谱仪（EMI）的地表UV-B辐照度的初步反演。首先基于地表UV-B辐照度的敏感性分析结果，建立无气溶胶情况下晴空地表UV-B辐照度查找表，随后提出了云、气溶胶场景下的校正方法，实现了全球地表UV-B辐照度的反演。最后，为验证该算法的准确性，将EMI结果分别与欧洲OMI卫星数据、WOUDC地面站点数据进行了对比，其中与OMI数据的相关系数大于0.9，与WOUDC地面站点数据的相关系数达到0.97。研究结果表明EMI载荷的地表UV-B辐照度产品准确性高，为后续地表UV-B辐照度等相关产品的发布提供研究基础，也证明了该载荷在全球地表紫外辐射时空分布监测应用中的能力。
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  PDF(418)

  摘要(267)

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• 核电温排水基准温度星地协同提取与分析-以宁德为例
• 王雅萍,马秀秀,李家国,朱利,李凯云

• 摘要：核电在我国正式进入积极推进建设时期，而核电温排水对周边水域环境的影响监测与评估不仅为核电机组的规划、建设、运行等过程提供重要决策依据，同时也对海域水质和生态保护具有重要价值。客观精准的基准温度提取是温排水热污染遥感监测与评估的基础，本文以宁德核电站星地同步监测为例，通过对72个离散测量点位温度垂直剖面特征进行分析，将其划分为7种不同剖面形态，从中归纳出稳定温度点，并据此构建基准温度星地协同提取“实测稳定温度法”，解决以往地面测量监测和热红外遥感监测在实施过程中基准温度计算相互独立、未进行星地协同处理，致使监测结果可比较性相对较弱等问题。研究结果表明，基于实测稳定温度法提取得到的温排水星地同步监测结果从分布范围、强度到扩散趋势最为一致，提取效果明显优于其他基准温度提取方法；实测稳定温度法监测星地面积差异最小，为1.53 km2，相对于其它方法精度提高了4~10倍，而多点平均温度法(近岸多点)、取水口温度法、邻近区域温度替代法、校正的海湾平均法、半径区域平均温度法(5 km半径)、温升混合区最低温度法的星地面积差异分别为11.95 km2、11.12 km2、7.69 km2、6.61 km2、8.46 km2和14.93 km2。实测稳定温度法能够更客观、准确的提取核电站温排水热污染分布范围和大小，在核电温排水热污染监测中具有重要的应用价值。
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  PDF(523)

  摘要(353)

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• 白洋淀水体总磷总氮高光谱反演模型比较研究
• 陈洁,张立福,张红明,张琳珊,岑奕,童庆禧

• 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。光谱法水质监测因其快速高效、无二次污染等特点，成为当前遥感水环境研究的热点。通常的TP、TN反演模型或是基于实验室配置标准液进行光谱测量而建立的，或是基于采集的全样本进行建模，这种方式构建的模型虽具有较好的回归效果，但水体中由于各种水质参数的相互影响，TP、TN的浓度分布不均匀，预测值存在高于或低于建模样本浓度的可能，使得实际的预测效果并不理想。鉴于此，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，讨论了不同浓度范围的样本建模对反演模型的影响，确定了模型对超出建模浓度值样本的预测能力。通过5种不同方式的建模和预测分析，其结果表明：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。
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  PDF(565)

  摘要(346)

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• 基于光谱-空间注意力双边网络的高光谱图像分类
• 杨星,池越,周亚同,王杨

• 摘要：在过去几年里,卷积神经网络已经在高光谱图像分类上取得良好的效果,然而高光谱图像的高维性和卷积神经网络对所有波段的平等处理,限制了这些方法性能。本文提出了一种端到端的光谱空间注意力双边网络(SSABN),直接将原始图像3D块作为输入数据,而不需要进行预处理。首先,通过光谱空间注意力模块从原始数据中增强有用波段,抑制无效波段。然后设计双边网络两条路径。其中,空间路径用于提取空间信息,上下文路径用于提供更大的感受野,并通过特征融合模块有效的结合特征。实验结果表明,SSABN在三个公开数据集上取得了更高的分类精度,同时有效的减少训练时间。
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  PDF(895)

  摘要(431)

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• DMSP/OLS夜光数据的珠三角碳排放时空差异性分析
• 王艳军,王孟杰,柳林,李少春,林云浩

• 摘要：碳排放时空分布及其异质性是生态环境保护和气候变化监测研究的重要课题。本文针对珠三角城市群碳排放空间分布的精细分析，基于DMSP/OLS夜间灯光影像与土地利用数据，研究了2000-2013年珠三角城市群碳排放时空差异性，揭示了不同地市不同用地类型的碳排放时空分布特征、碳排放增长趋势和强度趋势。结果表明：① 2000-2013年珠三角城市群碳排放总量一直处于增长阶段，但受2008年金融危机影响由高速增长转为缓慢增长阶段；② 人均碳排放强度在2008年金融危机后增长速度减缓；③ 单位GDP碳排放强度在经历了2005-2008年小幅增长阶段之后，整体呈现降低趋势；④ 地均碳排放强度方面，工矿用地的地均碳排放强度由2008年金融危机前的增长阶段过渡到危机后的降低阶段，而城镇用地的地均碳排放强度一直处于持续增长阶段。研究发现，珠三角城市群碳排放在2008年金融危机前后具有明显的时空差异性，城镇用地碳排放持续增长将成为碳减排的关键问题，本研究可为碳排放估算预测、节能减排及生态环境保护提供科学参考。
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  PDF(951)

  摘要(301)

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• 基于加权融合TIR数据LST反演与硅化蚀变信息提取——以广东仁差盆地铀多金属矿区为例
• 曹海玲,王正海,秦昊洋,孙袁超,尹国盼

• 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。
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  PDF(542)

  摘要(315)

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• 利用日光诱导叶绿素荧光数据分析2007-2018年北半球植被物候特征空间格局及其变化趋势
• 周浩然,孙华,史振伟,彭飞,林沂

• 摘要：植被物候是指植被长期适应生活环境的周期性变化，形成与此相适应的生产发育节律。研究植被物候有助于我们更好地理解气候变化。目前利用植被遥感指数进行物候监测依然存在许多问题，而日光诱导叶绿素荧光（SIF）与总初级生产力（GPP）具有强耦合关系，在植被物候研究中具有很大潜力。本文利用双逻辑斯蒂函数模型，基于三种SIF数据（GOME-2,GOSIF和CSIF）计算了北半球地区2007-2018年的物候特征，并与两种GPP数据和五种植被指数（VIs）数据进行对比验证。接下来利用GOME-2 SIF数据分析了北半球地区的物候分布特征，并利用Sen斜率因子检测北半球地区的物候变化趋势，最后计算了三个主要的气候因子对植被物候变化的影响。结果表明：①基于SIF数据计算的SOS与EOS比基于VIs数据的计算结果要更加接近于基于GPP数据的计算结果。②基于GOME-2 SIF数据计算的北半球地区植被2007-2018年平均生长季始期（SOS）主要（>90%）集中在100-170 天，平均生长季末期（EOS）则主要集中在220-270 天。高海拔地区和高纬度地区相对于其他地区，SOS较晚，而EOS则较早。③2007-2018年间北半球地区的SOS主要呈显著提前趋势（平均Sen斜率因子为-0.173），而EOS则为非显著提前趋势（平均Sen斜率因子为-0.002）。④高纬度寒冷地区的物候主要受温度影响，而中低纬度干旱地区的物候主要受降水影响。总的来讲，相对于传统的VIs数据，SIF更加适合表达基于植被GPP的物候特征。相对于过去几十年，最近十年的物候变化速度减慢，尤其是EOS，保持在较为稳定的状态。
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  PDF(433)

  摘要(447)

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• 基于吸收系数的近海水体硅藻浓度反演模型研究
• 樊杰,孙德勇,王胜强,张海龙,环宇,何宜军

• 摘要：浮游植物种群结构对了解海洋碳循环，生物多样性等研究具有重要意义。针对某种浮游植物种群生物量的研究，可以掌握浮游植物种群结构变化特征。本研究基于航次实测色素数据，利用CHEMTAX方法获取近海水体硅藻浓度信息，分析实测硅藻浓度数据的空间分布状态。对高斯模型中心波长和半波宽参数进行优化，结合高斯模型分解获取的高斯峰值，分析其与硅藻浓度之间的相关关系，并遴选相关系数较高的高斯峰值。利用不同数学函数，开展高斯峰值与硅藻浓度之间的关系模型构建研究，并结合精度指标（决定系数，R2，中值误差，ME）判定各数学函数模型的硅藻浓度反演精度，以提出最优的反演模型。研究结果表明：1）实测硅藻浓度整体上呈现出近岸高，离岸低的空间分布特征，高值区域主要分布在渤海湾及长江口附近；2）硅藻浓度反演模型精度较高，通过留一交叉验证法对模型进行验证，决定系数为0.79，中值误差为49%，p值小于0.001，该模型为后续开展卫星遥感反演硅藻浓度的工作奠定了基础。
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  PDF(533)

  摘要(345)

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• 一种基于奇异值分解的DS-InSAR技术分布式散射体相位优化方法
• 彭锴,赵峰,汪云甲,闫世勇,冯瀚

• 摘要：分布式散射体(Distributed Scatters, DS)相位优化是DS-InSAR技术关键,本文提出一种新的基于奇异值分解的DS相位优化方法。采用模拟数据和33景覆盖郑州东部白沙镇Sentinel-1A数据对提出方法的可靠性与有效性进行验证和分析。结果表明,与对比DS相位优化方法相比,提出方法对干涉图DS相位优化效果更好,特别是在一些低相干区域仍然可获得较好DS相位优化结果；提出方法在降低DS相位噪声同时可较好地保持地物细节信息。此外,相较于常规PS技术形变监测结果,本文方法高质量监测点密度提高了4.3倍,较对比方法高质量监测点密度提升更显著。模拟与真实数据结果证实了本文提出DS优化方法的有效性,该方法可服务于基于DS-InSAR技术的地表形变监测。
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  PDF(322)

  摘要(438)

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• 智能手机农作物叶面积指数测量算法改进
• 汪梓鑫,屈永华

• 摘要：叶面积指数(leaf are index, LAI)是表征植被冠层结构特征点的一个重要参数，已经成为多个对地观测系统的陆表参数标准产品，也是定量遥感模型的重要输入参数。快速、准确地获取植被LAI对于开展遥感产品验证、促进遥感模型的发展具有极为重要的意义。随着传感器性能与应用软件功能扩展，智能手机已经成为植被叶面积指数测量仪器的新选择。然而，由于手机成像传感器窄视场角的限制，现有算法依赖于叶倾角分布函数为球型分布的假设，即G函数（单位叶面积在垂直于观测天顶角的平面上的投影）恒等于0.5。因而，传统算法无法解决植被叶倾角分布未知的情况。本文提出了一种基于形状匹配的G函数估算方法，基于有限长度方法和多幅影像间隙率，计算样方内的植被冠层聚集指数，利用泊松分布模型分别得到了植被冠层有效叶面积指数(LAIeff)和真实叶面积指数(LAItru)。用黑龙江海伦农场两种农作物类型（玉米和大豆）的破坏性测量得到的时间序列真实LAI数据(LAIdes)对算法进行了验证。结果表明，算法改进之前的均方根误差（RMSE）分别是0.84（垂直拍摄）和1.33（倾斜57°拍摄），改进后LAIeff和LAItru的RMSE为分别为0.58和0.56。新算法得到LAI值在时间序列变化趋势上与实测值更为一致。本文算法扩展了农作物叶面积指数测量方法，为从智能手机影像中快速、准确提取植被叶面积指数提供了可能。后续研究将会从分析外部光照环境变化对测量结果的影响和增加不同植被类型的验证数据两个方向进一步开展工作。
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  PDF(502)

  摘要(308)

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• 基于卫星遥感的近地面PM2.5浓度反演进展
• 向娟,陶明辉,郭玲,陈良富,陶金花,桂露

• 摘要：细颗粒物（Fine Particulate Matter，PM2.5）是影响空气质量和公共健康的关键因素之一。高时空分辨率的PM2.5数据是公共健康风险评估和流行病学研究的基本需求。相较于地面站点，卫星遥感技术具有连续观测、宽覆盖和低成本的优势，基于卫星气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth，AOD）反演PM2.5质量浓度的方法已成为热点。本研究概述了卫星AOD产品反演PM2.5浓度的原理，介绍了用于PM2.5反演的主要卫星AOD产品及其反演精度；总结了现有的PM2.5估算方法及其优缺点，指出目前PM2.5反演研究存在的问题；提出未来PM2.5反演方向主要集中在高时空分辨率的PM2.5浓度重建、基于激光雷达数据的三维PM2.5浓度反演及PM2.5化学组分反演等方向。
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  PDF(1431)

  摘要(488)

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• 双极化Sentinel-1数据极化时序InSAR技术地表形变监测——以上海市浦东机场为例
• 冯瀚,赵峰,汪云甲,闫世勇,彭锴,王腾,张念斌,徐东彪

• 摘要：合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)不同极化通道数据对地物具有不同响应，利用多极化信息可提升单极化SAR数据地表形变监测能力。针对免费双极化Sentinel-1数据，已有研究对比了不同极化(VV-VH)地表形变监测能力，或基于单一相位质量评价准则对某种散射目标进行极化优化，未能充分挖掘双极化Sentinel-1数据地表形变监测潜力。为此，本文提出一种基于双极化Sentinel-1数据的自适应极化时序InSAR技术方法(Polarimetric Persistent Scatterer Interferometry，PolPSI)。以上海市浦东国际机场为研究区，基于34景双极化(VV-VH)Sentinel-1影像，利用提出PolPSI技术对研究区稳定散射目标(PS，Persistent Scatterer)与分布式散射目标(DS，Distributed Scatterer)分别进行自适应极化优化，随后基于极化优化干涉图进行地表形变监测。结果表明，采用本文PolPSI算法能有效提升干涉图相位质量，增加高质量监测像元密度，相较于常规时序PS与DS技术，提出PolPSI技术获取的监测像元密度分别提高了103%和30.8%，可较好反演机场区域形变。本文提出的基于双极化Sentinel-1数据PolPSI方法通过对极化信息的利用与挖掘，可一定程度上提高Sentinel-1数据在地表形变监测应用中的能力。
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  PDF(317)

  摘要(329)

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• 近20年（2002~2020）渤黄海真光层深度的时空变化遥感分析
• 吕军,王胜强,孙德勇,聂君伟,焦红波,张海龙,梁涵玮

• 摘要：真光层深度（Euphotic zone depth, Zeu）是指光合有效辐照度衰减为水体表面处1%时所对应的深度。它是描述水质特性的重要参数，对浮游植物光合作用，全球碳循环以及海洋环境变化的研究具有重要意义。本文基于多年在渤黄海现场实测数据，建立了针对MODIS（Moderate resolution imaging spectroradiometer）传感器的Zeu遥感估算模型，该模型表现出良好的估算精度。在此基础上，利用2002~2020年MODIS长时序卫星遥感数据，研究揭示了渤黄海Zeu的时空变化规律，结果显示：渤黄海Zeu具有近岸低、外海高的特点，并且明显表现出夏深冬浅的季节变化特征；长江口北舌状低值区夏季时往东北方向伸展，而在秋初时转向东南；在2002~2020年间，渤海、北黄海以及苏北浅滩的Zeu单调变化，而南黄海、济州岛南及长江口北的Zeu呈现波动式的变化趋势。此外，本文结合多源卫星遥感数据资料分析了Zeu时空变化的驱动因素，结果显示：在渤海、南黄海、北黄海及苏北浅滩，Zeu的时空变异受多种驱动因素的综合影响，其中海表面温度和光合有效辐射对Zeu的变化呈正向驱动，而风速和总悬浮颗粒物浓度呈负向驱动；此外，长江径流量对长江口北Zeu的变化也起着负向驱动作用（相关系数R = -0.55）。
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  PDF(866)

  摘要(367)

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• 结合辐射传输模拟与浅层神经网络的 FY-3D MERSI影像云识别
• 金适宽,马盈盈,龚威,叶志伟,夏小鱼

• 摘要：本文结合辐射传输模型和机器学习提出了一种从FY-3D卫星MERSI II传感器光学影像中识别云像元的方法：CRMC (Combine Reflectance simulation and Machine learning for Cloud detection)。该方法通过设置变化的地物和大气内在光学特性（Inherent Optical Properties，IOPs），达到考虑多种下垫面的二项反射特征和不同大气条件下气溶胶和云参数的目的。CRMC方法主要包含三个步骤：1）通过聚类分析从MODIS二项反射参数产品中分离出11种典型下垫面地表反射参数；2）将随机设置的气溶胶和云参数以及地表反射率参数（即IOPs）输入SBDART辐射传输模型，得到模拟的反射率值数据集，并以此训练浅层神经网络模型；3）利用浅层神经网络模型逐像元预测云概率，并根据实际需要确定区分云像元和非云像元的云概率阈值。通过与CALIPSO垂直特性掩膜产品（VFM）逐像元对比验证发现，CRMC方法总正确率为79.6%，且在陆地和海面上分别为78.5%和81.2%。通过与MODIS云掩膜产品横向对比（MYD35）发现，当云阈值设定为0.2时，CRMC方法在陆地，主要是阔叶林、农田、城市和裸土等地表上的云识别效果较好，但在海面的云识别效果仍待进一步提高。
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  PDF(447)

  摘要(338)

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• 基于InSAR与激光雷达测高的马兰冰川物质平衡变化
• 庞书剑,柯长青,周兴华,张其兵,范宇宾,喻薛凝

• 摘要：冰川物质平衡指是反映冰川消融与积累关系的重要指标,也是联系冰川与气候变化的纽带,对于评估冰川动态变化具有十分重要的意义。马兰冰川位于青藏高原可可西里北部,作为东昆仑山系中消融最为剧烈的冰川之一,为了评估其在全球气候变暖背景下的物质平衡变化,利用TerraSAR-X/TanDEM-X合成孔径雷达数据、ICESat-2激光雷达高度计数据、SRTM DEM数据,基于合成孔径雷达干涉测量和激光雷达测高技术对其2000-2020年高程变化进行了研究,并估算了物质平衡。结果表明：近20年来,该区域41条冰川平均表面高程下降-5.64 ± 0.96 m,物质平衡为-0.24 ± 0.06 m w.e.a_^-1,呈明显负平衡状态。其中,2000-2012年冰川的消融速度(-0. 30 ± 0.04 m w.e.a_^-1)要略快于2012-2020年消融速度(-0.22 ± 0.11 m w.e.a_^-1)。结合GPCC(Global Precipitation Climatology Centre)降水与GHCN_CAMS(Global Historical Climatology Network)气温再分析数据集可知：自2000年以来,马兰冰川整体受气温升高影响,消融剧烈,降雨量微弱增加仅弥补了少部分由升温带来的物质亏损,由于2012后气温增速变慢,夏季气温波动降低,导致了冰川在2012-2020年间消融速度有所减缓。此外,根据Landsat遥感影像发现,马兰山南坡存在一条跃动冰川,跃动发生于2007-2012年间,冰川末端在此期间异常增厚并前进了约251m。
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  PDF(790)

  摘要(382)

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• 基于GPS-R的双基地SAR移动目标成像方法研究
• 何振宇,杨扬,陈武,翁多杰

• 摘要：全球导航卫星系统反射 (global navigation satellite system reflectometry,GNSS-R)做双基地合成孔径雷达(简称GNSS-SAR)是近年来的新兴研究方向。当前GNSS-SAR成像的主要对象是地表静态目标,关于动目标成像的研究非常少。为了扩大GNSS-SAR的应用范围,本文以全球定位系统(global positioning system, GPS)卫星作为照射源,提出一种基于频域的动目标成像方法应用于海面移动船只成像。本文首先构建了双基地几何模型,然后推导了一种近似的双基地距离历程用于描述目标回波的方位向相位变化。采用Keystone变换校正由目标运动导致的未知距离单元徙动,采用基于短时傅里叶(short time Fourier transform,STFT)+随机抽样一致性(random sample consensus,RANSAC)的方法估计目标的移动速度。最后,推导了方位向匹配压缩以实现动目标成像。采集的现场实验数据用于验证本文的方法。实验结果分别从速度估计、垂直距离估计、船长度估计和判断目标移动方向四个方面验证了本文方法的有效性。
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  PDF(395)

  摘要(353)

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• 统一样本云检测技术的改进及GF-6 WFV云检测应用(高光谱会议推荐稿件)
• 隋淞蔓,夹尚丰,胡学谦

• 摘要：由Sun等人提出的统一样本云检测方法，基于AVIRIS高光谱样本库模拟出待检测传感器的云和晴空地表像元，将模拟得到的多光谱样本数据输入到BP神经网络中进行逐像元分类，生成云检测模型，实现Landsat 8 OLI等宽光谱传感器较高精度的云检测。该方法基于统一样本模拟出不同传感器的样本像元库，适用于多种传感器的云检测。由于Landsat 8 OLI波段较多，波谱范围覆盖宽，容易实现云的高精度识别。为了进一步提高其在光谱范围较窄的GF-6 WFV数据上的云检测应用精度，在模拟出的样本库中加入GF-6 WFV数据典型高亮地表像元。通过目视解译对云检测结果进行精度验证，结果表明，该算法利用可见光和近红外通道的遥感数据可以高精度的识别出植被、水体、建筑、裸地等地表类型上空的厚云、碎云和薄云。改进后的云检测算法，云像元平均正确率达到88.40%，在高亮地表上空云像元正确率达到87.40%，在不同地表类型上空的云像元平均正确率为92.60%。结果表明，加入高反射率地物的算法可以利用有限波段实现云和地表的高精度分离。
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  PDF(677)

  摘要(324)

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• 基于点的多尺度形态学重建滤波方法
• 常兵涛,陈传法,郭娇娇,武慧明,贝祎轩,李琳叶

• 摘要：针对现有机载激光雷达(LiDAR)点云滤波算法难以准确分离复杂地形中地面点与非地面点问题,本文提出了一种基于点的多尺度形态学重建滤波方法(Point-based Multi-scale Morphological reconstruction Filter, PMMF)。在初始尺度层次下,PMMF主要通过构建一种基于点的形态学重建对原始点云进行滤波,即先在掩膜点云约束下借助k邻域结构元素和自适应高程缓冲区反复膨胀标记点云,获取潜在地面点；然后通过自适应坡度剔除潜在地面点中的非地面点,其中,坡度阈值可随地形复杂度自适应变化。在上层次尺度滤波结果基础上,PMMF提升种子点选择的网格尺度,重复上层次滤波过程,直至结果收敛。以国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)发布的15组基准数据为研究对象,将PMMF滤波结果与近五年(2016-2020)提出的15种滤波算法比较。结果分析表明,PMMF有8组数据滤波效果占优,15组数据平均总误差和Kappa系数分别为2.71%和91.08%。使用四种不同地形特征的高密度机载LiDAR点云数据进一步验证PMMF的滤波效果,并将计算结果与渐进形态学滤波(PMF)、布料模拟滤波(CSF)、渐进加密三角网滤波(PTD)和多分辨率层次滤波(CSF)比较。结果表明,PMMF滤波性能最优,平均总误差为3.24%,较其它四种滤波方法分别减小了12.0%、59.1%、70.1%和53.2%。
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  PDF(438)

  摘要(419)

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• 基于分离卷积与密集连接轻量级神经网络的高光谱图像分类
• 宋廷强,宗达,刘童心

• 摘要：针对高光谱遥感图像空间分辨率低,标注训练样本困难的问题,本文提出一种基于分离卷积(Separable convolution)与密集连接(Dense connection)的轻量级神经网络SDLN模型。该模型基于DenseNet的思想，同时采用计算量更少的分离卷积代替3D卷积，根据算法提取的光谱信息和空间信息，结合目标及周围像素信息推断其中心像素内容，实现对单像素的分类。基于IP、PU和KSC 三个广泛使用的高光谱数据集进行实验，按照分层抽样的方法，每个类别选取少量样本作为训练集，分类精度分别达到了97.4%、97.6%、99.2%，与SSRN、SVM-RBF、MDGCN、DBDA及pResNet多种先进分类算法对比，分类精度提高且时间成本降低。
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  PDF(615)

  摘要(484)

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• 遥感地表温度产品时空融合方法研究综述
• 李冉,王猛猛,张正加,刘修国,胡添

• 摘要：受传感器性能的制约，利用单一卫星热红外遥感数据反演到的地表温度产品难以兼顾时间分辨率和空间分辨率, 而时空融合技术能够发挥多传感器互补的优势, 获得时间密集度高、空间细节丰富的地表温度产品，从而在算法层面上解决这一矛盾。随着时空融合研究的深入，地表温度开始显露出与其他产品有着明显区别的融合特性，而内在机理和应用潜力都有待被整理和挖掘。本文就立足于地表温度与时空融合的交叠区，对两者结合而生的研究成果进行收集、分析和总结，系统地概述了该领域的研究背景、原理、方法和应用，并重点突出与泛在时空融合技术的之间的联系与区别。最后，基于地表温度数据的特点和时空融合的局限性，总结了该领域所面临的主要挑战，并对可行的解决方法和发展方向进行了展望。
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  PDF(763)

  摘要(454)

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• 基于细节关注的高光谱和多光谱图像融合算法
• 方帅,闫明畅,张晶,曹洋

• 摘要：低分辨率高光谱图像（LR-HSI）与高分辨率多光谱图像（HR-MSI）融合技术，广泛用于解决图像空间分辨率与光谱分辨率无法同时保持高水平的矛盾。从融合效果上分析，现有算法的空间重建误差与光谱重建误差都主要体现在边缘和细节区域。因此，本文提出了基于细节关注的字典构建和图像重建的融合算法。在光谱特性保持方面，由于图像邻近效应导致在细节区域光谱分布复杂多样，本文提出对图像层和细节层分别进行字典学习。在空间特性增强方面，提出了细节感知误差和边缘方向自适应全变分约束，并将其与局部低秩约束结合在同一个融合框架用来估计稀疏系数。通过实验对比，本文提出算法的融合结果在空间特性与光谱特性方面较其他算法有明显提升。
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  PDF(611)

  摘要(421)

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• 机载LiDAR测深中海底地形坡度的影响及改正
• 亓超,宿殿鹏,阳凡林,马跃,王贤昆,杨安秀

