最新刊期
      2014 年 第 18 卷 2 期

        全球尺度30m分辨率多光谱图像自动化处理专栏

      • 唐娉,张宏伟,赵永超,牛振国,仲波,胡昌苗,单小军
        2014, 18(2): 231-253. DOI: 10.11834/jrs.20143287
        摘要：全球地表覆盖遥感制图与关键技术研究项目要求对两个基准年度（2000年、2010年）全球30 m分辨率的多光谱遥感数据进行辐射处理和几何精纠正处理,为地表覆盖制图完成数据准备。数据以Landsat TM/ETM+为主,HJ-1A/B CCD数据为补充,共计2万多景影像需要进行辐射处理,有1000多景HJ-1A/B CCD影像需要几何精纠正。如此大规模的数据处理,自动化处理是必然的选择。本文介绍了HJ-1A/B CCD图像几何精纠正自动化实现中关键问题的解决方法和精度评价结果,Landsat TM/ETM+和HJ-1A/B CCD图像自动化辐射校正中关键问题的解决方法和精度评价结果,以及大规模的数据处理活动引发的一些思考。  
        关键词：Landsat TM/ETM+;HJ-1A/B CCD;辐射校正;几何精校正   
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        发布时间：2021-06-10
      • 单小军,唐娉,胡昌苗,唐亮,郑柯
        2014, 18(2): 254-266. DOI: 10.11834/jrs.20143220
        摘要：环境与灾害监测预报小卫星星座（环境一号卫星,HJ-1A/B）自发射以来,在环境监测、灾害评估、土地资源调查等领域发挥了重要的作用。但是HJ-1A/B卫星CCD图像的2级产品（HJ-1 CCD图像）几何精度低,实际应用中需要进行几何精校正。HJ-1 CCD图像具有宽覆盖、大视场角、几何变形复杂的特点,几何精校正难度大。针对该问题,本文提出了一个以Landsat TM全球拼接图像为基准,基于Forstner算子和模板匹配的分层配准方法。该方法使用分层匹配获得的大量高精度且分布均匀的控制点构建Delaunay三角网,有效地解决了HJ-1 CCD图像的几何精校正问题。在配准技术研究的基础上,研发了HJ-1 CCD图像几何精校正系统,系统具有全球HJ-1 CCD图像的自动批量处理能力。实验结果表明,本文提出的几何精校正方法精度高,实现了环境星图像的自动批量处理。  
        关键词：环境一号卫星CCD图像;几何精校正;分层配准;Delaunay三角网;RANSAC   
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        发布时间：2021-06-10
      • 胡昌苗,张微,冯峥,唐娉
        2014, 18(2): 267-286. DOI: 10.11834/jrs.20143225
        摘要：全球地表覆盖遥感制图与关键技术研究项目要求对两个基准年度（2000年,2010年）的全球覆盖30 m分辨率遥感数据进行辐射处理,转换到地表反射率,数据以Landsat TM/ETM+为主,HJ-1A/B CCD数据为补充。海量数据中有些不适宜进行绝对大气校正,为了保证全球覆盖,对这些数据设计开发了一套自动的相对辐射处理及精度验证流程算法,利用相邻数据重叠区域进行相对辐射校正的方式,将数据由Oigital Number（DN）值直接转换为地表反射率,精度验证以MODIS地表反射率产品MOD09GA作为参考,比较对应波段数据的相对一致性,算法采用了图像分块处理技术及OpenMP加速技术提高效率,实际应用结果表明该算法流程可以满足项目对辐射处理精度、速度及自动化程度的要求。  
        关键词：相对辐射校正;伪不变特征;Multivariate Alteration Detection（MAD）;Landsat TM/ETM+;HJ-1A/B CCD;MODIS MOD09GA   
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      • 姜亢,胡昌苗,于凯,赵永超
        2014, 18(2): 287-306. DOI: 10.11834/jrs.20143258
