基于简缩极化特征值分析的溢油检测

摘要：为了有效利用简缩极化SAR进行海洋溢油检测，本文基于简缩极化特征值分析，提出了三种新的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(Compact Polarization Entropy，Hc)、简缩极化比参数(Compact Polarization Fraction，PFc)、简缩极化基准高度(Compact Height，PHc)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。

综合多特征的极化SAR图像随机森林分类算法

摘要：为抑制相干斑噪声对极化SAR图像分类结果的影响，提高极化SAR图像分类精度，本文提出一种基于超像素综合利用极化特征和空间邻域特征的极化SAR图像随机森林分类方法。方法将简单线性迭代聚类（SLIC）算法生成的超像素作为分类单元，并构建高维极化SAR特征图像；在此基础上利用训练好的随机森林模型，统计其中各决策树的分类投票数，以计算出各超像素的类别概率；为进一步降低相干斑噪声的干扰，增加利用超像素空间邻域特征，采用概率松弛算法（PLR）迭代修正超像素的类别后验概率，并依据最大后验概率（MAP）准则得到分类结果；最终实现以超像素为分类单元利用空间邻域特征修正的极化SAR图像随机森林分类算法。通过不同传感器的极化SAR数据进行实验并与其它方法相比较，结果表明本文方法能得有效抑制极化SAR图像中噪声的干扰，得到高精度且光滑连续的分类结果。

基准影像数据辅助遥感影像几何定位

摘要：针对遥感卫星影像几何定位时实测控制数据不足的情况，提出了利用影像范围内基准影像数据辅助定位提高精度的方法。利用已有高精度影像数据与卫星影像匹配得到平面控制点，在已有高程数据中内插得到高程坐标，将其视为精度较低的控制点参与区域网平差，从而实现在不额外增加实测控制条件的情况下提高定位精度。经过在国内外三个地区进行一系列试验，验证了方法的可行性和有效性，对提升线阵遥感影像几何定位精度效果显著。

融合数据内部变化信息的丰度估计算法

摘要：丰度估计（AE）是从高光谱图像中识别地物的关键预处理技术.由于线性模型的可解释性以及数学上的可操作性,基于该模型的线性回归技术(Constrained linear regression, CLR)在丰度估计中受到了广泛关注.目前,该方法仅仅考虑到了估计数据与被估计数据之间的能量相似性,没有考虑数据内部的变化信息之间的相似性,比如一阶梯度之间的相似性以及二阶梯度之间的相似性.为了提高丰度估计精度,本文提出了融合数据内部变化信息的稀疏低秩丰度估计算法.首先通过增加一阶梯度和二阶梯度的约束项改进传统的丰度估计的数学模型.其次,通过采用范数不等式和优化理论证明了在约束条件下,该模型的有效性及该模型在相关领域的可拓展性.接着,采用辅助变量将改进的数学模型变为增强拉格朗日函数.最后,采用交替双向乘子技术(Alternating Direction Method of Multipliers, ADMM)求解该模型并估计高光谱图像的丰度.经仿真实验和实际高光谱图像的实验证明该方法能够改善仿真数据和实际高光谱数据的丰度估计的效果,特别是当端元的丰度存在丰富的变化细节时,丰度估计的精度和抗噪性能均优于当前较流行的丰度估计算法.

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。本文利用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；时延间隔多DDM仿真波形峰值位置的影响远大于对峰值信噪比的影响；而多普勒对DDM仿真波形峰值位置与信噪比的影响相当。

深度神经网络条件随机场高分辨率遥感图像建筑物分割

摘要：高分辨率遥感图像建筑物分割的实质是构建一个输入图像到分割结果之间的高维强非线性映射模型。然而，建筑物可能遍布整幅遥感图像，则在语义分割过程中，当前像素点可能与非邻域的像素点存在直接关系。为了更加精确地逼近建筑物分割的真实映射模型，克服道路、建筑物错层和阴影的影响，提高分割精度，本文以深度残差神经网络为基础，构建Encoder-Decoder的深度学习架构，自动提取建筑物的特征，学习建立高维强非线性分割模型；同时，通过条件随机场的成对势函数调节当前像素点与其他像素点之间的关联关系，从而构成全连接条件随机场对Encoder-Decoder的分割结果进行调节，提升分割精度。在全连接条件随机场的计算过程中，采用循环神经网络的运行机制来完成均值场的计算，这将条件随机场与深度神经网络有机融合，实现了Encoder-Decoder和全连接条件随机场参数的同步训练。实验结果表明，本文采用的深度神经网络条件随机场方法能有效克服道路、建筑物错层和阴影的影响，提升高分辨率遥感图像中建筑物的分割精度；同时，在一定范围内对多分辨率遥感图像具有较好的泛化能力。

多特征融合的高分辨率遥感影像飞机目标变化检测

摘要：为利用高分辨率遥感影像实现高精度的飞机目标变化检测，提出了一种自适应的多特征融合变化检测与深度学习相结合的方法。首先通过加权迭代的多元变化检测法获取变化强度图，并结合自适应的直方图统计法自动获取显著的变化与不变化样本；然后提取多时相影像的光谱、边缘和纹理特征，完成多特征融合的变化检测，并通过形态学处理得到变化图斑；最后利用训练的Network in Network（NIN）结构的卷积神经网络飞机识别模型，完成变化图斑的类型判别，实现变化飞机的检测。实验结果表明，本文方法在精度方面优于对比方法，能实现准确可靠的飞机目标变化检测。

摘要：由美国国防气象卫星搭载的可见光成像线性扫描业务系统（DMSP/OLS）和国家极轨卫星搭载的可见光近红外成像辐射仪（NPP/VIIRS）获取的夜间灯光影像是监测人类社会经济活动和自然现象（如林火、油气燃烧等）的主要数据源。然而，现有的夜间灯光数据存在缺乏星上的辐射定标、像元饱和、时间尺度不连续、多源夜间灯光影像辐射不一致等问题。基于此，本文以中巴经济走廊区域为研究区，提出了一种基于线性拟合提取不变目标区域的方法，实现了DMSP/OLS影像间、DMSP/OLS与NPP/VIIRS两种数据间的相互校正。然后对中巴经济走廊的校正结果在不同空间尺度上选用区域灰度总量、标准化差异指数以及标准化差异指数和作为评价指标进行检验。结果表明，两种校正模型的拟合优度均在0.78以上，校正后的DMSP/OLS影像灰度总量与GDP和人口数据的相关性显著提高(GDP:R2=0.7689;人口:R2=0.9033)，且标准化差异指数明显降低；NPP/VIIRS影像经过与DMSP/OLS互校正后在辐射亮度、时空分布上与DMSP/OLS更加一致，空间细节信息更加突出，从而增强了多源夜间灯光影像的一致性，更加适合用于长时间序列社会经济要素发展趋势的分析。

大尺度湿地专题图自动更新方法研究

摘要：湿地专题图的更新无论是对湿地研究还是湿地管理和保护都具有重要价值。但是由于湿地本身具有显著的时空动态性和空间异质性特征，使得大尺度湿地专题图的更新遇到很大挑战，大尺度湿地图的更新面临着周期长、时效性差的困难。为应对这一挑战，实现大尺度湿地地图的快速更新，本文提出一种通过提取历史湿地专题图中的信息，对新遥感影像进行自动化的湿地分类制图方法——“迭代解译再组织”(IIR，Iterative Reorganization)。针对湿地空间异质性强、稳定样本获取困难等特点，IIR方法通过分别获取不同湿地类型的空间信息和类别属性2个步骤完成湿地的自动更新。为验证该方法在大尺度湿地图更新的应用效果，随机选取了位于高海拔地区、高纬度地区、低纬度地区和滨海地区等不同自然地理环境的四个湿地保护区（若尔盖湿地保护区、莫莫格湿地保护区、鄱阳湖湿地保护区和黄河三角洲湿地保护区）作为验证。结果表明IIR方法的湿地制图的总体精度在70%-90%之间，总体上优于传统监督分类方法。IIR方法对于大的时空尺度背景下湿地专题图更新面临的高时空动态特征具有较好的解决能力。

