最新刊期
      2019 年 第 23 卷 第 2 期

        中国遥感卫星

      • 吕旺,董瑶海,沈毅力,张志清,陈文强
        2019, 23(2): 185-195. DOI: 10.11834/jrs.20198061
        静止气象卫星轨道运动的成像补偿研究
        摘要：为进一步提高观测频次和信噪比，近年来各国新一代静止气象卫星均采用三轴稳定工作模式对地扫描成像。为了精确提取遥感目标物所在地点关于地表、云和大气状态的定量参数产品，必须要解决图像配准和定位问题。轨道漂移运动引起卫星视轴在地球表面上移动，导致连续图像之间产生相对位移，影响云图动画的图像配准精度。以2016年12月发射的中国风云四号卫星成像仪为研究对象，给出了图像参考基准的严密定义，研究了一种轨道运动补偿OMC(Orbit Motion Compensation)方法。通过给成像仪2维扫描机构增加转角补偿的方法在卫星上实时引导视线扫描路径，卫星相当于在理想轨道位置的视角成像。得到的遥感图像均被配准到地球固定网格FG(Fixed Grid)，保持相对固定的几何定位关系。由于这种在卫星上完成的补偿剥离了L0级图像数据与卫星轨道测量信息之间的关系，从根源上保证了原始图像的长周期定位稳定性。为证明方法的正确性，利用风云四号卫星在轨测试的遥感图像L0级数据进行了试验验证。结果表明，云图动画中南北方向相对运动距离由973.0 μrad缩小至75.6 μrad，东西方向由205.8 μrad缩小至81.2 μrad。星上轨道运动补偿有效削弱了周期性轨道运动对图像定位与配准的干扰，显著提升图像配准精度。针对未来带有长线阵的新型静止卫星成像仪发展趋势，分析了进行星上轨道运动补偿时引起的长线阵探测器边缘像元误差问题，提出了采用电推进系统对卫星轨道倾角进行高精度保持控制来降低边缘误差的解决方案。  
        关键词：静止气象卫星;风云四号;FY-4;图像配准;INR;轨道运动补偿;OMC   
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        发布时间：2021-06-07
      • 谭政,相里斌,吕群波,孙建颖,李平付,高爽,尹增山
        2019, 23(2): 196-204. DOI: 10.11834/jrs.20198014
        摘要：面向微纳卫星高分辨率对地遥感，将超分辨率成像应用于中国整星60公斤级的CX-6(02)微纳卫星设计中，解决因体积和重量限制导致传统长焦距、大口径成像载荷无法应用于微纳卫星的问题。图像获取上，采用高帧频面阵CMOS探测器对同一地物目标多次曝光的方式，利用卫星姿态控制偏差和地速补偿来获得多帧具有亚像元位移的图像；超分辨率重建算法上，在变分贝叶斯框架下提出加权双向差分模型，提高先验概率模型的方向约束性，削弱观测方程求解的病态性。CX-6(02)星成像数据实验结果表明，本文的图像采样方法可获得较为充分的亚像元信息；相比传统的L1范数先验和全变分先验的变分贝叶斯超分辨算法重建结果，本文重建结果对反卷积运算导致的噪声放大具有更好的抑制作用，可获得两倍分辨率提升，有效提高数据质量和应用价值。  
        关键词：CX-6(02)微纳卫星;超分辨率成像;亚像元信息;重建算法;变分贝叶斯;先验模型   
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        发布时间：2021-06-07
      • 孙钰珊,张力,许彪,张勇
        2019, 23(2): 205-214. DOI: 10.11834/jrs.20198067
