最新刊期
      2017 年 第 21 卷 3 期

        综述

      • 李少英,刘小平,黎夏,陈逸敏
        2017, 21(3): 329-340. DOI: 10.11834/jrs.20176159
        摘要：元胞自动机CA(Cellular Automata)和多智能体ABM(Agent-Based Model)模型是土地利用格局和演化模拟的主流方法，两者在模拟自然因素影响和人文驱动机制方面具有突出优势，为LUCC研究提供了重要的工具。当前，ABM无论在模型构建还是应用研究方面，CA和ABM均取得了显著进展。论文从数据基础、模拟尺度、CA转换规则挖掘、ABM行为规则定义、CA和ABM的耦合4个方面梳理土地利用模拟模型和方法的研究进展。并总结这些模型在虚拟城市模拟与理论验证、真实城市模拟与规划预测以及多类用地模拟与辅助决策等方面的应用。最后，总结土地利用模拟模型在精细模拟和全球变化研究方面存在的局限性，认为未来发展将主要集中于解决从2维模型向3维模型发展、大数据与规则精细挖掘以及大尺度模拟与知识迁移等问题。  
        关键词：土地利用/土地覆盖变化;过程建模与模拟;元胞自动机;多智能体系统;尺度   
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        发布时间：2021-06-07
      • 彭学峰,万玮,李飞,陈秀万
        2017, 21(3): 341-350. DOI: 10.11834/jrs.20176198
        GNSS-R土壤水分遥感的适宜性分析
        摘要：利用GNSS-R(Global Navigation Satellite System-Reflectometry)技术探测土壤水分是近年来一个新兴的研究方向。目前GNSS-R遥感观测中反射信号的接收与处理方式包括单天线与多天线两种模式，面向实际应用需求，GNSS-R遥感正在实现从最初的地基观测向空基、星载观测的转变。在推进GNSS-R土壤水分遥感技术业务化应用的过程中，必须首先进行适宜性分析，确定该技术探测的地理位置、空间分辨率与探测深度，然而目前对此尚未有系统、全面、定量的论述。本文针对适宜性分析中的3个关键因子分别进行理论分析与公式推导，明确相关概念的定义，并实现定量化描述，最终通过实际应用分析进一步诠释其应用价值。对于单天线模式地基观测，以美国板块边界观测计划PBO (Plate Boundary Observatory)土壤水分产品为例，分析镜面反射点的相对位置、第一级Fresnel反射椭圆簇的面积与时间序列土壤水分所代表的探测深度；对于多天线模式，以郑州上街区农田空基观测试验为例，得到基于航迹的栅格土壤水分空间分布并探讨其探测深度。本文能够为未来两种观测模式下地基、空基和星载GNSS-R遥感观测、北斗反射信号遥感，以及GNSS-R在农业、水文、生态等领域的实际应用提供理论指导。  
        关键词：GNSS-R;土壤水分;镜面反射点;分辨率;探测深度   
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      • 赵杰臣,周翔,孙晓宇,程净净,胡波,李春花
        2017, 21(3): 351-364. DOI: 10.11834/jrs.20176136
        北极遥感海冰密集度数据的比较和评估
        摘要：本文利用2012年夏季中国第五次北极科学考察期间雪龙船在北极东北航道走航观测的海冰密集度数据(OBS-SIC)，初步评估了7种基于被动微波遥感的海冰密集度产品(PM-SIC)。7种PM-SIC因传感器和反演方法不同，分辨率差异较大(4—25 km)。在海盆尺度的海冰范围反演上7种PM-SIC基本相同，但对小范围浮冰区的反演差异较大。与MODIS可见光图像对比发现，MASAM数据(4 km)对局部小区域海冰刻画较好，是研究近岸区域或海峡岛屿海冰覆盖范围或面积时的首选产品；7种PM-SIC纬向平均后对比分析显示，不同PM-SIC对网格内是否存在海冰的判断基本一致，但对网格内海冰所占的比例(密集度)判断差异较大。结合OBS-SIC按航线、区域、密集度大小3种不同情况对7种PM-SIC进行分类定量评估，结果表明基于AMSR2传感器的AMSR2/ASI和AMSR2/Bootstrap数据与OBS-SIC偏差较小，平均偏差约±1%，均方根偏差仅11%和12%；而SSMIS/NT数据的偏差最大，平均偏差约–15%，均方根偏差为21%，其严重低估了网格内的海冰密集度值；因此具有更高分辨率的AMSR2/ASI数据(6.25 km)是关注海冰密集度大小时的首选产品。  
        关键词：北极东北航道;被动微波遥感;海冰密集度;走航观测;数据质量评估   
