最新刊期
      2019 年 第 23 卷 3 期

        综述

      • 李正强,谢一凇,张莹,李雷,许华,李凯涛,李东辉
        2019, 23(3): 359-373. DOI: 10.11834/jrs.20198185
        摘要：大气气溶胶成分的复杂变化导致其在气候变化评估中具有很高的不确定性。气溶胶成分遥感利用遥感观测的气溶胶光学—微物理参数，定量估计整层大气气溶胶主要成分含量，具有实时快速、空间覆盖、保持气溶胶自然状态等特点。本文介绍了近年来气溶胶成分遥感在理论基础和观测研究方面的进展情况。首先，在简要回顾反演算法发展的基础上，以目前较先进的成分遥感分类模型(包括黑碳、棕色碳、沙尘、非吸光有机物、细粒子无机盐、海盐和水)为例，详细分析了气溶胶成分遥感反演的思路。据此提出了基于气溶胶综合光学—微物理特性(包括光学吸收/散射、粒径尺度、形状等敏感性特征参数)的气溶胶成分遥感识别方法。之后，结合气溶胶混合方式，讨论了复折射指数计算方法及其对成分反演的影响，并给出了利用同步化学采样观测验证气溶胶成分遥感的一些结果示例。最后，结合观测手段拓展、成分模型优化、反演精度提升、应用能力推广等4个方向，展望了大气气溶胶成分遥感的发展趋势，及其在全球气候变化评估等领域的应用。  
        关键词：气溶胶;化学成分;遥感;黑碳;棕色碳;沙尘;光学—微物理参数;混合方式   
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        发布时间：2021-06-07
      • 杜建丽,陈动,张振鑫,张立强
        2019, 23(3): 374-391. DOI: 10.11834/jrs.20188199
        摘要：从大规模机载点云中重建几何精确、拓扑正确、语义丰富且屋顶遵循LoD3规范的建筑几何模型是当前机载点云建筑建模的难点和重点。为此，根据建筑几何建模思想，将国内外相关建筑点云建模方法分为5类建模体系，并对每一类体系中的代表文献进行了深入的综述和剖析。在此基础之上，提出当前机载点云建模算法存在的一些共性问题，并给出可能的解决方案及几何建模发展的趋势和后续潜在的研究方向，为完善机载点云建筑重建理论，发展更智能的建模算法，构建更高质量的建筑模型库，提供一定程度的参考和借鉴。  
        关键词：机载激光雷达;机载点云;建筑三维重建;建筑几何模型;综述   
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        发布时间：2021-06-07
      • 杨磊,周兴华,徐全军,柯宝贵,穆博,朱琳
        2019, 23(3): 392-407. DOI: 10.11834/jrs.20198262
        卫星高度计定标现状
        摘要：定标是卫星高度计数据精度的重要保障，随着高度计卫星HY-2A的发射及后续卫星组网规划，中国将获取长时间序列的自主高度计观测资料，定标对数据精度和长期一致性的重要性日益凸显。总结了卫星高度计定标常用技术方法的国内外研究进展和现状，阐述了中国自主海上定标场的建设和应用情况，重点对青岛千里岩定标场的大地基准测量、地壳沉降监测及HY-2A等多颗卫星高度计的定标结果进行总结分析，并对规划建设中的珠海万山海上综合定标场和中国沿海定标场网做了介绍。此外利用GNSS水汽反演技术对星载微波辐射计观测的大气湿延迟开展了精度检核实验，得到了Jason-2卫星2010年—2016年微波辐射计大气湿延迟观测精度，证明了利用中国沿海GNSS连续运行站标定星载微波辐射计大气湿延迟的可行性，对于充分了解和认识卫星高度计定标的研究现状和发展趋势有一定的借鉴和指导意义。  
        关键词：卫星高度计;水汽辐射计;定标;海洋二号;千里岩;综述   
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        发布时间：2021-06-07

        技术方法

      • 艾未华,陈冠宇,戈书睿,袁凌峰,赵现斌