城市扩张CA模型的参数敏感性分析

摘要：本文以广州市番禺区为研究区，构建了相应的城市扩张CA模型，从采样、邻域结构和微观元胞尺度等方面研究了CA模型的敏感性。首先通过改变模型采样比例、样本各个类别的比例等研究样本对模型参数的影响。其次分析不同的邻域结构与模型模拟精度的关系，并从微观尺度分析邻域元胞对中心元胞的影响。最后，从空间尺度上分析CA模型在各种不同分辨率下的模拟结果，用景观指数剖析模拟结果的形态，同时在元胞摩尔邻域内分析其3×3邻域的城市发展密度变化情况。实验表明；(1)适当提高采样比例，会得到精度较高的权重，但训练样本中城市用地的比例应该与城市用地的转变量在全区的占比相匹配。(2)不论是采用摩尔邻域还是冯诺依曼邻域，模拟精度均随着空间尺度的增加而降低。在同一空间尺度下，采用摩尔邻域的模拟结果略好。相比冯诺依曼四个邻域元胞，摩尔邻域中的角点对中心元胞具有更大的影响。(3)随着空间分辨的降低，模拟结果的斑块数、斑块密度、聚集度和分形维度值在减少，结构变得简单，而且在微观的摩尔邻域中城市发展密度正在减少，即由高密度向低密度转换。

统计数据总量约束下全局优化阈值的冬小麦分布制图

摘要：大范围、长时间和高精度农作物空间分布基础农业科学数据的准确获取对资源、环境、生态、气候变化和国家粮食安全等问题研究具有重要现实意义和科学意义。本研究针对传统阈值法农作物识别过程中阈值设置存在灵巧性差和自动化程度低等弱点，以我国粮食主产区黄淮海平原内河北省衡水市景县为典型实验区，首次将全局优化算法应用于阈值模型中阈值优化选取，开展了利用全局优化算法改进基于阈值检测的农作物分布制图方法创新研究。研究中，以冬小麦为研究对象，以国产高分一号（GF-1）为主要遥感数据源，在以作物面积统计数据为总量控制参考标准和全局参数优化的复合型混合演化算法SCE-UA（Shuffled Arizona）支持下，提出利用时序NDVI数据开展阈值模型阈值参数自动优化的冬小麦空间分布制图方法。最终，获得实验区冬小麦阈值模型最优参数，并利用优化后的阈值参数对冬小麦空间分布进行提取。通过地面验证表明，利用本研究所提方法获取的冬小麦识别结果分类精度均达到较高水平。其中冬小麦识别结果总量精度达到了99.99%，证明本研究所提阈值模型参数优化方法冬小麦提取分类结果总量控制效果良好；同时，与传统的阈值法、最大似然和支持向量机等分类方法相比，本研究所提阈值模型参数优化法区域冬小麦作物分类总体精度和Kappa系数分别都有所提高，其中，总体精度分别提高4.55%、2.43%和0.15%，Kappa系数分别提高0.12、0.06和0.01，这体现出SCE-UA全局优化算法对提高阈值模型冬小麦空间分布识别精度具有一定优势。以上研究结果证明了利用本研究所提基于作物面积统计数据总量控制以及SCE-UA全局优化算法支持下阈值模型参数优化作物分布制图方法的有效性和可行性，可获得高精度冬小麦作物空间分布制图结果，这对提高我国冬小麦空间分布制图精度和自动化水平具有一定意义，也可为农作物面积农业统计数据降尺度恢复重建和大范围区域作物空间分布制图研究提供一定技术参考。

长时间序列多源遥感数据的森林干扰监测算法研究进展

摘要：时空意义明确的森林干扰和恢复信息是评价森林生态系统碳动态的关键因素之一。然而由于诸多的现实困难，多尺度的森林干扰定量化时空信息相对缺乏。Landsat数据具备光谱、时间和空间分辨率上的优势，以及其可以免费获取的特点，使其成为主要的长时间序列动态监测的遥感数据源之一，为长时间周期内提供具有合适的空间细节和时间频率的森林干扰信息成为了可能。特别是基于Landsat时间序列堆栈 (LTSS)的森林干扰自动分析算法的出现，更为森林生态系统的近实时监测提供了强有力的工具。本文全面评述了长时间序列遥感数据准备和预处理技术以及国内外基于遥感数据源的多时相森林干扰监测方法，重点分析了基于Landsat的多种指数监测和自动化方法的优缺点，并总结了其与多源数据结合的扩展应用，最后就现有方法与国内外新的数据、技术手段的关联进行了展望，以期为推广中国本土卫星影像应用于森林干扰监测提供理论借鉴。

基于PARASOL/POLDER3卫星数据的海洋上空云检测方法研究（偏振专栏）

摘要：本文是基于大气偏振光效应及大气偏振遥感反演的第二个应用方法。在卫星海洋遥感中,云作为海气耦合系统最重要的调节器之一,其检测结果对海洋上空云微物理特性的反演精度有较大影响。因此,快速而准确识别海洋上空的云像元是卫星遥感数据处理过程中首先要解决的关键问题。以PARASOL卫星搭载的POLDER3载荷遥感数据为研究对象,提出一种改进的海洋上空云检测方法。先剔除海洋耀光,接着利用有云与晴空区近红外反射率差异检验识别有云像元,并利用偏振反射率检验进一步识别低反射率的云像元,然后利用近红外与可见光反射率比值检验识别晴空像元,最后建立多角度云检测结果空间融合规则,重新标记有云、晴空和未定像元。以印度洋海区为例进行实验分析,将云检测结果与Buriez方法进行对比,发现检测精度基本相当,而有云像元的识别速度却平均提高约3倍。结果表明：该方法不仅能有效的检测出海洋上空的云像元,满足业务化数据处理的高精度及时效性要求,为后续云微物理特性反演提供可靠的数据源,还能为我国正在研制的高分五号卫星多角度偏振载荷DPC云检测提供技术支持。

偏振遥感专刊：全天空偏振模式及其影响因素初探

摘要：本文主要探讨全天空偏振模式图的形态及其影响因素。太阳光入射与地表、大气相互作用，会在天空中会出现较为稳定的天空偏振模式图，即以太阳为中心，天空中的偏振信号呈现一定的规律分布。天空偏振模式图的强度及形态主要由地表反射性质、空气分子散射性质及气溶胶光学性质共同影响。本研究利用矢量辐射传输模型，以海洋下垫面为例，在获取沙尘非球形与煤烟非球型气溶胶单次散射性质的基础上，模拟了不同气溶胶光学厚度情况下的全天空偏振模式图。结果表明，天空以太阳入射方向为中心呈现一个较为稳定的天空偏振模式图。沙尘型散射气溶胶光学厚度的增大会减弱该模式图的强度，而煤烟型吸收气溶胶光学厚度的增大会增大该模式图的强度。利用双模态（沙尘型与煤烟型混合）气溶胶模型，系统分析不同气溶胶比例情况下的天空偏振模式图，结果表明全天空偏振模式图的基本模态依旧存在，但是其强度受气溶胶模型与光学厚度双重影响。因此在利用全天空偏振模式图进行气溶胶光学性质反演时需要注意气溶胶模态信息的选择。

大气中性点区域偏振效应的地-气参量分离及偏振遥感大气误差降低研究（偏振专栏）

摘要：本文围绕高分辨率定量遥感大气偏振光效应，具体阐述其第二个规律：大气偏振中性点区域效应。当前，随着我国多颗偏振遥感器搭载发射，偏振遥感成为对地观测领域一个新的增长点以及研究热点。但由于大气散射具有较强的偏振效应，大气与地表偏振信号的分离是偏振对地进行有效观测和应用的一个现实问题与难点问题。本文利用晴空中有规律的偏振分布以及大气偏振中性点的性质，对利用大气中性点的偏振效应进行地表-大气偏振信息分离的可行性进行了论证。通过对大气中性点在上行辐射和下行辐射中的计算，得出Babinet大气中性点的偏振效应以及基于Babinet中性点进行偏振对地观测的基本方法，研究重点阐述了从航空遥感和航天遥感两个层面对如何将大气中性点应用于遥感观测进行了讨论。结果表明：1）Babinet中性点相比于其他两个中性点，更适合于偏振遥感对地观测中地-气偏振参量分离；2）航空遥感搭载偏振传感器在Babinet中性点位置进行地表探测可以消除大气偏振，突出地物偏振信息，有效进行地-气偏振参量分离；3）在太阳同步轨道的卫星遥感影像上能够有效识别偏振中性点区域；4）成果将偏振遥感中最大的大气误差源降到尽可能降低，实现地表反射最大化，形成偏振遥感物理的大气窗口，有效分离高分辨率定量遥感地物反演中的大气偏振耦合效应，较大提升偏振遥感中地表目标的探测精度。研究成果对于偏振遥感的大气校正以及定量化水平的提升具有实践意义。