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        发布时间：2021-06-07

        基础理论

      • 连君,孙浩,林起楠,曹雪佳,李翀,黄华国
        2017, 21(3): 365-374. DOI: 10.11834/jrs.20176097
        天然林林下地表热辐射方向性观测
        摘要：热辐射方向性是影响地表温度反演精度的关键因素之一。为深入了解森林地表的热辐射方向性特征，探索林下地表的热辐射方向性规律，在夏秋两季分别用FLIR i7和T420热像仪对东北天然林下草本植被与部分裸露土壤的亮度温度进行了多角度观测和分析，采用线性近似方法对获取的方向亮温进行纠正。结果表明：(1)林下地表具有较为明显的热辐射方向性，并与地表结构有关；(2)夏季地表由植被和小部分裸露土壤组成，冠层密度大，不同天顶角观测的亮温差异较小，平均为1—1.5 ℃，10:30 am观测亮温最高值在东方向天顶角40°位置(太阳天顶角30.5°±0.5°，方位角149°±1°)，而14:30 pm在西方向天顶角40°左右(太阳天顶角为43.5°±1.5°，方位角247.5°±1.5°)；(3)秋季地表大部分为10 cm厚的枯落物，不同天顶角观测差异较夏季大1 ℃左右，最高亮温则均位于天顶角50°，10:30 am位于东方向(太阳天顶角为57.5°±0.5°，方位角169°±2°)，14:30 pm位于西方向(太阳天顶角为73°±1°，方位角231°±1°)。(4)林龄对于林下地表的热辐射方向性有一定影响，但季节性影响更显著。因此，林下地表的热辐射方向性对遥感像元尺度亮度温度的方向性有贡献，在以后的研究中应该予以考虑。  
        关键词：热辐射方向性;天然林;林下植被;时间效应   
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        发布时间：2021-06-07

        技术方法

      • 范奎奎,王中元,欧阳斯达,汪汇兵,史绍雨
        2017, 21(3): 375-385. DOI: 10.11834/jrs.20176251
        DT-CWT结合MRF的遥感图像变化检测
        摘要：为了解决多尺度遥感图像变化检测在降噪时丢失大量高频信息及单一像素孤立性的问题，提出了一种双树复小波变换DT-CWT(Dual-tree Complex Wavelet Transform)和马尔可夫随机场MRF(Markov Random Field)相结合的非监督遥感图像变化检测算法，首先采用DT-CWT对差异图像进行多尺度分解，并根据MRF模型分割算法提取高频区域的变化特征，然后进行相应层的高、低频重构，再对重构后的各层建立MRF模型并根据贝叶斯最大后验概率准则MAP(Maximum A Posterior)进行最终分割，最后对各层分割结果进行求交融合，得到最终的变化检测结果掩膜图。对比实验结果表明，该方法在去除杂点和噪声的同时能够较好地保留高频信息，并且边缘检测更加平滑，具有较高的变化检测精度和很好的鲁棒性。  
        关键词：变化检测;双树复小波变换DT-CWT;MRF模型;多尺度分解   
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      • 贾臣,孙林,陈允芳,吕喆鹏,韦晶,于会泳,田信鹏
        2017, 21(3): 386-395. DOI: 10.11834/jrs.20176026
        查找表方法确定气溶胶类型
        摘要：针对传统气溶胶类型确定方法的局限性以及当前气溶胶类型确定存在的困难，提出一种使用多波段气溶胶光学厚度数据确定气溶胶类型的方法。基于大气颗粒物的散射与吸收特性分析，通过构建查找表的方法实现气溶胶类型的确定。该方法利用Mie散射理论通过正向模拟不同类型气溶胶粒子数量与多波段光学厚度之间的关系来构建查找表，基于该查找表，使用440 nm、670 nm、870 nm及1020 nm 4个波段的气溶胶光学厚度确定气溶胶类型。使用模拟的多波段气溶胶光学厚度数据开展了气溶胶类型的确定实验，分析了不同波段气溶胶光学厚度误差对气溶胶类型确定结果的影响。结果表明，该方法可根据4个波段的气溶胶光学厚度以较高的精度确定出沙尘性、水溶性和煤烟3种气溶胶粒子的数量，从而确定气溶胶类型。  
        关键词：气溶胶类型;气溶胶光学厚度;Mie散射;查找表方法   
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      • 孙金彦,黄祚继,周绍光,徐南,钱海明,王春林