        2019, 23(3): 408-417. DOI: 10.11834/jrs.20197154
        摘要：根据L/C双频共面SAR能够获取同一海域双波段电磁波后向散射系数，得到更多海洋目标特征信息的电磁散射特点，结合地球物理模型函数研究了一种新的SAR海面风场反演方法。利用L/C双频共面SAR的L和C两个波段的地球物理模型函数和后向散射系数等信息，通过地球物理模型函数联立以及构建和求解最小代价函数，直接从SAR数据本身获取海面风场信息，并借助辅助数据去除了风向的180°模糊，从而实现海面风场反演。仿真分析和海上机载同步飞行试验的研究结果表明，该方法可直接利用SAR数据本身获取精度较高的海面风速、风向；绝对辐射定标精度是决定海面风场反演精度的关键因素，海面风场反演误差随定标精度提高而减小；随着海面风速的增大，风速反演误差逐渐增大。论文提出的双频共面SAR海面风场反演方法解决了传统单波段单极化SAR海面风场反演存在的固有问题，机载同步飞行试验的海面风速和风向反演结果与调查船观测值的均方根误差分别为0.93 m/s和19.39°，可为星载SAR海面风场反演业务化和载荷研制提供支持。  
        关键词：合成孔径雷达;双频共面;海面风场反演;地球物理函数模型;辐射定标   
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      • 刘嘉诚,王爽,刘伟华,胡炳樑
        2019, 23(3): 418-430. DOI: 10.11834/jrs.20197074
        显著性权重RX高光谱异常点检测
        摘要：高光谱图像异常点检测中，传统RX异常点检测算法忽略了空间相关性，背景估计不准确。本文提出了一种基于图像局部邻域光谱显著性分析的加权RX算法。该算法通过引入图像显著性分析，对基于概率密度为权重的图像背景建模进行改进，建立光谱显著性权重图，重新定义RX算法中的均值向量和协方差矩阵，并给不同的目标赋予不同的权值，达到优化背景估计的目的。利用合成高光谱数据和真实高光谱数据进行异常点检测实验，结果表明，对于同一组数据，本文算法检测到的异常点数比传统算法多，虚警率较低，有效地提高了检测率。  
        关键词：异常点检测;显著性;RX算法;高光谱图像处理   
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        发布时间：2021-06-07
      • 崔宾阁,吴亚男,钟勇,钟利伟,路燕
        2019, 23(3): 431-442. DOI: 10.11834/jrs.20197510
        高光谱图像滚动引导递归滤波与地物分类
        摘要：高光谱图像类内光谱变化较大，“同物异谱”现象普遍存在。利用原始地物光谱特征进行分类精度较低而且分类结果图中存在“椒盐现象”。为了获得好的分类结果，必须充分利用高光谱图像的光谱信息和空间信息，减少类内的光谱变化，并扩大类别间的光谱差异。为此，提出一种滚动引导递归滤波的高光谱图像光谱—空间分类方法。首先，利用主成分分析对高光谱图像进行降维；然后，利用高斯滤波对输入图像进行模糊化，消除图像中的噪声和小尺度结构；接下来，将模糊化后的图像作为引导图像，对输入图像进行边缘保持递归滤波，输出结果作为新的引导图像，重复迭代这个过程直至大尺度边缘被恢复；最后，利用提取的特征波段和支持向量机对高光谱图像进行分类。在两个真实高光谱数据集上进行了分类实验，结果表明本文方法的分类精度优于其他的高光谱图像分类方法。在训练样本极少的情况下，本文方法也能获得较高的分类精度。  
        关键词：高光谱图像分类;滚动引导递归滤波;特征提取;主成分分析   
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        发布时间：2021-06-07
      • 张嘉峰,张鹏,王明春,刘涛
        2019, 23(3): 443-455. DOI: 10.11834/jrs.20197431