大气偏振模式图分布及仿生偏振导航技术研究（偏振专栏）

摘要：本文围绕高分辨率定量遥感大气偏振光效应，具体阐述其第一个规律：天空偏振模式图效应。大气偏振效应不仅可以应用于高分辨率定量遥感, 其偏振场模式图还可以作为偏振导航的信息源。大气偏振场模式图在不同时空与天气条件下对偏振传感器的导航精度具有重要影响, 天空偏振场图的精确获取与建模、测量精度与误差分析已成为了重要的研究内容。本文从大气偏振模式图的分布和偏振导传感器两方面介绍了仿生偏振导航技术的研究进展。首先介绍了瑞利散射理论、米散射理论和基于矢量传输方程的偏振模式图光场分布理论, 总结了不同方法的适用范围；其次分别介绍了日光和月光、陆地和海洋等不同时间、空间环境以及不同天气条件下的偏振模式图分布测试结果, 对比分析了理论仿真与测试结果的异同,同时也介绍了基于云解算的偏振模式图精度测试误差分析。最后介绍了国内外偏振导航传感器装置的发展历史和研究成果, 指出了偏振导航在组合导航中的广阔应用前景。其中本课题组已研制的偏振光导航传感器室内精度达到0.1°, 验证了天空偏振光场模式图的客观有效性，为高分辨率偏振遥感技术提供了技术证明。

地表偏振光反射信息-背景高反差比滤波特征效应与水-雪-植被遥感探测（偏振专栏）

要:本文围绕高分辨率定量遥感地物偏振光效应，具体阐述其第四个规律：高信息-背景反差比滤波特征效应。在光学遥感中，水的强烈镜面反射性和角度选择性使探测器饱和或反射率过低而难以提取有效信息，雪的强反射性和表面敏感性使传感器难以直接探测，植被指数在不同反射强度下的敏感性对经典植被监测方法的精度和有效性提出挑战。偏振手段可大大提高水、雪和植被的遥感识别能力。本文从理论出发，通过实验证明偏振手段可有效提升水的信息-背景反差比、剥离70%以上的太阳耀光、为强反射特性下的积雪遥感提供必要方法，并最高降低78%的植被监测误差。本文首次推导证明了偏振探测高信息-背景反差比滤波特性机理，在理论指导和实验深化引导下解决了光学遥感中水、雪因探测器饱和而无法测量的问题，并破除了强反射条件下植被无法精细监测的瓶颈。

偏振反射信息在植被遥感研究中的作用 (偏振遥感专刊)

摘要：本研究基于菲涅尔反射公式,结合现有的偏振反射模型对单叶与植被多角度偏振测量结果与理论结合进行分析；通过研究发现,偏振反射在前向散射方向可以通过菲涅尔反射公式进行解释,但是,在后向散射方向则需要考虑其它物理机理。此外,植被所产生的偏振信息既可以作为一种“噪声”来剔除,剔除后在可见光波段将误差从原来的30%降低到20%以内,又可以作为额外有效的信息源表征植被的结构特征:通过模型参数的大小判断冠层形态的平整程度。本研究可以作为植被偏振探测的系统化方法,并且给出植被固有的偏振反射效应规律,同时也将偏振光遥感在植被监测中的有效性凸显出来。

(偏振专刊)植被冠层立体结构与叶片倾角的偏振光效应研究

摘要：植被偏振特性研究对于植被监测与组分定量反演具有极其重要的作用。植被冠层的反射辐射具有偏振特性，这种特性与入射辐射和植被冠层结构相关。本文分析了偏振对光子-叶片-冠层之间细微相互作用及其变化的有效探测能力，并利用研究型扫描式偏振辐射仪（Research Scanning Polarimeter, RSP）数据系统对比分析了偏振对不同叶倾角分布的估测。本文的结论：（1）偏振观测能够对光线在冠层立体结构中的透射反射再出射过程给出精细刻画，若不用偏振手段对这一过程进行甄别并去除，则直接测算的植被散射系数会产生高达140%的误差；（2）利用偏振手段可以为高精度大倾角、多时相遥感观测提供可能，以此有望极大改变目前光学遥感小角度、垂直观测的较严格约束；（3）偏振辐射呈现出随波长的稳定特性（相关系数>0.96），使得利用偏振手段可以更好地研究冠层结构；（4）不同叶倾角分布对入射辐射存在不同的偏振反射，为利用多角度偏振信息进行遥感植被精细分类提供了新的途径。本文详细描述冠层结构和植被偏振特性的相互作用，通过对冠层立体结构与叶倾角的研究，刻画了植被定量遥感的方向性信息与高精度实现，为高分辨率遥感定量化的有效信息挖掘提供了新手段。

红外偏振效应和偏振遥感研究进展（偏振专栏）

摘要：本文给出高分辨率定量遥感仪器偏振光效应之一的红外偏振效应，阐述其机理及仪器探测新进展。光的偏振信息在当前快速发展的光电子学和光学研究中是缺失的，利用偏振特征可以提取探测物和研究对象的额外信息，延伸了探测的维度和提高了灵敏度。主要从基础研究和应用研究两个方面分析讨论红外偏振效应测量技术及红外遥感的若干进展，期望从不同的角度来考察偏振效应所带来的潜在应用。在上述背景下，本文介绍了红外椭圆偏振光谱技术及其在探测无机和有机薄膜体系光学性质的应用。再次，归纳了红外偏振光学仪器理论及相关进展，特别是在空间遥感上的应用潜力。

基于仿生偏振特征感知与导航信息融合的空间态势感知系统（偏振专栏）

摘要：本文基于高分辨率定量遥感偏振光效应，给出地球观测新方法之一：基于仿生偏振成像探测的空间态势感知方法。研制新原理体制光电探测系统与装置是太空态势感知体系建设的重要组成部分，偏振成像技术已经成为有效提升空间遥感信息应用能力的有力工具，模仿大自然中生物的结构与功能，构建新型空间态势感知系统的模型与样机。针对太空态势感知系统核心技术的迫切需求，模仿自然界的昆虫、鸟类及鱼类偏振视觉系统的信息感知与高精度导航的组织结构与功能机制，通过模型仿真、构建样机及实验验证的手段探索基于仿生偏振视觉环境信息感知与位置姿态测量中的科学问题。构建了基于偏振成像目标特征与导航信息融合的仿生态势感知系统，建立了仿生信息感知与导航解算模型，提出基于生物偏振视觉的仿生信息感知与导航的信息融合与误差分析关键算法，设计实现一种空间环境特征感知及导航信息融合的态势感知系统原理样机，数据更新率高于25Hz，角度测量重复精度优于0.05 o。仿生偏振成像态势感知系统功能实验结果表明：基于探测目标的光强度、偏振度及偏振方位信息的偏振仿生信息融合方法可以揭示探测目标中更多细节特征信息，能够有效增强空间目标探测的效果。

高分辨率定量遥感的偏振光效应与偏振遥感新领域综述（偏振专栏）

摘要：李小文院士上世纪提出的光学遥感地表多尺度效应成为定量遥感的重要基石。随着本世纪航空航天高分辨率观测手段的逐步成熟,定量遥感在有效解决了光学地表多尺度效应后,更高分辨率的光学偏振效应在地表、大气、仪器三大要素方面逐步全面凸显出来,并直接决定或影响高分辨率观测系统的定量遥感效能实现和质量保障。例如,我国学者发现植被冠层极其微弱的多次散射反射偏振效应,如果不加扣除其模型误差达到136%；大气衰减本质是大气偏振效应,是遥感反演的最大误差源,误差达到5-30%,偏振手段扣除大气误差目前已可以降低一半以上的误差；观测仪器扣除多次散射透射偏振光后,可以实现5nm分辨率下0.1-0.3nm高光谱定标能力,并借助偏振强化光噪声分离出中心波长偏移和带宽退化的误差根源。借助偏振“强光弱化,弱光强化”,能够实现稳定度达10-8月球辐亮度基准观测,为遥感辐亮度定标不确定度由7%到1-2%跨越提供可能。