        摘要：国产高分辨率光学卫星影像的无地面控制精准定位是实现境外大范围区域或大规模遥感应用和中小比例尺测图的前提。针对资源三号卫星(ZY-3)影像的几何特点，以航空摄影测量中约束问题最优化方法“交替趋近法”和基于RFM的最小二乘平差为基础，提出了一种易于并行化、高效的高分辨率光学卫星影像无控制联合区域网平差方法GISIBA(GCP-Independent Satellite Imagery Block Adjustment)，通过构建“平均值”虚拟控制点来解决无控制区域网平差中的“秩亏”问题，便于分析无控制区域网平差结果与影像数据的覆盖次数及时相之间的关系。首先，交替趋近法被用来实现并行处理平台基础上的待平差未知数初值的解算、中等尺度以上粗差的自动检测与剔除，并根据计算结果赋予所有未知数一定的先验权值；然后，通过最小二乘法实现大型法方程矩阵的解算，获得满足高精度影像产品生产制作需求的高精度定向参数；最后，利用多组典型区域的ZY-3影像数据试验验证了该方法的精度和实际性能。结果表明，无控制区域网平差达到了优于6.0 m/5.0 m的平面/高程精度，所提方法为全球地理信息资源建设工程、国产光学卫星影像高精度影像产品生产提供了技术保障。  
        关键词：卫星影像无控制定位;有理函数模型(RFM);虚拟控制点;区域网平差;交替趋近法;资源三号卫星影像   
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        发布时间：2021-06-07
      • 陈震霆,孙晓兵,汪俊锋,李树,黄红莲,陈卫,乔延利
        2019, 23(2): 215-229. DOI: 10.11834/jrs.20197072
        近红外偏振辐射卫星数据的海洋耀光动态检测
        摘要：太阳光入射海表特定区域形成海洋耀光，呈强反射和偏振特性。在卫星海洋遥感中，海洋耀光对遥感成像质量有较大影响，尤其对海洋上空云、气溶胶及海色等研究干扰较大，因此剔除海洋耀光是卫星遥感数据处理过程中首先要解决的重要问题。以PARASOL卫星的POLDER3载荷数据为研究对象，获取载荷成像时刻太阳及观测几何、海表风速风向及气溶胶光学厚度等参数，采用海气辐射传输相关理论，结合耀光角和多角度NIR偏振辐射信息(865 nm)，构建基于近红外偏振辐射特性规则的OGDD模型，获取耀光角临界值实现耀光动态检测。以印度洋某海区为研究对象，获取实测耀光区NIR通道的大气层顶反射率和偏振反射率，利用OGDD模型将耀光角判别临界值调整为34°。相比MODIS经验临界值(40°)，标记耀光像元相对减少了30%。结果表明，该方法不仅能通过动态调整临界值准确识别海洋耀光，为云检测及云物理特性反演提供可靠的源数据，还能为高分五号卫星多角度偏振载荷在轨定标及气溶胶反演提供支持。  
        关键词：PARASOL;海气辐射;海洋耀光;辐射信息;偏振反射率;动态检测;高分五号;偏振遥感   
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        发布时间：2021-06-07
      • 姚月,申茜,朱利,高红杰,曹红业,韩惠,孙建国,李俊生
        2019, 23(2): 230-242. DOI: 10.11834/jrs.20197482
        高分二号的沈阳市黑臭水体遥感识别
        摘要：中国城市黑臭水体情况严重，基于遥感监测黑臭水体刚刚起步，很多问题待解决。以沈阳市城市建成区内主要河流为研究区，于2015年—2016年开展地面调查，获取了浑河和蒲河46个一般水体的样点，和辉山明渠、满堂河、细河以及微山湖路附近、丁香湖北部50个黑臭水体的样点数据，包括水面光谱和主要水质参数。分析了黑臭水体与一般水体的光谱特征，发现城市黑臭水体反射率光谱在绿光—红光波段变化比一般水体平缓，基于这一特点提出了一种基于反射率光谱指数BOI(Black and Odorous water Index)的黑臭水体识别模型，并将其与红绿波段比值指数进行对比，具有更好的识别精度。结果表明：(1)基于遥感反射率(Rrs)计算的BOI小于0.065时，可判为黑臭水体。