• 摘要：机载LiDAR测深(Airborne LiDAR Bathymetry, ALB)是测量沿海地区地形图和水深图的最有效的技术之一，其通常是利用ALB海面和海底反射回波的峰值位置来计算水深值。然而，当蓝绿激光光束到达海底时，光斑范围内的具有坡度的海底地形会导致海底反射回波波形展宽及其峰值位置的偏移，从而产生海底位置的不确定性，进而直接影响海底地形测量的准确性。为了减小这种影响，本文提出了一种机载LiDAR测深的海底地形坡度影响改正方法。基于ALB激光光斑范围内局部地形参数模型(Footprint-scale Topography Parameters Model, FTPM)构建ALB海底反射回波模型，通过定量分析不同水深、不同海底地形坡度所引起的海底反射回波峰值位置变化，得出海底地形坡度对ALB测深的影响规律，进而得到ALB误差修正方程。文中采用中国南海甘泉岛附近海域所测ALB和多波束测深数据对本文方法进行了验证。结果表明，海底地形坡度影响改正后，平均绝对误差(Mean Absolute Error, MAE)和中误差(Root Mean Square Error, RMSE)分别减小到9.4 cm和12.3 cm；较改正前分别降低了35.6%和33.5%，对ALB测深数据处理具有参考意义。
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  PDF(655)

  摘要(397)

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• 气溶胶细粒子比偏振遥感最优化反演方法研究
• 郑逢勋,李正强,侯伟真,董晓刚,周志远

• 摘要：针对PM2.5遥感模型对气溶胶细粒子比（Fine mode fraction，FMF）参数的需求，结合多光谱偏振传感器对大气探测的优势，基于最优估计（Optimal Estimation，OE）反演框架，提出了一种基于线偏振度（Degree of Linear Polarization）测量的FMF参数反演方法。采用矢量化的辐射传输模式进行地基天空光的线偏振度观测模拟，分析了线偏振度对FMF参数的波段敏感性，并基于仿真数据开展了算法的反演测试。研究结果表明，偏振测量在长波近红外波段对FMF的敏感性高于可见光波段，基于OE框架的FMF反演算法具有良好的自洽性，在地基天顶观测模式下，反演误差从1.4%下降到了0.8%，表明引入线偏振度测量能够有效提高FMF反演精度。
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  PDF(781)

  摘要(463)

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• 多空间尺度下城市热环境与不透水面聚集密度响应关系研究——以北京市为例
• 孟庆岩,王子安,张琳琳,孙震辉,胡蝶,杨天梁

• 摘要：针对以往城市热环境与不透水面聚集密度响应规律研究不足的问题，本文以北京市为例，基于MODIS 数据计算城建区与边缘区平均温度差值为热岛强度，结合热岛强度等级特征，选取热岛强度等级期望值较高的6个典型区域，研究热岛强度等级与不透水面聚集密度的响应关系；进而利用Landsat数据反演地表温度，研究城建区与精细尺度下地表温度对不透水面聚集密度响应临界点与最优尺度。结果表明：（1）不同热岛强度等级的出现频率、其在白天与夜间的变化程度与不透水面聚集密度有一定相关性，且相近的不透水面聚集密度下所表现出热岛强度的变化特征相似。（2）主要城建区内地表平均温度与不透水面聚集密度的分布特征存在较显著的一致性，随着尺度半径r的增大其响应越明显。且地表温度对不透水面聚集密度的响应存在一个临界点，随着尺度半径r减小，响应临界点逐渐增大：尺度半径r=1000m时，不透水面聚集密度达到60%后其影响趋于减弱；r=500m、r=300m时临界点分别为69%与83%。（3）不同典型区域的最优尺度存在差异，西二旗、西三旗、回龙观最优尺度为150m，东四、地安门、新街口与四环四季青桥附近为60m，而季节变化对最优尺度的影响较小。该最优尺度可在一定程度上衡量不同区域不透水面分布的破碎程度及地表类型的单一程度。本研究可为城市规划与管理、城市热岛治理提供参考依据。
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  PDF(356)

  摘要(467)

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• FY-2G卫星红外遥感图像中的震前异常统计分析
• 乐应波,陈福春,陈桂林

• 摘要：红外遥感图像异常是一种重要的地震前兆，需要稳定且有效的提取算法才能发现地震前兆。然而，许多算法只是在少数地震中有验证，数据样本少，不能进行异常信号的统计分析。本文提出了一种方法，对中国及周边地区的红外遥感图像的功率谱异常信号进行统计，以评估算法的准确性和普适性。该方法还分析异常信号的幅度、空间范围和相关的地震信息，将时间和空间上连续的异常点视为一个样本，以计算不同参数条件下异常信号的阳性预测值和地震的真阳性率。本文提取了FY-2G卫星的红外遥感图像中的地震异常信号，并进行统计，得到20.37%的阳性预测值和65.96%的真阳性率。高幅度大范围的异常信号可以达到80%的阳性预测值。对于大于5.4级的地震，真阳性率可以达到81.82%。该方法可以用于分析异常信号的特征和评估异常信号与地震的相关性，有利于算法的对比和改进。
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  PDF(510)

  摘要(287)

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• 遥感图像倾斜边界框目标检测研究进展与展望
• 张磊,张永生,于英,马永政,姜怀刚

• 摘要：遥感图像目标检测是遥感图像处理中的一个基本问题，尤其是伴随着深度学习技术的突破以及遥感影像获取技术的发展，基于深度学习的遥感图像目标检测得到了广泛的关注。区别于自然图像，遥感图像中的目标具有方向任意的特点，众多国内外学者提出一系列基于倾斜边界框的遥感图像目标检测算法，推动了遥感图像目标检测效果的提升。为使得相关领域研究者对基于深度学习的遥感图像倾斜框目标检测的理论、流程及其现存问题有一个比较全面的认知，本文将对其进行系统的整理和归纳。
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  PDF(1070)

  摘要(385)

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• 无人机激光雷达人工林林分平均高估测模型分析
• 李梅,刘清旺,冯益明,李增元

• 摘要：我国人工林面积居世界第一，精确地对人工林结构进行监测具有重要意义。本研究以内蒙古自治区赤峰市旺业甸林场内的落叶松和油松人工林为研究对象，利用无人机激光雷达（Light Detection And Ranging, LiDAR）点云数据和样地地面调查数据来分析人工林林分平均高估测模型，通过点云特征变量与样地实测的6种林分平均高（包括：Lorey`s高、算术平均高、最大高、优势树高、中位数高和冠幅面积加权高）间的Pearson`s相关性实现变量筛选，然后利用全子集回归和多元线性回归方法构建不同林分平均高的预测模型，并采用交叉验证进行精度验证。结果表明：激光雷达点云高度百分位数与林分平均高具有较强相关性，通过一元线性回归模型可以得到高精度的林分平均高， Lorey`s高（R2为0.91 ~ 0.97，RMSE为0.47~0.48m）、优势树高（R2为0.86 ~ 0.97，RMSE为0.53~0.72m）和冠幅面积加权高（R2为0.86 ~ 0.96，RMSE为0.57~0.66m）估测精度最高，算术平均高（R2为0.85 ~ 0.94，RMSE为0.68~0.86m）和中位数高（R2为0.80 ~ 0.95，RMSE为0.64~1.07m）次之，最大高（R2为0.69 ~ 0.87，RMSE为1.30~1.40 m）最低。针对不同森林类型，区分和未区分森林类型的不同林分平均高模型的估测精度均较高，且预测精度没有明显差异（未区分R2 为0.87 ~ 0.97，RMSE为0.49~1.40m，区分R2为0.69 ~ 0.97，RMSE为0.47~1.30m）。无人机激光雷达可以用于估测北方温带针叶林的林分平均高，能够满足人工林资源调查快速、精确的要求。
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  PDF(280)

  摘要(281)

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• 山地森林叶面积指数遥感估算研究进展
• 贺敏,闻建光

• 摘要：叶面积指数(Leaf Area Index, LAI)是表征植被几何结构及生长状态的重要生物物理参数，也是陆表过程模型的重要输入参数，如何获取高精度LAI一直备受关注。近年来，随着遥感数据的不断丰富， LAI遥感估算算法得到了快速发展，全球尺度的LAI产品已被广泛应用于气候与生态环境变化研究。然而，当前主流的LAI遥感产品生成算法基本上基于平坦地表假设而忽略了地形的影响。但实际上山地中地表反射失真现象严重，尤其是森林多样的冠层结构和山地复杂地形的相互影响给LAI遥感反演带来了较大的不确定性。山地作为一种特殊的地貌，约占全球陆地表面的1/4，在我国占了近2/3，在这些复杂区域中估算LAI考虑地形因素十分必要。本文在总结分析现有LAI反演算法以及主要产品基础上，分析了山地LAI反演中存在的主要问题，系统性综述了当前山地LAI遥感估算在模型、算法、验证等方面的研究进展，为山地LAI等地表植被参数定量化高精度反演提供参考。
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  PDF(735)

  摘要(291)

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• 面向不平衡高光谱遥感分类的SMOTE和旋转森林动态集成算法
• 童莹萍,冯伟,全英汇,黄文江,高连如,朱文涛,邢孟道

• 摘要：旋转森林（Rotation Forest，简写RoF）是一种功能强大的集成分类器，它在高光谱图像分类中已经获得了很多成功的应用。然而，现实数据经常存在类别不平衡的问题，这使得传统的RoF算法侧重识别多数类别的样本，而忽略了少数类样本的分类精度。SMOTE算法通过模拟生成新样本的方式来增加少数类别样本的数量，进而达到平衡数据集类别的效果。但是SMOTE算法目前主要被用于数据预处理阶段，并且在处理多类问题时具有增加人工噪声的风险。为了解决高光谱数据学习中的多类不平衡问题，本文提出了一个新的SMOTE和RoF动态集成算法。该算法利用动态采样因子技术，将类别分布优化和基分类器训练过程进行融合。本实验利用三个公开的高光谱数据对算法的性能进行测试，同时选取四种对比算法，包括随机森林、传统的RoF以及通过随机过采样和SMOTE数据预处理后的RoF算法，并且采用总体分类精度、平均分类精度、F-measure、Gmean、最小召回率、集成分类器多样性、模型训练时间以及McNemar测试等为算法性能评价标准。实验结果表明本文方法具有明显的分类优势，可以保证在增加数据总体分类精度的基础上提高小类别样本的识别精度。
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  PDF(465)

  摘要(301)

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• 基于弹性网络与低秩表示的高光谱遥感影像分类方法
• 苏红军,姚文静,吴曌月

• 摘要：近年来，低秩表示(Low-rank Representation, LRR)在高光谱遥感影像分类中的应用越来越广泛，如何利用LRR准确地对地物进行分类已成为高光谱遥感研究的一个挑战。针对以上问题，本文设计了基于弹性网络的低秩表示(Low-rank Repre-sentation based on Elastic Net, ENLRR)方法，并将该算法扩展到了核空间提出了基于弹性网络的核低秩表示方法(Kernel ENLRR, KENLRR)。低秩表示分类可以充分利用影像的全局信息，它的基本思想是利用尽可能少的训练样本的线性组合来表示整个测试影像，再通过表示系数和训练样本对目标影像进行恢复重建，并根据最小重构误差准则判断每个像素的类别。提出的ENLRR方法的基本思想是在LRR中引入弹性网络思想，利用系数矩阵的核范数和F-范数代替秩函数进行低秩优化求解。为了更好地解决非线性数据的分类问题，在ENLRR 方法中引入核函数，提出KENLRR方法，通过邻域滤波核函数将原数据映射到高维特征空间中，实现空谱联合分类，进一步提高分类精度。实验部分选用三组高光谱遥感数据，利用提出的算法与SVM、KNN、ELM、LRR、MFLRR、LSLRR和KLRR等对比算法进行地物分类。结果表明，提出的两种算法在高光谱遥感地物分类方面效果较好，而且具有良好的稳定性和适应性。与LRR算法相比，提出的算法在Washington DC数据集上的精度分别提高了4.55%和6.74%，在Purdue Campus数据集上的精度分别提高了14.22%和23.30%，在高分五号(Gaofen-5, GF-5)黄河口湿地数据集上的精度分别提高了8.45%和15.40%，而且结果也表明KENLRR算法具有最佳的分类表现。精确的分类结果为分析地物分布格局提供了技术支撑，也证明了在本文提出的两种算法在高光谱遥感影像分类上的优越性。
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  PDF(429)

  摘要(307)

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• 基于NDWI-NDSI组合阈值法的布加岗日冰湖提取及其变化分析
• 闫斌,贾洪果,任文静,吴仁哲,黄心茹

• 摘要：自20世纪90年代以来，中国冰川在全球升温影响下处于全面加速退缩的态势。长时序的冰湖变化既能反映冰川演变过程，也可为冰湖灾害研究提供重要依据。本文提出一种基于NDWI-NDSI组合法提取冰湖的改进方法，有效增加了阈值分割法提取冰湖的适用范围，使冰湖的错分现象得到极大改善；并以1988-2018年共16景landsat影像为数据源，成功对布加岗日冰川的冰湖面积实施提取并对其进行统计分析和时序研究。进而发现，该冰川出现冰湖数目增多（2个）、面积增大（约2.4642 km2）的现象，表明其在近30年间消融过快、退缩严重，并阐明温度变化为导致这一现象的主要因素，同时指出由冰川融水导致的部分冰湖诱发洪水、泥石流等次生灾害的可能性也极具增高。
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  PDF(641)

  摘要(328)

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• 耦合高分遥感影像与街景影像的广州市越秀区城中村识别
• 崔成,赵璐,任红艳,逯伟利,黄耀欢

• 摘要：及时准确地获取城中村的空间分布及其环境质量信息对于优化城市空间、改善人居环境具有重要意义。本文以广州市越秀区为例，提出了耦合GF-2高分遥感影像和百度街景影像的城中村识别方法。首先，从街景影像中提取越秀区的街道空间品质特征。其次，在对高分遥感影像预处理并进行多尺度分割的基础上计算光谱、形状、纹理、场景特征和建筑结构5类共计23个特征。最后，融合两种影像的特征构建随机森林分类器进行城中村识别。结果表明，基于高分影像和基于街景影像的城中村识别整体精度分别为94.5%和85.7%，Kappa系数分别为0.58和0.31，而两者融合后的分类精度和Kappa系数为96.1%和0.67。其中基于街景影像获取的度量街道空间品质的5个指标贡献了31.6%的特征重要性。鸟瞰视野高分影像和人本视角街景影像提供的信息综合互补，构建了更有区分度的特征空间，减少了城中村的错分现象。本文证实了高分影像和街景影像在特征尺度的融合提升了城中村识别精度。街景影像中的信息可以融入到高分遥感影像等数据源中，辅助进行城中村等非正规居住空间的识别。
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  PDF(733)

  摘要(364)

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• 基于概率株的三维冠层蒙特卡洛辐射传输模型构建
• 马红章,艾璐,刘素美,孙根云,孙林

• 摘要：三维辐射传输模型可准确刻画植被冠层的异质性对太阳辐射的散射作用,对利用高分辨率光学影像进行植被定量遥感建模与应用具有重要的指导意义。本文采用具有真实植株抽象统计平均意义的概率株构建三维植被冠层。结合蒙特卡洛光线追踪技术和冠层空隙率计算,通过合理设计光能粒子在冠层内的传输过程,构建了具有统计特征的三维冠层辐射传输模型。以具有典型垄行种植结构的玉米冠层为例,进行了不同生长期玉米冠层BRF特性模拟并与多角度BRF观测数据进行了比对,结果表明本文模型对不同生长期玉米冠层的BRF均有较好的模拟精度。
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  PDF(426)

  摘要(300)

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• 结合多光谱影像降维与深度学习的城市单木树冠检测研究
• 奚祥书,夏凯,杨垠晖,杜晓晨,冯海林

• 摘要：多光谱数据的降维处理对基于深度学习的单木树冠检测研究有重要意义，如何使用合适的降维方法以提高 单木检测的精度却少有研究讨论。本文使用无人机搭载多光谱相机进行航拍作业，采集研究区内银杏树种多光谱 影像。将原始多光谱影像通过特征波段选择、特征提取、波段组合的方法生成 5 种不同的数据集用于训练 3 种经 典的深度学习网络 FPN-Faster-R-CNN，YOLOv3，Faster R-CNN。其中由波段组合方法得到的近红外、红色、绿色 波段组合在不同类型的目标检测网络中都有最好的检测结果，其中 FPN-Faster-R-CNN 网络对银杏树冠的检测精度 最高为 88.4%，由 OIF 指标得到的蓝色、红色、近红外波段组合信息量最高，但在所有网络中的平均检测精度最 低，仅为 79.3%。实验结果表明：在不同波段降维方法中，若降维后的影像中目标物体的色彩与背景差异较明显， 且轮廓清晰，则深度学习网络对树冠的检测可获得较好的结果。而影像自身的信息量则对深度学习网络的树冠检 测能力的提升作用有限。本研究中针对多光谱影像的降维方法分析，为基于深度学习的单木树冠检测研究提供了 重要的实验参考。
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  PDF(313)

  摘要(362)

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• 应用迁移学习的林火烈度初始评估研究
• 郑忠,Jinfei Wang,邹滨,高阳华,杨世琦,王永前

• 摘要：林火发生后，开展森林生态系统烈度信息的初始评估，能够为灾后生态修复管理措施的实施提供定量依据。为了改善传统林火烈度评估模型的时效性，利用历史过火区域的实地调查数据，构建基于迁移学习的烈度评估模型，并将其应用于2020年3月30日发生的西昌泸山森林大火烈度初始评估研究中。结果表明：迁移学习算法能够将源区域和目标区域的遥感影像光谱转换为多个新的特征变量，在这些新特征变量构成的投影空间中，源区域和目标区域样本具有相似的分布。在此基础上，基于源区域历史实地调查数据构建的烈度评估模型，能够迁移应用于目标区域的烈度评估。与传统模型相比，基于迁移学习的烈度评估模型精度较高，总体精度为71.20%，Kappa系数为0.64。该研究可为林火灾后管理措施的快速响应，提供一种新的思路和参考。
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  PDF(447)

  摘要(314)

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• 基于A-train卫星传感器的台风云体三维结构构建
• 程崇慧,陈斯婕,郑卓凡,董长哲,苏林,柯举,王帅博,仝博文,刘东

• 摘要：基于星载主-被动传感器数据，本研究利用约束光谱辐射匹配（Constrained Spectral Radiance Matching，CSRM）算法构建了8个西太平洋台风事件中的深对流云层三维结构模型，并据此分析深对流云在台风不同发展阶段中的水平分布特征和微物理特征。利用CSRM算法进行大气三维结构构建的意义在于将主动遥感的垂直分布信息向被动遥感的探测范围传递，增加统计分析8个台风事件可用的廓线数量，进一步保证对深对流云统计分析的有效性，统计分析结果表明：（1）衰弱期台风的深对流云占比（占所有种类云的比例）比增强期台风更低，并且其值在各个方向上更稳定。相比于台风，热带风暴中的深对流云占比在各个方向上差异更大，即不对称性更强；（2）热带气旋中深对流云的冰云有效粒子半径与高度成正比。随着高度增加，冰水粒子数浓度先增加后减少。同一热带气旋不同发展阶段的深对流云的冰水含量（Ice Water Content，IWC）的垂直分布有着较大的差别。当热带气旋发展成台风时，其内部深对流云的IWC高值区逐渐向云层顶部集中，并且随着台风从增强期转化为衰弱期，IWC的最大值显著增大。
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  PDF(568)

  摘要(371)

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• PolInSAR森林高度反演中方法及波段选择引起的不确定性分析
• 张庭苇,姬永杰,张王菲

• 摘要：森林高度是反映森林资源数量和质量的重要参数，极化干涉合成孔径雷达(Polarimetric Synthetic Aperture Radar Interferometry，PolInSAR)技术在森林高度反演中极具潜力。由于森林散射特征受波长影响明显，由此引起的散射机理差异使得基于PolInSAR技术反演的森林高度结果具有很大的不确定性。为了定量化该不确定性的影响，本文以模拟森林场景为例，对PolInSAR技术森林高度反演中常用的4种方法——极化相位中心高度估测法、复相干相位中心差分法、复相干幅度反演法和相干幅度、相位联合反演法在常用的4个微波波段——P、L、C和X中的森林高度估测结果进行了分析，明确了匀质森林场景中，算法选择、波段选择引起的森林高度估测结果的不确定性。研究结果表明：在森林场景基本一致的情况下，估测算法的选择直接影响森林高度估测结果精度，其中基于干涉幅度信息的复相干幅度反演法在4个波段的估测结果中精度均最高，但各估测点的估测结果离散度及不确定度较大，P、L、C和X四个波段不确定度分别为0.198、0.134、0.293以及0.278；波长对4类估测方法估测结果的影响差异明显。复相干幅度反演法的反演结果几乎不受波长的影响，而相干幅度、相位联合反演法受波长影响明显，在长波长反演结果中精度较高，在短波长反演结果中精度显著降低。此外，以传统的HV极化代表冠层散射相位中心，HH-VV极化代表地表散射相位中心，采用复相干相位中心差分法会严重低估森林高度。不确定度具有波长和算法选择依赖性，短波长中复相干相位中心差分法估测结果不确定度最低，长波长中极化相位中心高度估测法不确定度最低，而复相干幅度反演法估测结果则在多个波段中的不确定度均最高。
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  PDF(439)

  摘要(450)

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• 基于植被二向性反射统一模型的高分五号FAPAR遥感反演算法
• 田定方,杨斯棋,徐大伟,任华忠,范闻捷,刘镕源

• 摘要：植被光合有效辐射吸收比率（FAPAR）是描述植被光合作用能量交换过程的重要参数，广泛应用于植被长势监测、植被生产力估算、全球变化等研究领域，遥感是大范围获取FAPAR的唯一途径。与多光谱传感器相比，高光谱传感器能更加精确、细致地观测植被的光谱特征，有利于分析植被冠层反射、吸收特性，进而反演植被冠层FAPAR。为利用高光谱反射率数据实现FAPAR定量反演，本文首先在植被BRDF统一模型和FAPAR-P模型的基础上，构建了BRDF-FAPAR统一模型UBFM（Unified BRDF-FAPAR Model）；进而基于高分五号高光谱传感器特征模拟了不同情况下植被冠层反射率和相应的FAPAR；然后运用改进的最佳指数法选择FAPAR反演的特征波段组合；在此基础上，将特征波段组合反射率与FAPAR模拟结果作为神经网络的输入参数，构建FAPAR神经网络反演算法。研究结果表明，改进的最佳指数法能有效地筛选出FAPAR估算的敏感波段，随着输入波段数的增加，神经网络估算的精度逐渐提高，综合考虑波段信息量和实际影像数据噪声影响，本研究针对高分五号高光谱传感器选择8个波段作为FAPAR反演特征波段，基于UBFM模型构建的神经网络反演精度较好，模拟实验算法误差约为0.014。选择内蒙古呼伦贝尔是谢尔塔拉草原为主要研究区，从高分五号高光谱影像中反演了研究区的FAPAR，并利用同步地面实测数据验证，反演误差为0.048。该算法简化了传统模型机理方法的中间环节和多个参数设置，有较好的可行性、稳定性和精度，为国产卫星高光谱传感器地表植被参数定量反演提供了新途径。
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  PDF(259)

  摘要(440)

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• 激光掩星探测大气UTLS温压和水汽的方法及仿真
• 李虎,王建宇,洪光烈

• 摘要：为探测对流层顶-平流层底(UTLS,Upper Troposphere/Lower Stratosphere,~5km-~35km)温度、压强和水汽,本文提出了激光掩星同时探测温度、压强和水汽的方法,包括方案设计和反演算法两部分。方案设计了近红外波段氧气双波长吸收和水汽单波长吸收激光进行掩星；反演算法方面重点研究了从氧气双波长吸收激光掩星数据反演温度,由温度计算压强的方法,然后在反演得到的温度、压强基础上,利用水汽单波长吸收激光掩星数据反演水汽密度的方法。建立掩星激光传输模型,选择合适的氧气吸收波长和水汽吸收波长模拟得到激光掩星透过率,在此基础上,对温度、压强和水汽反演算法进行了仿真,先反演得到了温度、压强廓线,然后将温度、压强廓线作为条件用于水汽分子数密度的反演。数值仿真和反演结果显示,温度数值反演误差小于0.8K,压强数值反演误差小于3.4%,水汽分子数密度数值反演误差小于3%,该结果说明了温度、压强反演方法和及基于温度、压强的水汽反演算法框架的可行性。
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  PDF(734)

  摘要(288)

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• 89GHz多入射角亮温差反演海冰密集度的可行性分析
• 吴若男,刘浩

• 摘要：被动微波遥感是目前进行海冰密集度观测的重要方式，ASI算法利用AMSR-E的89GHz双极化的亮温可以获得目前SIC产品中最高空间分辨率6.25km，但是需要低频数据进行大气校正。SMOS的多角度观测方式为本文提供了一种新的设想：利用89GHz波段一维综合孔径辐射计顺轨扫描配合机械扫描可以实现对单个像元点的多入射角观测，充分利用多入射角下的亮温信息可以弥补观测过程中海冰与海水亮温信息的混淆，提高SIC的反演精度，并且可以实现高空间分辨率。因此本文开展89GHz多入射角亮温信息观测北极海冰密集度的可行性研究。第一步构建星载观测海冰辐射亮温仿真系统及利用FY-3C星搭载的微波湿度计的89GHz通道实测的垂直极化亮温数据，开展了89GHz亮温与角度敏感性分析；第二步，推导建立了基于89GHz角度亮温差的SIC反演算法，结合ECMWF的SIC产品及亮温仿真系统完成了初步反演验证。验证结果表明，利用入射角亮温差可以实现海冰密集度的反演，利用多组入射角组合进行最小均方根加权平均后处理可以最大程度的降低SIC的反演误差。输入的高斯白噪声为2K时，可以获得5%的SIC误差。最终结果证明利用连续角度亮温差进行SIC反演，可以充分扩大海水与海冰的区分。
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  PDF(587)

  摘要(399)

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• 一种利用磁信标准确导航定位的方法
• 郑元勋,李清华,王常虹,王晓光,钟佳朋