基于GLONASS卫星SNR信号的雪深探测研究

System)数据限制了该技术的发展，为了扩展GNSS-MR算法的应用，本文介绍了基于GNSS-MR算法的雪深反演模型：首先通过多项式拟合分解GLONASS观测数据获取高精度的信噪比残差序列，然后利用Lomb-Scargle谱分析法对其进行频谱分析可解算雪深值。选取IGS中心的YEL2站2015年11月到2016年6月共243 技术反演积雪深度的精度同样能达到厘米级，RMSE仅3.3 cm，反演值与实测值的空间分布趋势一致且相关性较强，其相关系数R2高达0.969；(2) 不同的积雪深度对信噪比的振幅频率与垂直反射距离具有直接影响；(3) 对同一卫星而言，信噪比的频谱振幅强度峰值与其对应的反演值存在线性相关；(4) 在相同条件下，采用多颗GLONASS卫星数据比单颗GLONASS卫星数据反演雪深的效果明显更优。基于反演的高时间分辨率产品，分析该地区雪深日变化的情况，实验结果表明基于陆基CORS站的GLONASS-MR技术在用于实时、连续的雪深变化监测方面具有良好的潜力和可行性。

Landsat 8地表温度产品生产及验证-以黑河流域为例

摘要：地表温度是区域和全球尺度地表物理过程的一个重要参数,目前已有的地表温度产品的空间分辨率较低,缺乏高空间分辨率的地表温度产品。Landsat系列卫星提供了大量免费的高空间分辨率遥感数据, 然而对应的高空间分辨率地表温度产品还未见到,为了获取长时间序列的高空间分辨率地表温度产品,本文针对Landsat 8 TIRS数据提出了一个物理单通道地表温度反演算法。该方法首先利用ASTER全球地表发射率产品(ASTER GED)结合Landsat地表反射率产品计算Landsat影像的地表发射率,然后利用快速辐射传输模型RTTOV结合MERRA大气廓线数据对热红外影像进行大气校正,最后利用物理单通道地表温度反演算法得到地表温度产品。利用黑河流域HiWATER试验2013至2015年18个站点的实测地表温度数据对本文方法和普适性单通道算法进行了验证,同时对验证站点的空间异质性进行了分析。结果表明本文方法和普适性单通道算法估算的地表温度整体精度均较高,能够获取高精度、高空间分辨率的地表温度产品,可以服务于城市热岛效应、地表蒸散发估算等研究领域。

基于机载激光雷达及高光谱的森林乔木物种多样性遥感监测研究

摘要：本文利用机载LiDAR和高光谱数据结合37个地面调查样本数据,基于结构差异与光谱变异理论,通过相关分析法分别筛选了3个最优林冠结构参数和6个最优光谱指数,在单木尺度上利用自适应C均值模糊聚类算法,在神农架国家自然森林保护区开展森林乔木物种多样性监测,实现了森林乔木物种多样性的区域成图。研究结果表明,(1)基于结合形态学冠层控制的分水岭算法可以获得较高精度的单木分割结果(R₂=0.88,

利用MERSI和MODIS卫星监测京津冀及周边地区PM_2.5浓度

摘要：京津冀及周边地区是中国PM2.5污染最重的区域之一，利用卫星遥感技术监测大范围的PM2.5时空分布变化是一种先进的重要手段.本研究基于暗象元算法利用FY-3B/MERSI与AQUA/MODIS对京津冀及周边区域进行了遥感AOT反演和验证分析，在此基础上引入气象资料和地面观测资料利用GWR模型反演了区域PM2.5浓度，并对遥感反演结果进行了交叉验证评估，综合对比分析了MERSI和MODIS的气溶胶及PM2.5遥感监测能力。最后，利用MERSI数据对2017年第一季度京津冀及周边区域的PM2.5月均浓度时空分布变化情况进行了初步探索分析。结果表明：FY-3B/MERSI在气溶胶及PM2.5遥感监测能力方面略优于AQUA/MODIS，MERSI反演的1km分辨率AOT和PM2.5与地面站点实测结果的决定系数R2分别为0.76和0.79，均方根误差分别为0.26和28?g/m3，平均绝对误差分别为0.16和15?g/m3，能基本满足对京津冀及周边区域PM2.5的精细化监测需要。2017年第一季度京津冀及周边区域PM2.5月均浓度遥感监测结果表明该区域的PM2.5空间分布格局与地形地貌关系密切，高值区整体上沿太行山脉成带成片；从时间变化来看，1-3月呈逐月下降的趋势，其中3月份PM2.5区域浓度较1月和2月有大幅下降。这说明FY3\MERSI遥感反演产品能为环境质量监测和环境管理工作效果评估提供有效参考，本研究对国产卫星在大气环境遥感业务中的大力发展应用有重要参考意义。

基于PCA和布谷鸟算法优化SVM的遥感矿化蚀变信息提取

SVM)的遥感矿化蚀变信息提取方法。首先，通过波段比值法增强研究区遥感图像中的矿化蚀变信息，并获得比值图像；然后对比值图像进行主成分分析，进而提取训练样本；接着利用SVM对训练样本进行训练，同时采用布谷鸟算法求取SVM的最优核参数及惩罚因子，构造最优SVM模型；最后，运用最优SVM模型完成矿化蚀变信息提取。选择青海省五龙沟地区为研究区，提取羟基及铁染蚀变信息。实验结果表明，与主成分分析法、基于光谱角法和SVM的方法、基于粒子群和SVM的方法及基于波段比值、PCA和粒子群优化SVM的方法等4种方法相比，本文方法获得的遥感矿化蚀变信息和已知矿点的吻合度最高，提取效果最好。

基于D-InSAR技术的积雪深度反演研究

摘要：摘 要：积雪是重要的水资源之一，雪深是大量农业、水文、气候和生态模型的重要变量。本研究选用欧空局Sentinel-1主动微波数据，利用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)差分干涉测量技术的二轨法，根据积雪相位与雪深之间的转换关系，反演新疆天山中段的巴音布鲁克盆地典型区的积雪雪深分布。在本研究中，提出了基于InSAR二轨差分的雪深估计方法，反演得到2016年12月18日的空间分辨率为13.89 m的雪深分布。研究表明：（1）对Sentinel-1数据进行正确的预处理以后，可以应用SAR差分干涉测量技术的二轨法反演区域雪深分布。但由于像对相干性和积雪状态的差异，积雪深度超过10 cm，可以获取较准确的雪深反演结果，R=0.65，反演误差的均方根误差RMSE=4.52 cm，平均相对误差为22.42%，反演雪深结果均比实测结果略偏低；而当雪深小于10 cm时，雪深反演值较实测值存在较大的误差，相对误差均高于34.52%，且反演雪深值均比实测值偏高。（2）雪深反演精度受高程及实际雪深的差异影响显著，另外雪深反演精度也受限于干涉像对相干性。结果表明，在获取区域积雪雪深，InSAR技术较光学及被动微波遥感具有非常广阔的应用前景。

面向灾后水体遥感信息提取的知识决策树构建及应用研究

摘要：灾害发生以后，悬浮物质、波浪和水深等“同物异谱”会导致水体信息提取不完整，而阴影、沥青路面、浓密植被等“异物同谱”也会降低水体信息提取精度。针对此问题，论文提出了一种特征知识引导的灾后水体信息提取方法。首先，分析水体遥感图像特征（光谱特征、几何特征、纹理特征、空间关系特征），构建灾后水体信息提取知识决策树；其次，对遥感图像进行面向对象分割，获取对象基元，并计算特征参数；然后，在知识决策树的支持下提取灾后水体信息；最后，对水体信息提取结果进行后处理，以去除噪声和填充孔洞。选取“5·12汶川地震”遥感图像开展验证实验，结果表明，水体信息提取结果位置准确，边界清晰，生产者精度和用户精度分别为0.85和0.94，该方法能够有效提取复杂背景下的灾后水体信息。

多特征约束的高分辨率光学遥感影像道路提取方法

摘要：依据道路影像特征，论文提出了一种多特征约束的高分辨率光学遥感影像道路提取方法，并开展了论文方法可行性论证。该方法包括：首先，输入道路宽度，针对道路几何特征，提出一种改进的线段二次提取模型，利用线段长度和道路宽度确定候选道路种子点集；其次，输入道路结构信息，基于道路辐射特征对候选道路种子点进行整体匹配评价；再次，当候选道路种子无法符合辐射特征要求时，提出一种浅色机动车检测模型，以此将浅色机动车结果作为道路上下文特征，利用道路上下文特征对候选道路种子点进行分析；然后，构建道路拓扑分析模型，依据道路拓扑特征对候选道路种子点进行最终验证；最后，对提取道路种子点进行优化处理，并提出道路跟踪及拟合方法。通过不同复杂场景、不同分辨率高分辨率遥感影像下开展的不同方法实验结果对比分析表明，相对于其他方法，本方法自动化程度更高，运行效率高，适用于解决道路类型多样化、几何光谱噪声大的复杂场景道路提取问题。