        摘要：在已有的极化合成孔径雷达(PolSAR)图像恒虚警(CFAR)检测方法中，存在着高分辨下杂波模型适用性差的难题。为解决此问题，提出了一种G0分布下虚警概率具有闭合解析表达形式的CFAR检测方法，并定义虚警损失率(CFAR Loss,CL)参数用以量化评估CFAR检测方法的恒虚警保持效果。首先，在乘积模型框架下，引入了逆Gamma纹理变量假设，推导出了多视极化白化滤波(MPWF)检测量的概率密度函数(PDF)。然后，对MPWF检测量的概率密度函数积分得到了虚警概率关于CFAR检测阈值的解析表达式，并设计了相应的CFAR检测流程。最后，采用仿真数据和AIRSAR实测数据对已有方法和新方法进行了算法运行时间、检测量拟合性能及目标检测性能对比。实验结果表明，方法运行时间比已有方法缩短3至30倍，具有良好的实时性；日本玉野地区的AIRSAR实测数据结果表明G0分布对高分辨不均匀海区具有良好的拟合性能，且新方法在G0分布和非G0分布海区均能有效检测出目标，鲁棒性较强，相比其他检测方法品质因数(FoM)平均高出15.78%；CL分析结果表明新方法具有良好的恒虚警保持性能，同时指出杂波对数累积量散点距离G0分布曲线越近，新方法的恒虚警保持效果越好。  
        关键词：极化合成孔径雷达(PolSAR);恒虚警(CFAR);乘积模型;G0分布;多视极化白化滤波(MPWF);虚警概率;虚警损失率(CFAR Loss, CL);品质因数(FoM)   
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      • 夏俊明,吴学睿,白伟华,孙越强,骆黎明,杜起飞,王先毅,柳聪亮,孟祥广,赵丹阳,王迎强
        2019, 23(3): 456-463. DOI: 10.11834/jrs.20198018
        GNSS-R DDM波形仿真的时延与多普勒间隔研究
        摘要：DDM波形是GNSS-R技术用于反演地球物理参量的基本观测量，其仿真结果的可靠性直接影响GNSS-R的理论研究及项目工程参数设计。利用GREEPS仿真软件分析了时延间隔与多普勒间隔对DDM波形仿真结果可靠性的影响，得到了用于获取可靠DDM仿真波形的时延与多普勒间隔参数。研究表明，时延和多普勒间隔越小，DDM仿真波形与理论波形吻合度越高；当时延间隔取1/16个GPS L1 C/A码元、多普勒间隔取50 Hz时，DDM仿真波形与理论波形几乎完全吻合，二者的相关系数大于0.99；时延间隔对DDM仿真波形峰值位置的影响远大于对峰值信噪比的影响；而多普勒间隔对DDM仿真波形峰值位置与信噪比的影响相当。  
        关键词：GNSS-R;时延—多普勒波形;时延间隔;多普勒间隔;GREEPS   
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      • 魏东升,周晓光
        2019, 23(3): 464-475. DOI: 10.11834/jrs.20198013
        遥感影像变化检测样本自动抽样
        摘要：在遥感影像结合矢量数据先验信息的变化检测中，需要从分割后的影像对象中抽取一定数量、具有相同类别属性的样本，其中不可避免地抽到类别属性不一致的样本，如何剔除这些样本是抽样过程中必须解决的重点问题，在目前已有的方法中，一般是通过人工目视判别完成的。样本的自动提取是实现自动变化检测的关键环节，本文提出一种变化检测样本自动抽样方法，主要包括样本的空间布设和异常样本自动检测两个环节。该方法首先利用矢量数据提取抽样图层，用抽样图层分割遥感影像，获取影像对象。其次是根据抽样区域范围、影像对象分布特征和地形特征布设变化检测样本。然后根据样本的先验类别属性构建特征空间向量，计算样本在特征空间的局部可达密度，由局部可达密度计算样本的异常度指数，并根据特征空间密度异常指数剔除异常样本，完成变化检测样本自动提取。最后以耕地、林地和居民地为例进行了抽样试验。结果表明，邻域参数k按样本布设总数的1/5—1/3取值、异常度阈值设定为80%时，可以实现异常样本0漏检率，能够准确、高效实现变化检测样本的自动提取。  
        关键词：遥感影像;矢量数据;抽样;变化检测;异常   
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        发布时间：2021-06-07