• 摘要：针对室内、地下以及障碍物较多的复杂环境中，可用导航源匮乏问题，本文提出一种利用低频时变磁场实现目标高精度位置与姿态解算的解决方案。传统时变磁场定位方法要求磁信标坐标系与目标坐标系一致且无法解算目标相对姿态角信息，同时精度普遍较差。本文提出的方案在解决传统方案的局限性基础上，又提出一种基于指纹匹配的改进方案，具有穿透性好、鲁棒性强且精度高的特点。首先根据空间中测量磁场计算磁信标RSSI拟合直线，根据指纹匹配原理估计目标位置，再根据测量磁场方向矢量模型，反演解算目标姿态角信息，实现目标位置与姿态信息解算过程，研究并分析了磁信标导航系统误差来源及解决方案。最后通过对比实验，验证本文提出的算法在实验条件下，位置估计误差期望为0.069m，姿态角估计误差期望为2.3°，且误差不随时间积累，相对于传统的磁信标导航方案具有明显优势，具有较高的工程应用价值。
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  PDF(296)

  摘要(422)

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• 基于空间信息感知语义分割模型的高分辨率遥感影像道路提取方法
• 吴强强,王帅,王彪,吴艳兰

• 摘要：道路信息自动化提取已经成为遥感领域热门的研究方向，而基于深度学习的遥感影像道路信息提取方法已经取得了许多成果。但由于受到网络中卷积和池化等操作的影响，基于深度学习的道路提取方法存在着空间特征和地物细节信息丢失等问题，造成许多误提现象。针对此问题，本文设计了一种改进的道路提取语义分割网络模型，该网络以改进的ResNet网络为主体，并引入坐标卷积和全局信息增强模块，用于增强空间信息和全局上下文信息的感知能力，突出道路边缘特征进而确保道路分类的精确性。本文方法在公开道路数据集和高分数据集上获得了显著的提取效果，与其它方法相比取得了明显提高。并且，在一定程度上减少了树木、建筑阴影等自然场景因素遮挡的影响，可以完整准确地提取出道路。此外，模型对多尺度道路也可以实现有效地提取。
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  PDF(688)

  摘要(416)

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• 基于星载POLDER冰雪数据评价三个BRDF模型
• 郭静,焦子锑,丁安心,张小宁,董亚冬,崔磊,尹思阳,常雅轩,谢蕊

• 摘要：冰雪在短波区域具有很强的各向异性反射特征，对全球能量平衡及水循环等有重要作用。目前，国内外学者发展了一系列应用于冰雪的二向性反射分布函数（Bidirectional Reflectance Distribution Function，BRDF）模型，其中，常用的模型主要包括核驱动、半经验的Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer（MODIS）业务化RossThick-LiSparseReciprocal（RTLSR）模型，渐进辐射传输物理模型（Asymptotic Radiative Theory，ART），以及新发展的RTLSR- Snow （RTLSRS）模型，全面比较和评估这些模型对星载多角度遥感产品的业务化模型选择有重要参考价值和指导意义。本文基于全球Polarization and Directionality of Earth Reflectances（POLDER）冰雪多角度反射率数据，对上述三个模型进行了全面比较分析，研究结果表明：（1）在拟合所有POLDER数据时，RTLSRS模型都具有最高精度，对于单组纯雪数据，RTLSRS模型的最小二乘拟合的均方根误差（RMSE）比ART模型降低了45.45%，比RTLSR模型降低了81.45%。对于非纯雪数据，RTLSRS模型与RTLSR模型的拟合能力总体差别不大，但其RMSE比RTLSR模型降低了67.5%，ART模型的精度最差。（2）虽然RTLSRS可以高精度拟合所有数据，但该模型拟合纯雪（R2=0.969，RMSE=0.012）精度较优于非纯雪（R2=0.935，RMSE=0.018）。（3）对RTLSRS模型进行简化，仅保留其各向同性核和雪核（Isotropic-Snow Model，ISM），验证结果表明：简化后的模型能够很好地表征雪的二向散射能力，使用POLDER全部纯雪数据进行拟合时，R2达到了0.949，RMSE为0.034。本文有助于用户在应用冰雪多角度数据时选择更合适的BRDF模型，同时对理解这些模型的误差提供了有价值的参考。
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  PDF(653)

  摘要(400)

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• 基于Poly-FPN神经网络模型的化工厂智能检测
• 昝露洋,李柏鹏,卢凯旋,陈正超,张兵

• 摘要：化工厂安全事故频发，国家对化工企业进行大力度整治排查。相比较小范围、低效率的人工排查而言，卫星遥感可以在大范围内高效的对化工厂进行监测，对我国化工行业生产安全监管、事故防范等极为重要。由于化工厂形状不规则、语义信息强，分布散乱，导致现有检测模型精度低，难以用于应用。本文提出Poly-FPN目标检测模型，该模型采用特征金字塔结构，在充分考虑模型感受野、多尺度融合等因素的前提下，提高了对复杂语义目标的处理能力，同时通过本文提出的任意四边形检测头替代传统的正矩形检测头，实现了不规则目标的精准检测。最后，本研究基于Poly-FPN对长江下游大范围地区进行预测，实现高精度的化工厂检测工作。
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  PDF(499)

  摘要(376)

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• 构建地块二维表征及CNN模型开展作物遥感分类
• 张乾坤,蒙继华,任超

• 摘要：本文旨在研究基于地块数据约束的深度学习模型的分类特征表示方法，以识别不同作物在不同时相上光谱差异从而对作物类型进行分类。通过Google Earth Engine平台获取作物生育期内全部Landsat-8影像，利用其质量评定波段完成研究区无云时相及区域上的地块统计，提取地块级别的各波段反射率均值按照时相顺序及波长进行排列，构建波谱、时相二维特征图作为该地块的抽象表示。通过构建相对最优的CNN结构完成对特征图的分类，从而完成对地块的分类。构建CNN模型并不需要手工特征和预定义功能的需求，可完成提取特征并遵循端到端原则进行分类。将该模型的分类结果与其他最为常用机器学习分类器进行了比较，获得了优于常用遥感分类算法的分类精度。结果表明地块数据的加入可以有效的缩减计算规模并提供了准确的分类边界。所提出得方法在地块特征表示及作物分类中具有突出的应用潜力，应视为基于地块的多时相影像分类任务的优选方法。
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  PDF(562)

  摘要(443)

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• 基于Landsat-8全色影像阴影的冰山出水高度提取
• 关真富,程晓,刘岩,璩榆桐,李腾

• 摘要：冰山出水高度是测量冰山厚度进而估算冰山体积的一个重要几何参数,是定量评估冰山对海洋的淡水输入量的基础。冬季冰山在海冰上成影且阴影较长,本文提出利用阴影测高模型高精度测量冰山出水高度的方法。试验选择2016年8月29日、9月7日和9月16日中心太阳高度角分别为5.43度、7.49度和11.01度的三期Landsat-8全色15米影像,以独立扁平冰山为例,自动提取冰山在海冰上的阴影长度计算冰山出水高度,并利用不同时相同名成影点进行交叉验证评估测量精度。结果显示：阴影长度测量误差优于一个像元,在太阳高度角低于11.01度时,全色15米影像提取的冰山出水高度均方根误差(RMSE)低于2.0 m,平均绝对误差(MAE)低于1.5 m。由此表明：在冬季低太阳高度角下,Landsat-8全色15米影像可用于高精度测量冰山出水高度,具有大范围测量南极冰山出水高度的潜力。
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  PDF(335)

  摘要(659)

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• 基于高分一号WFV影像的深圳市水库CODMn浓度时空分布特征研究
• 李俊,张文志,邓孺孺,鲁志文,梁业恒,沈雪娇,熊龙海,刘永明

• 摘要：CODMn是反映水体有机污染程度的一个重要水质参数。地表水有机污染遥感监测主要面临两个挑战：技术方法大多基于经验模型，依赖大量实测数据；有机污染评价的综合性指标，水质参数不明确。针对上述问题，本文从辐射传输机理出发，基于研究区水体特征，考虑悬浮泥沙、叶绿素、耗氧性有机物三大水质因子，提出一种反演机理清晰、参数意义明确的像元反射率与CODMn浓度的物理模型。通过深圳市三大水库CODMn浓度反演与验证，决定系数R2达到0.832，模型方法可靠明。对三大水库CODMn浓度时空分布特征研究，结果表明：（1）三大水库总体CODMn浓度不高，受到轻度有机污染。（2）浓度高值区多在库角居民区附近，水库连接处未出现污染扩散。（3）2018年3月至2019年5月，库区水质改善，与2018年深圳市治水专项活动背景保持一致，建议水库水质保护核心是控制外源污染，避免丰水期污染源的输入。本文的模型方法是基于广东省典型水体光学参数，而水体固有光学特征具有季节差异，未来将进一步研究水体固光学特征变化模式，以提高模型的稳健性。此外，还可结合高分六号等谱段更多的卫星开展浅水区CODMn浓度反演的研究。
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  PDF(962)

  摘要(291)

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• 基于改进Faster R-CNN的遥感图像多尺度飞机目标检测
• 沙苗苗,李宇,李安

• 摘要：为了提高遥感图像中多尺度飞机目标的检测精度，本文提出一种基于改进Faster R-CNN的遥感图像飞机目标检测方法。该方法借助多层级融合结构，将深层次的语义特征与浅层次的细节特征相结合，生成多种尺度的既具有精确的位置信息又具有深层次的语义特征的特征图；再借助Faster R-CNN的多尺度RPN(Region Proposal Network)机制，通过对RPN中候选区域尺度的修正，从而提高遥感图像中多尺度飞机目标的定位精度；最后利用Faster R-CNN的分类回归网络，得到飞机目标检测结果。在高分辨率遥感图像中进行了实验，对三种特征提取网络ZF、VGG-16以及ResNet-50进行改进，改进后的精度分别提高了11.34%、9.87%以及1.66%，并且生成的检测框更加贴合飞机目标。实验结果表明，本文方法适用于遥感图像多尺度飞机目标检测，在提高目标定位精度的同时降低了目标漏检现象。
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  PDF(575)

  摘要(339)

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• 单样本对卷积神经网络遥感图像时空融合
• 李云飞,李军,贺霖

• 摘要：由于硬件技术和发射成本的限制，卫星图像的空间分辨率和时间分辨率之间存在相互制约的问题。为了获得兼具高空间和高时间分辨率的数据，遥感图像的时空融合技术应运而生。近年来，卷积神经网络也被成功应用于该领域中，产生了一些效果良好的时空融合方法。但是这些方法需要较多的图像样本对，限制了它们的应用。针对此问题，本文提出了一种单样本对卷积神经网络时空融合方法（SS-CNN）。该方法以高空间分辨率图像的波段平均图像提供的空间信息激励卷积神经网络建立高、低空间分辨率图像间的超分关系，进而利用该超分关系映射求解目标高空间分辨率图像。在实验中使用两个模拟数据集和一个真实数据集对该方法进行了测试，实验结果表明了其有效性。
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  PDF(460)

  摘要(366)

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• 卫星激光测高仪回波波形饱和识别与误差改正
• 郭金权,李国元,裴亮,么嘉棋,聂胜

• 摘要：激光测高仪回波波形饱和现象普遍存在，却少有相关文献对其进行研究分析。本文针对饱和波形首先提出了一种结合回波波形峰度系数的波形饱和识别方法，并根据波形饱和对高斯拟合的影响，提出了基于高斯拟合波形形心位置差异的饱和波形误差改正方法，采用ICESat/GLAS(Ice,Cloud and Land elevation satellite/Geo-science Laser Altimeter System)在青海湖、纳木错、色林错采集的数据进行实验。结果表明，结合峰度的饱和识别方法可以对波形进行有效筛选，可发现GLAS遗漏的的饱和波形；本文算法可以有效改正波形饱和引起的测高误差，改正后数据误差均值为0.03m，大型湖泊区域可实现约0.05m的测高精度，明显优于GLAS提供的饱和改正结果。
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  PDF(482)

  摘要(378)

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• 人工蜂群算法优化SVR的叶面积指数反演
• 周晓雪,李楠,潘耀忠,孙莉昕

• 摘要：支持向量机回归SVR (Support Vector Regression)方法作为叶面积指数反演的一种新思路，在LAI反演中具有一定的应用价值和前景，但SVR算法中惩罚系数C、核函数宽度参数g、不敏感损失函数参数ε的取值对回归精度有显著的影响。本文提出了一种基于ABC(Artificial Bee Colony)算法优化SVR参数的遥感影像叶面积指数反演方法。研究数据为美国土壤水分实验(SMEX02)2002年LAI实测数据和同期的Landsat-7 ETM+地表反射率数据，为了验证ABC算法优化SVR各个参数对反演精度的影响，建立了未优化参数(SVR)、优化单个参数(ABC-SVR-C, ABC-SVR-g, ABC-SVR-ε)、优化3个参数(ABC-SVR)的3类LAI反演模型，并比较了其回归拟合精度。在此基础上，分析了3个关键参数对LAI反演模型精度的敏感性，并对ABC算法优化SVR模型的精度进行显著性检验。研究表明：(1)相比未优化参数模型，ABC算法优化模型具有更高的反演精度，优化3个参数优于优化单个参数，回归直线斜率k达到0.797、决定系数r2达到0.775。(2)SVR3个关键参数对模型精度都有影响，相较参数C和g，参数ε引起模型精度的不确定性更高。(3)95%的置信区间下，ABC-SVR模型与SVR模型的回归直线斜率k、r2、RMSE的差异显著性检验P值均小于0.005，ABC算法显著改善了SVR模型的精度。
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  PDF(257)

  摘要(360)

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• 改进型遥感生态指数与RSEI的对比分析
• 党超亚

• 摘要：摘 要：为了更好对城市生态质量进行监测和评价，构建一个更精确的城市遥感生态指数十分必要。本文结合绿度、湿度、干度、热度和空气质量指标采用主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)构建改进型遥感生态指数(Modified Remote Sensing Ecological Index, MRSEI)；利用熵权法计算压力-状态-响应模型(Pressure State Response Model, PSR)中各指标的权重，通过加权法获得生态环境指数(Eco-environmental Index, EI)与MRSEI和RSEI进行比较。同时，综合绿度、热度、湿度、干度指标利用核主成分分析(Kernel Principal Component Analysis, KPCA)构建非线性遥感生态指数(Nonlinear Remote Sensing Ecological Index, NRSEI)；最后将MRSEI、NRSEI分别与常用的遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index, RSEI)进行对比和分析。结果表明，MRSEI可体现空气质量空间分布对城市生态质量的影响，2014年和2017年MRSEI与EI的相关系数分别是0.829和0.857(P<0.01)，比RSEI与EI的相关系数分别提高0.035和0.055。在主城区MRSEI和RSEI与EI比较结果表明，MRSEI的平均绝对误差、均方根误差和平均相对误差均小于RSEI，表明MRSEI更适用于城市生态质量评价，空气质量指标对北京市生态环境监测、评价是非常重要的。同时，在实验区KPCA第一主成分贡献率比PCA提高了11.94%~21.45%；各个指标与NRSEI相关系数比与RSEI提高了0.128~0.198之间；NRSEI可体现生态等级间的过渡，RSEI对生态环境差的区域有时低估，对生态环境优的区域有时高估，NRSEI与遥感影像定性反映的生态状况更加相符。在监测空气质量严峻的北京市生态质量方面，MRSEI优于RSEI；顾及各指标间的弱线性或非线性问题的NRSEI监测生态环境质量效果优于利用线性变换的RSEI。
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  PDF(722)

  摘要(998)

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• 一种基于卷积核哈希学习的高光谱图像分类方法
• 薛朝辉,张瑜娟

• 摘要：高光谱遥感可同步获取地表覆盖空间影像和连续且精细的光谱数据，能够实现对地物的精细分类与识别。然而，高光谱图像的高维特性对分类带来巨大挑战。为此，本文探讨了一种基于卷积核哈希学习的高光谱图像分类方法。哈希学习可以将高维信息表达为低维哈希编码，通过计算哈希编码内积并借助最小汉明距离实现分类。为了有效表达非线性数据，又发展了核哈希学习方法。然而，直接应用核哈希学习进行高光谱图像分类存在运行速度慢和未考虑空间邻域信息的不足。为此，本文在核哈希学习中引入径向基函数（Radial basis function，RBF）作为损失函数以提高运行效率；同时，借助四维卷积操作充分表达空间邻域信息，提出了基于卷积核哈希学习的高光谱图像分类方法（Supervised Hashing with RBF Kernel and Convolution，CKSH），同时探讨了该方法在仅利用光谱特征和光谱-空间联合特征上的分类效果。在国际通用测试数据Indian Pines和University of Pavia上进行了实验，结果表明：本文提出的CKSH方法优于传统分类方法（支持向量机、随机子空间）和其它哈希学习方法（如谱哈希、球哈希、监督离散哈希、潜在因子哈希等），同时在不同训练样本数量条件下均取得了较高的分类精度，达到96.12%（Indian Pines，10%）和98.00%（University of Pavia，5%），从而验证了该方法的有效性。
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  PDF(705)

  摘要(346)

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• 地基LiDAR林木点云估算枝干材积研究
• 靳双娜,张吴明,蔡尚书,邵杰,程顺,谢东辉,阎广建

• 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、625和925株/公顷）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。
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  PDF(637)

  摘要(311)

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• 基于改进Faster R-CNN的码头自动识别
• 常莉莉,王贤敏,王春胜

• 摘要：码头自动识别能够为港口的建设与开发、海岸带地理信息的获取及海上军事实力的评估提供重要依据。然而由于码头普遍尺寸小、数量多、分布散乱，且受周围船舶、建筑等环境干扰严重，传统算法难以满足对高速发展的码头进行准确监测的需求，如何对码头目标进行准确识别成为亟需解决的问题。本文基于公开遥感数据集及Google Earth高分遥感影像构建了3种码头类型的数据集，并针对码头的尺寸特征和空间分布特征对Faster R-CNN算法进行了如下改进：1）采用K-Means算法对候选框进行预设，使其大小更适应码头尺寸；2）采用Soft-NMS算法代替NMS算法，以降低分布密集地区码头的误删率和漏检率。实验结果表明，本文改进的Faster R-CNN算法（Faster R-CNN + K-Means + Soft-NMS，FKSN）识别精度达到92.6%，相较Faster R-CNN算法精度提高了8.3%。将码头目标识别结果和传统分类方法ISODATA、SSD及Faster R-CNN、Faster R-CNN + K-Means 等目标提取模型的识别结果相对比，本文方法在虚警率和漏检率的评价指标表现最好，分别为3.2%和7.6%，说明本文方法对于各类码头目标识别具有更好的效果。基于改进Faster R-CNN算法的码头自动识别研究可以为码头的合理建设、规划及治理提供技术支持，为港口高效利用和军事实力分析提供有效途径。
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  PDF(551)

  摘要(394)

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• 高分五号高光谱数据融合方法比较
• 张立福,赵晓阳,孙雪剑,黄海,彭明媛,岑奕,涂宽

• 摘要：数据融合是解决高光谱卫星在时空分辨率等指标上受限的有效途径，探讨不同方法在GF-5高光谱数据上的融合效果，对GF-5高光谱数据的信息挖掘与推广应用有着重要意义。本文本着算法简单易用、适于推广的原则，采用GS (Gram-Schmidt)葛兰-施密特正交变换融合算法、GSA (GS Adaptive)自适应GS融合算法、CNMF (Coupled Non-negative Matrix Factorization)耦合非负矩阵分解融合算法、CRISP-W (Color Resolution Improvement Software Package with Wavelet transform) 基于小波变换和CRISP-B (Color Resolution Improvement Software Package with Butterworth) 基于巴特沃斯滤波器的分辨率提升融合算法、GLP (Generalized Laplacian Pyramid)广义拉普拉斯金字塔融合算法共六种融合方法，分别对BJ-2、GF-2、GF-1、GF-1C、GF-1D国产卫星多光谱数据与GF-5高光谱数据进行融合实验。通过目视分析、指标评价（相关系数、通用图像质量指标、峰值信噪比、光谱角、全局综合误差）、分类应用、时间成本四种方式对融合结果进行综合比较分析。结果表明，相融合的一组图像系列相同、空间分辨率相差越小，融合结果越好。CRISP-B、CRISP-W、GLP在提升空间分辨率、光谱保真度方面能达到较好的平衡，空间重建方面，GLP稍优且更稳定，CRISP-B、CRISP-W则在光谱信息保持方面稳定性更强且效果更好。数据源会对融合方法产生一定的影响，在光谱特征信息提取、分析等对光谱保真度要求高的工作中，GLP更适合同源数据(如GF-5与GF-1/1C/1D/2)融合，而在多源数据间(如GF-5与BJ-2)进行融合时，则优先选择CRISP-W。CNMF存在一定程度的色彩畸变，且运行时间较长。GSA、GS融合效果最差，其中，GSA不论是光谱保持能力还是空间分辨率提升能力均较GS更稳定。在小样本高光谱图像分类应用中，CRISP-B融合结果分类效果稳定，分类精度较高。GSA融合结果空间细节丰富，虽光谱失真较为严重，但同时增大了地物光谱分离度，仍适用于准确勾勒建筑物、道路等地物。本研究为GF-5高光谱数据与其他国产卫星多光谱数据融合方法的选择提供参考，有助于高分五号高光谱数据的应用与推广。
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  PDF(979)

  摘要(737)

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• VIIRS火点数据和FARSITE系统的森林火灾蔓延模拟
• 徐奔奔,王炜烨,陈良富,陶金花,纪轩禹,张成杰,范 萌

• 摘要：针对森林火灾模型模拟、预测火灾蔓延结果精度随时间增加而降低的问题，提出了使用卫星遥感火监测数据重初始化火灾模型降低模拟结果误差的方法。使用FARSITE（Fire Area Simulator）火灾模拟系统模拟我国内蒙古自治区一场森林火灾，并使用375米的VIIRS（Visible infrared Imaging Radiometer Suite）火监测数据对FARSITE重初始化，探究该方法在我国林火蔓延模拟中的应用。使用SC（S?rensen"s coefficient）值，辅以多源卫星遥感数据，评估该方法模拟结果精度。结果显示，各模拟过程中，模拟结果精度均随模拟时间的增加而降低，重初始化的模拟结果与实际过火区一致性更高，VIIRS重初始化模拟结果SC值最高提高56.89%，最终SC值提高了45.45%；最终模拟结果的SC值从最初的54.14%经过VIIRS火点修正后提高到78.76%；模拟过程中的VIIRS火点重初始化的模拟结果SC值最高为87.8%。使用VIIRS火监测数据重初始化FARSITE火灾模拟系统，将火灾分为多次进行模拟，缩短模拟时间，有效控制模拟误差的传递，提高了森林火灾蔓延模拟的精度，这种方法提高了火灾模型在大规模、长时间森林火灾应用中的可靠性。
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  PDF(838)

  摘要(524)

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• Sentinel-1时序后向散射特征的海岸带盐沼植被分类
• 赵欣怡,田波,牛莹,陈春鹏,周云轩

• 摘要：盐沼是中高纬度海岸带区域生产力极高的生态系统，不同种类盐沼植被提供的生态服务功能具有明显差异。围垦、互花米草入侵、海平面上升等人类活动和自然要素复合作用，导致中国海岸带盐沼植被结构和空间分布快速变化。现有光学遥感方法在海岸带区域受潮汐、云雾干扰严重；高光谱、LiDAR等数据方法难以大范围高时效获取盐沼植被信息。本文以长江河口为研究区域，提出了基于植被物候期多时相雷达后向散射特征优选的海岸带盐沼植被分类方法。采用Sentinel-1雷达数据，分析盐沼、潮间森林沼泽、光滩和水体的雷达后向散射全年时序特征。结合盐沼植被物候特点，基于分离阈值法计算典型盐沼植被月际后向散射特征间分离度。根据最优时序雷达分类特征，采用随机森林方法获取盐沼植被种类、结构和空间分布。结果表明：(1)全年VH极化后向散射均值能较好将水体、光滩、潮间森林沼泽与盐沼区分。(2)4月VV极化、11月VH极化与3月VV极化后向散射均值分别为海三棱藨草/藨草、互花米草与芦苇的最优分类特征。(3)基于年际和月际时序雷达最优特征和随机森林分类算法获得的盐沼植被总体分类精度达到85%，Kappa系数为0.80。相较光学遥感，雷达遥感影像可有效获取盐沼植被年际、月际时序雷达后向散射特征，准确得到海岸带盐沼植被空间动态，在海岸带研究中具有较好的应用潜力，可为海岸带生物多样性保护、湿地生态系统功能提升与生态环境管理等提供重要技术手段和数据支撑。
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  PDF(776)

  摘要(504)

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• 结合E-YOLO和水体指数约束的大面幅影像水利设施检测
• 许泽宇,沈占峰,李杨,李均力,李硕,王浩宇,焦淑慧,李苓苓

• 摘要：水利设施对水资源与水量调度、自然湿地生态保护与修复、资源和生态功能的利用及经济效益发展有重要作用，传统方法统计水利设施位置、数量等依赖于汇编资料，存在耗时长、资料更新不够及时以及具体地理位置不详等缺点，遥感为大规模监测水利设施提供了新的可能。本文以YOLO v3网络为基础，结合水利设施的特点，提出了一种基于大面幅影像快速检测水利设施的算法，主要分为2个方面：1）改进的YOLO算法（E-YOLO）。E-YOLO提出PPA特征融合方法和等比预测框与四特征图交叉预测方法，对小样本等问题进行优化；改进损失函数，突出置信度损失；同时使用迁移学习的方法，读取特征提取部分的预训练模型参数。2）基于E-YOLO算法和水体指数约束的大面幅水利设施检测算法。通过水体指数约束滑动步幅来解决影像面幅大、目标尺度小的问题，同时降低漏检率和误检率，再结合轮廓合并方法，优化检测结果。本研究中采用高分二号影像数据实现大面幅影像水利设施检测，实验结果表明：E-YOLO算法可以明显提高水利设施检测效果，相比平均F2精度相比YOLO v3提高了1.25%。且有更好的稳定性；水体指数约束的大面幅检测方法可以在保证效率的情况下提高检测精度，其F2精度相比大步幅和小步幅方法分别提高了3.72%和2.70%，为遥感水利设施检测提供了良好方案。
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  PDF(815)

  摘要(553)