特征提取策略对高分辨率遥感图像场景分类性能影响的评估

摘要：高分辨率遥感图像场景分类方法主要涉及两个环节：特征提取以及特征分类，分类器的设计已经相对成熟，当前工作的重点是特征提取策略的研究。为了进一步推动特征提取策略的研究，本文将特征提取策略对高分辨率遥感图像场景分类性能的影响进行了定性和定量评估。首先，本文回顾了高分辨率遥感图像场景分类的发展历程；其次，依据特征提取策略的不同对现有的高分辨率遥感图像场景分类方法进行了分类总结，并从理论上将各类特征提取策略对场景分类性能的影响进行了定性评估；最后，在三个规模较大的数据集上对多种特征提取策略进行了实验对比，将不同特征提取策略对场景分类性能的影响和各数据集的复杂度进行了定量评估。

基于高光谱激光雷达的植被生化组分垂直分布提取方法研究

摘要：对地高光谱激光雷达可以获得观测对象含有高光谱属性的全波形激光雷达，为探测植被生化特征的立体分布提供了新的遥感探测手段。本研究基于此仪器开展了室内试验，形成了植被生化组分垂直分布提取方法。首先，针对仪器的特点，提出了高光谱激光雷达全波形数据处理的方法；其次，以火炬花为例开展了室内扫描，并对获取的高光谱激光雷达数据进行了处理，获得带有高光谱属性的激光雷达点云数据。最后基于植被指数与生化组分的关系，提取了叶绿素和胡萝卜素的生化组分垂直分布结果，研究表明在植被顶部生化组分含量较低，叶绿素a普遍低于0.5mg/g，胡萝卜素低于0.2 mg/g，而在中部叶片处，生化组分含量明显较高，与红色（顶部）和绿色叶片（中部）在植被垂直方向的分布一致，相关研究表明基于仪器开展植被生理生化参数垂直分布遥感反演具有极大的应用潜力。

Radiometer，MODIS)数据进行印证。MWRI和AMSR-E比较结果为：第一，MWRI与AMSR-E逐日区域平均海冰密集度变化趋势一致，MWRI海冰密集度均高于AMSR-E，7-9月MWRI与AMSR-E逐日平均偏差月平均值分别为8.55%、7.67%、2.58%，逐日标准差月平均值分别为12.16%、12.08%、10.43%，二者差异逐月减小；第二，MWRI与AMSR-E月平均海冰密集度差呈现逐月递减趋势，7-9月MWRI与AMSR-E逐月平均偏差分别为7.37%、6.53%、1.51%，逐月标准差分别为4.61%、4.36%、3.64%，MWRI与AMSR-E差异逐月减小的原因是二者在密集度较低的边缘区域差异较大，而夏季随着边缘区域海冰的融化，二者差异逐渐减小； MWRI和AMSR-E海冰密集度与MODIS印证结果为：密集度小于95%情况下，MWRI与AMSR-E海冰密集度均比MODIS偏高，AMSR-E更接近MODIS，MWRI高估，误差较大；密集度大于等于95%情况下，MWRI与AMSR-E海冰密集度均比MODIS偏低，AMSR-E偏低更多，MWRI结果更好。

FY3C微波成像仪海面温度产品算法及精度检验

摘要：FY3C微波成像仪(MWRI)海面温度(SST)产品采用统计算法,将全球在空间上分为4个纬度带,时间上分为12个月,并分升轨和降轨,分别建立浮标海温观测结果和MWRI亮温之间的统计关系,实现对SST的反演。将|反演海温-30年月平均海温|≥2.5K的像元标识为51,发现这些像元基本分布在陆地边缘地区及大风速地区,剔除这些像元后的精度验证结果表明：与全球浮标资料相比,FY3C SST日产品升轨精度为0.00±1.03K,降轨精度为-0.09±1.08K。微波辐射计的性能及其定位定标精度、上游卫星产品(降水检测和海冰检测)的精度、陆地的干扰及高风速对微波信号的影响均会造成SST反演的误差,如何改进算法中风速大于12m/s时的反演精度是下一步的工作重点。

WorldView影像双介质摄影测量的浅海地形测绘试验

摘要：主要研究利用高分辨率卫星影像和双介质立体摄影测量方法进行浅海地形测绘的可行性，同时解决双介质立体摄影测量精定位算法（即折射改正算法）适用性差的问题。首先依据通用的双介质物像几何关系，提出了一种普适的双介质立体摄影测量折射改正算法；然后以海南省三沙市甘泉岛、珊瑚岛周围浅海区域为试验场，利用两个地区的WorldView-2立体影像，运用双介质立体摄影测量方法进行了浅海地形测绘试验。实验成功提取到了两个地区浅海海底的数字高程模型（DEM）。其中，甘泉岛地区的浅海DEM精度达到2.08米（剔除其中的高程异常点后的结果）。研究表明：提出的折射改正算法，无论“空中同名光线延长线是否相交”都是适用的，且能改善浅海地形测绘精度。在水体清澈、无海浪情况下，利用相应的WorldView-2立体影像和双介质立体摄影测量方法进行浅海地形测绘是可行的。

基于多回波点云数据解算单株木叶面积指数

摘要：以行道树无患子为研究目标，采用地面激光扫描(TLS)技术提取单木分回波点云数据。获取全波形数据、单目标数据、首次回波数据、其余次回波数据，建立基于多回波点云的算法，利用消光系数法提取不同投影分辨率0.01米、0.02米和0.03米的的单株树叶面积指数(LAI)。利用二维影像数据数字半球影像（DHP）和LAI2200提取对应单株树的叶面积指数，进行比较分析，以检验其精度。结果表明：点云投影的分辨率与激光回波都对LAI有极显著影响，其中分辨率为0.02和0.03的估算结果与LAI2200所得结果相近，且差异不显著；单目标回波数据用于LAI的解算，可以同LAI2200的二维影像数据结果进行相互验证。使用单目标回波数据，0.02米投影分辨率可以最大程度的保证单株LAI的精度，其与LAI2200测定的数据进行截距为0的线性回归，斜率达到0.827。本研究所做多回波地面激光数据计算叶面积指数的算法拓展了地面激光扫描的应用领域，为立木生长量信息准确提取和树木精确建模提供了重要的技术参考。

亚洲大洋洲区域综合地球观测系统计划进展

摘要：亚洲大洋洲区域综合地球观测系统是为实现国际地球观测组织总体战略目标而设立的亚洲-大洋洲地区地球观测区域合作计划,旨在面向亚大区域国家对地球空间信息与技术的需求,加强地球观测综合能力在区域可持续发展应用的水平,以保障亚大区域地球观测空间信息的互联互通。亚洲大洋洲区域综合地球观测系统由国际地球观测组织亚大区域成员国共同提出,并对亚大地区的所有国家和参与组织开放。通过国际地球观测组织亚大区域政府间合作机制,在区域、国家和全球上建立有效的合作框架,积极协调区域内的地球观测基础设施共享与技术合作,促进亚大区域国家在社会经济关键领域的应用,共同应对可持续发展、全球变化和重大灾害的挑战。

《全球生态环境遥感监测年度报告》进展与展望

摘要：介绍《全球生态环境遥感监测年度报告》(以下简称年报)工作的背景、内容和最新动态,以及年报工作的组织和管理流程。分析年报选题,概述年报围绕土地利用/土地覆盖、植被生长状态、作物产量、水域面积、建设用地分布、湿地保护等领域开展的研究和取得的成果。总结年报迄今产生的影响,并对年报选题规划、国产遥感数据应用、成果共享与宣传等方面的后续工作进行展望。