        2017, 21(3): 396-405. DOI: 10.11834/jrs.20176127
        高分辨率遥感影像中建筑物轮廓信息矢量化
        摘要：针对高分辨率遥感影像的特点，提出了基于多类分割与模板匹配的建筑物轮廓矢量化方法：首先对影像进行多尺度SVM分割获取建筑物候选点；然后在Radon变换结合主轴分析获取建筑物主方向的基础上，引入多类分割思想，构建用于分割的能量函数，基于α-扩展算法解算能量函数，将轮廓线分割为3类边缘线段；接着构建形状先验的边缘模板，进行精确定位以获取边缘线的实际位置，去除锯齿状变形，降低提取结果的影响；最后相邻边缘线相正交得到拐角点，依次连接每一个拐角点，得到规则化的建筑物轮廓。相比于同类其他方法，此方法考虑了边缘点的方向信息和相邻边缘点趋于同一类的先验知识，可得到近似全局最优的边缘线段分割结果，避免了规则化过程中选择初始点和处理顺序的麻烦和不利影响，同时充分利用了影像特征，对边缘线段进行精确定位，减弱建筑物提取结果误差的影响。对不同影像的实验结果证明此方法可得到规则化的建筑物外轮廓线，不考虑提取过程中遗漏的建筑物，矢量化结果平均准确度为89%、完整度98%、几何形状相似性87%、整体质量85%。  
        关键词：遥感影像;建筑物矢量化;建筑物外轮廓;α-扩展;模板匹配;规则化   
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      • 张洪群,刘雪莹,杨森,李宇
        2017, 21(3): 406-414. DOI: 10.11834/jrs.20176105
        深度学习的半监督遥感图像检索
        摘要：遥感图像数据的海量性、多样性和复杂性等特点对遥感图像检索的速度和精度提出了更高的要求，其中特征提取是影响遥感图像检索效果的关键。本文方法首先对遥感图像进行预处理，然后基于稀疏自动编码的方法在大量未标注的遥感图像上进行特征学习得到特征字典，基于卷积神经网络的思想，使用训练出来的特征字典对遥感图像进行卷积和池化得到每幅图像的特征图；接下来使用特征图训练Softmax分类器；最后对待检索图像分类，在同一类别中计算特征间的距离，进而实现遥感图像的检索。实验结果表明，该方法能够有效提高遥感图像检索的速度和准确度。  
        关键词：遥感图像检索;深度学习;稀疏自动编码;卷积神经网络;Softmax分类器   
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      • 李盛阳,张万峰,杨松
        2017, 21(3): 415-424. DOI: 10.11834/jrs.20176386
        多源高分辨率遥感影像智能融合
        摘要：本文面向多源高分辨率遥感影像自动化融合的应用需求，探索按需应用的智能化融合方法，充分利用不同分辨率和不同时相的高分辨率多源遥感影像数据资源与特性，研究了影像融合数据源选取的决策树算法，建立了遥感影像融合规则知识库，并自动化选取适合的融合算法，提出了Curvelet_HCS算法，对低频和高频系数选用不同的融合规则，改善了HCS算法的光谱失真问题，可同时融合多光谱影像的多个谱段，并保持更丰富的空间细节信息。根据融合评价结果对遥感影像融合规则知识库进行更新，实验验证表明了该套方法的有效性，为开展大规模智能化的多源遥感影像融合应用提供了重要的方法和技术支撑。  
        关键词：高分辨率;遥感影像;智能融合;决策树;融合算法;规则知识   
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        发布时间：2021-06-07
      • 陈能成,刘丹丹,杜文英
        2017, 21(3): 425-433. DOI: 10.11834/jrs.20176126
        改进Balloon Snake算法提取遥感影像水体边界
        摘要：相比于正交T-Snake算法，传统Balloon Snake算法不受格网约束，能够更加精确提取高分辨率遥感影像上水体，然而尚不能解决河中岛引起的拓扑冲突问题。由此，本文提出了一种改进Balloon Snake算法(T-Balloon Snake)，设计了目标内部由于空洞引起的拓扑冲突检测与处理机制。算法首先在目标水体内部手动设置一个初始轮廓，在曲线每次膨胀前对曲线进行自相交检测，若存在拓扑冲突则对曲线进行分裂与合并处理，最终直至迭代停止。实验选取了三类湖泊与河流高分影像，实现了复杂遥感影像水体矢量边界的一次性精确提取。实验结果表明，该方法可直接有效提取水体中深凹以及岛状边界，在提取结果正确性和完整性上都优于传统Balloon Snake算法。  