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• 玉米大豆生长中后期遥感辨识的指示性特征研究
• 沈宇,李强子,杜鑫,王红岩,张源

• 摘要：玉米和大豆是两种主要的粮食作物，及时准确的监测两者的种植面积对于产量预测和市场价格的制定具有重要的意义。利用遥感技术探究在生长季中后期能有效区分玉米和大豆的指示性特征集，为在不同实验区进行推广应用和提前玉米和大豆种植面积信息发布的时间提供技术支撑。文章以玉米和大豆为研究对象，以黑龙江和安徽省两个典型种植区为实验区，以GF-1号影像为数据源，计算多种植被指数特征和两种纹理特征，同时利用特征优选方法评价特征间的相对重要性，并结合随机森林分类算法分析特征个数对精度的影响，得到不同试验区区分两者的最佳特征子集。随后根据不同实验区最佳特征子集的共同点和差异，遴选出对玉米和大豆中后期区分的遥感指示性识别特征集，并设计实验方案验证其有效性和稳定性。实验表明（1）在玉米和大豆生长中后期存在具有高效辨识两者的遥感特征集，能有效和稳定地增强两者的遥感识别能力；（2）在不同实验区，基于特征优选方法可以选择出区分玉米和大豆的最佳分类特征子集，得到两者最优的识别效果，比仅仅使用原始波段特征的分类精度提升了近10个百分点，总体分类精度能够平均达到97%，kappa系数0.96，玉米和大豆的单类分类精度平均超过95%；（3）在不同的种植区，利用玉米和大豆的指示性特征集可以得到几乎与优选出的最佳特征子集同样的分类精度和制图效果，且具有稳定性和有效性，较最佳特征集更具推广使用意义。指示性特征集包含6种：植被指数中的比值植被指数（RVI），差值植被指数（DVI），转换型植被指数（TVI），改进型叶绿素吸收比率指数（MCARI）和灰度共生矩阵（GLCM）纹理特征中的二阶矩（the Second Moment）和熵（Entropy）。
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  PDF(1583)

  摘要(1300)

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• 地形校正对U_Net深度神经网络分类器分类精度的影响研究
• 贾莉,郑柯,唐娉,霍连志

• 摘要：在国土资源监测、森林资源调查等多个领域中，基于遥感影像的分类技术受到了广泛应用。在利用传统分类器对地表覆盖分类提取中，地形效应是制约分类精度提升的一种因素，其影响可通过适当的校正模型减弱，且已证明地形校正能够对分类精度的提升起到积极作用。相比于传统分类器，基于深度学习理论的深度神经网络分类器具有深层特征学习和表达的优势，在图像分类领域兴起并逐渐用于土地覆盖分类且取得了不错的精度提升。本文初步探究了地形校正在利用深度神经网络分类器U-Net进行地表覆盖分类时对分类精度的影响情况。以Landsat 8 OLI 30 m影像为数据源，结合GDEM_V2 30 m地形数据，在GlobeLand30和全国30 m森林分类结果的基础上，利用U-Net深度神经网络分类器实现了山区地表覆盖分类提取，并就不同训练样本获取方式及不同精细程度分类体系下地形校正前后的分类精度做了对比分析。分类结果表明：(1)规则网格裁切和坡向辅助裁切这两种训练样本获取方式下，地形校正后的分类精度较校正前不变或有极小幅度的降低，降低范围在0.9%~1.39%之间；(2)在对更精细的森林类型分类中，地形校正后的分类精度较校正前下降了1.66%。本文初步探究得到：在规则网格裁切和坡向辅助裁切这两种训练样本获取方式及不同精细程度的分类体系下，地形校正均未能提高U-Net深度神经网络分类器的分类精度。
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  PDF(1532)

  摘要(1181)

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• 风云三号D星MERSI-II陆地气溶胶反演定量能力初测
• 杨磊库,胡秀清,王涵,何兴伟,刘培,徐娜,杨忠东,张鹏

• 摘要：我国风云三号卫星搭载的中分辨率光谱成像仪(MEdium-Resolution Spectral Imager，MERSI)与NASA的MODIS属于同类型传感器，大多数通道设计相似，具备气溶胶反演的能力，但目前还没有精度可靠、稳定且全球适用的业务化气溶胶产品可供使用。本文借鉴MODIS暗目标(Dark target, DT)算法思想，针对新发射的风云三号D星搭载的升级版MERSI-II传感器，构建全球适用的陆地气溶胶反演算法。为测试MERSI-II传感器气溶胶反演的定量能力，并与MODIS气溶胶产品具有可对比性，本文算法设计尽可能与DT算法在各方面处理相一致，主要在两个方面进行了改进与优化：1）考虑到传感器波段设置差异，给出了针对MERSI-II的地表反射率估计模型；2）改进内陆水体判别方法，解决DT算法雾霾漏反演的缺陷。通过将单景反演结果通过与MODIS气溶胶产品对比，反演结果的空间分布和值域大小均具有较好的一致性，相关系数达到0.9以上；有效地实现雾霾高值区反演，而MODIS产品在该区域漏反演。通过对三个月份全球数据反演试验，利用AERONET地基站网观测数据对结果进行验证，落入期望误差EE=±(0.05+0.15τ)范围的点数达到65.14%，接近2/3的要求，相关系数达到0.866，整体具有较高的验证精度；MERSI幅宽大于MODIS，加之本文像元掩膜的改进，使得MERSI反演像元数增加更多，匹配的验证点比例较MODIS高出20%左右。进一步将月平均结果与MODIS进行对比，空间分布一致性较好，反演结果大小对比相关性较好，相关系数达到0.93左右。表明本文针对MERSI-II气溶胶反演算法结果已接近国际同类型产品的精度要求，将对全球长时间序列气溶胶观测有提供要补充。从而印证了MERSI观测数据已具有较好的定量应用能力，传感器性能、定标等正在逐渐走向成熟。
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  PDF(2044)

  摘要(1882)

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• 联合目标分割和关键点检测的飞机型号识别方法
• 刘思婷,王庆栋,张力,韩晓霞,王保前,刘玉贤

• 摘要：目前，受限于数据集精细度与网络结构，深度学习技术仍难以应对飞机目标型号识别这类精细化识别任务。本文针对遥感影像中飞机目标型号识别问题，提出一种融合目标检测与关键点检测的飞机型号识别方法。该方法有机地结合多任务深度神经网络与条件随机场和模板匹配算法，利用“预训练+微调+后处理”的方式实现飞机型号的高精度识别。首先，基于多任务深度神经网络迁移学习技术实现飞机目标物位置、掩膜与关键点信息识别。其次，为了便于后期高精度模板匹配，利用本文提出的融合条件随机场的飞机目标掩膜精化算法和基于关键点的姿态调整算法，实现识别目标的边界精细化与机体姿态调整；最后，在本文构建的飞机型号模板库基础上，将经过精化后处理的飞机掩膜信息与模板库进行匹配，实现飞机目标的型号识别。为了验证所提方法的有效性，本文进行了相关实验，并与传统算法及完全端到端深度学习方法进行了对比，结果表明，本文所提方法具有更高准确率，并且在实用性方面更具优势。
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  PDF(27)

  摘要(44)

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• 时序InSAR对流层大气延迟改正的相位堆叠方法
• 李思慧,董杰,张路,廖明生

• 摘要：对流层大气延迟一直是限制合成孔径雷达干涉测量（Synthetic Aperture Radar Interferometry，InSAR）技术形变测量精度的主要因素之一。基于含有共同日期的干涉相位也包含相同的大气延迟相位分量这一事实，相位堆叠（Common Scene Stacking，CSS）方法采用叠加求和的方式来估计共有日期的大气延迟相位，并通过迭代运算提高估计精度，具有实现简单、计算效率高的优势。本文对CSS方法估算出的大气延迟相位进行空间低通滤波，并将相位解缠与CSS大气延迟相位估计进行迭代运算，改善形变估计结果。首先，基于模拟数据分析了迭代次数和时间窗口尺寸对CSS方法对流层大气延迟改正效果的影响；然后，将本文方法应用于真实SAR数据，分析了不同大小的时间窗口对改正结果的影响，并与其它方法进行对比，结果表明该方法可以获得较好的大气延迟改正结果，改正后空间相位标准差平均降低了62%，稳定点的时间序列标准差平均降低了58%。在此基础上，对目前存在的问题进行了分析和讨论。
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  PDF(100)

  摘要(54)

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• 基于典型相关分析的遥感影像非监督超像素级变化检测
• 赵元昊,孙根云,张爱竹,矫志军,孙超

• 摘要：变化检测是指利用多时相特征检测地表覆盖类型发生变化的区域,目前的检测方法易受噪声以及特殊地物等影响,使得检测结果斑点现象严重,检测精度低。针对这一问题,本文结合典型相关分析和直方图规定化提出一种非监督的超像素级变化检测方法。首先,对两时刻的遥感影像进行预处理以及超像素分割；其次,基于S-IR-MAD方法和超像素大小等因素计算每个超像素的权重；然后以超像素为分析对象基于典型相关分析(CCA)计算特征影像,并对特征影像进行直方图规定化来减弱特殊地物的影响；最后,结合权重影像与检测结果进行决策融合。本文在三个高光谱测试数据集和一个多光谱测试数据集上进行实验验证。结果表明,本文方法在四个测试数据集上的整体检测精度均为最优,且都达到了90%以上,在Barbara数据集和Bay Area数据集上的提升效果最为明显,精度分别提高了3.43%和5.35%,对噪声具有良好的鲁棒性,对实际应用具有一定的参考价值。
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  摘要(58)

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• 特征图强化网络：一种利用特征图强化船舶检测模型训练的网络结构
• 张泽琨,谭震彪,余坤,方斌,黄骁,马杰

• 摘要：随着人工智能技术的进一步发展，深度学习方法在船舶检测领域发挥着重要作用。然而，深度学习算法出现的虚警和漏检，对船舶检测领域技术的应用存在一定的阻碍。虽然经典的深度学习方法能够有效处理单一背景的海面，但是当面对复杂背景之下的数据时，经典模型很容易得出岸上的虚警。并且在常规训练中，模型常常对一些显著特征过于关注，出现特征过拟合现象，当这些显著特征发生改变时极易出现漏检。在模型对输入进行前向传播的过程中，模型中不同网络层会对输入生成对应的映射，也就是特征图。充分利用特征图的语义信息和空间信息是一种有效减少虚警和漏检的方法。与传统模型相比，我们提出的特征图强化网络可以充分利用特征图生成自适应特征图掩码与水陆分割掩码，避免模型的特征过拟合与削弱复杂背景造成的影响，最终达到减少虚警与漏检的目的。在现有公共数据集上与算法模型的对比实验结果表明，本文所提出的方法的性能更为出色，超过了其他SOTA算法。
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  摘要(66)

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• 基于方向相位稠密特征的多传感器遥感影像配准方法和系统（首届《遥感学报》青年学术论坛）
• 王蒙蒙,叶沅鑫,杨超,喻智睿,葛旭明

• 摘要：针对多传感器遥感影像间显著几何畸变和灰度差异造成的配准困难问题，本文提出了一种基于结构相似性的快速精确配准方法。为了构建多传感器影像间的稳健结构特征，引入光照和对比度不变性的相位一致性模型，利用相位一致性特征值和特征方向构建了一种逐像素的三维结构特征描述符—方向相位稠密特征(Dense Feature of Orientated Phase, DFOP)，该特征描述符通过捕捉影像的几何结构分布，能够有效抵抗多传感器影像间的灰度差异。然后，基于模板匹配的策略，将DFOP描述符变换到频率域，并进行快速子像素精度匹配。此外，在DFOP的基础上，本文研制了一种快速鲁棒的多传感器遥感影像配准系统。通过利用多种地貌类型的多传感器遥感影像对所提出的方法进行测试，实验结果表明，相较于其它基于灰度或结构特征的匹配方法，DFOP能够获得更高的匹配正确率，且所开发的配准系统(下载链接 )也优于商业软件ENVI以及ERDAS中配准模块的配准精度。
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  PDF(38)

  摘要(65)

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• 弱监督尺度自适应增强的高分辨率遥感影像场景分类
• 王梨名,祁昆仑,杨超,吴华意

• 摘要：遥感图像中同一种地物可能对应不同大小尺寸，而卷积核感受野大小固定严重影响了卷积神经网络在遥感场景分类中的性能。针对上述尺度效应问题，本文提出了一种面向高分辨率遥感影像场景分类的弱监督尺度自适应增强网络（Weakly-supervised Scale Adaptation Data Augmentation Network, WSADAN），主要包括尺度生成和尺度融合两个模块。尺度生成模块利用卷积神经网络提取的原图像高层特征学习出适合于不同样本实例的最佳尺度参数；而尺度融合模块通过融合原尺度图像和最佳尺度图像的高层特征进行精化去除冗余，挖掘出不同尺度下特征间的关联信息。最后，联合多尺度特征表达输入到全连接层实现场景类别的预测。本文采用RSSCN7、AID和NWPU三个遥感场景分类数据集验证方法的有效性，结果表明所提出的网络模型优于传统卷积神经网络，尤其对于尺度变化较大的类别性能提升最为明显。
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  摘要(58)

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• 顾及时变特性的时序极化SAR图像自适应超像素生成方法
• 叶家伟,汪长城,高晗,沈鹏,宋天祎,胡驰浩

• 摘要：超像素生成是对象级数据处理体系的重要预处理步骤，这对于拥有大数据量的多时相、多极化SAR数据的高效处理和应用具有很大的现实意义。针对单时相超像素分割方法没有充分利用地物在时序上完整散射信息的问题，本文综合利用时序极化SAR数据观测充分、可描述时变特性等优势，提出了一种基于简单线性迭代聚类(SLIC)模型的多时相极化SAR影像自适应协同分割方法。该方法联合多个时相的极化协方差矩阵，基于Wishart分布计算时序极化SAR相似性距离，并提出一种基于多时相极化SAR边缘检测的同质性测度因子，用于自适应平衡极化距离和空间距离的权重关系。本文使用8景Radarsat-2全极化SAR影像，从可视化效果和定量精度两个方面评价方法有效性。相关结果表明，本文方法优于单时相极化SAR超像素生成方法和现有的多时相极化SAR超像素方法，超像素能够有效贴合研究区域地块边界，是一种有效的超像素生成方法。
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  摘要(77)

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• 联合超像素降维和后处理优化的高光谱图像分类方法
• 黄媛,贺新光,万义良

• 摘要：针对高光谱图像样本标签量少且空间-光谱信息利用不充分而导致图像分类精度较低的问题，本文提出一种联合超像素降维和后验概率优化的高光谱图像分类方法。该方法首先基于高光谱图像的空间-光谱信息为每个样本构建局部邻域集合，并从局部邻域集合中提取超像素稀疏混合特征来充分表征图像的空谱信息和相关变化信息，然后将全局稀疏混合特征输入支持向量机分类器中生成像素的类别概率向量，最后采用后验概率模型优化类别概率向量，并依据概率最大值得到分类标签图。在三组常用的小规模数据集Indian Pines、Pavia University和Salinas，以及一组大规模数据集HoustonU上的实验结果表明：所提出的分类方法能够自适应地充分提取高光谱图像的高判别性特征信息，且在少量样本标签情形下，该方法在四组实验数据集上分别获得了98.58%、96.88%、98.54%和91.01%的总体分类精度，并优于目前几种先进的分类方法。
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  PDF(54)

  摘要(91)

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• 面向森林高度提取的光学多角度立体观测影像模拟
• 姚远,倪文俭,张志玉

• 摘要：森林冠层高度是森林生态系统植被碳储量的重要指示因子之一。已有研究表明光学多角度立体观测(即摄影测量)数据具备森林冠层高度提取的潜力，然而光学影像容易受到云、雨等天气因素的影响，区域高精度森林冠层高度制图必需依靠多星多时相数据融合才能实现。现有星载摄影测量系统获取的影像分辨率和观测角度差异较大，系统研究影像分辨率和观测角度变化对多角度立体观测点云垂直分布的影响规律，是实现多星多时相数据融合的前提。森林光学多角度立体观测模型是开展该研究的有效理论工具，但现有“森林光学多角度立体观测模型(LandStereo)” 仅具备沿轨前后视立体观测影像模拟能力，无法用于WorldView等侧视立体观测影像的模拟分析。因此，本文对LandStereo模型进行了改进，使模型具备林区任意指定观测角度的影像模拟能力，进而利用改进后的模型对正视、正侧视和斜侧视等典型观测角度影像进行了模拟，并对不同观测角度组合构成的立体像对森林高度的提取精度进行了分析。结果表明，改进后的模型能够用于刻画森林冠层多角度立体特征，观测角度的变化是利用立体像对提取森林冠层高度精度的重要影响因素。本文为系统研究林区任意角度组合的多角度立体观测点云随影像分辨率和观测角度的变化规律提供了理论工具。
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  PDF(122)

  摘要(119)

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• 融合Sentinel-2数据的高分五号高光谱数据降尺度
• 王群明,张智昊,张成媛

• 摘要：高分五号(GF-5)是我国首颗实现对大气和陆地综合观测的全谱段高光谱卫星，其搭载的可见短波红外高光谱相机(AHSI)提供的遥感数据拥有极高的光谱分辨率。然而，AHSI数据的空间分辨率为30 m，较低的空间分辨率限制了应用场景。为实现GF-5数据的降尺度，本文通过融合10 m哨兵二号(Sentinel-2)多光谱数据，生成10 m GF-5高光谱数据。在方法上，针对现有先进的信息损失引导的图像融合方法(information loss-guided image fusion, ILGIF)在高光谱图像降尺度中计算时间成本高的问题，本文提出了其快速版本(Fast ILGIF, FILGIF)。另一方面，在降尺度过程中，本文考虑并估计了30 m GF-5高光谱数据和10 m Sentinel-2数据之间的尺度转换点扩散函数(point spread function, PSF)，提高融合数据质量。实验结果验证了融合Sentinel-2数据用于GF-5高光谱数据降尺度的可行性。同时，结果表明：在获得与ILGIF相当精度的前提下，FILGIF大幅提高了运行效率；尺度转换PSF对降尺度过程有着重要影响，其准确的估计有助于获得更高精度的降尺度结果。
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  PDF(205)

  摘要(324)

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• 一种改进的针阔混交林植被聚集指数估算方法(备注：定量遥感专刊)
• 谢蕊,焦子锑,董亚冬,崔磊,尹思阳,张小宁,常雅轩,郭静

• 摘要：聚集指数(Clumping Index, CI)是植被冠层的一个重要结构参数,对植被冠层的辐射截获,以及全球碳、水循环的研究均有重要作用。现有星载CI产品的估算主要是基于CI-NDHD (Normalized Difference between Hotspot and Dark spot, NDHD) 线性模型方法,由于针叶林和阔叶林在叶片尺度上存在聚集层级的差异,该模型对它们分别采用了不同的模型系数。但是,该模型对中粗分辨率的针阔混交林像元通常采用阔叶林的CI反演系数,因此,理论上会导致该类型CI的高估。为此,本文提出了一种动态选取混交林像元端元CI组分的方法,以改进针阔混交林植被聚集指数的估算精度。首先,通过国际地圈-生物圈计划(IGBP)的地表类型和描述二向性反射分布函数(BRDF)特征的地表各向异性平整指数(AFX)进行双重约束,逐像元地计算端元CI值；然后,结合高分辨率的土地覆盖分类数据确定端元在像元中的面积比例,并估算MODIS针阔混交林像元的聚集指数(Mixed Forest CI, MFCI) ；最后,将方法应用于研究区MODIS数据的MFCI估算,并通过地面实测数据进行精度评价。结果表明：目前的MODIS产品算法高估了针阔混交林像元的CI值,而MFCI估算方法在CI-NDHD算法的基础上,可以显著改善该类型聚集指数的估算精度,当针叶林树种成数达到60%时,精度改善可达28.03%,其中,改进结果的均方根误差(RMSE)和偏差(Bias)各降低约84%和175%。研究表明,MFCI方法对针阔混合像元的端元组份的变化敏感,在高分辨率地表分类已知的条件下,MFCI方法为针阔混交林CI产品生产和精度提高提供了可行的解决方案。
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  PDF(210)

  摘要(168)

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• Grid A*：面向野外空地协同应急处置的快速路径规划算法
• 王修远,孙敏,李修贤,周航,赵仁亮

• 摘要：在野外应急救援活动中，灾害现场或事故区域通常缺乏地面交通工具可直达的现成道路，但该区域地表环境仍可满足部分越野车辆的通行。在空地协同系统中，无人机可提供行进路径周边环境的影像，地面终端可快速提取影像中地表类型以及地形起伏等特征信息，通过分析计算便可为车辆提供通往救援目标点的导航路径。本文针对这一应用需求，对现有A*算法进行了改进，主要有三个方面的创新：其一、针对户外地表环境的应用特点，提出一种综合地表类型与地表高程信息的通行性代价函数；其二、针对无人机影像分辨率与实际车辆通行路径之间的尺度关系，提出一种基于格网单元的路径快速搜索算法；其三、在顾及格网单元内部地表类型连通分布特点的基础上，选择格网边缘特征点用于通行性路径规划，在提高算法搜索效率的同时，兼顾了格网单元内部的地形信息，从而使算法在优化计算的同时，能充分利用到无人机影像的细节信息。实验表明，算法搜索得到的可通行路径具有较高的可靠性，从路径三维可视化结果来看，符合越野车辆通行的需要。此外，同等情况下，本算法的运行时间降至传统A*算法的15%，提高了野外应急救援应用的时效性。
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  PDF(144)

  摘要(169)

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• 遥感图像小样本舰船识别跨域迁移学习算法
• 陈华杰,吕丹妮,周枭,刘俊

• 摘要：跨域迁移学习旨在利用现有公开数据集,突破源域和目标域样本类别空间须一致的约束,提升目标域样本的识别精度。针对现有跨域迁移学习算法应用于遥感图像小样本舰船目标识别时存在的迁移类别受限和负迁移问题,本文提出一种基于源域样本相关性排序的跨域迁移学习算法：首先将目标域样本逆向加入源域分类任务中,根据加入前后各类别源域样本的识别精度变化情况,对源域样本进行相关性排序,将其划分为强/弱/负相关样本；然后采取自监督联合学习策略,在目标域分类网络中引入自监督角度预测辅助分支,筛选出的强相关源域样本仅参与该辅助分支的训练,不改变目标域主分类网络的结构。算法通过相关性排序去除了弱/负相关源域样本,有效避免了负迁移；引入自监督角度预测辅助分支,在保持主分类网络结构完整性的同时,充分利用了强相关源域样本的有效信息,学习到更具泛化能力的目标特征。实验结果显示：在遥感舰船小样本目标数据集上,提出的算法优于跨域迁移学习中广泛使用的Finetune (微调)算法；与仅使用主分类网络的目标域识别算法相比,遥感舰船目标识别精度提升了17.59%。
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  PDF(236)

  摘要(207)

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• 生成式知识迁移的SAR舰船检测
• 娄欣,王晗,卢昊,张文驰

• 摘要：为解决基于深度卷积神经网络进行SAR舰船检测网络训练过程中数据获取、数据标注等问题，本文提出一种生成式知识迁移的SAR舰船检测框架,该框架由生成式知识迁移网络和舰船检测网络两部分组成。通过知识迁移网络生成与有标注的光学遥感图像空间分布一致且包含SAR图像特征的带标注模拟图像；使用所生成的带标注模拟图像，进一步优化舰船检测网络，以提高基于深度卷积神经网络的舰船检测的泛化性能。SAR-Ship-Detection-Datasets (SSDD)和AIR-SARShip-1.0两个公开数据集上的实验结果表明，该框架有效提高了在仅包含少量标注SAR图像样本情况下的舰船目标检测效果，可显著降低舰船在复杂背景图像中漏检和误检的概率。
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  PDF(416)

  摘要(387)

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• 混合稀疏表示模型的新型超分辨率重建方法
• 杨雪,李峰,鹿明,辛蕾,鲁啸天,张南

• 摘要：超分辨率重建是当前卫星遥感数据空间分辨率提升的重要技术，但目前现有的超分辨率重建方法在处理具有复杂地物特征的影像时效果往往不佳。当遥感影像中包含有各种非均匀地物信息时，难以构建一种通用的模型来解决遥感影像的病态问题。基于此，本文结合图像稀疏表达与非凸高阶全变分理论，提出了一种混合稀疏表示模型的新型超分辨率重建方法(MSR-SRR)。这种方法以遥感图像在多重变换域的稀疏性表达作为先验概率模型，通过正则化方法来完成超分辨率重构，不仅保留了超分重建结果影像的边缘信息，而且对影像中产生的“阶梯效应”进行了适当的平滑处理。该方法利用迭代重加权 交替方向乘子方法进行求解，提高了算法的运行效率，改善了影像质量。为了证明所提出方法的有效性，MSR-SRR的超分结果与非均匀插值、POCS和IBP等传统超分方法的重建结果进行了对比验证。结果表明，MSR-SRR方法的图像清晰度平均提升了31.74%，PSFs半峰宽度最大，高斯方差值达到1.8415，效果明显优于其他方法。为进一步评估MSR-SRR结果的实用性，本文以高分四号卫星(GF-4)影像作为样例，利用支持向量机(SVM)分类方法对超分重建前后的影像进行了分类试验和精度验证。结果表明，超分辨率重建后的影像结果相对于原始影像的分类结果，Kappa系数提升了9.7%，OA值提升了5.96%。这表明MSR-SRR方法可以有效提升影像清晰度，丰富影像纹理细节，增强图像质量，有效提升影像分类精度。
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  摘要(458)

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• 多元信息监督的遥感图像有向目标检测
• 王家宝,程塨,谢星星,姚艳清,韩军伟

• 摘要：遥感图像有向目标检测是遥感图像解译中的一项基础任务，在许多领域有着广泛的应用。由于遥感图像目标尺度差异性大、方向任意且紧密排列，传统目标检测所使用的水平框无法准确的定位目标。因此，遥感图像有向目标检测成为目前遥感领域的研究热点。受益于深度学习的发展，遥感图像有向目标检测取得了突破性进展，但是大多数方法仅在检测头部加入角度预测参数，在训练过程中没有充分利用角度信息和语义信息。本文提出了一种多元信息监督的遥感图像有向目标检测方法。首先，在感兴趣区域提取阶段利用角度信息监督网络学习目标方向，从而使网络第一阶段生成更加贴近遥感图像目标的有向候选区域。其次，为了充分利用图像语义信息，本文在网络第二阶段增加语义分支，并使用图像语义标签进行监督学习。本文以Faster R-CNN OBB为基准，在DOTA数据集上验证所提方法的有效性。本文方法相比基准，平均精度（mAP）提升了2.8%，最终的检测精度（mAP）达到74.6%。
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  PDF(177)