      • 梁继,王建,谭俊磊,李红星,刘艳,夏诗婷
        2019, 23(3): 476-486. DOI: 10.11834/jrs.20198370
        摘要：瑞利散射是生活中重要而又常见的自然现象之一，瑞利光学厚度是衡量瑞利散射强度的重要指标。通过对大气散射理论和瑞利光学厚度理论的梳理，总结了现有瑞利光学厚度两类模拟模型的优缺点。随着全球气候变化中CO2浓度已突破400 ppm，近似数值模型因受到大气温度和CO2浓度为300 ppm的背景条件的限制会导致部分模型误差的增加；而理论离散模型虽然有明确的物理意义，对CO2浓度也具有自适应性，模拟结果理论上可信可靠，但各相关输入物理参数求解复杂。为获得满足CO2浓度为400 ppm的近似数值模型，通过对不同高度和纬度的九个试验地点，以理论离散模型为基础，模拟特定大气条件下(P0=1 atm, T=15 ℃, CO2=400 ppm)的瑞利光学厚度。通过拟合分析得出，瑞利散射强度与波长的4.529次方成反比，且在紫外—蓝波段CO2浓度对瑞利光学厚度的贡献在10–4—10–3数量级。因此，在CO2浓度发生改变的情况下，以理论离散模型为主要算法模拟瑞利光学厚度将能更好的提高模型的自适应性并减少模型本身带来的误差；并通过该模拟结果可进一步获得该大气条件下的计算简单方便的数值模拟模型。  
        关键词：瑞利光学厚度;瑞利散射截面;大气折射指数;CO2浓度   
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        发布时间：2021-06-07

        遥感应用

      • 朱欣然,黄长平,吴波,苏华,焦文哲,张立福
        2019, 23(3): 487-500. DOI: 10.11834/jrs.20197382
        顾及空间非平稳特征的遥感干旱监测
        摘要：遥感技术具备实时快速、时空连续、广覆盖尺度等独特优势，在全球气候恶化大背景下，利用遥感干旱监测方法相比于传统地面监测手段，能够提供实时、准确、稳定的旱情信息，辅助科学决策。目前常用遥感旱情监测方法大多依赖全域性数学模型建模，假定了旱情模式的空间平稳特性，因而难以准确反映旱情模式的局部差异特征。本文提出利用地理加权回归模型GWR (Geographically Weighted Regression)，考虑旱情模式的空间非平稳特性，综合多种遥感地面旱情监测指数，以实现传统全域旱情监测模型的局部优化。以美国大陆为研究区，监测2002年—2011年共10年的旱情状态。研究表明，GWR模型能够提供空间变化的局部最佳估计模型参数，监测结果更加吻合标准美国旱情监测USDM (U.S Drought Monitor)验证数据，且与地面实测值的最高相关系数R达到0.8552，均方根误差RMSE达到0.972，显著优于其他遥感旱情监测模型。GWR模型具备空间非平稳探测优势，实现了旱情模式的局部精细探测，能够显著提升遥感旱情监测精度，具备较好的应用前景。  
        关键词：旱情监测;遥感技术;地理加权回归模型;空间非平稳特征;局部优化;美国大陆   
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        发布时间：2021-06-07
      • 肖亮,贺跃光,邢学敏,闻德保,童成功,陈立福,俞晓莹
        2019, 23(3): 501-513. DOI: 10.11834/jrs.20198292
        摘要：利用小基线集(SBAS)InSAR技术对钻井水溶岩盐矿山地表沉降开展时空分析。实验选取湖南常德某典型钻井水溶岩盐矿区为测试区，时间跨度为2016年2月—2017年2月的21景Sentinel-1影像数据，获取了测区的时序沉降序列。实验结果显示，矿区地表大量级沉降在2016年9月才开始呈现，沉降漏斗横向出现多峰值，矿区沉降整体空间分布上出现西南部整体片状、中部偏北离散带状沉降。这些沉降特征均与钻井水溶法开采特征保持一致。将实地水准测量形变数据和DInSAR形变结果与本文结果进行对比以评估结果可靠性。结果表明，SBAS技术获取结果与水准结果表现出较高一致性，从而为钻井水溶岩盐矿山地表沉降提供了一种更为有效的监测手段，也可为此类矿山地表形变时空演化规律分析提供参考。  