        关键词：遥感影像;河中岛;边界提取;改进Balloon Snake;拓扑冲突   
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        发布时间：2021-06-07
      • 行晓黎,陈启浩,徐乔,杨帅,刘修国
        2017, 21(3): 434-441. DOI: 10.11834/jrs.20176114
        顾及目标异质性的极化SAR图像非局部均值滤波
        摘要：相干斑抑制是极化合成孔径雷达(PolSAR)图像分析的重要预处理步骤。为了更好地抑制极化SAR图像中的相干斑，本文综合目标的异质性和结构信息，提出基于目标异质性的非局部均值滤波方法。首先利用K分布距离度量目标的异质性，并以异质性为基础，保留图像中的点、线等高异质性目标；然后计算图像块之间的异质性差异，最后将其作为度量非局部均值加权滤波像元相似性的权重系数，实现对PolSAR图像的相干斑抑制。实验对比结果表明：本文方法能够有效地抑制相干斑，同时对细节信息和极化信息也具有良好的保持性，能够为后续的图像应用提供支持。  
        关键词：极化SAR;相干斑;滤波;非局部均值;异质性   
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        发布时间：2021-06-07

        遥感应用

      • 王聪,李静,柳钦火,柏军华,徐保东,赵静,曾也鲁
        2017, 21(3): 442-457. DOI: 10.11834/jrs.20176184
        黑河流域遥感物候产品验证与分析
        摘要：植被物候遥感产品对全球变化响应、农业生产管理、生态学的应用等多领域研究具有重要意义。但现有植被物候遥感产品还有较多问题，主要包括一方面使用不同参数的时间序列数据以及不同提取算法导致的产品结果差异较大，另一方面在地面验证中地面观测数据与遥感反演数据的物理含义不一致导致的验证方法的系统性误差。本文以黑河流域为研究区，对比验证基于EVI(Enhanced Vegetation Index)时间序列数据提取的MLCD(MODIS global land cover dynamics product)植被遥感物候产品和基于LAI(Leaf Area Index)时间序列数据提取的UMPM(product by universal multi-life-cycle phenology monitoring method)植被遥感物候产品的有效性及精度等。同时，通过验证分析进一步评估基于EVI和LAI时间序列提取的物候特征的差异及特点，探讨由于地面观测植被物候与遥感提取植被物候的物理意义的不一致问题导致的直接验证结果偏差。结果表明: UMPM产品有效性整体高于MLCD产品，但在以草地和灌木为主的稀疏植被区，由于LAI取值精度的原因，UMPM产品存在较多缺失数据，且时空稳定性较低；基于玉米地面观测数据表明，EVI对植被开始生长的信号比LAI更加敏感，更适合提取生长起点，但植被指数易饱和，峰值起点普遍提前，基于LAI提取的峰值起点更加合理。由于地面观测的物候期在后期更加关注果实生长，遥感观测仅关注叶片的生长，遥感定义的峰值终点和生长终点与玉米的乳熟期和成熟期差异较大。  
        关键词：遥感物候产品;生长起点;生长终点;验证;黑河流域   
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        发布时间：2021-06-07
      • 刘焕军,邱政超,孟令华,付强,姜佰文,闫岩,徐梦园
        2017, 21(3): 470-478. DOI: 10.11834/jrs.20176125
        黑土区田块尺度遥感精准管理分区
        摘要：基于格网采样与空间插值的精准管理分区方法精度高，但时效性差、成本高。本文以东北农垦地区红星农场农田为研究对象，提出一种基于遥感影像的精准管理分区方法：以裸土高空间分辨率遥感影像作为数据源，结合田间格网采样数据，基于裸土反射光谱特征与黑土主要理化性质的显著相关关系，运用面向对象分割、空间统计分析方法，对典型黑土区田块进行精准管理分区研究，并利用土壤理化性质和农作物生理参数，对分区结果进行评价。得出如下结论：(1)典型黑土区田块内部土壤养分含量空间变异显著；(2)基于裸土影像与面向对象的精准管理分区方法精度高，增强了分区之间的土壤养分与归一化植被指数(NDVI)差异性、分区内部各属性的一致性；(3)基于2015年4月1日和2015年5月20日单期影像分区和两期影像波段叠加(Layer stacking)分区，区间变异系数与区内变异系数之比分别为1.42、1.39和7.63，基于两期影像综合信息的分区结果显著优于基于单期影像分区；(4)基于裸土影像面向对象分割的精准管理分区方法时效性强、成本低、精度高。研究成果为田间变量施肥、发展精准农业、实现农业可持续发展提供依据。  