  摘要(218)

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• 多尺度地理加权回归模型支持下的汾河流域生态系统服务关系演化机理研究
• 刘珺,俞博云,杨文府

• 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、1995、2005、2015四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；1986~2015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。
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  摘要(19)

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• 利用无人机高分遥感图像检测震灾中损坏建筑物
• 王海峰,周成江,陈雪峰,杨扬

• 摘要：我国云南省自然灾害频发，给人们造成了巨大生命财产损失。为此本文基于无人机高分遥感图像和深度学习的目标检测技术快速定位自然灾害中损坏建筑物的位置，为救灾救援提供助力。然而，目前损坏建筑物检测领域仍存在一些挑战：如目前公开的震灾损坏建筑物的高分辨率数据较少或费用昂贵；待检测损坏建筑物与背景及其他目标特征差异小而错检的问题。针对以上问题，本文构建了基于无人机遥感图像的大规模高分辨率的震灾损坏建筑物数据集，其主要在云南省大理白族自治州漾濞彝族自治县灾区收集4598张遥感图像，并对目标建筑物进行了多种形式标注；在检测算法上，本文提出了震灾损坏建筑物实时检测模型，其中包含目标特征对齐模块，特征差异计算模块和目标边界约束的位置框检测模块。本文提出的模型在震灾建筑物检测数据集上达到了86%的精度，同时也在不同地点的实际场景下进行了验证并得到较好的效果。
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  摘要(10)

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• 基于REMA数据的东南极达尔克冰川表面塌陷事件研究
• 刘婷婷,丁锐,艾松涛,张保军,王泽民

• 摘要：全球气候变暖严重影响冰川的稳定性，南极多条冰川表面发生塌陷。由于缺少高空间和高时间分辨率的南极地表高程模型（Digital Elevation Model，DEM），目前单支冰川表面时空变化的研究不充分。利用2011至2016年间11期南极参考高程模型（The Reference Elevation Model of Antarctica, REMA）数据，开展东南极达尔克冰川表面塌陷区域的高程变化监测，并利用Landsat 7、8和Worldview-2光学影像等数据分析塌陷过程和原因。结果表明，达尔克冰川在2013年发生了一起严重的塌陷事件，塌陷深度最大约45.29 m，造成了约26.29×10^6 m^3的水体损失；塌陷发生后，该区表面高程不断增加，于2016年恢复至塌陷前的高程。塌陷区具有明显的整体性沉降特征，并存在融水聚集，推测塌陷和达尔克冰川冰下湖的排水过程存在密切的联系。本研究证明达尔克冰川存在较大的不稳定性，同时验证了REMA数据监测冰川表面塌陷的可行性，为未来精细化监测南极冰盖/冰架响应气候变化提供技术参考。
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  摘要(10)

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• 无人机多光谱和LiDAR的红树林精细识别与生物量估算
• 吴培强,任广波,张程飞,王浩,刘善伟,马毅

• 摘要：红树林是生长在热带和亚热带海岸潮间带、受到海水周期性浸淹的木本植物群落，被公认为是海陆边缘重要的蓝色碳汇，但由于其地处海岸带区域，受人类开发利用活动的影响严重。本文选择广西茅尾海红树林保护区为研究区，以无人机多光谱和激光雷达影像为数据源，利用支持向量机分类方法对红树林优势种类进行分类；提出了单木分层分区距离判别聚类分割方法，准确提取了红树的单木结构信息；估算了研究区红树林地上生物量。得出以下结论：（1）综合利用无人机多光谱和激光雷达数据，对研究区红树林种间类型识别总体精度可达90.69%；（2）基于分层分区距离判别聚类方法能够较好的提取红树单木结构特征，树高的提取精度优于冠幅；（3）构建了红树高度、冠幅与地上生物量回归模型，其中桐花树生物量回归模型的决定系数R2最高，达0.83；（4）研究区内红树林地上生物量主要分布范围为1.24 kg/m2~3.6 kg/m2，其中无瓣海桑最高，老鼠簕最低。
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  摘要(46)

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• 联合哨兵卫星系列雷达与光学影像的洞庭湖水域面积变化高时空分辨率监测
• 宋利娟,景海涛,徐嘉慧,陈探,张大鹏,宋春桥

• 摘要：洞庭湖是我国第二大淡水湖，干湿季节水体波动幅度大、频率高。卫星对洞庭湖水体变化的高频观测，对及时、准确地监测其水文动态变化具有重要意义。本研究的主要目标是利用Sentinel-1和Sentinel-2影像（10 m），在兼具高时频与空间分辨率条件下重建和分析2017-2020年间洞庭湖水域面积的精细时序信息。本文发展了一种基于湖区部分清晰影像来重建全湖水域面积的方法，该方法利用湖区某个区块面积与Sentinel-1全幅影像提取的湖泊面积构建的统计拟合关系建立经验模型，从而得到更密集的洞庭湖水域面积时间序列。拟合结果显示，每个区块的面积与总面积呈显著正相关，平均R2值为0.94。2017-2020年，获取119景Sentinel-1影像和38景Sentinel-2影像用于提取洞庭湖区块水体淹没范围，以重建整个湖区面积。结合所有Sentinel-1和Sentinel-2影像后，各月可获取的观测影像平均为6景，某些月内监测次数可达10次，时间间隔为3-6天。此外，本文重建的水域面积时间序列可以精确地刻画显著的季节波动和年际变化，水域面积在7月达到峰值，11月至2月达到谷值。一个月内最大面积与最小面积的平均比率为1.36。地表水域最剧烈的波动发生在11月份，比率为1.52。整合Sentinel-1/2影像观测，2017-2020年洞庭湖的平均水域面积约为1147.13 km2。与基于Sentinel-1/2影像构建的洞庭湖水域面积时间序列相比，结合Landsat-8影像的水体面积时间序列可在某些月份可以将水体观测的时间分辨率提高，但是对于水域面积的月均值和年均值影响较小。本研究联合高时空分辨率的哨兵系列雷达与光学影像发展高时频水域面积序列的精细提取方法，可为提升洞庭湖及长江中下游高动态湖泊水域遥感监测和水资源精细管理提供科技支撑。
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  摘要(116)

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• 改进型遥感生态指数及干旱区生态环境评价
• 张伟,杜培军,郭山川,林聪,郑鸿瑞,付萍杰

• 摘要：利用遥感影像对大尺度区域生态环境质量进行长期、定量、动态监测可为区域可持续发展提供有力的决策支撑。基于遥感生态指数（RSEI），针对干旱区生态环境的地域特点和应用需求，从耦合生态系统组成要素的角度出发提出一种改进型遥感生态指数（ERSEI），即在顾及绿度（NDVI）、湿度（Wet）、干度（NDBSI）、热度（LST）因子的同时，引入综合盐度指标（CSI）和水网密度遥感估算模型（EMW），将盐度和水网密度（WND）纳入生态环境质量评价。在Google Earth Engine（GEE）云计算平台上实现ERSEI并将其应用于地处西北干旱区的呼包鄂榆城市群，结果表明，ERSEI可充分体现干旱区地表细节特征，有力突显了水网对周边环境辐射影响的渐变信息。由呼包鄂榆城市群范围内2000-2020年间ERSEI的空间测度和时序演变分析发现，生态环境质量较好的区域主要分布在河套平原、大青山一线以及靠近吕梁山的一侧，较差的区域主要集中分布在蒙古高原、库布齐沙漠附近以及毛乌素沙地，且生态环境质量呈现持续性下降，应作为生态风险预警区加强治理。ERSEI为干旱区生态环境质量常态化监测提供了一种快速有效的新方法。
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  摘要(154)

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• 基于胶囊注意力网络的高空间分辨率遥感影像建筑物提取
• 许正森,管海燕,彭代峰,于永涛,雷相达,赵好好

• 摘要：建筑物作为人类活动的主要场所,基于高空间分辨率遥感影像的建筑物自动检测和提取在防灾减灾、灾害估损、城市规划、地形图制作与快速更新等方面应用具有重要意义。然而,由于建筑物形态和拓扑结构多样、特征复杂以及高分辨率遥感影像中同物异谱、异物同谱问题突出和空间异质性强等挑战,高精度建筑物自动提取仍存在较大困难。本文提出一种基于通道和空间双注意力胶囊编码-解码网络(dual-attention capsule encoder-decoder network, DA-CapsNet)的建筑物提取通用模型。通过提出胶囊网络和空间通道双注意力模块克服传统卷积网络异变性强而同变性弱缺陷,增强高分辨率遥感影像中建筑物高阶特征提取和表达能力,提高建筑物区域与背景区域可分性,从而实现阴影遮挡部分以及对非建筑不透水层的准确提取与区分。具体而言,该模型首先利用深层胶囊编码-解码结构提取和融合多尺度建筑物胶囊特征,获取高质量、高分辨率的建筑物特征表示。之后,使用通道和空间注意力特征模块进一步增强建筑物上下文信息表示。最后,本文选取两种高分辨率建筑物数据集进行建筑物提取试验,并与典型建筑物提取方法进行对比分析。结果表明,耦合通道和空间注意力机制的胶囊编码-解码器神经网络(DA-CapsNet)能有效克服高分辨率遥感影像中的空间异质性、同物异谱、异物同谱以及阴影遮挡等影响,实现高精度像素级建筑物自动提取。
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  PDF(53)

  摘要(78)

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• 中巴经济走廊洪扎段潜在滑坡SBAS-InSAR早期识别及发育特征分析
• 苏晓军,张毅,孟兴民,Rehman Mohib Ur,Khalid Zainab,赵富萌,岳东霞,郭富赟,周自强

• 摘要：中巴经济走廊巴基斯坦境内洪扎河谷（Hunza Valley）段地形高差巨大、地质环境复杂、滑坡灾害多发，对河谷内村镇威胁极大，也严重制约中巴经济走廊安全建设与运行。为了加深对Hunza河谷滑坡灾害的认识，非常有必要进行滑坡识别编目和发育特征研究。本研究基于升、降轨获取的87景哨兵一号（Sentinel-1）数据，利用SBAS-InSAR技术获取了洪扎河谷地表形变，计算了地表斜坡向形变速率。并综合利用光学遥感影像解译和野外实地调查验证，成功识别了洪扎河谷53处潜在滑坡，并对滑坡识别效果、典型滑坡变形进行了分析。在此基础上，以11个地质环境因素作为影响滑坡发育的因子，分析了滑坡分布发育特征。结果表明，升轨和降轨数据监测到研究区内斜坡向最大形变速率分别为?311 mm /a和 ?490 mm /a，洪扎河谷区不稳定形变阈值为?20 mm/a。识别的潜在滑坡主要集中在河流两岸、公路上下边坡；潜在滑坡主要分布在风化堆积层以及千枚岩、板岩等变质岩区；高差200 - 1000 m、坡度30 - 40°和坡向南、南西向为滑坡发育的优势地形条件；斜坡地表裸露、植被稀疏地段物源充足，滑坡较为发育。研究结果可用于巴基斯坦洪扎河谷防灾减灾工作，保障中巴经济走廊畅通运营，为具有毁路与堵江风险的滑坡重点监测和评价研究提供科学参考和数据支持。
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  摘要(72)

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• COVID-19疫情初期美国城市夜间灯光时空变化分析
• 许刚,王传立,孟庆祥,修田雨,李熙

• 摘要：为应对COVID-19疫情而采取的“居家令”等非药物干预措施显著改变了城市社会经济活动，但其变化特征和时空模式仍不明确。本研究以美国20个大城市为例，获取NPP-VIIRS月度合成数据分析2020年2—4月COVID-19疫情初期城市夜光亮度变化的空间格局、衰减特征和用地类型差异。结果表明，“居家令”等措施导致美国城市夜光亮度普遍变暗，平均降低5% - 8%。夜光变化呈现明显“中心—边缘”空间结构特征，夜光降低幅度随到城市中心距离增加而减小。不同用地类型夜光变化幅度存在差异，纽约居住用地和航空设施用地夜光亮度降低幅度最明显，分别下降12%和11%。芝加哥各类用地夜光亮度普遍下降20%左右，除体育设施用地外，其他各类用地夜光亮度一个月后有所恢复。夜光遥感有效反映了城市社会经济活动变化，在监测评估突发事件社会影响方面具有重要应用。
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  摘要(80)

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• 融合特征优选与随机森林算法的 GF-6影像东北一季稻遥感提取
• 张悦琦,任鸿瑞

• 摘要：为寻求高效、高精度的东北一季稻种植面积提取方法，该研究以辽宁省盘锦市为研究区，利用覆盖水稻关键物候期的6景GF-6 WFV单时相影像和时序影像，构建光谱特征、植被指数、水体指数和红边指数4类特征变量，采用平均不纯度减少的方法进行重要性排序并通过袋外误差方法选择最优输入特征，建立基于特征优选的随机森林模型，对2020年盘锦市水稻种植分布进行提取。结果表明：（1）基于水稻不同物候期的单时相影像，总体分类精度均在94%以上，以处于水稻移栽期影像分类结果最佳，其总体精度、F1值（水稻）、Kappa系数与实地验证点精度分别为97.67%、98.84%、0.97和97.22%；（2）与单时相影像相比，利用时序影像进行土地覆被分类和水稻信息提取能够有效提高分类精度，其总体精度、F1值（水稻）、Kappa系数与实地验证点精度分别为99.33%、100.00%、0.99和97.22%；（3）对有无红边信息参与的水稻提取结果进行对比分析，红边波段和红边指数的引入可使分类精度有所提高；（4）引入紫边与黄边波段能够提高分类精度，但分类结果精度提高效果次于红边信息。该研究证明，基于特征优选的随机森林模型，利用水稻移栽期的单时相影像提取水稻种植分布可满足实际应用精度需求，但利用时序影像可进一步提高分类精度。此外，GF-6卫星的新增波段均能够提高水稻分类精度，显示出GF-6卫星在作物精细提取方面具有巨大应用潜力。
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  摘要(90)

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• WRF-3DVAR逐小时雷达同化系统在华北地区降雨径流预报中的应用
• 刘昱辰,刘佳,李传哲,王维,田济扬

• 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。
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  摘要(115)

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• 植被覆盖区高精度遥感地貌场景分类数据集
• 欧阳淑冰,陈伟涛,李显巨,董玉森,王力哲

• 摘要：地貌数据集是实现地貌自动分类和加深对地貌形态学认识的重要支撑数据之一。当前缺乏高精度地貌成因类数据集,制约了地貌遥感自动解译的发展。本文在我国东北地区以沟－弧－盆体系为主的天山—兴蒙造山系中,针对强烈的构造运动和新生代以来的火山作用、流水作用形成的地貌成因类型,制作了构造地貌、火山熔岩地貌和流水地貌三类场景数据集。数据集覆盖面积约5000平方公里,包括哨兵2号可见光遥感影像、SRTM1 DEM及基于DEM提取的七个地貌形态参数(山体晕渲图、坡度、DEM局部平均中值、标准偏差、坡向-向北方向偏移量、坡向-向东方向偏均量和相对偏离平均值)。单张样本图为64×64像素,空间分辨率为10m。采用多模态深度学习神经网络对数据进行训练并分类,平均测试精度可达到82.63%,表明构建的数据集具有较高的质量。该数据集(下载方式：https://pan.baidu.com/s/1Kzj04cU-TiofPk6pTEKENg,提取码：cug0)可为地貌成因遥感自动分类研究,以及推动遥感地貌智能解译的向前发展,提供数据集支撑。
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  PDF(398)

  摘要(324)

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• 顾及空间异质性的大范围地面沉降时空预测方法
• 刘青豪,刘慧敏,张永红,吴宏安,邓敏

• 摘要：摘 要:大速率、不均匀的地面沉降已经威胁到人类的生产活动，高精度的沉降预测结果对于地质灾害的精准防控具有重要意义。为掌握地面沉降的演化规律，利用现场观测数据或InSAR数据开展了多项预测研究。然而，由于空间异质性的存在，大范围地面沉降的准确预测仍然是一项挑战。在这项研究中，从数据驱动的角度提出了一种顾及空间异质性的大范围地面沉降时空预测方法(Spatio-temporal Long Short-Term Memory, STLSTM)。首先，通过聚类识别地理空间中的均质子区；然后，在每个子区中，一个特别的长短期记忆（Long Short-Term Memory, LSTM）网络被用来捕捉局部位置的非线性特征；最后，利用预训练的网络对未来时刻的地面沉降进行定量预测。在实验部分，哨兵1号影像数据被用来比较STLSTM与其余8种基准方法的性能，利用空间统计指标分析了模型的有效性。结果表明，STLSTM在152s内达到了最高的预测精度（71.4%），且能够有效弱化空间异质性对大区域沉降预测任务的影响。总之，这项研究将空间异质性处理策略融合到深度学习模型中，实现了高精度、高时效的大范围地面沉降时空预测。
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  摘要(153)

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• 基于贝叶斯模型的森林高度极化干涉SAR反演不确定性分析
• 张庭苇,张王菲,张永鑫,黄国然

• 摘要：极化干涉合成孔径雷达（Polarimetric Interferometry Synthetic Aperture Radar，PolInSAR）已被广泛用于森林高度的反演，正确评估模型输入参数、模型假设、林分结构、立地条件等引起的不确定性是提高基于PolInSAR技术森林高度反演精度及准确性的关键之一。本文以贝叶斯模型为基础，以模拟的L波段PolInSAR数据为数据源，首先基于贝叶斯模型确定了随机体散射（Random Volume over Ground，RVoG）模型输入参数引起的不确定性，在此基础上使用先验知识（成像中森林高度的值）对RVoG模型的消光系数进行“固定”，并反演了森林高度；然后基于RVoG模型反演结果及贝叶斯后验采样分析，讨论了树种、森林密度、地面粗糙度及土壤含水量四个因子变化引起的森林高度反演结果的不确定性。研究结果表明：对于L波段的PolInSAR模拟数据，采用RVoG模型进行森林高度反演时，使用先验知识对消光值进行固定可大大降低森林高度反演的不确定性；四个因子中，树种和森林密度引起的不确定性较显著，然后为地面粗糙度，最后为土壤含水量。阔叶林反演结果的不确定性明显高于针叶林；森林密度从150株/hm2增至1200株/hm2时，其标准误最高可下降67.5%；在针叶林纯林和阔叶林纯林中，地面粗糙度与反演结果的标准误呈现明显的正相关关系；土壤含水量引起的不确定性最小，几乎可以忽略不计。
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  PDF(219)

  摘要(159)

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• 考虑植被红边信息的多时相Sentinel-2大范围冬小麦提取研究
• 田欣媛,张永红,刘睿,魏钜杰

• 摘要：冬小麦是我国的主要粮食作物且种植面积年际变化较大，及时准确掌握冬小麦种植面积变化有利于国家和相关部门科学决策。遥感技术是获取大范围冬小麦种植面积数据的最有效手段，前期研究多利用多时相中低分辨率影像（如MODIS）的归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）开展大范围冬小麦种植区提取，因分辨率低导致精度难以令人满意。Sentinel-2卫星是唯一能获取三个红边波段影像的米级分辨率传感器，但应用其红边波段进行大范围冬小麦提取的研究几乎没有。因此本文分析了红边位置指数(Red-Edge Position Index,REPI)与NDVI各自在冬小麦提取中的优势，并基于冬小麦物候特征与JM距离研究关键时相，提出一种综合多时相Sentinel-2 PERI、NDVI的大范围冬小麦提取方法，将其应用于2020年京津冀地区的冬小麦种植区提取，冬小麦总面积提取误差为-2.57%。提取结果与GoogleEarth高分辨率光学影像的解译结果进行比较，总体精度为94.24%，Kappa为0.88，相较于已有大范围冬小麦提取研究精度有明显提升，表明了本文方法的有效性。
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  PDF(295)

  摘要(265)

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• 乌托邦平原祝融号火星车着陆区地质特征遥感分析
• 芶盛,岳宗玉,邸凯昌,牛胜利

• 摘要：我国首个火星探测任务天问一号探测器由环绕器、着陆器和巡视器(祝融号火星车)组成。祝融号火星车于2021年5月15日成功登陆火星北半球乌托邦平原南部的预选着陆区。乌托邦平原过去可能存在具备孕育生命的环境，祝融号火星车在该地区开展巡视探测，具有丰富的科学价值。为了给祝融号火星车和天问一号环绕器今后获取的就位和遥感探测数据的分析和解释提供有关着陆区的地质背景，本文利用已有的遥感影像和产品，详细分析了祝融号火星车着陆点周边50 km区域的地质特征，并制作了着陆区地质图。着陆区主要存在撞击坑、横向风成脊、槽沟和锥形丘等地貌。在200 m尺度上，整个着陆区地势南高北低，地形较为平缓，十分有利于后续巡视探测。着陆区热惯量相对较低，地表风化层仅存在少量呈半掩埋状的岩石，表明该区域的风化层易于受到热扰动的影响。受高光谱遥感影像分辨率和(或)矿物吸收特征的限制，着陆区的矿物类型和丰度暂时未知，急需火星车开展就位探测以填补目前的空缺。综合乌托邦平原的撞击成因和火星北半球可能存在的巨大古海洋及其后续演化，本文提出乌托邦平原在火星的各个地质时期主要经历了撞击盆地形成(前诺亚纪)、流水沉积物填充(诺亚纪)、撞击坑等典型地貌发育(西方纪)、火山物质部分覆盖(亚马逊纪)等较为复杂的地质改造和演化过程。结合着陆区的地质特征和祝融号火星车搭载的科学载荷，本文建议火星车将着陆区南部的横向风成脊、槽沟和锥形丘分别作为火星车的短期、中期和远期优先探测对象，从形貌学、矿物学、地层学和气候学等多方面对它们开展综合探测分析，确定它们的真正成因或归类。祝融号火星车的就位探测成果将极大的丰富行星科学领域对乌托邦平原地质演化过程的认识，甚至可以为过去可能存在的古海洋和生命宜居环境的综合评价提供支撑。
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  PDF(389)

  摘要(297)

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• 大型煤炭基地生态系统服务功能遥感评估及演变分析 —以宁东为例
• 孙灏,高金华,崔希民,王国瑞,李培现

• 摘要：生态系统服务功能是人类从生态系统中获得的直接收益，因此从服务功能角度评估矿区生态系统状况具有重要意义。以大型煤炭基地宁东为例，在阐述矿区生态系统状况遥感监测研究现状和进展的基础上，设计了遥感数据驱动的气候调节、防风固沙、固碳释氧、水源涵养和土壤保持五项生态系统服务功能计算方案，利用长时间序列连续数据评估了上述功能的时空演变，衡量了矿区生产活动对地表生态系统的影响。应用Mann-Kendall非参数检验实现对研究区生态系统服务功能的时空动态评估。研究结果表明：(1) 从2001到2019年，宁东基地生态系统服务功能整体呈改善趋势，其中气候调节、固碳释氧、防风固沙改善趋势非常显著，水源涵养出现轻微下降现象，土壤保持处于基本不变的状态。(2) 空间分布上，远离采煤工作面的区域生态系统服务功能比较强，反之则比较弱。(3) 矿区与非矿区对照分析表明，矿区生产活动迟滞了生态系统服务功能的增加，其中非矿区的气候调节功能的上升速率约为矿区上升速率的2倍，非矿区防风固沙和固碳释氧功能的上升速率约为矿区上升速率的1.5倍。研究区生态系统服务功能的整体改善，可能是气候环境变化和人工修复活动的综合结果，但鉴于其整体改善速率明显低于非矿区，说明煤炭开采活动造成了一定的负面影响，仍然需要加大对生态系统保护和修复的力度。
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  PDF(179)

  摘要(149)

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• 不同种植设施背景蔬菜作物无人机高光谱精细分类
• 胡顺石,杨斌,黄英,岑奕,戚文超

• 摘要：我国蔬菜产业规模大、产值高，是促进农民增收和农村农业经济发展的支柱产业。快速准确地获取区域尺度蔬菜种植结构信息对于农业现代化、自动化和精细化等具有重要意义。无人机高光谱遥感技术具有快速机动灵活和“图谱合一”的优势，在作物精细分类中具有广泛应用前景。然而蔬菜作物种植规模差异大、农业景观破碎度高，同时还受地膜、大棚和防鸟网覆盖等影响，无人机高光谱图像易产生严重的混合光谱效应，给蔬菜作物精细分类带来了极大的挑战。针对此问题，本研究以湖南省农科院高桥科研基地蔬菜种植区为例，获取无人机高光谱图像，探索采用支持向量机和深度学习方法对不同蔬菜作物进行精细分类。研究结果表明：基于无人机高光谱遥感数据，可以实现不同覆盖背景下的蔬菜作物精细分类；两大分类方法的平均总体精度分别为78.03%和90.75%，平均Kappa系数分别为0.7359和0.8887，相较于支持向量机方法，基于深度学习的分类方法获得的精细分类效果更加理想，三维卷积神经网络和引入注意力机制的卷积神经网络可以有效提取图像中的光谱-空间特征信息，在蔬菜作物精细分类中体现出更好的分类效果；蔬菜作物在大尺度地块上空间纹理特征明显，而在小地块尺度上差异较大，宜采用不同深度学习方法对其进行精细分类；不同覆盖背景对蔬菜作物产生混合光谱效应，对作物精细分类效果影响显著。
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  摘要(11)

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• 航空滤光片阵列多光谱图像曲面拟合双阈值配准
• 李铜哨,孙文邦,岳广,张星铭,顾子侣