        摘要：地形校正可以减小地形起伏对地物光谱的影响,提高计算机分类在山区的精度。设计了针对全球土地覆盖分类的Landsat TM/ETM+数据地形校正方法 SCOS（Smoothed COS余弦）,首先对地形的坡度角进行抹平处理,很大程度上削弱了地表非朗伯性对地形校正的影响,然后利用简单有效的余弦校正去除地形效应。该方法与其他常用地形校正算法的对比分析是通过对全球不同区域、不同地表覆盖的有代表性的6景Landsat TM/ETM+数据的试验,采用统计分析与目视判读的方式,从过度校正和类内均一性两个方面进行的。结果表明,该方法在目视效果和统计结果上优于常规方法,并且更加简单有效,无需复杂的大气参数及传感器参数,满足全球地表覆盖分类对地形校正的需求。  
        关键词：地形校正;地形抹平;Landsat TM/ETM+;COS校正;Minnaert校正;Gamma校正   
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      • 李大成,唐娉,胡昌苗,郑柯
        2014, 18(2): 307-319. DOI: 10.11834/jrs.20143213
        摘要：Landsat 5卫星较低的时间分辨率（16天）使得其很难获得大区域的、时相一致的清晰影像数据集。本文发展了一种基于半物理模型的时空融合算法-即乘性调制融合算法,并借助多时序的MODIS反射率数据来生成多时相的Landsat TM/ETM+反射率合成影像,经镶嵌后得到区域尺度的高时空分辨率地表反射率数据集（Landsat TM/ETM+）。本文利用吉林省2006年—2011年的Landsat 5 TM地表反射率数据以及500 m的MOD09A1反射率产品来生成3个时相的Landsat 5 TM反射率合成数据,从而获得研究区在上述时相下地表反射率数据的镶嵌图。初步分析表明,所生成的Landsat 5 TM反射率数据的光谱分布特征与MOD09A1反射率数据较为一致,且图像在整体上光谱特征的连续性较好。  
        关键词：时空融合;半物理模型;乘性调制;Landsat TM/ETM+;MODIS;地表反射率数据集   
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        发布时间：2021-06-10
      • 陈趁新,胡昌苗,霍连志,唐娉
        2014, 18(2): 320-334. DOI: 10.11834/jrs.20143211
        摘要：本文主要是探索Landsat TM数据不同辐射校正方法对土地覆盖遥感分类的影响。介绍了使用的3种不同辐射校正方法（ATCOR3、FLAASH以及查找表）和两种分类算法。在分类实验部分,根据样本的地理坐标在3景校正影像中分别采集训练样本并训练各自的分类器,并交叉用于其他辐射校正影像的土地覆盖遥感分类。实验结果表明:（1）用于分类器训练的样本采集自待分类影像时的分类精度明显高于采集自其他影像的分类精度;（2）3种辐射校正影像的分类结果存在差异,其中使用ATCOR3和FLAASH方法校正后影像的分类结果有更相近的精度;（3）辐射校正对分类类别的影响不同,其中对森林类型影响最大,对裸地等其他类别影响相对较小。  
        关键词：辐射校正;Landsat TM;MLC;SVMs;土地覆盖遥感分类;精度评价   
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        发布时间：2021-06-10

        基础理论

      • 朱叶青,屈永华,刘素红,陈圣波
        2014, 18(2): 335-352. DOI: 10.11834/jrs.20143073
        摘要：重金属铜污染植被的反射光谱特性会发生明显改变。在本研究中,采用不同程度的铜污染土壤作为培养基质,选择春小麦、上海青两种农作物进行铜胁迫实验,获取了4个不同生育期、10个不同铜污染强度下的植被叶片的反射光谱,并采用铜污染叶片7个特征波段和光谱角的方法研究了铜污染叶片的光谱特征。结果表明,铜污染叶片光谱差异与作物时期和作物类型有关,可以采用叶片光谱角描述铜污染叶片与健康叶片的光谱差异。该方法只需与阈值做简单的比较,方法简便易行,而且对轻度及重度铜污染十分敏感。叶片光谱辐射传输模型反演结果表明铜污染叶片内部结构参数N明显变大,这也证明了铜污染使叶片内部结构更加散乱无序。在此基础上进一步建立了N与红肩处反射率值的线性关系,相关系数为0.978。本文为铜污染叶片光谱反射模型的建立提供了初步的数据基础与理论支持。  