摘要：生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和。由于气候变化、人类活动的加剧，生物多样性正在经受前所未有的快速变化，各国政府和相关国际组织已经积极投入到生物多样性监测和保护中。为了解生物多样性的现状和变化规律，全球性、区域性及国家性生物多样性监测网络陆续建立。地球观测组织–生物多样性监测网络(GEO BON)作为全球性网络，其目的是建立和完善生物多样性监测核心指标（Essential Biodiversity Variables，EBV），推动监测指标的标准化和全球化，为数据共享和大尺度生物多样性变化评估奠定基础。在区域尺度上，欧盟成立了EU BON，亚太地区成立了AP-BON。在国家尺度上，瑞士、英国、日本等均建立了监测网络。中国科学院在“十二五”期间成立了中国生物多样性监测与研究网络(Sino BON)，对我国生物多样性的变化开展长期的监测与研究。生物多样性监测依赖于传统调查方法与先进技术结合，如红外相机、基因技术、无人机技术等。遥感能够提供大范围、全覆盖的生物多样性信息，是未来大尺度生物多样性监测的重要手段之一。为此，GEO BON成立了“生态系统结构”组主要研究如何建立基于遥感数据的EBV。Sino BON也引入了无人机近地面遥感技术探讨更大区域的生物多样性监测。未来随着我国综合地球观测系统的完善，Sino BON的地面观测将更好地与卫星数据结合，实现生物多样性天地一体化监测，服务于我国生物多样性保护与评估。

“一带一路”陆域生态环境遥感监测－AOGEOSS专刊

摘要：“一带一路”空间范围广阔,生态系统复杂多样,生态环境要素异动频繁。秉承“一带一路”倡议提出的可持续发展和合作共赢理念,全面协调“一带一路”建设与生态环境可持续发展,亟需利用遥感技术手段快速获取宏观、动态的区域多要素地表信息,开展生态环境遥感监测。根据“一带一路”所穿越主要区域的地理位置、自然地理环境、社会经济发展特征以及与中国交流合作的密切程度等,本文选取100多个国家和地区作为监测区,主要利用2014年国内外多源、多时空尺度卫星遥感数据,利用多源协同定量遥感产品生产原型系统(MuSyQ)进行标准化处理和模型运算,形成土地覆盖、土地利用程度指数、农田复种指数、森林地上生物量、净初级生产力、城市不透水层和绿地等遥感专题产品,就陆域7大分区、6个经济走廊及26个重要节点城市的生态环境基本特征、土地利用程度、约束性因素等,开展遥感综合分析。结果表明,“一带一路”陆域森林、草原、农田等生态系统多样,具有明显的地带性,区域差异大。森林、草地、农田总面积为3673.52万km₂,占监测区域总面积的69.11%。2014年森林地上生物量达1495.03亿t,草地NPP总量达7.77亿t,粮食主产区玉米、水稻、小麦和大豆的总产量分别为16269万t、48908万t、36023万t和1699万t,四种大宗粮食作物人均产量的区域差别较大。“一带一路”陆域土地利用程度指数平均值为0.34,但受自然条件和社会经济条件的影响,地区差异极大,与人口聚集及农业大面积开发紧密相关。对6大经济走廊的生态约束性因素分析表明,不同经济走廊及每个走廊的不同分段其主要生态约束性因素不尽相同,约束性因素主要有严寒、荒漠、干旱、高海拔、大坡度、极端天气、洪涝灾害、物种/生境保护和自然保护区等。通过遥感监测城市建成区内结构,结果显示“一带一路”监测区域26个节点城市建成区内部不透水层的面积平均占比61.09%,绿地面积占比28.57%。通过分析城市夜间灯光指数及其多年变化,结果表明“一带一路”节点城市建成区灯光指数整体较高,年以较缓的速率呈上升趋势,而城市周边灯光指数以较高的年增长率持续上升,拥有较大的发展潜力。通过 “一带一路”生态环境遥感监测,可快速获取区域生态环境背景信息和要素动态变化,发现其生态环境时空变化特点和规律,可为科学认知区域生态环境本底状况提供数据基础,为科学评价“一带一路”建设的生态环境影响提供科技支撑。在“一带一路”规划和建设中,应特别重视生态保护问题,加强科学论证,充分评估建设活动对生态环境的影响。

遥感数据空间尺度分级模型与基本比例尺关系研究(AOGEOSS专刊)

摘要：多源遥感数据综合应用是遥感发展的必然趋势，统一的遥感数据空间尺度分级模型是多源数据集成与综合应用的基础。虽然已有多种空间尺度分级模型，但很多主流模型并非出于分尺度综合应用目的，缺乏客观的比较和评价。国家基本比例尺系统作为经过论证、我国应用面最广泛、接受度最高的一种尺度分级系统，是以应用为导向的遥感数据空间尺度分级模型的最优参照系。本文从不同视觉精度下国家基本比例尺对图像空间分辨率的需求出发，比较各空间尺度分级模型的层级分辨率与需求分辨率的匹配情况，包括OGC Map、百度地图、天地图等软件平台采用的层级格网系统，以及“五层十五级”遥感数据组织模型。通过对数据信息冗余度的分析，对各个模型进行了评价，结果表明：在高视觉精度应用需求下，“五层十五级”模型与基本比例尺精度要求具有明显的匹配优势，其次为OGC GoogleMapsCompatible模型和天地图模型，其余模型平均数据冗余倍数在2倍左右；在低视觉精度应用需求下，“五层十五级”模型平均数据冗余度仍为最低，其次为Google Map模型，其余模型平均数据冗余倍数都在2倍以上。

基于可见光波段灰度熵和热红外亮温差的沙尘遥感判识

摘要：沙尘作为对流层气溶胶的主要成分,对气候系统有许多影响；同时,作为环境污染物,对人类健康危害很大。沙尘天气一般在春季爆发,对我国北方大部分区域的生产和生活有较大影响。沙尘爆发一般具有较大的影响范围,地基观测站点少且分散,给监测、预报和研究沙尘暴带来很大困难,而卫星遥感监测范围广、波段多的优势可以弥补这些不足。以往针对沙尘遥感监测人们开展了许多研究,取得了一定的效果。但对于一些云和沙尘混合的复杂状况,传统方法识别效果较差,几乎不能有效识别出沙尘。因此,本文采用葵花8号卫星数据,提出一种新的基于可将光波段的灰度熵的识别方法,并结合了分裂窗亮温差,进行综合判识,结果表明该方法可以对一些复杂条件下的沙尘进行有效判识。

摘要：近年来，京津冀地区的不均匀地表沉降日趋严重，对公路、铁路等基础设施安全造成严重威胁，已引起国内外广泛关注。合成孔径雷达时序差分干涉（Time Series Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar, TS-DInSAR）作为一种高效的广域形变测量手段，在地面沉降调查监测中已被广泛应用，但如何针对高现势性的影像数据高精准提取大范围区域地表形变是当前深化的热点。本文侧重欧空局发布的Sentinel-1A新型数据源，针对TOPS(Terrain Observation by Progressive Model)数据进行频移滤波迭代配准，并针对Sentinel-1A数据特征集成优化了基于点目标时序分析的大区域地表形变监测方法，以2015至2016年期间的29景影像为实验数据开展了京津地区沉降监测研究，提取了北京东、廊坊及天津西等地区的沉降结果，并结合区域内典型区域人口密度、产业分布、地表覆盖和线路剖面等信息深入分析了沉降的时空分布特征和成因。结果表明，Sentinel-1A时序干涉结果在大范围地表沉降调查监测上具有可靠的应用精度。

人工蜂群算法优化的SVM遥感影像分类

摘要：SVM分类器的参数设定对分类精度有着显著的影响，针对现有人工智能算法优化参数易陷入局部最优的现状，本文提出了一种基于人工蜂群算法改进SVM参数的遥感分类方法（ABC-SVM）。该方法模仿蜜蜂采蜜的行为，以训练样本的交叉验证精度代表蜜源的丰富程度，通过蜂群的分工协作搜索出最优蜜源（即SVM分类器最优参数）最终利用参数优化后的SVM分类器实现遥感影像的分类。本文先后比较了三种人工智能算法（包括人工蜂群算法优化的SVM（ABC-SVM）、遗传算法（Genetic PSO）优化的SVM（PSO-SVM））优化的SVM算法在UCI标准数据集上的分类精度和效率，以及三种人工智能算法优化的SVM算法与未经优化参数的SVM算法在遥感影像上分类的差异。结果显示：（1）在利用UCI数据集测试三种人工智能算法优化的SVM算法的结果中，ABC-SVM显示出更高的分类精度、更高的适应度和更快的收敛速度；（2）在利用遥感影像验证4种分类算法精度的结果中，人工智能算法优化后的SVM比未经参数优化的SVM算法的分类精度更高；其中，ABC-SVM分类精度最高，分别比遗传算法、粒子群算法的结果高1.67%、1.50%。

