模糊混合聚类法在农药污染研究的应用

本文综述性地介绍了模糊混合聚类法的基本原理,并用商丘大吴庄均衡试验区的土壤乐果含量的实测资料,具体说明了模糊混合聚类法在农药污染研究中的应用过程。     

以光谱信息熵改进的N-FINDR高光谱端元提取算法

端元提取是高光谱混合像元分解的关键步骤,也是高光谱影像分析的重要前提。N-FINDR算法是一种经典且有效的端元提取算法,但其需遍历所有可能的像元组合,计算量巨大,时间效率不高。本文以光谱信息熵和凸面几何学理论,利用高光谱影像像元,在光谱特征空间形成的单形体顶点附近为相对纯净像元,单形体内部为混合像元的特性,提出了一种结合光谱信息熵的N-FINDR改进算法。该方法根据各波段像元灰度概率计算影像中每个像元的光谱信息熵,将大于光谱信息熵阈值的像元作为混合像元被剔除,在保留的像元组成的单形体上搜索最大体积,并提取最大体积顶点处像元作为端元。最后,使用美国EO-1卫星获取的江西省德兴某铜矿的Hyperion数据,对改进后的算法进行验证。结果表明,改进后的N-FINDR算法在确保较高端元提取精度的同时,大大提高了数据处理的时间效率。     

GF-1影像和OLI影像协同土地利用模糊分类方法研究

针对高分辨率遥感数据进行土地利用类型分类时出现的“同谱异物”现象,以及中分辨率遥感数据划分土地利用类型时受空间分辨率限制产生的“混合象元”问题,本文以高分一号数据(GF-1)和Landsat-8数据(OLI)为例,提出了一种协同利用高分辨率遥感数据和中分辨率遥感数据进行土地利用类型模糊分类的方法。首先,利用主成分变换的方法分别对GF-1纹理信息和OLI光谱信息进行压缩和增强,并将增强后的纹理信息和光谱信息进行特征协同;然后,根据各地物类型的光谱、纹理特征,对特征协同数据进行60、80、100共3个尺度的分割;最后,根据地物类型间的光谱特征和纹理特征的差异,构建各地物类型的模糊逻辑隶属度函数,实现对影像土地利用类型的模糊分类。实验结果表明,主成分变换的方法有效地将研究区GF-1和OLI数据的光谱、纹理信息压缩、增强,为面向对象分类中分类特征的选取提供了一种思路;同时,本文方法成功划分了研究区土地利用类型,并获得了较高分类精度,总体分类精度达到93.52%,对其它高空间分辨率与高光谱分辨率遥感数据协同分类研究具有一定借鉴意义。     

高光谱图像模糊识别分类及其精度评价

高光谱遥感是在特定光谱域以高光谱分辨率同时获取连续波长的地物光谱图像,并能提供更多的精细光谱信息,有利于选择各种单一地物光谱差异明显的波段,使得高光谱遥感应用于更广的地物识别中。文中采用模糊识别的绝对值指数法对高光谱图像进行识别分类,并对分类结果进行像元级的评价。     

空间分辨率与纹理特征对多光谱遥感分类的影响

多光谱遥感分类与影像空间分辨率有着密切的关系,在适宜空间分辨率影像上进行地物分类能够获得更高的精度。随着遥感影像空间分辨率的提高,纹理特征被广泛用于遥感分类,但由于不同地类空间尺度不同,纹理对不同地物分类的影响程度也有所差异。本文基于高分一号2 m全色和8 m多光谱影像融合后的高空间分辨率多光谱数据构建反射率空间序列,选用3种分类方法对序列分类,并分别计算2 m融合数据及8 m多光谱影像的纹理特征,选择特征波段与相应多光谱波段组合用以分类研究,最后计算混淆矩阵评价分类精度。研究结果表明,通过回归分析得到多光谱分类的最佳空间分辨率为5 m,与其他研究中利用全色波段分类的结论一致,这说明最佳空间分辨率的选择不受光谱信息影响;对多光谱分类精度随空间分辨率变化的变化趋势分析发现,分类精度在20~30 m分辨率范围区间内快速降低,这为多光谱遥感分类数据空间分辨率的选择提供了重要参考;此外,对光谱与纹理特征结合后不同地类分类精度的变化分析显示,加入纹理特征后,冬小麦、人工建筑、有林地和水体的分类精度在2 m分辨率下分别提高了1.49%、1.51%、4.94%、1.54%,8 m分辨率下分别提高了2.95%、10.95%、5.91%、5.14%,说明引入纹理特征有利于提高分类精度,但其对不同地物类型、不同分辨率影像的影响程度不同。     