        关键词：重金属污染;叶片光谱;特征波段;光谱角;PROSPECT模型   
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        技术方法

      • 杨崇俊,赵彦庆,王锋,方超,伍胜
        2014, 18(2): 353-364. DOI: 10.11834/jrs.20143108
        摘要：提出一种应用在3维数字地球中的通过图形处理器（GPU）快速实现矢量数据缓冲区分析的算法。使用一张4通道的纹理图作为容器将地理实体的矢量数据传入GPU,利用GPU的高效并行特性,将目标缓冲区纹理中的每个像素所对应的矢量坐标与原实体进行距离量算,在一次渲染中得到缓冲区纹理,最后提取出缓冲区纹理的边界。选择中国的流域和湖泊矢量数据,将本文算法与两种传统的CPU算法进行了缓冲区分析计算、测试和对比。结果显示,本文算法相对于传统矢量算法效率提高了9—16倍,相对于传统栅格算法效率提高11—20倍。实验证明,该算法计算简单,效果明显,特别是随着数据量增大,缓冲区计算速度显著优于传统算法,并能有效解决传统矢量法缓冲区分析中的数据自相交问题。  
        关键词：缓冲区分析;GPU计算;数字地球;3维地理信息系统;边界提取   
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      • 刘鲁霞,庞勇,李增元,徐光彩,李丹,郑光
        2014, 18(2): 365-377. DOI: 10.11834/jrs.20143091
        摘要：以白皮松（Pinus bungeana Zucc）为研究对象,针对地基激光雷达TLS扫描的3维点云数据在单株木垂直方向的分布特征,提出了一种基于体元化方法的树干覆盖度变化检测方法,获取单木枝下高;然后根据获取的枝下高引入2维凸包算法获取垂直方向分层树冠轮廓,并计算树冠体积和冠幅;同时获取的单木参数还有胸径与树高。结果表明:单木枝下高的估测精度较高,R2与RMSE分别为0.97 m和0.21 m;胸径估测结果的R2与RMSE分别为0.79 cm和1.07 cm;采用逐步线性回归方法建立单木树冠体积与其他单木参数的相关关系,模型变量包括冠幅、叶子填充树冠长度和胸径,样本数为20,模型的R2与RMSE分别是0.967 m3和2.64 m3。本文方法能较准确地估测枝下高,TLS数据具有对树冠结构3维建模的潜力。  
        关键词：地基激光雷达;体元化;2维凸包;枝下高;树冠轮廓;树冠体积   
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        发布时间：2021-06-10
      • 王竞雪,朱庆,王伟玺,赵丽科
        2014, 18(2): 378-389. DOI: 10.11834/jrs.20143127
        摘要：针对传统Hough变换用于直线检测存在的问题进行了细致的分析和归纳总结,在此基础上,提出一种结合边缘编组的Hough变换直线提取算法。该算法首先采用基于8邻域的边缘跟踪算法对Canny算子检测得到的边缘点进行编组;然后对每一个边缘组分别进行Hough变换,单独确定Hough变换原点和参数的取值范围。Hough变换过程中,采用迭代的"投票"方式,每次确定单一峰值点并删除对应像素。实验证明,该算法原理简单,能有效解决传统Hough变换存在的精度不高、计算复杂等问题。同时该算法具有较强的鲁棒性,可以有效处理不同类型的影像数据,适用于并行处理。  
        关键词：直线提取;Hough变换;边缘编组;边缘跟踪   
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        发布时间：2021-06-10
      • 于江丰,辛晓洲,张海龙,李丽,龚力峰,柳钦火
        2014, 18(2): 390-404. DOI: 10.11834/jrs.20143111