基于遥感影像的东北黑土区侵蚀沟的特征提取与识别

摘要：东北黑土区是我国重要的粮食生产区，而长期的开垦造成了严重的水土流失现象，坡耕地表面出现大量的侵蚀沟。侵蚀沟的识别是土壤侵蚀监测的重要手段之一。目前遥感技术在侵蚀沟的识别中应用广泛，但自动化程度不高。针对特定地物影像的识别，如何选取最能够有效描述该地物的特征是解决问题的关键。本文首先构建了耕地和侵蚀沟遥感影像的训练样本集，基于样本集分别提取了由光谱特征和纹理特征组成的浅层特征、SIFT特征经编码后得到的中层特征，以及利用卷积神经网络提取的深层特征；再基于不同层次的特征选用合适的分类器对遥感影像进行分类，识别出含有侵蚀沟的遥感影像，形成了一套针对侵蚀沟的特征提取与识别方法，为东北黑土区的耕地保护提供有力支持。测试结果表明：基于中层特征的识别精度最高，为98.5%，但该特征需要人工设计，自动化程度有限；而利用卷积神经网络可自动提取深层特征，其识别精度达到了95.5%，同时大大提高了自动化程度，满足侵蚀沟影像的识别的需求。

决策树结合混合像元分解的中国竹林遥感信息提取

摘要：竹林是我国亚热带地区特殊而重要的森林资源，现有方法难以实现全国范围竹林时空分布信息快速准确提取。针对此问题，本研究利用2003、2008、2014年MODIS NDVI、反射率产品数据和省域Landsat分类数据，提出了基于决策树结合混合像元分解的全国竹林信息提取方法，即首先通过最大似然法获取中国林地分布信息，然后，在林地信息的基础上，构建决策树模型提取中国竹林分布信息；最后，采用线性最小二乘法混合像元分解得到中国竹林丰度图，并计算竹林面积。研究结果表明：(1)最大似然法提取的三个时期中国林地信息的生产者与用户精度均在90%以上，Kappa系数均值为0.93，为竹林信息提取奠定了基础；(2)C5.0算法构建的决策树模型能够很好的提取中国竹林时空分布信息，三个时期竹林分类精度均在80%左右。(3)在混合像元分解的基础上，统计得到的全国各省竹林估算面积与清查面积具有较高的相关性，R2分别为0.98、0.97和0.95，RMSE范围为3.92～9.58万ha，说明估算得到全国竹林面积与实际情况较为吻合。本研究所提出基于MODIS遥感数据运用C5.0算法决策树结合混合像元分解的方法，实现了全国竹林时空分布信息的准确提取，为全国竹林资源信息动态监测及管理提供了技术手段和数据支撑。

结合相似块匹配及线性最小均方误差滤波器的全极化雷达影像去噪方法

PolSAR)影像相干斑噪声严重的问题,提出了一种结合相似块匹配和线性最小均方误差原理的去噪方法。该方法首先在原始影像上实现相似块组的匹配,进而利用线性最小均方误差滤波器对影像块组进行滤波得到初始去噪结果；之后,同时利用原始影像和初始去噪影像的信息进行相似块组的重新匹配,并再次利用线性最小均方误差原理对重匹配影像块进行去噪,得到影像最终的去噪结果。利用模拟的PolSAR影像和高分3号卫星PolSAR影像进行了算法效果的验证。结果表明：去噪算法在显著抑制影像噪声水平的同时,也能较好地保持影像的边缘和极化特性等细节信息。

摘要：高光谱遥感可以得到地物连续光谱信息，实现地物精细分类、目标高精度探测以及地物生化参量的定量化应用。传统的高光谱遥感器由于固定辐射动态范围，存在大量无效且冗余数据，给卫星载荷造成了巨大的存储压力。智能高光谱卫星关键技术之一在于利用前视相机预判辐射动态变化范围的方式辅助主相机成像模式调整，本文在智能遥感卫星系统概念的基础上，重点开展前视相机倾斜角设计、波段设置和辐射动态范围预测研究。研究表明：前视相机倾斜角需要综合考虑星上响应时间、单次成像距离和空间分辨率；考虑到云检测、气溶胶光学厚度和水汽含量反演等指标的实现，前视相机需要设置0.49、0.66、0.87、0.94、2.1μm等5个波段；0.4-1.0μm波段范围最大最小值辐亮度可以由有限波段进行预测。本文基于ENVI光谱库76条光谱数据，通过MODTRAN辐射传输模型模拟各类地物（植被、矿物、人造地物、土壤）在不同观测条件下的表观辐亮度，建立了在0.4-1.0μm波段范围内各类地物辐射动态最大值和最小值模拟模型，利用光谱库中其他光谱数据验证了各类地物辐射动态最大值和最小值模拟模型，各类地物最大值和最小值预测模型验证的拟合优度(R2)分别大于98%和75%，模型验证相对误差分别小于5%和25%；同时利用hyperion影像，验证了植被类预测模型，最大值模拟模型验证相对偏差在5%内，最小值模拟模型验证相对偏差在10%内。以上研究为智能高光谱卫星主相机的辐射动态范围调整提供了重要依据。

基于红外卫星云图和相关向量机的有眼热带气旋客观定强模型

摘要：热带气旋(Tropical Cyclone, TC)是全球影响最严重的自然灾害之一。TC强度和路径的准确预报，对于减轻其带来的灾害影响至关重要。本文基于静止红外卫星云图和相关向量机(Relevance Vector Machine, PDE)法对有眼TC的眼壁进行分割，提取眼壁的亮温梯度信息，计算眼壁亮温梯度的最大值及梯度数据不同概率时的均值，从而构造与TC强度密切相关的特征因子，利用RVM构建单特征因子、多特征因子与近地面最大中心风速的客观定强模型，研究不同特征维度对TC客观定强误差的影响。实验结果表明，在单特征因子的模型定强中，95%概率眼壁亮温梯度均值的定强误差最小，相比利用单特征因子所构建的定强模型，多特征因子的模型定强误差更小，即多特征因子中包含更多与TC强度相关的特征信息。在多特征因子的模型定强中，二特征因子优于三特征因子模型，说明应当合理选择特征因子维数，并非越多越好。本文所用RVM模型具有良好的高维非线性处理能力，能对TC强度进行有效估计。

中国DMSP-OLS长时间序列夜间灯光遥感数据饱和校正研究

摘要：利用夜间灯光数据进行长时期社会经济问题研究时，需要对数据饱和校正，从而得到可信可靠的研究结果。针对不变区域法在长时间序列夜间灯光数据饱和校正时假设不变区域数据不随时间变化以及未区分数据饱和部分和未饱和部分的不足，本文提出首先对数据年际校正，再以NDVI数据为辅助进行饱和校正的方法。年际校正时准确定义了基准区域和基准年份，饱和校正过程中分别对不同城市聚类分区构建校正模型。研究发现，夜间灯光数据包括未饱和部分和饱和部分，饱和阈值为30；两部分数据亮度值与相应无饱和数据亮度值的函数关系不同，未饱和部分符合线性模型，饱和部分符合指数模型；区分不同城市聚类分区进行饱和校正十分必要，尤其是大范围区域数据饱和校正；以NDVI足迹数据为辅助，运用指数模型对饱和部分数据校正后，数据值域增大，空间异质性增强，与区域GDP拟合程度改善，很好地消除了由于卫星传感器设置特性产生的饱和效应，得到更好反映人类社会经济活动强度和空间分布特征的长时间序列饱和校正夜间灯光数据。文中得到的年际校正和饱和校正模型可以不做参数调整而直接运用，校正方法适用性较强。

基于WOFOST模型与遥感数据同化的土壤速效养分反演新方法

摘要：土壤速效养分是作物生长的必要条件,合理控制土壤速效养分含量对粮食增产、农民增收以及环境保护都有重要意义。随着现代农业技术的发展,可以通过变量施肥将土壤速效养分含量控制在最佳状态,这也对土壤养分的获取精度出了更高的要求。当前的主流土壤速效养分反演方法在反演精度、稳定性、成本控制和可推广性依然存在一定不足,甚至会影响反演结果对变量施肥的指导作用,因此有必要对当前的土壤速效养分获取方法进行改进或者提出新的方法,使土壤速效养分空间制图更好地满足实际应用要求。本文针对传统土壤速效养分反演方法存在的问题,提出了利用作物模型与时间序列遥感数据相结合实现耕层土壤速效养分反演的新思路,该思路以养分缺失引起的作物长势参数的变化为切入点,在数据同化算法设计和养分模块优化改造的基础上,利用作物长势参数遥感估算结果与模型模拟结果的差异设计了养分反演算法,实现对土壤速效养分的有效反演。最后,利用地面观测数据对反演精度进行评价,结果表明该方法可以对土壤中的速效养分进行实时、高精度的稳定反演,主要的速效养分类型速效氮、有效磷和速效钾的R₂分别达到了0.68、0.74和0.52,平均相对误差分别为7.45%、6.17%和9.97%。