基于GF-1和Hyperion影像的新增建设用地占用地类信息提取

新增建设用地及其占用地类是年度土地利用动态遥感监测的重点关注信息,综合利用多源数据是提高占地信息提取精度的主要手段之一。现有研究基于光学与高光谱特征波段的像素级融合影像开展分析,不可避免地导致了高光谱影像光谱信息的损失。为了尽量避免信息损失,提出一种光学和高光谱影像独立分析、结果集成的新增建设用地占用地类信息提取方法。该方法首先结合土地利用动态遥感监测所定义的3种主要新增建设用地形态,利用前后两个时相GF-1光学影像的光谱和纹理特征提取新增建设用地,其次利用前时相Hyperion高光谱影像的精细光谱成像能力进行详细土地利用分类,最后通过新增建设用地与土地利用分类图的叠置分析提取新增建设用地占用地类。在北京市丰台区典型区域开展的验证实验取得了86.71%的新增建设用地占用地类属性精度,表明本方法可为土地利用动态遥感监测提供较为准确的地类变化信息。     

小波变换与FCM聚类的QuickBird影像特征空间识别分析

遥感影像分类是应用遥感影像进行地学分析等其他应用的重要准备工作,它的精度将直接影响到后续的分析工作。纹理特征对于提高高分辨率遥感影像的分类精度具有重要意义,小波变换的"时-频"分析方法在遥感影像纹理分析方面有着独特的优势。本文采用QuickBird影像,利用小波分解得到影像的纹理特征,结合光谱响应值组成特征空间,再利用模糊C均值聚类方法对影像进行分类。实验结果显示:加入了纹理特征的影像分类精度有所提高,同时,同一类地物的内部均一性有所改善。小波分析对于细微纹理特征的提取效果比粗纹理要好。     

FUZZY ISODATA聚类法在地下水水化学分类中的应用

本文以杜热草场水化学资料为例,运用FUZZY ISODATA聚类方法对地下水水化学类型的划分进行了初步研究,并与传统的舒卡列夫法和基于模糊关系聚类法所得结果进行了对比,说明了本方法的可靠性。文中运用该法对研究区水化学成份划分的五种类型,基本符合本区地下水化学成份形成与分布规律,分类合理,计算简便,特别是对水化学成份差别不大的地区更为适用。     

黑臭水体水面阴影提取的自适应阈值算法研究

黑臭水体水面阴影对水面光谱信息产生干扰,严重地影响了利用高空间分辨率遥感数据进行水质状况监测的精度,因此,在数据预处理中必须进行阴影剔除。本研究基于无人机高光谱遥感数据,通过分析各种波段组合下黑臭水体水面的阴影像元和水体像元的光谱特征空间,选择以492、666和792 nm处的反射率建立黑臭水体的河面阴影指数（RSSI）,并利用最大类间方差法（OTSU）自动确定划分本影、半影以及水体的阈值。利用南京金川河和龙江河的无人机高光谱遥感影像对算法进行测试,结果表明：RSSI阴影指数能突出显示阴影与水体的差异;OTSU自适应确定的阈值能较好地区分本影、半影和水体,阴影的总体识别精度达到85%以上。该算法能够有效地识别黑臭水体水面阴影,为后续开展水体的定性、定量遥感监测提供数据预处理的技术支持。     

基于云模型和FCM聚类的遥感图像分割方法

模糊C均值算法由于具有良好的聚类性能而被广泛应用于图像分割领域,但聚类中心的初始化问题一直影响着该算法的运行效率。好的初始聚类中心,可以使算法很快收敛于最优解,而不合适的初始聚类中心,不仅需要更多的迭代次数,而且还可能使算法最终收敛于局部最优解。文章结合云模型和FCM(模糊C均值)聚类算法,提出了一种遥感图像分割的新方法。利用云变换解决模糊C均值聚类算法的初始化中心选择问题,可以根据样本特性自动确定聚类中心值及个数,并以较少的迭代次数收敛到全局最优解,提高了模糊C均值遥感图像分割方法的效率,具有较好的稳定性和鲁棒性。文章选取三幅TM遥感图像作为样本,分别利用云模型的FCM方法和传统的FCM方法对样本进行分割实验,实验表明采用云模型的FCM方法不仅能够取得较好的分割效果,而且大大减少了使算法收敛的迭代次数,提高了分割的效率。     

基于局部空间信息KFCM的遥感图像聚类算法

针对模糊C均值(Fuzzy C-Means, FCM)算法,不能有效地对夹杂噪声的遥感图像聚类的问题,本文提出了一种基于局部空间信息核模糊C均值(Kernel Fuzzy C-Means, KFCM)的遥感图像聚类算法。首先,运用核函数将遥感图像的所有像元映射到高维特征空间,通过非线性映射优化遥感图像的有用特征;然后,根据相邻像元之间的相关性,利用一种空间函数重新定义像元的模糊隶属度,将像元的局部空间信息引入到FCM算法中,并在高维特征空间中使用这种基于局部空间信息的FCM算法对像元聚类。由于引入了像元的局部空间信息,算法可以直接应用于原始遥感图像,不需要滤波预处理。大量实验结果表明,本文提出的基于局部空间信息KFCM的遥感图像聚类算法具有较强的抗噪能力,可得到较好的同质区域,优于现有的FCM算法、模糊局部信息C均值(Fuzzy Local Information C-Means, FLICM)算法及KFCM算法。     