        关键词：SBAS-InSAR;D-InSAR;矿区;开采沉降;钻井水溶法;时序分析   
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        发布时间：2021-06-07

        中国遥感卫星

      • 施婷婷,徐涵秋,王帅
        2019, 23(3): 514-525. DOI: 10.11834/jrs.20197496
        摘要：缨帽变换是一种实用性都很强的遥感影像增强方法，已被成功地应用于各种遥感领域。然而，对于缺少中红外波段的4波段高分卫星传感器，采用常规的Gram-Schmidt正交化方法难以推导出缨帽变换的湿度分量，即便少量推导出湿度分量的算法也存在着结果失真的问题。因此，开展针对4波段传感器缨帽变换系数的推导，提出了先确定湿度分量、再确定亮度和绿度分量的逆推算法，并将其应用在ZY-3 MUX传感器数据上。实验结果表明：(1) 逆推方法可以有效地推导出ZY-3 MUX缨帽变换的湿度分量，较好地解决了前人研究中出现的湿度分量失真问题；(2) 新方法求出的3个分量的散点在其三维特征空间中呈现典型的“缨帽”特征，较于传统的Gram-Schmidt正交化方法，新方法的散点在水体、植被和建筑用地/裸土之间的空间分布位置可以更好地相互分离，不会造成不同地类之间的混淆；(3) 采用新方法所得到的缨帽变换系数的精度好于传统的Gram-Schmidt正交化方法，体现在新方法具有较高的R值和较低的RMSE误差。本研究可为ZY-3 MUX数据提供一套有效的缨帽变换系数，同时也为缺乏中红外波段的高空间分辨率遥感影像提供一种新的缨帽变换系数推导方法，解决了常规Gram-Schmidt正交化方法无法准确表示湿度分量的问题。  
        关键词：缨帽变换;湿度分量;资源三号(ZY-3);Landsat 8;Gram-Schmidt正交化   
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        发布时间：2021-06-07
      • 朱小波,田庆久,徐凯健,吕春光,王玲
        2019, 23(3): 526-546. DOI: 10.11834/jrs.20197128
        摘要：随着高分四号(GF-4号)地球同步卫星的发射与初步应用，其兼顾高空间与高时间分辨率的优势在同类型卫星中独具特色，中国对地静止卫星影像的研究也越来越受到重视。为了对GF-4号卫星在轨探测能力进行评估，掌握日内可用影像数据时段以合理安排成像时间提高卫星使用效率与延长寿命，有必要对以暗像元为代表的典型地物(如水体)进行辐射能模拟与信噪比研究。基于MODTRAN辐射传输模型，将香港沿岸水体作为暗目标，对GF-4号静止卫星多光谱遥感全色谱段以及蓝、绿、红、近红外4个多光谱谱段进行标准大气条件下入瞳处辐亮度的模拟，并利用在轨影像进行验证。在此基础上去除大气背景辐射干扰计算有效信噪比，并分别选取一年中春分、夏至、秋分、冬至，4个典型日的模拟数据进行质量分析，探讨一天连续观测中卫星能够获取高质量水体影像的有效时段，尤其是对晨昏时段临界微弱信号的敏感性进行分析。结果表明，夏至、冬至日内表观辐亮度峰值依次为59.26 W/(m2·sr·μm)、56.20 W/(m2·sr·μm)，均出现在蓝光谱段；夏至、冬至最高地表有效辐亮度分别为17.52 W/(m2·sr·μm)、12.13 W/(m2·sr·μm)，出现在蓝光谱段，但差距有所缩小。这是由于入瞳处辐射主要受到大气背景辐射的影响，以夏至正午为例，各谱段受背景辐射影响程度达到49.7%—75.5%。为规避背景辐射噪声，提出适用于陆表观测的有效辐射百分比的概念，推导出传统信噪比、有效信噪比以及有效辐射百分比之间的转换关系式，揭示了背景辐射对成像信噪比干扰的定量形式，提出有效信噪比计算方法，并以此为依据，以香港海岸带水体为目标，建立了相应有效信噪比对应时刻表。经计算香港海岸带水体一年中卫星全天有效信噪比均低于50 dB，夏至、冬至最高地表有效信噪比分别为41.0 dB、38.2 dB，其中蓝光谱段模拟效果最差，近红外、全色谱段结果较好。为保障影像质量，以香港海岸带水体有效信噪比35 dB为阈值确定影像获取时段，分别为夏至日北京时间7:49—17:01，冬至日北京时间9:28—15:07。  