• 摘要：图像配准过程中,匹配点位置精度是决定图像配准精度的关键。本文针对航空滤光片阵列多光谱图像因各谱段间存在像点位移而使误匹配点剔除比较困难的问题,提出了一种基于匹配点位置差曲面拟合双阈值剔除方法。首先,选取多光谱图像中间波段图像作为基准图像,利用SIFT算法分别提取基准图像和待配准图像的匹配点；其次,在基准图像匹配点处逐点计算两波段图像匹配点的位置差,构建匹配点Delaunay三角网,利用IDW(反距离加权)算法拟合整幅图像位置差曲面；然后,对位置差曲面进行平滑处理,再分别向上向下平移一定容差范围,构成位置差三维阈值空间；最后,利用位置差三维阈值空间筛选出精确匹配点,并完成图像配准工作。理论分析与实验结果表明：该方法可以有效筛选出航空滤光片阵列多光谱图像高精度匹配点,进而有效提高图像配准的精度。
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  PDF(123)

  摘要(161)

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• 利用MODIS多通道反照率产品估算OCO-2氧气A吸收带陆表反照率的方法研究
• 杨洁,李四维,王庆鑫

• 摘要：在基于OCO-2卫星氧气A吸收带观测的云反演中，陆表反射是重要的干扰因素，其强度主要由陆表反照率决定。然而，目前尚无卫星产品能提供OCO-2云反演所需的氧气A吸收带陆表反照率，为此本文提出基于MODIS多通道黑空/白空反照率的OCO-2氧气A吸收带陆表反照率估算方法。该方法顾及地表覆盖类型对波段间转换陆表反照率的影响，在不同时间和不同空间上测试的相关系数均超过0.93，均方根误差为0.026。其中，MODIS反照率数据的质量是决定多通道模型转换精度的最重要因素。当输入最佳质量的MODIS反照率时，OCO-2氧气A吸收带陆表反照率估值的均方根误差略优于0.02，随着MODIS反照率数据质量的下降，估值的均方根误差逐渐增大至超过0.05。
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  PDF(272)

  摘要(247)

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• 沙漠稳定目标方向反射率参考模型构建研究（光学载荷历史数据再定标共性技术专栏）
• 王玲,胡秀清,徐娜,陈林,张鹏,徐寒列

• 摘要：陆地稳定目标的地表反射率是利用反射率基法其对卫星传感器进行辐射定标的关键参量。但对于国产历史遥感卫星的光学载荷，同步观测的稳定目标地表反射率数据的缺乏，是对其进行历史再定标工作的主要难点。本文基于长时间序列的MODIS BRDF模型参数产品，采用统计分析的方法，建立了全球典型沙漠稳定目标的逐月方向反射率参考模型，并基于独立的样本数据进行了模型精度验证及辐射定标应用示范研究。验证结果显示，国外目标的方向反射率参考模型不确定度优于国内目标。国外的13个沙漠目标中，有12个目标的模型误差在±3%以内，其中Libya 4可低于±1%；在国内，有6个目标与国外这12个目标的模型精度相当。辐射定标应用示范结果显示，本文构建的稳定目标方向反射率参考模型可以代替实时的MODIS BRDF模型参数产品用于遥感仪器的辐射定标中。一方面，可以解决国产卫星光学载荷历史数据再定标中缺乏地面反射率同步观测的问题；另一方面，对于在轨遥感仪器的辐射定标中，可避免频繁下载MODIS BRDF模型参数产品的问题。
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  PDF(72)

  摘要(75)

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• “地面沉降专栏”——基于AM-LSTM网络的北京平原东部地面沉降模拟研究
• 曹鑫宇,朱琳,宫辉力,郭琳,尉毓姣,郭涛,陈蓓蓓,王海刚,李蕙君

• 摘要：基于传统数值方法构建的地面沉降模拟预测模型需要大量的水文地质数据和实测数据，对于地质条件复杂的地区形变预测难度大。本文基于PS-InSAR技术获取的北京平原东部地区的地面沉降信息，综合考虑不同层位地下水水位对沉降的影响，采用基于注意力机制的长短时记忆网络（AM-LSTM）对不同沉降发育地区典型位置处的地面沉降进行模拟。结果表明：（1）研究区地面沉降空间差异性明显，2010年11月至2016年8月最大沉降速率约153 mm/yr，累计沉降量达到1063 mm，位于朝阳区三间房乡附近；（2）基于AM-LSTM模型的模拟精度优于传统LSTM模型，本次模拟精度最高提升了22%；（3）模拟精度最高的点位于沉降发育较为缓慢的区域，沉降速率处于0～30 mm/yr之间；而模拟精度最差的点位于沉降较为严重的区域，沉降速率大于110 mm/yr；（4）AM-LSTM模型注意力权重表明，第二承压含水层水位对地面沉降贡献最大。研究结果能够为地面沉降防控提供可靠的模型。
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  PDF(317)

  摘要(531)

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• 高分7号卫星图像快速解析2022年1月8日 青海门源Ms6.9级地震的地表破裂带
• 焦其松,姜文亮,李强,赖积保,郑艺,何仲太,申文豪,李永生,罗毅,张景发

• 摘要：强震地表破裂调查与灾情评估是地震应急响应的重要工作内容，快速获取震后高分辨率卫星数据并开展应急信息提取分析，是提升应急时效性的重要支撑手段。2022年1月8日青海门源Ms6.9级地震发生的当天快速获取了国产高分7号卫星等数据，基于分辨率0.65m的全色及2.6m的多光谱图像快速解译分析地震地表破裂带分布特征、构造样式与位错强度等，为地震应急响应与现场调查提供了重要信息。深入分析表明，门源6.9级地震形成了南、北两条同震地表破裂带，其中北支沿冷龙岭断裂带主断层的西段发育，长度约19km；南支沿托莱山断裂东段分布，长度约2.3km。北支同震地表破裂带左旋断错了一系列冲沟、洪积物、道路、冰层等地貌特征，最大左旋位移约2.2m，沿地表破裂带形成鼓包、拉张凹陷、斜列式张裂隙等变形构造。最新同震破裂与历史破裂分布吻合，反映了强震活动的原地破裂特征，其地震危险性需要引起高度关注，值得深入研究。高分7号卫星首次在地震灾害发生当日就发挥较大优势，表明高分系列卫星在地震应急调查方面具有良好应用潜力。
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  摘要(14)

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• 基于微波辐射计响应特性的FY-3C微波湿度计历史数据一致性定标方法（国产遥感卫星历史数据再定标共性技术）
• 王振占,肖雨伟,王可昕,张升伟

• 摘要：星载微波湿度计观测的地球表面和大气的微波辐射数据是数值天气预报和气候研究的重要基础数据源。由于微波湿度计系统响应特性差异、在轨工作条件的变化，以及星上定标基准的差异，不同微波湿度计、同一微波湿度计数据之间在长时间范围内都存在一定的偏差。如果这些偏差不进行修正，则会对长时间序列应用（如气候研究等）具有较大的影响，甚至可能导致错误的结果。并且由于微波辐射不存在绝对基准，无法通过绝对基准的传递进行星上数据的绝对定标，因此需要利用其它相对定标方法对湿度计的稳定性及其变化特征进行评价。本文基于OMB定标的思想，获得OMB定标偏差后，结合微波湿度计的系统响应特性和星上定标基本原理，建立了微波湿度计定标偏差的校正模型—再定标模型，从而实现定标偏差的校正。初步研究结果表明：使用再定标模型后，FY-3C微波湿度计-II定标结果的时间序列稳定，原始OMB偏差中的各种异常波动现象得到良好修正。并且该模型是基于微波湿度计的系统响应特性，因此这一方法同样适用于其他FY-3系列卫星微波湿度计数据的定标偏差校正。当使用相同的辐射传输模型时，再定标模型可以实现FY-3系列卫星微波湿度计数据的一致性定标。
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  摘要(36)

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• FY-3E微波湿度计发射前定标的非线性系数在星上定标中的适用性分析(国产遥感卫星历史数据再定标共性技术）
• 王振占,肖雨伟,张升伟,何杰颖,谷松岩

• 摘要：星载微波湿度计发射前定标和在轨定标的最大不同是冷源的使用：在轨定标的冷源是宇宙冷空背景温度，通常为2.7K，而发射前定标的冷源通常控制在80-100K之间。这样通过发射前定标得到的非线性系数是否可以用于在轨定标一直是一个非常关心和值得研究的问题。本文通过在FY-3E微波湿度计发射前热真空定标中除了传统需要的冷热、变温定标源之外，另外设计了一个独立的位于180-200K附近的定标源。利用该验证源，本文提出了三点定标公式，并通过外推到冷空亮温的模拟观测计算非线性系数。随后通过比较传统和新型非线性系数推导方法的结果，并将两组系数带入同一组数据中分析两组发射前定标系数用于在轨定标的适用性。
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  摘要(41)

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• 基于TS-InSAR技术和长短时记忆网络的地表形变预测
• 陈毅,何毅,张立峰,陈宝山,何旭,蒲虹宇,曹胜鹏,高丽雅,杨旺

• 摘要：预测地面沉降对于城市基础设施损害的早期预警和及时采取补救措施具有重要意义。本文提出基于时序InSAR数据采用长短时记忆网络(LSTM)模型来预测地面沉降。以香港国际机场为研究区域，基于Sentinel-1A升轨影像利用时序雷达干涉技术(TS-InSAR)获取2015-2020年机场时序地面沉降监测InSAR结果；利用机场时序InSAR形变结果建立堆叠式LSTM预测模型，并将预测结果与InSAR真实结果进行对比分析。结果表明，2015-2020年香港国际机场地表垂直方向的平均形变速率为-19-5 mm/year。预测值与真实值的拟合均方根误差和平均绝对误差均较低，分别为0.75 mm和0.61 mm，同时其相关系数为0.99，表明LSTM预测模型在点级尺度上具有良好的性能，能够基于时序InSAR数据较准确预测地面沉降。但预测过程中发现，LSTM模型不合适长期预测，长期预测会出现失效性。本文提出的堆叠式LSTM预测模型可以作为一种有效方法来预测地表形变，尽管LSTM模型只是适用于短期预测，但其预测结果可用于辅助决策、早期预警和减轻危害。
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  PDF(160)

  摘要(153)

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• 被动微波遥感反演雪深与气象站观测雪深时空对比研究
• 王静,车涛,戴礼云,岳珊娜,郑照军

• 摘要：雪深是积雪重要的物理属性之一，准确的获取雪深对积雪水文与水资源、气候变化、雪灾等研究至关重要。目前，广泛用于长时间序列雪深研究的是气象站观测雪深数据和被动微波遥感（如SMMR、SSM/I和SSMI/S）反演雪深数据。本文对这两种数据的雪深最大值和平均值在中国地区的空间分布、年际变化进行对比，分析两种数据的分布特征。结果表明：空间上，站点观测雪深与站点对应遥感像元雪深在东北地区相关性最好，新疆地区次之，青藏高原地区相关性较差。两种雪深在稳定积雪区分布较为一致，在大于40cm的深雪区和雪深小于5cm的南方地区站点观测雪深的最大值明显高于遥感反演雪深的最大值。时间上，相比于1980~2019年这一时间段，1989~2019年间站点雪深与遥感雪深在各典型积雪区的相关性明显提高。进而对比近30a中国地区两种雪深的变化，结果显示两种数据在青藏高原东南部雪深有一致的显著（p<0.05）减少趋势，在东北平原地区雪深有一致的显著（p<0.05）增加趋势。分布在青藏高原地区的气象站大多选址在海拔较低的地方，不能很好的反映对应微波遥感像元中高海拔地区及山区内雪深的平均分布和变化情况，而被动微波遥感雪深反演受积雪特性变化的影响，对短时间内雪深变化较大的极端降雪事件不敏感。
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  摘要(10)

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• 基于欧比特高光谱影像的滇池叶绿素a浓度遥感反演研究
• 郑著彬,张润飞,李建忠,林琳,杨虹

• 摘要：水体叶绿素a（Chlorophyll-a , Chla）浓度是表征水体富营养化程度的关键性指标，对于水环境评估和水质遥感监测具有重要意义。欧比特高光谱卫星是我国于2018年发射的新一代高光谱卫星，然而其在内陆水体水质遥感监测的适用性仍有待验证。本研究以高原富营养化湖泊滇池为研究对象，以叶绿素a浓度为反演指标，利用滇池2次野外现场实测数据和欧比特高光谱（Orbita Hyperspectral, OHS）影像，通过分析滇池水体的光学特性，构建了适用于欧比特高光谱影像的滇池水体叶绿素a浓度遥感反演模型，并通过星地同步数据验证了反演模型的有效性与可行性，获得了滇池叶绿素a浓度的空间格局。结果表明：（1）波段比值模型（B17/B9）最适合于基于欧比特高光谱影像的滇池水体叶绿素a浓度的遥感反演，模型反演精度较高，决定系数为0.804，均方根误差和平均绝对误差百分比分别为6.99 μg/L和6.32%；（2）2019年4月2日滇池水体叶绿素a浓度呈现出由湖岸向湖泊中心逐渐降低的趋势，东北部与东南部呈幂函数型递减，西北部呈线性递减；（3）滇池欧比特高光谱影像的近岸4个水体像元易受到陆地邻近效应的影响。本研究提出的基于欧比特高光谱影像的波段比值模型能够实现滇池叶绿素a浓度的遥感反演，为内陆富营养化水体叶绿素a浓度的遥感监测提供了一种新的思路与方法。
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  摘要(314)

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• 河南省夏季臭氧生成敏感性及其驱动因素分析
• 白杨,王盼,赵鹏飞,黄继磊,郭建忠,王家耀

• 摘要：明确当地臭氧生成敏感性变化的主控因子是制定有效臭氧污染控制策略的前提。采用卫星观测OMI FNR（Ratio of the tropospheric columns of Formaldehyde to Nitrogen dioxide, HCHO/NO2）指示剂将河南省夏季臭氧生成敏感性OFS（Ozone Formation Sensitivity）划分为VOCs控制区、协同控制区和NOx控制区。基于地理探测器，量化气象条件、人为源前体物及其交互作用与OFS的关系。研究揭示：（1）河南省夏季OFS以协同控制区为主，区域内臭氧污染严重，仅次于VOCS控制区。2005-2015年，FNR值波动下降，OFS向协同控制区转变，主要受NOX减排的影响。2016年之后，FNR值变大，OFS有向NOX控制区转变的趋势。（2）人为源排放是OFS变化的主要驱动因子，平均可解释FNR变化的40.5%（q＝0.405）。若CO、PM2.5、NOx和非甲烷挥发性有机物NMVOC（Non-methane volatile organic compounds）的排放量增加，FNR减小，河南省夏季OFS向VOCs控制区转变，对NOx减排的敏感性降低。（3）地表净太阳辐射SSR（q＝0.321, Surface net solar radiation）和大气柱总水量TCW（q＝0.302, Total column water）是河南省夏季OFS变化的主要气象驱动因素。SSR增加，FNR减小，使臭氧生成对VOCs更加敏感。TCW对OFS变化的影响较为复杂，当TCW＜40 kg/m2时，TCW增加，FNR减小，臭氧生成对VOCs更加敏感；当TCW＞40 kg/m2时，TCW增加，FNR增大，臭氧生成对NOx更加敏感。（4）因子间的交互作用对OFS空间分布的驱动大于单一因子的独立作用，人为源前体物和气象因子的交互作用占主导地位。研究结果可加强对臭氧生成光化学过程的认识，为制定合理的污染减排措施提供依据。
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  摘要(18)

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• 云偏振遥感综述
• 王宇瑶,麻金继,李婧晗,洪津,李正强

• 摘要：云是指停留在大气层中的水滴或冰晶胶体的集合体，也是地球上庞大水循环产生的有形结果，在全球气候中扮演着重要的角色。偏振遥感对光的辐射强度、方向、相位以及偏振状态等波谱特性进行描述，丰富了观测信息量，提升了观测信息的维度。为了更好地了解偏振遥感云的优势，本文对国际上发射的POLDER、APS、DPC等标志性的偏振传感器的特征和云反演算法进展进行了总结，涉及到相关偏振载荷参数信息、云参量算法的介绍和产品等相关内容，并就经典偏振云参量算法做了详细的总结和评价。随着国际上后续偏振传感器快速增加，还对未来偏振传感器的发展方向和相关算法进行了展望。
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  摘要(16)

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• 气溶胶激光雷达的国内外研究进展与展望
• 黄忠伟,王雍恺,闭建荣,王天河,李武仁,李泽,周天

• 摘要：大气气溶胶具有显著的环境与气侯效应，而定量评估上述效应需要准确了解气溶胶物理化学光学性质的时空分布特征。过去几十年，激光雷达已被国内外学者广泛应用于气溶胶探测研究，主要依赖于其在探测范围、时空分辨率等方面具有独特的技术优势。本文主要总结激光雷达在探测气溶胶方面的国内外研究进展，首先简要介绍可用于探测气溶胶的主要激光雷达类型，然后分别根据气溶胶大小、组分、浓度、形状、光学性质等关键信息介绍相关研究进展，最后进行总结并对气溶胶激光雷达发展进行了展望。
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  摘要(50)

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• 臭氧卫星遥感六十年进展
• 赵少华,杨晓钰,李正强,王中挺,张玉环,王玉,周春艳,马鹏飞

• 摘要：臭氧是一种微量气体，可吸收太阳光线中绝大部分短波的紫外线，保护地球上的生物免收紫外线辐射损害，此外臭氧在9.6μm的红外波段具有很强的吸收带，故还是一种温室气体，约90%的臭氧分布于10-50km高度的平流层，10%分布在10km以下的对流层，在区域、全球大气和气候系统中发挥着重要作用。臭氧已成为我国继PM2.5之后多地的首要污染物，臭氧污染防治是我国“十四五”及未来大气污染防治的重点。本文回顾了近60年来国内外臭氧卫星观测方面的主要进展，包括卫星探测载荷和臭氧相关的反演应用技术等，分为三个阶段总结了卫星载荷天底、临边和掩星三种探测方式的发展历程。臭氧卫星遥感反演算法和监测应用也随着载荷的发展在不断更新，本文重点介绍了臭氧柱总量和垂直廓线卫星遥感反演算法、近地面臭氧及其前体物观测、平流层臭氧入侵观测和区域传输、臭氧卫星观测数据的精度验证等方面的重要进展。对比国际臭氧卫星遥感监测，我国臭氧监测卫星发展滞后，虽然国家民用空间基础设施规划中陆续将发射的高光谱观测卫星、大气环境监测卫星具有初步的臭氧监测能力，但在卫星载荷在功能、性能等方面还有不小差距，比如空间分辨率、信噪比等方面。在算法反演和监测应用方面，目前臭氧柱总量反演精度较高，还存在对流层中低层和近地面臭氧浓度反演精度不够，臭氧污染评估及成因分析不足，如近地面臭氧污染迁移转化过程、平流层臭氧侵入识别分析等问题，是下一步要重点解决的方向。
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  摘要(50)

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• 基于地球静止卫星和网格化站点的PM2.5浓度精细化制图——以徐州为例
• 范东浩,秦凯

• 摘要：我国于2012年底建成了全国PM2.5地面监测网络，其在空间分布上趋势呈现“市区密集、农村稀疏”的特点，而地方政府建立的网格化监测站点在一定程度上可以弥补因国控站点空间分布不均匀所带来的问题。基于此，本文选用徐州市网格化监测数据、地球静止卫星Himawari-8/AHI及COMS/GOCI的表观反射率和气溶胶光学厚度数据、气象和其他辅助数据，开展了徐州地区0.005°空间分辨率网格的PM2.5浓度精细化制图研究。本文使用了极端梯度提升(XGBoost)、随机森林(RF)及时空加权回归(GTWR)三种方法，并选用多种特征参数组合进行对比分析。综合分析模型精度和过拟合程度表明，XGBoost模型表现最好，其R2为0.90，RMSE为11.65μg/m3。本文结果与国控站点、清华大学的TAP数据集和马里兰大学的CHAP数据集的对比分析表明，基于网格化站点的PM2.5制图结果能更好地反映城市内部不同区域的PM2.5浓度分布差异性，弥补因国控站点稀疏带来的缺陷，更好地服务于城市空气质量精准管控。
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  摘要(55)

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• 大气环境卫星遥感：温室气体和气溶胶协同观测综述
• 李正强,谢一凇,石玉胜,厉青,Jason Cohen,张羽中,韩颖慧,熊伟,刘毅

• 摘要：人类排放的温室气体和气溶胶是造成全球气候变暖和大气环境恶化的主要因素，也是大气环境卫星遥感的核心探测目标。与传统的单一探测目标卫星相比，实现同平台的大气温室气体和气溶胶协同监测，对于提高温室气体卫星反演精度、改善“自上而下”碳源汇估算、提升温室气体和气溶胶的人为/自然源区分能力具有重要意义，也是各国航天机构积极发展的空间探测手段。本文对欧、日、中、美等国具备温室气体和气溶胶协同监测能力的卫星进行系统的介绍，包括卫星平台、传感器、处理算法和质控验证。按照卫星监测任务和传感器用途，将其分为大气综合探测卫星和温室气体监测卫星两大类，并从碳中和行动和大气环境综合治理等需求出发，提出温室气体和气溶胶协同观测星座（GACOC）的概念及其发展方向，包括主被动卫星组网观测、温室气体和气溶胶高精度联合反演算法、人为排放源识别和定量监测等应用。
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  摘要(67)

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• 高分多模卫星大气校正总体设计与在轨验证
• 余婧,杨文涛,李正强,侯伟真,裘桢炜,李雨廷,葛邦宇

• 摘要：高分多模卫星搭载我国首台民用大气同步校正仪，可以对同平台的高分辨率相机观测区域进行时间同步、视场覆盖的大气参数测量，实现对高分辨率遥感图像的大气校正。文章论述了高分多模卫星大气同步校正的总体设计思路，并给出了多谱段、多偏振通道时空同步探测体制的设计方案和地面验证结果。高分多模卫星发射入轨后，对大气同步校正仪的大气参数反演效果和高分辨率图像的校正效果进行了验证，结果表明，大气气溶胶光学厚度（AOD）和水汽含量（CWV）的反演均方根误差分别为0.13和0.26，精度较高。基于反演大气参数对高分辨率图像进行大气校正，图像质量及地表反射率准确度均得到了很大的提升。
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  摘要(61)

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• 基于注意力机制DNN的长三角区域2015-2020年PM2.5估算及时空特征分析
• 陈镔捷,叶扬,林溢,游诗雪,邓劲松,杨武,王珂

• 摘要：PM2.5作为指示环境质量的重要因子之一，不仅影响着灰霾天气的发生，还与公众健康息息相关，近年来受到广泛的关注。尽管PM2.5地面观测站点在不断地扩张，其覆盖范围依旧有限，难以反映全域PM2.5浓度的时空异质性。本研究运用卫星遥感气溶胶光学厚度数据，辅助因子除常规的气象因子等以外，还加入了针对我国人民生产生活习惯的农历日因子，提出一种结合注意力机制的深度神经网络模型，对长三角区域2015年至2020年PM2.5浓度进行了逐日的高精度估算。模型交叉验证结果显示决定系数R2高达0.85，斜率0.86，与地面站点观测值有较高的一致性，优于多元线性回归和随机森林模型。长三角区域PM2.5浓度时空特征分析结果表明，PM2.5浓度在空间上呈现北高南低的趋势；季节特征以冬季浓度最高，夏季浓度最低，春秋过渡。此外，长三角区域2015年至2020年整体PM2.5浓度呈下降趋势，其中以上海市最为明显，下降速率为3.30 μg/m3/年，其次为江苏省（2.65 μg/m3/年）；浙江省与安徽省下降速率都小于2 μg/m3/年，但由于安徽省PM2.5浓度远高于浙江省，提升空间更大，需要更多的关注。综上所述，利用卫星数据结合本研究提出的方法能弥补地面观测站点的不足，获得高精度全域PM2.5浓度时空分布特征，从而更科学地指导相关政策的规划与落地。
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  摘要(136)

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• 大气环境卫星遥感：污染气体和大气颗粒物协同观测综述
• 李正强,张莹,赵少华,张兴赢,林金泰,秦凯,刘诚,张元勋

• 摘要：空气污染作为一种重要的环境问题，直接影响人们的日常生活和身体健康。随着污染气体和颗粒物观测技术的逐步成熟，基于卫星平台的近地层大气污染物监测得到了快速的发展。本文概括性描述了大气环境关注的污染气体和大气颗粒物的主流遥感方法，对各方法的适用场景及优缺点进行了评述。我们发现，尽管差分吸收光谱方法对污染气体的监测十分有效，但最优估计算法可进一步从多光谱信息中提取部分污染气体（例如：臭氧、一氧化碳等）的分层信息，有助于更细致的刻画污染气体在整层大气中的垂直分布。对于大气颗粒物遥感方法，采用不同的技术手段进行地气解耦是算法的核心问题，增加光谱、角度、偏振以及时间序列信息都可有效增加算法的地气解耦能力。基于对污染气体和大气颗粒物反演算法的总结，本文从污染气体和颗粒物协同观测的角度对卫星平台及传感器的发展历程进行了梳理，论述了紫外、红外以及可见光波段的传感器协同观测的优势，展望了未来静止卫星星座的高时空分辨率大气污染监测能力以及中国卫星的贡献。本文还探讨了以近地面大气污染物监测卫星探测技术及遥感算法亟待解决的问题以及未来的可能发展方向。
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  摘要(263)

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• 基于多源数据协同融合的长三角地区高分辨率PM2.5浓度无缝制图研究
• 李珂,白开旭

• 摘要：大气污染物浓度全方位动态监测是进行区域大气污染精细化防控的重要前提。为开展长三角地区小时分辨率PM2.5浓度无缝制图,本研究通过耦合AOD缺失信息重建以及多源异构数据融合分析技术,建立了一套能够有效集成卫星遥感、地面观测、模式模拟等多源异构数据的近地面PM2.5浓度无缝制图方案,并据此生产了2015–2020年长三角地区高分辨率无缝PM2.5浓度格点资料。结果表明：本研究生产的PM2.5浓度无缝格点资料与国控站点观测数据的交叉验证相关系数达0.9,平均偏差不超过10 μg m-3。同时,基于生产的长时序PM2.5浓度无缝格点资料分析发现,较于空间分布稀疏的站点PM2.5浓度观测,面域无缝PM2.5浓度格点数据更能有效揭示长三角地区PM2.5污染的时空变化特征,平均下降速率超过3 μg m-3 yr-1。本研究发展的PM2.5浓度无缝制图方法和生产的相关数据产品有望为区域PM2.5污染防控和风险暴露评估研究提供重要的方法参考和数据支撑。
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  摘要(262)