(2)由于GF2水体图像精确大气校正存在困难，可以利用瑞利散射校正反射率(Rrc)替代Rrs，BOI小于阈值0.05时，可判别为黑臭水体；同时模拟证明，当气溶胶光学厚度逐渐增大时，黑臭水体与一般水体的光谱差异将逐渐减小，因此这种方法主要适用于比较清晰的图像、气溶胶光学厚度比较小(如AOT(550)≤0.5时)。(3)基于Rrc的BOI模型可以较好的应用于GF2图像上，具有较好的识别精度。对2015年—2016年3景GF-2影像提取的结果显示，满堂河和新开河黑臭现象得到逐步改善，辉山明渠黑臭现象依然严峻。本文发展的黑臭水体遥感识别算法主要是基于沈阳黑臭水体的光谱特征，仅在沈阳市进行了验证，将来还需在其他城市进一步验证，并且需要更多地考虑多种因素对水体反射率的影响。  
        关键词：GF-2;城市黑臭水体;黑臭水体指数;BOI;遥感识别   
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      • 涂宽,文强,谌华,于飞,谷鑫志
        2019, 23(2): 243-251. DOI: 10.11834/jrs.20198098
        GF-3全极化影像在地表浅覆盖区进行地质构造解译的新方法
        摘要：地质构造信息对地质矿产调查具有重要意义，野外实测和光学遥感等常规手段在一些地表浅覆盖区获取的地质构造信息十分有限，而合成孔径雷达(SAR)对地表具有一定的穿透性，在探测地表浅层覆盖区域的地质构造特征中具有独特优势。利用高分三号(GF-3)全极化影像，在典型的地表浅层覆盖区域，开展了断裂构造等信息的解译探索，提出了一种地表浅覆盖区域地质构造解译的新方法。首先对西藏改则、林芝、贵阳、北京千家店等4个研究区内的断裂构造和环带构造进行分析；接着，提出了GF-3全极化影像用于浅覆盖区地质解译的处理流程，通过引入DEM数据对GF-3影像进行地形校正，充分利用微地形微地貌特征，并采用不同极化方式的RGB合成，增强了影像的判读性，并进行地质构造解译；最后，将解译结果与1∶5万实测数据进行对比，断层的位置和方向与实测结果基本一致，同时获取了大量野外实测未能探明的浅覆盖层以下的断层信息，进一步丰富了研究区的地质构造信息。结果表明，GF-3全极化影像可用于浅覆盖区的地质构造解译，并且具有野外实测和光学遥感等常规手段所不能替代的独特优势。  
        关键词：高分三号;全极化SAR;浅覆盖区;断裂构造;环带构造   
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        发布时间：2021-06-07
      • 唐尧,王立娟,马国超,贾虎军,靳晓
        2019, 23(2): 252-261. DOI: 10.11834/jrs.20198405
        利用国产遥感卫星进行金沙江高位滑坡灾害灾情应急监测
        摘要：高位地质灾害具有强隐蔽性、强破坏性、难排查性等特征，近年来在我国西南山区频频发生，给山区居民造成了严重的人员伤亡和财产损失。以国产高分二号与北京二号等国产遥感卫星影像为数据源，对“10·11”金沙江高位滑坡开展灾情应急监测，分析了滑坡致灾情况、致灾演变及灾前蠕变特征，对灾后堰塞湖周边隐患灾后开展二次排查，查明了堰塞湖全域存在疑似裂缝隐患2处、滑坡隐患16处及5淹没区受损情况。结果表明国产遥感卫星对国家重特大地质灾害应急监测发挥了重大作用。  
        关键词：遥感技术;高位地灾;金沙江滑坡;灾情监测;白格堰塞湖   
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        发布时间：2021-06-07

        基础理论

      • 宋江涛,潘军,邢立新,蒋立军,孙也涵,张雪峰,仲伟敬,范博文
        2019, 23(2): 272-279. DOI: 10.11834/jrs.20198244