        关键词：裸土;遥感影像;精准管理分区;面向对象;精准农业   
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      • 张猛,曾永年,朱永森
        2017, 21(3): 479-492. DOI: 10.11834/jrs.20176129
        面向对象方法的时间序列MODIS数据湿地信息提取——以洞庭湖流域为例
        摘要：以洞庭湖流域为研究区，对大范围湿地信息遥感提取方法进行了研究。先基于时间序列MODIS EVI及物候特征参数，通过J-M(Jeffries-Matusita distance)距离分析，构建了MODIS(250 m)最佳时序组合分类数据；其次，通过Johnson指数确定了最佳分割尺度，采用面向对象的遥感分类方法(Random tree分类器)提取了洞庭湖流域的湿地信息，并验证该方法的适用性。研究结果表明，基于时序数据与面向对象的Random tree分类的总体精度和Kappa系数分别为78.84%和0.71,较之基于像元的相同算法的总体分类精度和Kappa系数分别提高了5.79%和0.04。同时，基于面向对象方法的湿地整体的用户精度与生产者精度较基于像元方法分别提高了4.56%和6.21%，可有效提高大区域湿地信息提取的精度。  
        关键词：时间序列;MODIS;面向对象分类;Random tree;湿地;洞庭湖流域   
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      • 詹雅婷,朱利,孙永华,苏晓蓓,侯海倩
        2017, 21(3): 458-469. DOI: 10.11834/jrs.20176157
        海岸线遥感光谱角度—距离相似度生长模型自动化提取
        摘要：海岸线变迁是沿海生态系统变化的重要指示因子，是国家海洋经济关注的重要组成部分。本文通过构建光谱角度—距离相似度模型，解决HJ-1B/IRS红外传感器在海岸线自动化提取应用中的可行性问题，以及当前方法应用于不同时相数据过程中的阈值不稳定性问题，拓展IRS传感器的应用领域和价值。光谱角度—距离相似度模型以多光谱像元归一化辐射值为向量元素，度量不同像元在单位空间距离上的角度相似性，以迭代方式分析水体样本像元与周边八邻域相邻像元的角度—距离相似性，通过相似性约束对水体样本进行区域生长以获取水岸分界线。通道辐射归一化分析表明采用反射率和量化等级最大值归一化的通道值能很好地反映地物随季节的变化；样本相似度分析表明以水体和非水体相似度两倍方差(0.01)为误差的生长阈值(0.98)适用于全时相影像水岸线提取，总体精度优于80%。验证数据分析表明，角度—距离相似度模型阈值稳定、不受时相影响。通过与常用的High Pass卷积滤波、Roberts卷积滤波、Sobel卷积滤波、Laplacian卷积滤波、FFT高通变换和Canny提取结果比对分析表明，High Pass、Laplacian和FFT变换无法应用于IRS传感器，Roberts和Sobel相对来说能较好的识别水陆边缘，Canny在正常噪声条件下也能有效识别水陆边缘。但这些算法在识别水陆边缘线的同时，也将内陆地物边缘线进行了识别，如何将内陆地物边缘线从识别结果中有效去除，是这些方面所面临的重要难点。比较而言，角—距相似度模型能很好的应用于IRS传感器的海岸线提取，对传感器的噪声并不敏感，在B4通道非正常水平噪声条件下也能提取出理想结果，而且后续处理简单，不存在内陆边缘线的干扰问题。光谱角度—距离相似度模型对海岸线识别精度较高、模型参数稳定，能有效地提升IRS传感器在海岸线提取方面应用价值。在实际应用过程中需要避免的是，既覆盖陆地又覆盖海洋的云团会遮挡地物光谱信息，造成海岸线无法有效分离，因此需要对影像数据进行有效的筛选。本文基于遥感影像提取的海岸线只是瞬时水边线，需要进一步结合海岸线的类型以及潮位数据和DEM等数据进行修正得到最终的海岸线。  
        关键词：海岸线;角度—距离相似度;IRS;遥感   
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        发布时间：2021-06-07
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