        关键词：高分四号卫星(GF-4);MODTRAN;辐亮度;有效信噪比;程辐射;香港水体   
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        发布时间：2021-06-07
      • 林竹翀,柳丽,王翔,王丹丹,邓翔洲,李松彬
        2019, 23(3): 547-554. DOI: 10.11834/jrs.20197100
        摘要：天绘一号卫星为测绘卫星，测绘卫星标称轨道是卫星进行长期轨道维持的目标，对卫星的地面覆盖性能起到决定性的作用。为了分析和提高卫星对地面目标的覆盖性能，根据天绘一号卫星轨道设计和维持的特点，提出了基于条带—纬度覆盖图的分析和优化方法。推导了推扫式成像卫星覆盖经度跨度计算公式，构建了基于条带—纬度覆盖图的分析方法，通过将多颗卫星的条带—纬度覆盖图叠加得到不同区域的覆盖次数，根据每次重访时的卫星星下点条带号计算对地面目标的重访时间间隔。提出了通过调整当前条带号和降交点地方时减小对目标区域的重访间隔的优化方法。通过与网格点方法的计算结果比较，验证了该方法的有效性。  
        关键词：天绘一号卫星;卫星覆盖性能;条带—纬度覆盖图;降交点地方时   
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        发布时间：2021-06-07
      • 谷鑫志,曾庆伟,谌华,陈尔学,赵磊,于飞,涂宽
        2019, 23(3): 555-566. DOI: 10.11834/jrs.20198171
        高分三号影像水体信息提取
        摘要：国内外针对陆地水体信息提取、洪涝灾害快速响应方面具有较深入的研究，但是多采用发展较早、图像质量可靠的可见光影像及国外星载SAR影像。中国合成孔径雷达(SAR)卫星高分三号(GF-3)已获取了大量多极化、全极化SAR数据，为了将GF-3影像快速应用到环境保护、水资源管理等行业中，本研究分析了水体与其他目标具有的不同后向散射特性，将阈值分割法与马尔可夫随机场(MRF)相结合，发展了一种检测精度较高、自动化程度强的水体信息提取方法。该方法首先通过直方图统计的方法对不同成像模式、不同极化的GF-3影像进行后向散射强度分析，在阈值分割的研究基础上，比较了最大类间方差法(Otsu)和Kittler and Illingworth(KI)二值化法在水体-非水体分类中的效果。然后结合DEM和GF-3轨道参数排除因阴影现象产生的辐射失真对图像概率分布的影响，得到初始的水体信息分布图，再经过Fisher变换和马尔可夫随机场(MRF)的迭代运算，综合利用GF-3影像的多极化信息和空间上下文信息，以最大后验概率准则输出最终的水体分布图。利用了湖南省东北部不同成像模式的两景GF-3影像进行试验，在成像时间接近的光学影像中随机选择检验样点进行精度评价。实验结果表明，KI方法在GF-3水体提取应用中比Otsu方法具有更强的优势，剔除图像阴影区域后，自动化确定的阈值与目视解译阈值更加接近，通过MRF模型优化以后，实现了对水体信息的连贯提取，对图像噪声具有较强的抑制作用。本研究对水体目标的提取精度均达到了85%以上，实验结果精度优于基于光学影像的水体指数法，整个流程需要很少的人工经验参与，具有自动化程度强、检测精度高的优势。  
        关键词：高分三号;水体提取;KI二值化;马尔可夫随机场;高自动化;最大后验概率   
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        发布时间：2021-06-07
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