        摘要：线性光谱混合模型是目前应用最广泛的光谱混合模型，但由于遥感观测多分辨率的特点，模型的适用性会受到尺度效应的影响。为探索该模型在不同观测尺度下的适用程度，本文从地物辐射原理出发，通过理论推导微面元辐射通量表达式，得出地物辐射通量除了与端元反射率和面积比有关外，也与天顶角存在显著的非线性关系。因此，在线性光谱混合模型和微面元辐射通量的基础上，推导了更具普适性的积分线性光谱混合模型的表达式，再采用数值模拟的方法，计算了两模型的相对差值Δρ，结果表明Δρ的大小仅与探测单元的半瞬时视场角β有关，并通过实测光谱实验对上述推论进行了验证。研究表明，当β<13°时，Δρ较小，线性光谱混合模型是积分线性光谱混合模型的一种近似表达形式，β完全可作为确定线性光谱混合模型适用观测尺度的关键依据，并且该模型的适用程度随β的增大而降低。  
        关键词：线性光谱混合模型;微面元;积分线性光谱;观测尺度;数值模拟;瞬时视场角   
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        发布时间：2021-06-07

        技术方法

      • 陈曦东,张肖,刘良云,汪晓帆
        2019, 23(2): 280-290. DOI: 10.11834/jrs.20198017
        增强型多时相云检测
        摘要：针对云检测在高亮度地表以及雪覆盖区域存在过度检测的问题，设计了一种不依赖热红外波段的增强型多时相云检测EMTCD(Enhanced Multiple Temporal Cloud Detection)算法。首先，利用云的光谱特征建立单时相云检测规则，并基于云、雪的光谱差异构建了增强型云指数ECI(Enhanced Cloud Index)，改进了云、雪的区分能力；其次，以同一区域无云影像为参考，基于ECI指数构建了多时相云检测算法，较好地克服了单时相云检测中高亮度地表、雪和云容易混淆的问题，提高了云检测的精度；最后，选择两个典型区域的Landsat-8 OLI影像，对比分析了不同算法的云检测结果。实验结果表明：ECI指数能够有效区分云、雪，EMTCD方法的平均检测精度达到93.2%，高于Fmask(Function of mask)(81.85%)、MTCD(Multi-Temporal Cloud Detection)(66.14%)和Landsat-8地表反射率产品LaSRC(Landsat-8 Surface Reflectance Code)的云检测结果(86.3%)。因此，本文提出的EMTCD云检测算法能够有效地减少高亮度地表和雪的干扰，实现不依赖热红外波段的高精度云检测。  
        关键词：云检测;增强型云指数;多时相;Landsat-8;多光谱   
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        发布时间：2021-06-07
      • “资源三号02星搭载激光测高载荷，提出激光数据辅助卫星立体影像成像几何模型精化处理理论。湖北、青海试验表明，该方法可有效提高卫星立体数据测图精度。”
        曹宁,周平,王霞,唐新明,李国元
        2019, 23(2): 291-302. DOI: 10.11834/jrs.20197252
        摘要：资源三号02星搭载了中国首个对地观测试验性激光测高载荷。借鉴目前较成熟的卫星影像区域网平差理论的基础上，结合近年来激光测高数据精度的大幅提升以及资源三号02星激光测高数据的特点，首次提出了激光测高数据辅助卫星立体影像进行成像几何模型精化处理的通用理论。首先，利用传统的区域网平差算法对所处理影像进行高精度连接点匹配处理，并对其进行无约束的自由网平差处理，获得高精度相对精度及不亚于原始成像几何模型的绝对精度；其次，根据激光测高数据3维坐标和精化后参考影像成像几何模型获取激光数据参考影像坐标；而后将参考影像坐标通过几何模型映射获取目标影像上待匹配影像坐标，通过连接点匹配算法，对待匹配目标影像坐标进行精化获取高精度像方同名点；最后，以同名点作为高程控制进行区域网平差计算，对影像成像几何模型进一步处理，获取高精度补偿参数。通过湖北、青海两测区的试验，以激光测高数据辅助卫星影像几何模型精化精度可分别达到1.97 m、3.23 m，结果表明本文提出的方法可有效提高卫星立体数据测图精度。  