        摘要：定量遥感产品的质量控制和质量评价是产品生产过程的重要环节,生成的产品质量信息对用户具有重要的参考价值。对于算法较为复杂,涉及诸多输入数据和计算环节的遥感数据产品,质量控制和质量评价是一个难点。本文以一个极轨卫星与静止卫星结合的光合有效辐射（PAR）产品算法为例,分析了定量遥感产品质量控制和质量评价的方法。在确定总体技术框架的基础上,详细描述了数据输入及产品输出质量控制标识体系的建立、质量控制方法实施以及产品质量评价具体方案。光合有效辐射估算需要多源遥感数据和较多空间数据,导致最终产品不确定性的来源较多。本研究通过算法解析、产品的不确定性分析以及建立质量标识体系等方法来确定质量控制方案,从而可以利用质量控制标识追溯到输入数据和每一个中间处理过程的质量或者误差,并最终生成产品的总体质量等级。最后简要介绍了利用地面实测数据和产品质量标识对产品进行质量评价的方法。  
        关键词：定量遥感产品;质量控制;质量评价;光合有效辐射（PAR）   
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        发布时间：2021-06-10

        遥感应用

      • 朱平,李生辰,王振会,肖建设
        2014, 18(2): 405-431. DOI: 10.11834/jrs.20143069
        摘要：为研究青藏高原（简称"高原"）东部暴雨云团的局地强降水响应特征,使用FY-2卫星红外通道数据,选择降水开始前4小时直到降水结束后2小时的时段,对高原东部19次典型局地暴雨过程分两种方式进行云团分析,第一种方式为针对测站上空7×7像元范围的云团进行云顶温度变化等相关分析,第二种方式为对关键四省范围内的云团进行识别和追踪,并计算对流云团参数。对暴雨云团的雷达回波特征也进行了分析。结果表明:（1）7×7像元范围红外各通道的云顶温度变化趋势一致,降水阶段云顶温度先降后升,云顶温度梯度先升后降。云顶温度梯度极大值Gmax的峰值和半小时内Gmax的最大上升变化值ΔGmax均出现在强降水前（0—11 h）,Gmax峰值次数为1—2次,云顶温度极小值Tmin的谷值多出现在强降水之前,Tmin曲线斜率大值阶段对应Gmax的大值阶段,ΔGmax,Gmax和Tmin的极值分别可达到22.3℃,48.3℃和-90.3℃。（2）用7×7范围云顶温度及温度梯度建立的降水量级预报方程能较好地模拟小时降水量随时间的变化趋势且有一定的预报提前时间,预报误差在1个降水量级内。在考虑了Gmax峰值对强降水的贡献后R2由0.23提高到0.54,模拟的降水量峰值与真值峰值明显接近。（3）对流云团的识别追踪方法更简单有效,对形变较小的云团（相关系数≥0.5）的准确率为100%,对发生了合并或分裂等严重形变的云团（一般相关系数<0.5）的识别结果正确而追踪结果无效;（4）高原东部暴雨云团均为中-β—中-α尺度,水汽柱深厚但强度比低海拔地区更弱,测站暴雨开始之前多数有对流云团覆盖,若对流云团空间参数位置靠近测站,当空间距离至少小于或等于15个像距时降水或强降水将在几小时内产生。（5）暴雨云团在雷达回波图上表现为强降水超级单体风暴特征,且暴雨测站7×7范围Gmax峰值时刻对应有回波顶高度（18 dBz）的梯度极大值,红外1、红外2和红外3通道的Tmin谷值时刻分别对应回波顶高度极大值和垂直累积液态水含量的极大值。本研究结果对高原强对流云团的识别、跟踪及短时降水预报等具有重要参考价值。  
        关键词：红外通道;局地暴雨云团;识别和跟踪;短时降水预报   
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      • 王先伟,刘梅,柳林
        2014, 18(2): 432-452. DOI: 10.11834/jrs.20143023