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• FY-4A AGRI陆地气溶胶光学厚度反演
• 谢艳清,李正强,侯伟真

• 摘要：风云四号A星（FY-4A）是我国第二代静止气象卫星的首颗星，多通道扫描成像辐射计（Advanced Geosynchronous Radiation Imager, AGRI）是搭载在FY-4A上的主要光学载荷之一。AGRI具有高频率观测特点（每天观测205次），在大气气溶胶的遥感高频监测方面具有良好应用潜力，但目前官方还未发布相应的气溶胶数据集。本文旨在针对AGRI数据的特点开发基于地表反射率比值库的反演算法以生产高精度的AGRI气溶胶数据集。本文首先基于再分析数据对去云后的AGRI L1级数据进行气体吸收订正；然后利用背景气溶胶光学厚度（Aerosol optical depth, AOD）对一个月内的 “次暗像元”进行大气校正以获取AGRI 0.65μm 和 0.83μm 通道的地表反射率，进而获取这两个通道的地表反射率的比值，完成每个月的地表反射率比值库的构建；最后便可以基于已构建的地表反射率比值库实现地气解耦，完成气溶胶的遥感反演。该算法已被应用于2019年5月至10月京津冀地区的气溶胶反演，AGRI AOD反演结果与美国国家航天局发布的MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer) AOD数据集、日本气象厅发布的AHI (Advanced Himawari Imager) AOD数据集的对比结果显示它们具有基本一致的空间分布趋势。利用AERONET (Aerosol Robotic Network) 数据验证的结果显示AGRI AOD数据集具有较高的精度，且其精度要优于AHI AOD数据集和MODIS AOD数据集。AGRI AOD数据集的平均绝对误差，均方根误差，与地基数据的相关系数和误差落在期望误差 范围内的反演结果所占的比例分别是0.09, 0.12,0.91和65.86%。上述验证结果表明基于地表反射率比值库的方法反演AGRI AOD具有可行性，且反演结果具有较高的精度。
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  摘要(351)

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• 风云三号D星MERSI AOD资料在一次污染过程中的同化应用研究
• 王溢婕,臧增亮,杨磊库,颜鹏,胡译文,曾勇,尤伟,潘晓滨

• 摘要：为了验证风云三号D星MERSI传感器的气溶胶光学厚度（AOD）数据对地面PM2.5的污染过程预报的效果，本文基于WRF-Chem (Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry)大气化学模式和三维变分同化方法，针对2020年2月10-12日我国北方地区的一次PM2.5重污染过程，进行了同化和预报试验研究。同化数据来自常规地面站点的PM2.5浓度数据和风云三号D星MERSI传感器的气溶胶光学厚度（AOD）数据。控制试验不同化任何资料，3组同化试验分别为仅同化地面PM2.5，仅同化卫星AOD，以及同时同化PM2.5和卫星AOD两种资料。结果表明3组同化试验都可以有效提高初始场准确率，以地面PM2.5作为检验标准，仅同化PM2.5、仅同化AOD、同时同化两种资料相对于控制试验，初始场的平均偏差分别降低54.9%、21.9%和49.0%，平均相关系数分别提升51.4%、16.0%和34.0%，平均均方根误差分别降低50.6%、17.2%和42.3%。以卫星AOD作为检验标准，3组同化试验相对于控制试验，初始场的平均偏差分别降低37.6%、78.4%和83%，平均均方根误差分别降低31.6%、62.2%和65.2%。同化后的初始场对预报有显著的改进，改进持续时间达24小时，以地面PM2.5作为检验标准，同时同化两种资料的试验对24小时预报的平均偏差减少19.7%，相关系数提升8.8%，均方根误差减少17.2%；以卫星AOD作为检验标准，24小时预报的平均偏差减少40.1%，相关系数提升25.9%，均方根误差降低34.7%。试验结论为，相对于仅同化地面PM2.5资料，同化风云卫星AOD资料可以提升后期预报效果。
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  摘要(291)

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• 基于OMI的亚洲地区对流层NO2高分辨率反演产品POMINO v2.1及其与其他产品的定量对比
• 张宇航,林金泰,刘梦瑶,孔浩,陈璐璐,翁宏健,李春锦

• 摘要：对流层二氧化氮（NO2）是一种重要的痕量污染气体。现有基于OMI卫星探测器、覆盖亚洲地区的NO2公开产品QA4ECV、OMNO2和POMINO受到广泛使用，然而对于这三个产品的差异的定量认识仍然不足。本研究将本团队开发的POMINO产品更新至v2.1，进行了产品的改进和优化，并将反演区域扩大至覆盖东亚、东南亚和南亚大部分地区，随后定量分析了QA4ECV、OMNO2 v4和POMINO v2.1对流层NO2垂直柱浓度在2015-2020年间在不同采样条件下的异同。结果显示，POMINO版本的更新对自身NO2柱浓度反演结果的整体影响较小（<10%）。当三个产品均基于POMINO v2.1的云辐射分数进行一致采样时，产品之间在整个亚洲区域的平均差异约为10%，在京津冀等污染地区的差异最高可达40%。三个产品均显示，京津冀地区NO2柱浓度在五年间下降了约30%，而长三角地区的变化趋势较小。当三个产品基于各自的云辐射分数进行采样时，POMINO v2.1的有效数据量比其他两个产品增加了11-44%，特别是更好地保留了重污染情形下的NO2数据，从而降低了采样引起的对NO2污染水平的系统性低估。本研究对于NO2卫星产品差异的定量分析有助于认识氮氧化物污染状况以及排放和影响评估。
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  摘要(15)

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• 基于ERA5海洋再分析资料的卫星热红外辐射定标方法精度评估_在轨定标专刊
• 薛亚楠,马灵玲,王宁,李坤,王新鸿,韩启金,钱永刚,李大成

• 摘要：卫星红外载荷辐射定标是定量化应用的重要前提，选择合适的辐射定标参考是实现卫星传感器高频次、高精度定标，进而维持全生命周期观测稳定性的保障。再分析资料能够提供全球覆盖、一定空间和时间分辨率的地表及大气数据，已在气候应用中展现了重要价值，其作为辐射定标参考的适用性值得研究。本文以欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料为研究对象，首先利用Argo浮标观测海表温度（SST）和Terra-MODIS L2级SST日产品，对ERA5数据集的海洋表皮温度参数（SSTskin）进行验证；其次利用MODIS观测星上亮温值，对使用ERA5 SSTskin和大气廓线数据模拟得到星上亮温值进行验证。结果表明，ERA5 SSTskin与Argo SST的平均偏差在-0.31K以内，与MODIS SST产品的平均偏差在-0.38K以内，且与Argo SST的偏差在时间和空间上更为稳定；辐射传输计算结果显示，与星上观测亮温的平均偏差也在-0.38K以内，且偏差随时间和纬度变化波动较小。最后，本文还探究了风速、大气水汽柱总量、海浪平均高度等气象影响因素与海表温度偏差和星上亮温偏差的相关性，整体看来，在6~16 m/s中等风速，低于7.0 g/cm2水汽柱总量以及0.6~3m海浪平均高度的条件下，海表温度偏差以及星上亮温偏差较低。研究结果可为再分析资料用于不依赖实测数据的卫星红外载荷绝对辐射定标提供有效支撑。
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  摘要(97)

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• 全球海洋偶极子涡旋特征提取与动力调制的遥感研究
• 禹乐乐,曹川川,王璇,陈戈

• 摘要：中尺度涡旋具有封闭的环流结构，在海洋物质输运与能量平衡方面发挥了重要作用。观测表明海洋中涡旋并非是孤立的：气旋涡与反气旋涡倾向于相互伴随而形成稳定传播的偶极子结构。本文以1993年至2020年卫星高度计识别与追踪的中尺度涡旋数据为基础，结合涡旋的时空特征提出了偶极子涡旋的判据，建立偶极子涡旋数据集。结果表明偶极子涡旋主要分布于南北纬10°至70°纬度范围内，且平均占比约为29.53%。偶极子结构的形成对涡旋有明显的调制作用，相对于非偶极子状态，偶极子状态的涡旋振幅的增强幅度为11.09%、半径的增强幅度为7.33%、动能的增强幅度为8.58%，涡旋涡度的减小幅度为1.34%。同时，调制作用与涡旋所处的纬度和生命状态有关。在运动特征方面，偶极子状态下涡旋的传播稍有增速，变化在10%以内，而平均地转流速的最大增幅超过30%，其高值对应海洋的强流区。全球偶极子涡旋的定量分析将有助于深化对涡旋动力学的理解，为进一步剖析涡-涡相互作用机理与精细化海洋数值模拟奠定基础。
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  摘要(9)

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• 哨兵1号和高分3号SAR数据海浪谱反演精度评估
• 万勇,马恩男,曲若钊,戴永寿

• 摘要：合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）是一种重要的海浪观测手段，研究其SAR图像海浪谱反演结果的精度，是其广泛应用于海浪观测的前提。欧洲航天局（欧空局，European Space Agency，ESA）的哨兵1号卫星和我国自主研发的高分3号卫星是目前在轨运行的两颗SAR卫星，利用两颗卫星的SAR数据反演海浪和风场参数是目前国内外研究团队最为关注的问题之一。本文重点研究并对比了哨兵1号卫星SAR IW模式（Interferometric Wide swath）和高分3号卫星SAR条带模式数据海浪谱反演的精度。选取印度洋海上丝绸之路海域和太平洋、大西洋近岸海域不同海况下的两卫星SAR数据进行海浪参数反演，将反演结果分别与欧洲天气预报中心（ECMWF，European Center for Medium-range Weather Forecasts）的ERA-5数据和浮标海浪数据进行了对比，结果显示，与ERA-5数据对比， 哨兵1号卫星反演有效波高和平均波周期的均方根误差（RMSE，Root Mean Squared Error）分别为0.30m、0.63s，高分3号卫星反演有效波高和平均波周期的均方根误差分别为0.37m、0.99s；与浮标数据对比，哨兵1号卫星反演有效波高和平均波周期的均方根误差分别为0.40m、0.91s，高分3号卫星反演有效波高和平均波周期的均方根误差分别为0.42m、0.94s。结果表明，基于海浪谱反演的高分3号卫星与哨兵1号卫星SAR海浪参数反演精度满足海洋遥感的要求，二者海浪谱反演结果精度相当。
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  摘要(64)

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• 利用FY-3B MWRI遥感数据反演南极海冰表面积雪厚度
• 闫忠男,庞小平,季青,肖泽辉

• 摘要：海冰表面积雪厚度是冰冻圈和全球气候系统的重要组成部分，在海洋、海冰和大气的能量传输中起着关键的作用。针对目前缺乏南极海冰表面积雪厚度国产卫星遥感数据产品的问题，本文探索应用FY-3B MWRI被动微波亮温数据开展南极海冰表面积雪厚度的遥感反演研究。结果表明：基于2016年FY-3B MWRI 18.7GHz、36.5 GHz垂直极化亮温及海冰密集度数据，采用Comiso03模型反演的积雪厚度结果较Markus98更好，与AWI 2016年部署在威德尔海的浮标（2016S31、2016S37、2016S40）观测的积雪厚度同日同像元对比的偏差为-1.72 cm。FY-3B MWRI反演的2016年南极海冰表面积雪厚度与美国雪冰数据中心发布的GCOM-W1 AMSR-2积雪厚度产品整体上具有较好的一致性（时空平均偏差为-0.11 cm、相关系数为0.90），积累期和稳定期（4月~10月）两者差异较小（时空平均偏差为-0.81 cm，相关系数为0.93），消融期（11月~3月）差异较大（时空平均偏差为2.76 cm，相关系数为0.85），差异主要分布在威德尔海北部和东南极冰边缘区。开展FY-3B MWRI南极海冰表面积雪厚度遥感反演研究可为应用国产卫星数据开展业务化极地冰雪环境动态监测、评估南极海冰变化及其全球效应提供科学数据和技术支撑。
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  PDF(49)

  摘要(71)

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• 中国海洋水色卫星传感器COCTS-HY1D产品的初步评价
• 史鑫皓,陈树果,林明森,刘建强,马超飞,宋庆君,薛程,胡连波

• 摘要：本文利用全球典型的长期固定平台现场测量数据对我国自主海洋水色卫星HY1D所搭载的水色水温扫描仪COCTS (COCTS-HY1D) 遥感反射率(Rrs)和叶绿素a(Chl-a)产品进行了评价，并在全球尺度上通过与国际主流海洋水色卫星传感器的产品进行了进一步的对比分析。结果表明，COCTS- HY1D Rrs 产品与现场测量Rrs 数据吻合较好，可见光波段相关系数在0.91-0.98之间，各波段平均绝对百分比误差平均值约为22.9%。相较于国际主流海洋水色卫星传感器MODIS-Aqua与现场数据各波段平均绝对百分比误差平均值约为20.5%的比较结果，产品精度相当；在全球尺度上，与MODIS-Aqua相比，Rrs产品分布趋势一致，数值大小一致，相关系数在蓝光波段较高，可达0.94，各波段相关系数平均值为0.84。Chl-a产品相关系数为0.85，高于MODIS-Aqua与VIIRS-SNPP的Chl-a产品的相关系数0.76。整体上，COCTS-HY1D可以提供与国际主流海洋水色卫星传感器质量相当的水色产品，能够进行准确的海洋水色遥感观测。
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  摘要(173)

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• 基于Faster R-CNN网络的卫星SAR图像南海海洋内波自动检测
• 孙宏亮,王怡然,贾童,施英妮,李晓明

• 摘要：海洋内波广泛存在于世界各大洋和边缘海中，在海洋能量串级中扮演着重要角色，在海洋资源开发、海洋工程建设和海洋军事活动等方面均具有重要学术价值与实际意义。海洋内波在合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）图像上呈现出亮暗相间的条纹状特征。本文利用2001-2020年南海海域包含不同微波波段（C、L、X）、不同极化方式、不同空间分辨率的631幅星载SAR图像，构建了5480个SAR图像南海海洋内波样本，结合Faster R-CNN网络框架，利用迁移学习的方法，实现SAR图像上的海洋内波自动检测。模型识别准确率达到95.7%，召回率为92.3%，在准确率较高的同时还能保持较低的虚警率。该算法的建立使得基于海量卫星SAR数据检出海洋内波成为可能，从而为针对性地开展内波动力参数反演和过程研究提供了技术和数据基础。
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  PDF(267)

  摘要(274)

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• 植被最大光能利用率的模拟方法对比评估
• 赵涔良,朱文泉,谢志英

• 摘要：光能利用率模型是一种基于遥感数据估算植被生产力的参数模型，其核心参数最大光能利用率（LUEmax）在早期模型中被认为是一个适用于所有植被类型的固定值，而从MODIS-LUE模型开始则成为一个依植被类型而变化的参数，直至近年来被认为需要进一步根据植被的物候及生理状态而进行实时调整。相较于基于静态LUEmax参数估算的植被生产力，尽管目前基于季节性动态LUEmax参数估算的植被生产力都显示出更高的精度，但这些研究结果大多局限于特定的植被类型或空间范围，而在更广泛的植被类型和区域的适用性以及不同的动态LUEmax参数在地域间的适用性差异等问题尚不明确。因此，本文针对目前已有的3种典型动态LUEmax参数模拟方法（基于叶绿素遥感指数、基于LAI季节调节因子、马尔科夫链蒙特卡洛模拟），通过采用相同的生产力估算与评估数据集（FLUXNET 2015数据集）和模型结构（MODIS-LUE模型结构）对它们进行了对比分析。结果显示，不同的动态LUEmax参数在各植被类型上的季节性变化特征有明显差异，总体上呈现出单峰、“U”型和水平波动三种特征。相比于原静态LUEmax参数，基于各动态LUEmax参数估算的总初级生产力（GPP）精度均有一定的提升，但是依赖于特定的动态LUEmax参数模拟方法，其中的马尔科夫链蒙特卡洛方法对LUEmax参数有着较好的模拟效果，并且其GPP的估算精度在全植被类型的所有时段都不低于基于原静态LUEmax参数的结果（相比静态参数的GPP结果，RMSE总体降低了13.3 g·C·m-2·month-1），尤其在郁闭灌丛、落叶针叶林以及常绿阔叶林上的提升效果十分明显。本文研究结果可为植被生产力光能利用率模型的不确定性分析以及发展新的模型提供依据。
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  PDF(266)

  摘要(165)

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• 1990-2020年广西北仑河口红树林扰动研究
• 陈高,钟才荣,李明玉,余洲,刘心雨,贾明明

• 摘要：监测国家级自然保护区内红树林的扰动，可为滨海湿地生态系统的管理和保护提供数据支撑和决策支持。本研究使用谷歌云平台（Google Earth Engine, GEE）建立Landsat长时间序列卫星数据集，结合LandTrendr算法研究了广西北仑河口红树林自然保护区1990-2020年间红树林的扰动情况。结果表明：1）1990-2020年间，共有45.94 hm2的红树林发生了扰动，其中2001年保护区内红树林扰动面积最大，为12.91 hm2；2）1990-2020年间，轻微扰动和中度扰动所占比例较大，分别为57.5%和29.17%，严重扰动所占比例最少，只有13.33%；3）红树林变化像元的总体识别精度达到88.56%，对扰动年份检测的总体精度达到87%，Kappa系数为0.76。本研究基于LandTrendr算法解析了30年间北仑河口保护区内红树林发生扰动的年份、频率和面积，结合实际情况分析了导致扰动的因素，认为人类活动是北仑河口红树林扰动的次要原因，自然因素，如虫灾，台风等是导致扰动的主要原因。本研究的结论和方法可为红树林保护区管理处制定科学合理的保护和恢复政策提供重要的决策支持。
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  PDF(71)

  摘要(89)

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• 高光谱数据截断加权核范数稀疏解混
• 李璠,张绍泉,曹晶晶,梁炳堃,李军,刘凯,邓承志,汪胜前

• 摘要：受仪器和观测条件限制，高光谱数据易受噪声污染，给数据解译带来挑战。针对传统稀疏解混模型抗噪性能差的问题，本文提出一种截断加权核范数稀疏解混方法，利用高光谱图像像元之间的相关性减轻噪声对丰度估计的干扰。该方法借助低秩表示在挖掘数据内在低维结构方面的优势，在稀疏解混中加入基于截断加权核范数的低秩约束，并结合加权稀疏技术，在稀疏正则项中引入空间邻域权重。截断加权核范数对丰度矩阵的奇异值向量分段处理，可以更好地实现丰度矩阵的低秩逼近，使丰度图像保持空间一致性并保留更多细节信息，空间加权策略则增强了丰度图像的空间连续性。模拟高光谱数据、Cuprite矿区真实数据和红树林高光谱数据实验表明，与其他先进的稀疏解混方法相比，所提方法具有更好的抗噪性，能够提高解混精度。
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  PDF(52)

  摘要(61)

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• 钦江河口潮滩红树林群落空间分布格局研究
• 王日明,梁喜幸,周晓妍,黄鹄,戴志军

• 摘要：红树林群落是热带亚热带河口有特色的生态系统，在消浪促淤及存储碳方面具有重要价值。但受到全球海平面上升与人为干扰影响，红树林生境受到破坏，群落结构脆弱。基于此，本文以现场校核的无人机正射影像为数据源，结合历史遥感影像、钦江河口水体盐度与潮滩沉积物采样分析，研究钦江河口潮滩红树林群落空间分布格局及主控要素。结果表明：（1）潮滩分布的红树植物主要有桐花树、无瓣海桑等，其中桐花树为绝对优势种的“纯红树植物”群落，自河口向沿感潮河段逐渐发展成“红树植物－半红树植物”群落与“红树植物－半红树植物－非红树植物”的混合植物群落；（2）桐花树是钦江河口红树林向海发育的前沿先锋树种，二年生桐花树苗分布最前沿高程低于当地海平面0.11m，当年胎生苗分布最前沿高程为当地海平面以下0.37m；桐花树也是钦江感潮段上溯分布极限的树种，当年胎生苗上溯分布极限为距河口 10.18km。（3）潮位与盐度是控制红树林群落在钦江河口分布的主要因子，沉积物粒径的粗细影响红树植物生长与发育。研究成果可为热带山区型河口潮滩红树林保护与红树林生态修复工程提供重要理论和技术指导。
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  PDF(55)

  摘要(76)

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• 耦合WorldView-2和珠海一号影像的红树林物种分布
• 高常军,蒋侠朋,甄佳宁,王俊杰,邬国锋

• 摘要：红树林物种遥感分类受影像分辨率、波段信息、分类策略、影像特征选择方法等因素影响。现有的红树林物种遥感分类研究大多关注于分类精度的比较，较少报道商业高分与国产高光谱卫星的结合在物种分类的应用。基于湛江高桥红树林保护区的高分（WorldView-2）和高光谱（珠海一号）卫星影像，本文旨在利用随机森林分类方法，比较不同特征选择算法（极端梯度提升（XGBoost）、极端随机树（ERT）、连续投影算法（SPA））和不同空间分辨率（WorldView-2影像从0.5米的分辨率重采样为1米、2米、4米、8米、10米）对红树林物种分类精度的影响，并耦合WorldView-2与珠海一号影像研究红树林物种空间分布格局及影响因素。每种空间分辨率的WorldView-2影像提取248个特征（52个光谱特征及196个纹理特征），珠海一号影像提取117个光谱特征。结果表明，XGBoost方法优于ERT和SPA，在影像特征选择中具有巨大优势；与其它空间分辨率相比，2米分辨率的WorldView-2影像具有更高的分类精度；耦合WorldView-2和珠海一号影像的分类精度（分辨率：2米，总体精度：88.98%，kappa系数：0.846）高于单一的WorldView-2影像（分辨率：2米，总体精度：83.47%，kappa系数：0.768）和珠海一号影像（分辨率：10米，总体精度：78.50%，kappa系数：0.703）；另外，林窗、高程、离岸距离一定程度上影响红树林物种分布格局。本文表明WorldView-2与珠海一号高光谱影像的结合在景观及区域尺度上精确提取红树林物种信息具有巨大潜力，有利于红树林生物多样性保护及科学管理。
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  PDF(144)

  摘要(99)

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• 利用Sen2Res算法重建Sentinel-2影像提升红树林冠层氮含量反演性能
• 甄佳宁,蒋侠朋,赵德梅,王俊杰,邬国锋,苗菁

• 摘要：氮素是植被整个生命周期的必要元素，红树林冠层氮素含量（CNC）遥感估算对红树林健康监测具有重要意义。以广东湛江高桥红树林保护区为研究区，本文旨在基于Sentinel-2影像超分辨率重建技术进行红树林CNC估算和空间制图。研究首先基于三次卷积重采样、Sen2Res和SupReMe算法实现Sentinel-2影像从20 m分辨率到10 m的重建；然后以重建后的影像和原始20 m影像为数据源构建40个相关植被指数，采用递归特征消除法（SVM-RFE）确定CNC估算的最优变量组合，进而构建CNC反演的核岭回归（KRR）模型；最后选取最优模型实现CNC制图。研究结果表明：基于Sen2Res和SupReMe超分辨率算法的重建影像不仅与原始影像具有很高的光谱一致性，且明显提高了影像的清晰度和空间细节。红树林CNC反演波段主要集中在红（B4）、红边（B5）、近红外波段（B8a）以及短波红外波段（B11和B12），与“红边波段”相关的植被指数（RSSI和TCARIre1/OSAVI）也是红树林CNC反演的有效变量。基于三种方法重建后10 m的影像构建的模型反演精度（R2 val > 0.572）均优于原始20 m的影像（R2 val= 0.504）；基于Sen2Res算法重建影像构建的反演模型拟合精度（R2 val= 0.630，RMSE_val =5.133，RE_val = 0.179）与基于三次卷积重采样重建影像的模型拟合精度（R2val = 0.640，RMSE_val = 5.064，RE_val = 0.179）基本相当，前者模型验证精度（R2cv= 0.497，RMSE_cv= 5.985，RE_cv= 0.214）较高且模型变量选择数量最为合理。综合重建影像光谱细节及模型精度，基于Sen2Res算法重建的Sentinel-2影像在红树林CNC估算中具有良好的应用潜力，能为区域尺度红树林冠层健康状况的精细监测提供有效的方法借鉴和数据支撑。
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  PDF(181)

  摘要(127)

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• 粤港澳大湾区红树林连续长历时遥感监测
• 贾凯,陈水森,蒋卫国

• 摘要：随着遥感数据量的爆发式增长，对变化过程分析的精细化要求与本地算力不足之间的矛盾日益突出。Google Earth Engine（GEE）地理云平台的出现，解决了用户算力紧张的行业痛点。本文以粤港澳大湾区为研究区，在GEE的支持下，构建1987-2020年年度湿地分类数据集，分析大湾区红树林的时间阶段性特征和空间扩张过程，结合连续长历时分析对变化时间点的准确识别，揭示了保护区设立与滩涂造林等工程在红树林保护与修复中的积极成效。主要结论有：1）截止到2020年，大湾区共有红树林2174公顷，81%的红树林集中在深圳湾、淇澳岛和镇海湾；2）大湾区的红树林经历了由平稳发展（1987-2003）到快速增长（2003-2020）的变化过程，其主要增量来源于镇海湾（40%）和淇澳岛（28%）；3）淇澳岛和镇海湾的红树林仍处于快速增长期，但淇澳岛增速最快，从2002年至今面积翻了30倍，深圳湾则在早期的快速增长（1987-2009）后进入平稳期（2009-2020）；4）由于保护区设立时间较早，深圳湾成为大湾区唯一一个形成稳定核心区的红树林分布区，镇海湾虽然拥有最大的红树林面积，但林道狭窄，景观破碎，生态系统反而更加脆弱；5）设立自然保护区和滩涂造林都对红树林面积增长起到了积极作用。本研究为大湾区海岸带湿地生态系统保护与修复提供科学的证据支持，对沿海生态屏障建设具有一定的指导作用。
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  PDF(133)

  摘要(122)

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• 融合Landsat-8与Sentinel-2数据的红树林物候信息提取与分类研究
• 薛朝辉,钱思羽