        关键词：资源三号02星;激光测高;几何模型精化;立体影像   
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        发布时间：2024-10-10
      • 谢广奇,杨帅,陈启浩,刘修国
        2019, 23(2): 303-312. DOI: 10.11834/jrs.20197260
        摘要：为有效利用简缩极化SAR进行海洋溢油检测，本文基于简缩极化特征值分析，提出了3个用于简缩极化溢油检测的参数，引入了基于简缩极化特征值分解的简缩极化熵Hc(Compact Polarization Entropy)、简缩极化比参数PFc(Compact Polarization Fraction)、简缩极化基准高度PHc(Compact Polarization Pedestal Height)特征进行海洋溢油检测。海表的散射类型主要为低熵散射(小粗糙面发生的Bragg散射)，为弱去极化、弱散射过程随机性状态，由于溢油会阻尼海水的Bragg散射，使其熵值变高、呈去极化、强散射过程随机性状态，故简缩极化熵、简缩极化比参数和简缩极化基准高度可以用来检测海洋溢油。本文采用C波段的Radarsat-2、SIR-C/X-SAR数据进行了实验，结果表明：简缩极化熵、简缩极化比参数和简缩极化基准高度能够有效抑制疑似溢油，使海水与疑似溢油差异变小；突出溢油区域，使海水与溢油的可区分性变大。  
        关键词：溢油检测;简缩极化SAR;特征值分解;简缩极化参数;Bragg散射   
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        发布时间：2021-06-07

        遥感应用

      • 张磊,宫兆宁,王启为,金点点,汪星
        2019, 23(2): 313-326. DOI: 10.11834/jrs.20198083
        Sentinel-2影像多特征优选的黄河三角洲湿地信息提取
        摘要：以北方典型河口湿地—黄河三角洲湿地为研究区，采用在特征选择和分类提取等方面具有明显优势的随机森林算法，对研究区内的湿地信息进行提取。首先基于多时相、光谱信息丰富的Sentinel-2数据生成4类不同的特征变量，包括光谱特征、植被指数和水体指数、红边指数、纹理特征；再根据以上特征构建6种不同的提取方案，对黄河三角洲湿地信息进行提取并验证不同方案的提取精度，旨在选择最佳方案改善湿地信息提取的效果。结果表明：(1)有效地使用多种特征变量是提高湿地信息提取的关键，就不同特征对湿地信息提取的贡献率而言，红边指数>植被指数和水体指数>光谱特征>纹理特征；(2)基于随机森林算法优选的特征变量提取效果最佳，总体精度高达90.93%，Kappa系数为0.90，表明随机森林算法可以有效地进行特征选择，在特征变量数据挖掘的同时，仍能保证湿地信息提取的精度，提高运行效率。本研究为湿地信息提取在数据源选择、特征选择和方法选择方面提供了一种新思路、方法和技术手段。  
        关键词：河口湿地;信息提取;Sentinel-2;随机森林;特征选择;红边指数;多时相数据   
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      • 张丽,李国庆,朱岚巍,郭华东
        2019, 23(2): 327-335. DOI: 10.11834/jrs.20198193
        海南省遥感大数据服务平台建设与应用示范