海表面温度的时空变异特征及其对验证误差影响分析

摘要：海洋环境遥感已成为全球气候变化及海洋生态环境研究的重要组成部分，由于海洋水体特别是近海二类水体复杂的光学特征以及高动态变化的特点，使得遥感产品的精度评估及表达成为海洋遥感研究的难点之一，也给基于遥感数据的海洋地球物理和环境生态模型的建立和应用带来了不确定性。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，文中从理论和试验的数据精度验证中，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。并从上述结论中建议：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。

无人机多光谱影像的天然草地生物量估算

摘要：地上草地生物量是衡量天然草地生态系统的重要指标,是草地资源合理利用和载畜平衡监测的重要依据。为了快速、准确、有效地估算天然草地地上生物量，掌握其变化规律，本文以天山北坡天然牧场为研究区，分析其地上生物量时空分布特征。根据研究区阴坡与阳坡不同的草地类型和植被种类，利用多旋翼无人机获取的高分辨率多光谱影像（含近红外波段），结合地面实测数据，在进行天然草地地上生物量与植被指数相关性分析的基础上，运用回归分析方法，建立生物量和多种植被指数的估算模型。结果表明：考虑地形因子（阴阳坡）之后，植被地上生物量与各植被指数的相关性系数显著提高，不同坡向，同一植被指数拟合精度差异较大，同一坡向，各个植被指数的敏感性也有所不同。综合而言，其中比值植被指数(RVI)与阴阳坡草地生物量拟合效果最好,模型精度均达到75%以上。利用植被指数建立的生物量估算方法结果与实际相符，可为天然草地生态系统检测和草地资源合理利用提供方法和依据。

基于近红外偏振辐射卫星数据的海洋耀光动态检测方法

摘要：海气辐射传输对全球气候及其变化起着至关重要的作用。太阳光入射海表在特定区域形成海洋耀光,并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关键问题。以PARASOL卫星的POLDER载荷数据为研究对象,获取载荷成像时刻太阳照明及观测几何条件、海表风速及风向等参数,采用海气辐射传输相关理论,联合耀光角和多角度近红外偏振辐射信息(865nm),构建基于近红外偏振辐射特性规律表现的海洋耀光动态检测模型,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,获取实测耀光区近红外通道的表观反射率和表观偏振反射率,利用耀光动态检测模型将耀光角判别临界值动态调整为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：该方法不仅能够通过动态调整临界值准确识别海表耀光,为云检测及云物理特性反演提供可靠的源数据,还能为我国正在研制的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。

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。因此，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的方法，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，有效的提高了检测率。

天绘一号卫星覆盖性能分析与优化方法研究

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。

余弦调相散射波干扰对SAR双通道对消干扰抑制的影响

摘要：作为多通道合成孔径雷达的一种高效便捷的抗干扰方法，SAR多通道对消技术可有效抑制包括散射波干扰在内的多种干扰类型，因此，提出采用方位向余弦调相散射波干扰方法来对抗 SAR双通道对消的干扰抑制能力。该方法通过对传统散射波干扰慢时间域进行余弦调相，不仅实现了干扰信号的方位向扩展，更使得干扰信号到达各通道之间的相位关系发生严重改变。这种相位差变化会影响干扰对消过程中的自动相位搜索环节，扰乱对消时所需补偿相位的估计结果，进而严重破坏对消后的真实场景成像。 以SAR双通道对消系统为例分析了该干扰方法的影响效果，理论分析与实验结果表明：余弦调相散射波干扰可使得补偿相位的估计结果在慢时间上近似正弦分布；在双通道对消成像中，该干扰使得真实场景在方位向上被重复搬移，造成严重的影像重叠，同时在方位向上伴随着密集的明暗条纹；干扰效果可通过设定余弦调制频率、调制指数等参数进行控制。

双频共面合成孔径雷达海面风场反演方法

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0.93m/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。

高分四号静止卫星辐射性能模拟与信噪比分析—以香港近海岸水体为例

摘要：随着高分四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，我国对地静止卫星影像的研究也越来越受到重视。为了对高分四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(如水体)为代表的典型地物进行辐射能模拟与信噪比研究。本文基于MODTRAN辐射传输模型，将香港沿岸水体作为暗目标，对高分四号静止卫星多光谱遥感全色谱段以及蓝、绿、红、近红外四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、冬至四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、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、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、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时刻。

空间碎片探测卫星成像CCD的在轨辐射效应分析

摘要：电荷耦合器件（CCD）是卫星应用的主流成像器件，其受空间辐射环境影响易产生辐射效应，导致卫星成像性能退化，因此CCD的在轨辐射效应分析对卫星在轨风险评估、在轨维护具有重要意义。针对空间碎片探测试验卫星成像CCD在轨出现的辐射效应，通过在轨图像数据计算，对辐射作用于CCD导致的瞬时效应、热像素、电离总剂量效应和位移损伤进行了估算。分析认为瞬时效应主要源于南大西洋异常区内高能质子入射器件导致的瞬间电离作用；热像素源于质子辐射导致的单个像素位移损伤，且数量随着在轨时间的累积不断增加，与瞬时效应无明显的相关性；在轨初期累积的电离总剂量效应和位移损伤并不突出；热像素是影响探测器光电探测性能的主要问题，在较低粒子注量时就比较显著。上述工作为卫星在轨风险评估与运行管理收集了数据依据，并初步形成了针对在轨运行光电探测载荷辐射效应分析方法，可为天基目标探测卫星成像器件的在轨辐射效应分析、抗辐射设计提供参考。

激光测高数据辅助卫星成像几何模型精化处理

摘要：资源三号02星作为资源三号系列的第二颗卫星，于2016年5月30号成功发射，其主要服务于我国空间基础建设等重大工程，其搭载了我国首个对地观测的试验性激光测高载荷。高程精度作为立体测图的重要指标，困难程度远大于平面。在借鉴目前较成熟的卫星影像区域网平差的基础上，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，本文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理论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差于原始成像几何模型的绝对精度；其次，根据激光测高数据三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目标影像坐标，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1.97m、3.23m，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。

摘要：根据干涉图信号和噪声时频分布差异的特点，提出一种改进的基于经验模态分解EEMD的InSAR干涉相位滤波方法。该方法首先利用可有效降低模态混叠的EEMD算法，对干涉图的实部及虚部分别进行二维经验模态分解，获得具有不同时间尺度的模态分量；再根据信号和噪声分量的时间尺度分布特性的差异，采用适用于非线性信号分析的KECA算法对噪声识别、分离，最后利用去除噪声后的模态分量重构干涉图。分别利用模拟数据及真实InSAR差分干涉相位进行滤波试验，对比本文EEMD-KECA滤波方法、Goldstein滤波、圆周期-中值滤波、EMD分解、EMD-PCA方法的滤波效果，采用相干斑指数、均方差指数、边缘保持指数进行定量评价。结果表明，与经典InSAR干涉图滤波方法相比，本文联合EEMD-KECA算法的滤波方法能有效滤除干涉图噪声，且在条纹边缘等细节信息的保持上也具有较大优势。

太原市黑臭水体遥感识别与地面验证研究

摘要：城市黑臭水体整治是城市水环境治理的一项重要工作。本文通过构建黑臭水体遥感识别模型，解决城市黑臭水体整治过程中黑臭水体的识别问题，实现城市黑臭水体空间分布快速定位与排查。通过分析黑臭水体形成机理和试验数据，从光谱特征上构建反映水体清洁程度的光谱指数（WCI），从图像特征上构建水体颜色、次生环境、河道淤塞、岸边带垃圾堆放等解译标志，综合光谱指数和解译标志共同进行黑臭水体遥感识别。利用该方法对太原市建成区内黑臭水体空间分布进行排查识别，共得到疑似黑臭河段14条，长度为52.530Km。