• 摘要：科学准确地监测红树林是保护海陆过渡性生态系统的基础和前提，但红树林分布于潮间带，难以进行大规模人工监测。遥感技术能够对红树林进行长时间、大面积监测，但已有研究尚存不足。一方面，红树林分布于热带、亚热带区域，受到天气条件限制难以获得长时间覆盖的有效光学遥感数据；另一方面，红树林极易与其它陆生植被混淆，仅利用多波段数据的光谱信息难以精确识别。本文以恒河三角洲孙德尔本斯地区为例，基于谷歌地球引擎（Google Earth Engine, GEE）获取2016年全年的Landsat-8 OLI和Sentinel-2 MSI数据，利用物候信息进行红树林提取研究。首先，基于最小二乘回归构建两个传感器在相同指数之间的关系，重建时间序列数据，之后根据可分性判据选取增强型植被指数（Enhanced Vegetation Index, EVI）和陆地表面水分指数（Land Surface Water Index, LSWI）。其次，对两个指数的时间序列数据进行Savitzky-Golay滤波处理，并分别提取生长期始期等13种物候信息。最后，将两个指数的物候信息进行特征级联，采用随机森林（Random Forest, RF）方法进行分类，提取研究区红树林范围。实验结果表明：Landsat-8 OLI和Sentinel-2 MSI数据融合可有效提升时间序列质量，与基于单一传感器数据的分类结果相比，总体精度提高1.58%；物候信息可以显著增强红树林与其它植被的可分性，与直接使用时间序列数据的分类结果相比，总体精度提高1.92%；同时考虑EVI和LSWI指数可极大地提升分类效果，与采用单一指数相比，总体精度分别提高14.11%和9.69%。因此，本文通过数据融合、物候信息提取和指数特征级联可以更好地提取红树林，总体精度达到91.02%，Kappa系数为0.892。研究验证了物候信息在红树林遥感监测中的应用潜力，提出的方法对科学准确地监测全球或区域红树林具有一定参考价值。
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  PDF(338)

  摘要(435)

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• 联合星载高光谱影像和堆栈集成学习回归算法的红树林冠层叶绿素含量遥感反演
• Bolin

• 摘要：红树林是世界上生产力最高、价值最高的湿地生态系统之一。冠层叶绿素含量（Canopy Chlorophyll Content，CCC）作为红树林重要的生物物理参量，是估算其生产力和评价其健康状况的重要指标。本文利用珠海一号高光谱卫星（OHS）影像与Sentinel-2A多光谱数据计算传统植被指数与组合植被指数并构建了高维数据集，综合利用正态分布检验、最大相关系数法与变量重要性评价进行数据降维和变量优选；分别基于单一线性回归算法、机器学习回归算法和堆栈集成学习回归算法构建了红树林CCC遥感反演模型，探明北部湾红树林CCC的最佳遥感反演模型，验证OHS高光谱影像与Sentinel-2A数据反演红树林CCC的精度差异，评估SNAP-SL2P算法反演红树林CCC的适用性。研究结果表明：（1）通过数据降维和变量选择处理，从高维度OHS数据集选取了8个特征变量，其中RSI(12,17)、DSI(12,18)和NDSI(6,12)组合植被指数对红树林CCC反演精度的贡献率较高；（2）联合OHS数据和最优堆栈GBRT集成学习回归模型（Score=0.999，RMSE=0.963μg/cm2）的训练精度优于最优RF机器学习回归模型（RMSE降低了7.531μg/cm2），明显优于最优Lasso线性回归模型（RMSE降低了19.383μg/cm2）；（3）在最优堆栈集成学习回归模型下，OHS数据反演红树林CCC的精度（R2=0.761，RMSE=16.738μg/cm2）高于Sentinel-2A影像（R2=0.615，RMSE=20.701μg/cm2）；（4）联合OHS和Sentinel-2A数据的最优堆栈集成学习回归模型反演红树林CCC的精度都明显优于SNAP-SL2P算法（R2=0.356，RMSE=49.419μg/cm2）。研究结果论证了正态分布检验、最大相关系数法和基于XGBoost的特征选择方法有效降低了高维数据集的维度，并得到了最优特征变量；OHS数据的最优堆栈GBRT集成学习回归模型训练精度最高， 是估算红树林CCC的最优反演模型； OHS和Sentinel-2A数据都能有效反演红树林CCC（R2均大于0.61），而OHS数据的估算精度更高（R2大于0.75）；SNAP-SL2P算法不能有效反演红树林CCC（R2小于0.4），且对红树林CCC数值存在系统性低估。
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  PDF(131)

  摘要(144)

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• 注意力引导全尺度连接网络的高分辨率影像变化检测
• 刘英,何雪,李单阳,岳辉

• 摘要：针对普通跳跃连接缺乏从全尺度角度获取变化信息及编码器特征提取能力不足的问题，本文设计了一种耦合注意力机制(Convolutional Block Attention Module,CBAM)的UNet+++高分辨率遥感影像变化检测网络CBAM UNet+++。CBAM UNet+++基于融合全尺度特征的语义分割结构UNet+++，通过替换基本卷积单元为残差注意力模块(Residual Block_CBAM, ResBlock_CBAM)抑制背景影响，增强编码器对显著特征的学习能力。并在两种不同类型的高分辨率遥感影像变化检测数据集上进行验证。结果表明：该方法在LEBEDEV多地物变化数据集上取得最高精度，F1和OA值分别为88.9%、97.3%；在LEVIR-CD建筑物变化数据集上取得次高精度，F1和OA值分别为86.7%、96.8%；同时，该方法从定性及定量角度分析优于其它基准网络，对变化检测网络结构设计起到一定参考作用。
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  PDF(20)

  摘要(6)

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• 基于深度可分离卷积的在轨光学目标检测模型轻量化研究
• 吕晓宁,夏玉立,赵军锁,乔鹏

• 摘要：目前应用广泛的神经网络模型结构复杂、参数量大,对星上有限的计算和存储资源占用较多。本文面向微纳卫星在轨计算平台,提出一种深度可分离卷积神经网络模型,该模型结合反向残差结构与通道注意力的思路改进在轨识别算法Yolov4网络模型结构,改进网络模型的局部模块结构,降低整体网络结构的深度与复杂度；同时利用可分离卷积结构实现空间卷积,改进SPP模块与PANet模块,降低模型参数量；通过合并卷积层与Batch Normalization层,进一步加快前向推理速度；此外借鉴Focal损失函数的思想,改进目标检测网络的损失函数,减缓前景与背景样本比例不均衡问题。通过与原Yolov4网络模型对比,在保证识别精度94.09%的前提下参数量降低约7倍,FLOPs降低约30倍。同时与Yolo系列、SSD、MobileNet、CenterNet等前沿网络模型对比的实验结果再一次验证了本文的算法性能,为实现在轨目标识别与过滤无用数据提供了理论支撑。
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  PDF(15)

  摘要(13)

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• 积雪季森林冠层微波透过率半经验模型
• 杨建卫,蒋玲梅,武胜利,栾英宏,潘金梅,施建成

• 摘要：星载被动微波遥感是获取宏观尺度雪深时空分布的重要手段。森林冠层不仅衰减了来自地表的微波辐射，同时自身也是一个热辐射源，因此森林冠层增加了被动微波遥感反演雪深的不确定性。本研究基于植被辐射传输tau-omega模型（τ-ω）提出了相邻像元（森林和非森林）的冠层微波透过率提取方法，探索冠层微波透过率模型在卫星尺度的应用。该方法假设相邻的森林和非森林像元存在相同的积雪和环境参数，通过联立相邻像元的辐射传输方程从理论上推算冠层微波透过率，进而借助森林生物量建立森林透过率的半经验估算模型。通过对比微波辐射模型模拟亮温和AMSR2卫星观测亮温，发现未经过森林辐射校正的亮温（18.7GHz和36.5GHz）往往存在低估现象，而经过森林辐射校正后的模拟亮温更接近于卫星观测；通过留一法（Leave-One-Out Cross Validation）对发展的透过率半经验模型验证，发现反演的透过率与参考值相关性高于0.7，在18.7GHz和36.5GHz频段的均方根误差RMSE分别为0.0589和0.0787；通过分析高低频亮温差（Tb18.7V-Tb36.5V）与雪深的关系，发现相关系数由森林辐射校正前的0.26提高到校正后的0.46；最后利用传统的经验性雪深反演算法对森林辐射校正效果进行测试，发现雪深反演误差（unRMSE）由原来的8.9cm降低到7.8cm，相关系数由0.32提高到0.49。本研究发展的冠层微波透过率半经验模型可以实现卫星遥感尺度的应用，为提高林区的雪深反演精度提供了参考和支撑。
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  PDF(39)

  摘要(53)

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• 海洋白帽的高空间分辨率光学遥感估算分析
• 赵碧,丁静,刘建强,焦俊男,唐君,陆应诚

• 摘要：海洋白帽是海面波浪破碎的直观表现，反映了海表风速和海洋环境动力情况，是海气交换的重要通道，也是海洋研究关注的重点目标之一。海洋白帽对入射光具有较强的反射散射作用，随着海洋光学遥感空间分辨率的提高，海洋白帽能被有效识别与区分。在空间分辨率为10m的哨兵2号卫星(Sentinel-2)多光谱成像仪(Multi-Spectral Instrument, MSI)数据的近红外波段(842 nm)中，不同风速下的海洋白帽影像特征清晰，基于海洋白帽对入射光的辐射传输过程与图像特征，本研究利用一种光学遥感白帽覆盖率的估算方法，实现了MSI弱耀光反射图像上的白帽覆盖率估算。研究表明：(1) 基于MSI数据估算的海面白帽覆盖率，在无其他海洋环境动力的影响下，还能进一步反演出海面风速，且结果具有更为精细的空间分辨率; (2) 海洋环境动力(如不同水团、锋面、涡旋、内波等)，能对海面波浪的破碎程度有所调制，因此海洋白帽的识别提取也有助于对海洋环境动力的遥感监测；(3) 海面强耀光反射会对海洋白帽遥感带来较大的干扰，导致海面白帽覆盖率的高估，有效剔除耀光反射是提高海洋白帽识别提取精度的重要前提。最后，对中国首个海洋水色业务卫星星座(海洋一号C/D卫星，HY-1C/D)搭载的海岸带成像仪(Coastal Zone Imager, CZI)数据开展分析，结果表明，在无其他海洋环境动力的调制下，当风速大于9m/s时，海洋白帽能为CZI载荷探测并区分，白帽覆盖率随着风速的增加而增加；CZI瑞利校正反射率图像的统计分析还表明，白帽反射率会比背景海水反射率高约6% ~ 9%；对CZI图像中海洋白帽的深入研究，不仅为大气校正的提供数据参考，也有助于光学遥感对海洋环境的深入理解与应用开发。随着海面白帽光学遥感的不断深入，今后将能为海面风场反演、海洋环境动力监测、海气交换评估提供新的技术方法参考。
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  PDF(62)

  摘要(16)

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• 海洋一号D卫星海岸带成像仪偏航90度相对辐射定标研究
• 陈儒,韩静雨,王密,何鲁晓,戴荣凡,孙从容

• 摘要：海洋一号D（HY-1D）卫星搭载了一台海岸带成像仪（CZI），由两台三反离轴相机组成，成像仪同时采用了视场拼接和光学拼接两种拼接方式。由于CZI高达63度的视场角，相机边缘畸变明显，其所成偏航90度影像存在明显的非线性畸变。本文针对HY-1D卫星海岸带成像仪的结构特点，提出了一种基于探元邻接关系的偏航数据自动标准化方法，有效地改善了海洋一号海岸带成像仪偏航图像非线性畸变的问题，保证了线阵CCD探元对同一地物成像的理论前提。利用HY-1D海岸带成像仪偏航90度辐射定标数据计算获得相机相对辐射定标系数，对卫星正常推扫影像进行相对辐射定标实验，并利用在轨统计法进行对比实验。实验结果表明：利用偏航辐射定标数据进行相对辐射定标后，陆地场景下传感器所有探元最大条纹系数优于0.33%，平均条纹系数优于0.04%，中位数条纹系数优于0.03%；海洋场景下传感器所有探元最大条纹系数优于0.48%，平均条纹系数优于0.07%，中位数条纹系数优于0.06%，各项指标均优于基于大量数据统计的在轨统计法，有效地提高了HY-1D卫星海岸带成像仪影像的相对辐射质量。
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  PDF(26)

  摘要(71)

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• 基于耀光反射差异的海面溢油遥感识别提取
• 朱小波,沈亚峰,刘建强,丁静,焦俊男,居为民,陆应诚

• 摘要：溢油是海洋环境监测的重要目标之一。近年来，光学遥感对海面溢油不同污染类型的识别、分类与估算原理得到阐明，其技术优势获得认可；能为海面溢油监测提供颠覆性的技术支持，提高了溢油的识别精度，实现精细化定量探测。随着中国海洋水色业务卫星—海洋一号C/D卫星（Haiyang-1C/D，HY-1C/D）的投入应用，其搭载的海岸带成像仪（Coastal Zone Imager，CZI）在中国近海溢油监测中体现了较好的效能；但HY-1C/D星CZI载荷开展中国近海溢油业务化监测应用，还需要不断丰富和发展溢油识别提取算法。在HY-1C/D星CZI载荷的高空间分辨率影像中，不同的海面溢油污染类型具有明确的光谱响应特征和形态特征；太阳耀光反射差异，有助于海面溢油的遥感检测，同时也给溢油污染的识别分类与定量估算带来不确定性影响。本研究在CZI载荷数据对海面溢油波段响应基础上，通过溢油海面与背景干扰的耀光反射特征分析，厘清CZI图像中海面耀光干扰的空间分布特点；进一步在优选波段的移动窗口分割及其参数统计基础上，通过对不同分割窗间的耀光形态特征及其相关性判断，实现了CZI图像上海面溢油较高精度的识别与提取。面向国产自主海洋水色业务卫星数据，发展溢油光学遥感识别、分类、提取与估算，不仅能促进国产海洋光学卫星的业务化应用，更能为全面掌握中国近海溢油污染状况提供数据参考。
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  摘要(62)

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• 融合自适应窗口显著性检测和改进超像素分割的高光谱异常检测
• 钱晓亮,曾银凤,林生,张博,任航丽,王慰

• 摘要：高光谱异常检测旨在识别与周围像素具有显著光谱差异的像素，由于不需要先验光谱信息的特点，其在军事和民用领域发挥重要价值。实现高光谱异常检测的一个重要手段是局部对比度计算，现有方法通常采用双窗口法进行计算，然而，窗口尺寸通常依据经验值进行手工设定，泛化能力不足。为了解决上述问题，本文提出了一种融合自适应窗口显著性检测和改进超像素分割的高光谱异常检测方法。该方法先利用对抗自编码网络对高光谱图像进行降维，以降低模型计算复杂度。其次，引入正交投影散度来改进超像素分割中的光谱距离度量方式，提升分割精度。然后，提出一种自适应窗口显著性检测算法来初步定位异常目标，该算法依据超像素分割结果来自适应确定双窗口，提高显著性检测的精度和泛化能力。最后，采用域变换递归滤波和阈值化操作对初始检测结果进行后处理，降低虚警率。消融实验表明，本文所提基于正交投影散度的改进超像素分割算法较基于传统光谱距离度量方式的算法性能更优，所提自适应窗口显著性检测算法的性能优于传统手工设定窗口尺寸的算法；与7种流行算法的主、客观对比实验表明，本文方法在总检测精度和异常-背景像素分离度上均优于流行算法。综上所述，本文所提改进超像素分割算法能提升现有高光谱图像超像素分割的效果，以此为基础所设计的自适应窗口显著性检测算法不仅能克服现有双窗口算法泛化能力不足的问题，还能获得优于流行算法的异常检测效果。
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  摘要(96)

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• 基于地理图斑的遥感粒计算与精准应用
• 吴田军,骆剑承,张新,董文,黄启厅,周亚男,刘巍,孙营伟,杨颖频,胡晓东,郜丽静

• 摘要：当今遥感技术实现了对地球表面进行全覆盖影像记录（空间）、快速信息更新（时间）、多手段协同观测（属性）的大数据获取，随之由遥感数据向地理信息与知识转换的鸿沟问题日益凸显。以数据粒化为基础的粒计算是大数据处理领域模拟人类思考和解决大规模复杂问题的前沿方向，其通过结构化、关联化等手段提升模式挖掘与知识发现的精度与效率。本文遵照从“外在场景的视觉理解”到“内在机理的知识发现”的演进脉络，在空间、时间、属性三个维度上剖析了遥感大数据的粒结构及其多层次、多粒度特征，并以“地理图斑”为主线发展了集成“分区分层感知、时空协同反演、多粒度决策”三个基础模型的遥感粒计算方法。面向精准农业应用的案例从多个视角阐释了粒计算契合遥感大数据智能计算的需要，验证了本文构建的理论与方法可对农业遥感多层次的复杂问题实现有序解构与逐步求解，彰显了其助益于领域化精准应用的潜在能力。
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  摘要(194)

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• 高分共性产品算法测评与真实性检验技术体系及应用实例
• 闻建光,肖青,钟守熠,唐勇,陈曦,魏秋方,吴小丹,林兴稳,欧阳小莹,游冬琴,柳钦火

• 摘要：随着我国高分辨率对地观测系统的发展，已经形成了高分标准产品、共性产品和专题产品多层应用服务体系，其中高分共性产品被认为是衔接高分标准产品和专题产品间的桥梁。然而高分共性产品由算法发展而来，不可避免存在着误差，为后续遥感应用带来较大的不确定性。因此，论文提出了高分共性产品算法需测评，高分共性产品需真实性检验的高分共性产品生产过程中的两端质量保障方法体系。论文阐明了算法测评与真实性检验的内涵，以及算法测评和真实性检验方法体系，介绍了高分专项开展的高分共性产品真实性检验与算法测评系统平台，并以地表反照率高分共性产品算法测评为例，展示了算法测评的可行性。论文研究成果可为全国高分共性产品真实性检验和算法测评工作的开展提供重要支持。
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  摘要(81)

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• 典型陆表稳定目标热红外辐射特性分析及适用性评估
• 杨治纬,高彩霞,邱实,马灵玲,钱永刚,赵永光

• 摘要：以地面稳定目标为参考的网络化定标技术已经成为国际定标领域的研究热点。它利用多次观测的方式减小独立测量不确定性,不仅可极大提升定标校验频次,还可有效提高总体定标精度。基于此,本文利用长时间序列Aqua/MODIS和Landsat8/TIRS热红外数据,对国际卫星对地观测委员会定标与真实性检验组 6个伪不变定标场、敦煌定标场以及格尔木大灶火地区的地表热辐射及大气特性进行了系统性分析,建立了热红外陆表稳定目标甄选标准,即空间亮温标准差低于0.3 K,发射率时间变异系数低于2%,旨在甄选适用于热红外载荷网络化定标的陆表参考目标,以支持热红外载荷在轨辐射定标精度的提升。结果表明：在1 km空间尺度下满足甄选标准的区域分别为：Libya1_1km、Libya4_1km、Algeria3_1km、Algeria5_1km、Mauritania1_1km、Mauritania2_1km、敦煌_1km及格尔木_1km,其中,Libya4_1km面积最大,为75 km 75 km；格尔木_1km面积最小,为3 km 3 km；对于100 m空间尺度,在Libya1_1km、Mauritania1_1km、Mauritania2_1km以及敦煌_1km共甄选出7个满足阈值的区域,最大面积为30 km 30 km,最小面积为5 km 5 km；Libya1_1km、Mauritania1_1km、Mauritania2_1km以及敦煌_1km目标区域的空间均一性受空间尺度影响较小,适用于多种空间分辨率热红外载荷定标与真实性检验。
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  摘要(49)

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• 我国陆表稳定目标TOA反射率模型构建方法及验证——以格尔木沙地场景为例
• 宋培兰,马灵玲,赵永光,王宁,李婉,韩启金,刘耀开,姚微源,张贝贝,任璐,牛沂芳

• 摘要：基于伪不变定标场（PICS）的大气层顶反射率（TOA）模型直接计算卫星过境入瞳辐亮度而无需地面测量，为高频次在轨辐射定标及长期性能监测提供了有效技术手段。然而由于严格的空间均匀性、时间稳定性和大气条件要求，现有的PICS定标场均分布在境外而难以满足多在境内成像的国产陆地卫星等定标需求。借鉴PICS的定标思路，本文开展了放宽场地、大气稳定性约束条件的我国陆表稳定目标TOA反射率模型构建方法研究。以我国西北区域的格尔木沙地稳定目标为例，将约束条件放宽至场地面积>3km×3km、云覆盖率<60%、空间均匀性<3%、时间稳定性<10%（11年），利用11年的Aqua/MODIS与ECMWF再分析资料分析观测几何及大气参数对TOA反射率的规律性影响，引入地表/大气辐射传输模型中定义的散射角，进一步表征TOA反射率模型中地表-大气间多次散射贡献，构建了一种适用于我国陆表稳定目标的TOA反射率模型。该模型系统偏差小于-0.10%，均方根误差小于0.0084；将Sentinel-2A/B MSI和Landsat-8/OLI的TOA反射率与本文模型计算TOA反射率进行比较，模型计算TOA反射率与Sentinel2A/B MSI观测TOA反射率的平均相对误差小于1.44%，标准差小于1.59%；与Landsat-8/OLI观测TOA反射率的平均相对误差小于1.77%，标准差小于2.11%。验证结果表明本文提出模型的计算值与卫星观测值具有较高的一致性和稳定性，能够应用于其他太阳反射谱段卫星载荷的在轨辐射定标和长期辐射特性监测。
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  摘要(71)

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• 基于RadCalNet包头场的高分七号卫星在轨绝对辐射定标及精度验证
• 唐洪钊,唐新明,谢俊峰,陈伟,钱永刚

• 摘要：针对2019年11月发射的首颗民用亚米级高分辨率立体测绘卫星高分七号的影像数据特点,2020年9月在内蒙古包头高分辨率遥感综合定标场开展了卫星在轨辐射定标试验。利用包头场固定辐射灰阶靶标和AERONET AOE-Baotou站点同步观测反演的大气气溶胶物理及光学特性参数,基于反射率基法对高分七号卫星传感器进行了在轨场地绝对辐射定标,获取了卫星在轨辐射定标系数,实现了传感器全动态范围内的高精度辐射定标。同时基于包头场均匀沙地的自动观测数据对辐射定标系数进行了精度验证。试验结果显示,高分七号卫星自发射以来立体测绘相机的辐射性能稳定,相机各波段影像DN值与表观辐射亮度的线性相关系数优于99%。通过误差分析可知,高分七号卫星包头场辐射定标的不确定度优于5%,获取的定标系数精确可靠,获取的辐射定标系数可用于地物参数的反演,对实现我国国产立体测绘卫星数据定量化应用、提高定量遥感科研水平都具有重要意义。
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  摘要(61)

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• 数字半球摄影法获取植被表观聚集指数（ACI）采样尺度效应研究
• 佟一冬,焦子锑,尹思阳,张小宁,崔磊,谢蕊,郭静,李思杰,朱子栋

• 摘要：植被聚集指数（Clumping Index, CI）表征植被冠层叶片的聚集程度，是影响冠层内辐射传输的重要植被结构参数，对更好地理解冠层的辐射传输具有重要意义。数字半球摄影法（Digital Hemispherical Photography, DHP）与有限长度平均方法的结合被广泛应用于地面CI估算，研究表明，有限长度平均法应用于DHP图像时所划分的采样单元大小与CI测量结果密切相关，即CI随图像采样尺度的变化会表现出有意义的变化，植被表观聚集指数（Apparent Clumping Index, ACI）故应运而生，ACI的提出有助于加深对植被聚集效应的理解，拓展植被CI的地面间接测量，同时也对CI星载遥感产品的验证提出了新的挑战。目前，应用有限长度平均法估算ACI时，DHP图像中划分的采样单元的大小对ACI估算的影响规律，及其随不同植被类型的变化规律有待进一步探索。针对上述问题，本研究基于DHP图像，分别以一系列逐级增大的角度采样尺度对观测天顶角和方位角进行划分，共得到30种采样方法、17级角度采样分辨率，并将其分别应用于林、灌、草和农作物四种地类，探究了ACI在不同植被类型下随17级角度采样分辨率变化而变化的规律；同时，探讨了ACI的角度采样尺度效应与植被在空间中的分布形态，以及农作物生长阶段之间的密切联系。结果表明，在四种地类下，随17级角度采样分辨率的降低ACI从约0.5变化至0.8，平均增幅分别达到26%、29%、14%和35%；在大豆作物的不同生长阶段，随17级角度采样分辨率由高到低的变化，ACI的增长存在一定差异，增幅最大可达60%。本研究针对CI地面测量的不一致性问题展开研究，揭示了ACI角度采样尺度效应的方向依赖性规律，总结了不同植被类型下角度采样尺度对ACI估算结果影响的统一性和差异性，有望为CI遥感产品验证的不确定性分析提供地面测量数据变化的精细分析支撑。
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  摘要(108)

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• 结合光学和SAR遥感数据的若尔盖湿地植被分类与变化监测
• 明義森,刘启航,柏荷,黄昌

• 摘要：湿地植被在固碳过程中扮演重要角色。作为高寒湿地生态系统的典型代表,若尔盖湿地的植被分类与变化监测对于研究其碳汇功能具有重要意义。光学遥感和微波遥感在植被监测中各有其优缺点,因此本研究提出结合Sentinel-2光学数据和Sentinel-1 合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)数据的若尔盖湿地植被分类与变化监测方法。基于动态时间归整算法(Dynamic Time Warping,DTW)提取Sentinel-1 SAR数据的时间序列物候特征,结合Sentinel-2多光谱数据的光谱特征,以2020年实地获取的植被样本及使用样本迁移得到的2017年样本,通过随机森林算法分别对两个时期的若尔盖湿地植被进行分类并对其变化进行分析。研究表明：(1)结合Sentinel-1和Sentinel-2数据,充分发挥各自多时相、多光谱的优势对若尔盖湿地植被进行分类得到可靠的分类结果,总精度达到了97.43%,Kappa系数为0.96。(2)基于样本迁移原理,本研究通过将2020年实地采集的样本迁移至2017年,解决了历史时期实地样本不可得的问题,并针对SAR数据的特点提出基于DTW的样本迁移方法,顺利实现了2017年的植被分类过程。（3）通过对2017-2020年植被变化进行分析，发现近年来若尔盖湿地植被总体变化不大，演变类别以恢复演替为主，约占研究区面积的7%。
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  摘要(11)

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