        摘要：空间信息技术产业是国家战略性新兴产业。遥感技术的多元化应用和海量数据使得空间信息技术与大数据时代接轨成为现实。海南省是中国最大的省级经济特区。依靠独特的自然地理环境，海南省目前正在实施国际旅游岛、南海战略和21世纪海上丝绸之路重要战略支点等国家战略；坚持生态立省的原则，海南省也是国家生态文明试验区。2016年立项的海南省重大科技计划——“海南省遥感大数据服务平台建设与应用示范”项目，以天空地一体化的空间科技为切入点，基于遥感、导航、GIS等天空地一体化技术手段，建设以海南遥感大数据云为代表的大数据基础设施和智能化共享服务平台，实现海南省典型行业的空间技术应用示范，满足面向新时期海南省社会经济发展中对空间信息产品的快捷、准确、个性化共享服务需求。项目重点攻克了大规模空间观测数据和信息产品共享中的多项关键技术难题，消除目前空间数据分散和信息孤岛现象，提高空间信息获取的准确性和时效性，实现信息资源共享和高效服务。在天空地一体化遥感大数据服务平台下，项目围绕海岸带、农业、林业、旅游、城市环境等典型行业领域开展应用示范，构建省级典型行业领域应用服务信息系统，提供及时有效的动态监测信息和科学决策，以进一步提升政府部门在资源环境管理方面的能力和水平，实现全省资源、环境、经济、社会协调可持续发展。  
        关键词：海南省;遥感大数据;资源环境;应用示范   
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      • 蒋锦刚,徐曜,聂晨晖,潘骁骏,周斌
        2019, 23(2): 336-348. DOI: 10.11834/jrs.20197040
        海表面温度时空变异特征及对验证误差影响
        摘要：海洋要素的变化存在明显的区域性和季节性的变化特性，本文选择海洋要素中最为突出的海表面温度(SST)要素作为主要分析参数，设计时空变异参数的计算指标，分析时空变异对验证误差影响的关系，通过研究及试验的数据精度验证，证明了时空变异是造成误差的直接原因之一。强烈的时空属性变异，在验证过程中会引入很大的验证误差，处于不同变异等级区划的数据，其验证结果相对误差可达13.08%，变异越剧烈的区域，精度验证效果越差，验证误差就越大，这些误差并非完全是遥感产品的误差，验证结果不具有代表性，不能真实的反映遥感产品的误差特征。对于SST等海洋遥感产品验证时，需要考虑时空变异对验证误差的影响和贡献，合理选择验证试验区域、代表性的评价数据集和科学的评价方法。  
        关键词：海洋遥感;SST;时空变异;精度与不确定性;等级区划建模;真实性检验   
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        发布时间：2021-06-07
      • 曹亚楠,袁野,郑小艺,周述学
        2019, 23(2): 349-358. DOI: 10.11834/jrs.20197326
        基于MODIS数据的淮北地区云特性研究
        摘要：利用2006年—2015年MODIS云产品数据(MYD06)，对淮北地区不同云相态、不同相态云粒子有效半径和云顶温度逐月概率分布进行了统计对比分析，同时对四季云水路径逐年变化进行了研究。研究表明：淮北地区夏秋冬季水云出现的概率较高，春夏季冰云出现的概率较高。水云年均发生概率是冰云的近2倍，晴空和冰云相当，混合相态云较少。除7月份，水云有效半径概率逐月分布逐年有所变化，主要分布在5—30 μm。冰云有效半径主要分布在15—35 μm，且10年间4、5和8月份概率分布较为一致。混和相云有效半径主要分布在10—40 μm，逐月发生概率在10—20 μm和25—35 μm出现两个峰值，这与水云和冰云不同，且在春秋冬较为明显。10年间淮北地区上空云水路径年均值低于300 g/m2。冬季年均云水路径相对较低且逐年呈现减少的趋势。春秋冬季云顶温度逐月概率分布逐年变化较大。春冬季冷云发生的概率较大，夏秋季暖云出现的概率要高于冷云。  
        关键词：云特性;云相态;有效半径;云顶温度;云水路径;淮北地区;人工影响天气   
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