        摘要：利用标准化降雨指数SPI比较了基于MODIS反射率数据提取的8种光谱指数（NDVI、NDWI、VARI、EVI、NDIIB6、NDIIB7、D1640和SR）对中国西南四省市（四川、重庆、云南和贵州）2000年—2012年典型干旱事件的反映。研究结果表明:（1）SPI指数能直接反映监测站点附近的干旱情况,其中3个月和6个月尺度的SPI（SPI3和SPI6）对2006年和2009年—2010年该区的特大干旱事件的监测效果较好;（2）除了D1640外,其余7种光谱指数的距平值与3个月尺度的SPI3都具有显著的相关性,其中NDIIB7、NDIIB6和VARI与SPI3的相关性较高（R>0.3）,在一定程度上可以表征中国西南地区的干旱状况;（3）MODIS NDIIB7距平值与3个月尺度的SPI3相关性最高（R=0.35）,本文以其为例,再现了云贵高原2009年—2010年特大持续干旱事件的时空演变过程。  
        关键词：干旱;MODIS光谱指数;标准化降水指数;中国西南地区   
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        发布时间：2021-06-10
      • 杨永可,肖鹏峰,冯学智,李海星,常潇,冯威丁
        2014, 18(2): 453-475. DOI: 10.11834/jrs.20143055
        摘要：大尺度土地覆盖数据是全球陆地表层过程研究、生态系统评估、环境建模等科学研究的重要基础,研究现有数据集的特点对数据使用者及生产新的数据集都具有指导意义。本研究以中国及周边区域为研究区,根据不同分类体系对地物的定义,研究不同分类体系中对应地物的相关系数,并将所有分类体系转换为IGBP分类体系;然后,从定性和定量两方面分析现有5种土地覆盖数据集（IGBP DISCover、UMD、GLC2000、MOD12Q1和GlobCover 2005）的空间一致性;并利用Google Earth高分影像选取两期验证样本评价5种土地覆盖数据集的精度。结果表明:同种地物在不同土地覆盖数据集之间的空间分布格局差异较大,且不同土地覆盖数据集之间的总体一致性系数较低;5种土地覆盖数据集中,GLC2000的总体精度和Kappa系数均最高,GlobCover 2005的总体精度和Kappa系数均最低。  
        关键词：土地覆盖数据集;比较分析;精度评价;Google Earth   
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      • 朱爽,张锦水,帅冠元,喻秋艳
        2014, 18(2): 476-496. DOI: 10.11834/jrs.20143078
        摘要：提出一种软硬变化检测的作物识别方法 SHLUCD（Soft and Hard Land Use/Cover Change Detection Method）。该方法利用多期遥感影像能够有效表达作物的生长物候特征,以达到在离散变化区（即纯净像元区,包括完全转换成作物的突变区域和非作物区域）和连续变化区（即渐变区,混合像元区,是部分转化为作物的区域）准确进行作物的识别。在北京市选择一个研究区,以冬小麦为研究对象,选用2011年10月6日（播种期）和2012年4月16日（拔节期）两期环境减灾1号卫星影像,分别采用硬变化检测方法 HLUCD（Hard Land Use/Cover Change Detection Method）、软变化检测方法 SLUCD（Soft Land Use/Cover Change Detection Method）和SHLUCD进行冬小麦的识别。实验结果表明:在不同尺度窗口下,SHLUCD较传统方法表现出较明显的优势,具有更低的均方根误差RMSE（SHLUCD为[0.14,0.07],HLUCD为[0.15,0.07],SLUCD为[0.16,0.08]）和偏差bias（SHLUCD为-0.0008,HLUCD为-0.007,SLUCD为0.014）和更高的决定系数R2（SHLUCD为[0.68,0.86],HLUCD为[0.62,0.86],SLUCD为[0.60,0.86]）。针对冬小麦突变区域、冬小麦渐变区域和非冬小麦区域分别进行评价,表明SHLUCD识别精度接近各区最佳的识别方法,进一步验证了SHLUCD的灵活性和适用性。SHLUCD方法在离散变化区能够通过土地覆盖类型状态变化来有效地识别出冬小麦,在连续变化区可识别出土地覆盖的状态变化程度定量表达冬小麦的丰度,是其他作物多时相遥感变化检测的前期实验基础。  
        关键词：冬小麦识别;变化检测;扩展支撑向量机;物候   
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