光谱、形状特征结合的多精度图像分割算法与应用

由于高分辨率遥感图像的数据量和计算复杂性骤增,影像噪声、光谱混淆现象更为突出,这对传统主要依据于像元光谱特征的图像处理与分析方法提出了极大挑战。为此,特征更为丰富、在噪声处理和知识融合上,更具优势的面向对象的图像分析方法,逐步成为高分辨率遥感图像应用的研究热点。面向对象图像分析的第一步,以及关键一步是图像分割。本文设计了多精度图像分割算法:(1)采用降水分水岭变换进行初步分割获取图像次一级斑块,即分割亚基元;(2)设计一种可重复合并的快速图斑合并方法,进行亚基元的层次归并获得最后分割斑块,完成图像分割。在合并过程中,斑块之间的差异指标是其光谱合并代价、形状合并代价的加权和,合并结束的标志是斑块间两两合并代价超过尺度参数的平方。设置不同的尺度参数,则可实现多精度图像分割过程。实验证明,方法分割效果较好,并在算法效率上满足实际应用需求,可以开展后续图像分类、专题信息提取等工作。     

中国生态环境遥感四十年

生态环境是人类社会生存与发展的基础。快速发展的遥感技术显著推动着生态环境遥感监测能力的提升,有效支撑了国家生态文明建设。从1980年天津—渤海湾环境遥感试验开始,经历了近40年的发展,遥感监测技术已经广泛应用于生态、大气、水、土壤等生态环境保护各个方面,取得显著成效。本文回顾了我国生态环境遥感技术近40年的发展,通过典型或重要应用案例,系统梳理了遥感技术在生态环境监测、对地观测能力、支撑生态文明建设等方面应用的发展历程。生态环境遥感监测能力发展主要表现在应用领域逐步扩大、监测精度明显提升、监测时效大幅增强;对地观测能力发展主要分为国外卫星为主期、环境卫星发展期、高分卫星应用期3个阶段;支撑生态文明建设的重大事件主要包括全国生态状况定期调查评估、污染防治攻坚战、应急与监督执法等方面。本文结合国家战略和技术发展,对今后生态环境遥感的发展提出了一些思考。     

Advances in Research on Soil Moisture by Microwave Remote Sensing in China

Soil moisture is an important factor in global hydrologic circulation and plays a significant role in the research of hydrology, climatology, and agriculture. Microwave remote sensing is less limited by climate and time, and can measure in large scale. With these characteristics, this technique becomes an effective tool to measure soil moisture. Since the 1980s, Chinese researchers have investigated the soil moisture using microwave instruments. The active re- mote sensors are characteristic of high spatial resolution, thus with launch of a series of satellites, active microwave remote sensing of soil moisture will be emphasized. The passive microwave remote sensing of soil moisture has a long research history, and its retrieval algorithms were developed well, so it is an important tool to retrieve large scale moisture information from satellite data in the future.     

ASSESSMENT OF THE SFIM ALGORITHM

Fusion of images with different spatial and spectral resolutions can improve the visualization of the images. Many fusion techniques have been developed to improve the spectral fidelity and/or spatial texture quality of fused imagery. Of them, a recently proposed algorithm, the SF1M (Smoothing Filter-based Intensity Modulation), is known for its high spectral fidelity and simplicity. However, the study and evaluation of the algorithm were only based on spectral and spatial criteria. Therefore, this paper aims to further study the classification accuracy of the SFIM-fused imagery. Three other simple fusion algorithms, High-Pass Filter (HPF), Multiplication (MLT), and Modified Brovey (MB), have been employed for further evaluation of the SFIM. The study is based on a Landsat-7 ETM sub-scene covering the urban fringe of southeastern Fuzhou City of China.The effectiveness of the algorithm has been evaluated on the basis of spectral fidelity, high spatial frequency information absorption, and classification accuracy.The study reveals that the difference in smoothing filter kernel sizes used in producing the SFIM-fused images can affect the classification accuracy. Compared with three other algorithms, the SFIM transform is the best method in retaining spectral information of the original image and in getting best classification resuhs.     

土壤水分微波反演方法进展和发展趋势

土壤水分是连接地表水循环和能量循环的关键参量,精确获取该参量对于理解气候变化、地表水文过程、地气间能量交换机理等具有重要意义。微波遥感由于其较为合适的探测深度和坚实的理论基础在观测地表浅层土壤水分上具有很大优势,结合反演方法可以获取空间连续的土壤水分含量,有助于更加客观认知土壤水分的时空演变机理。随着微波遥感数据的不断丰富,多种微波遥感土壤水分反演方法相继涌现,为了更好地了解其发展和趋势,本文总结了当前土壤水分微波反演常用的卫星遥感数据并分析其发展趋势,后从主动微波反演、被动微波反演和多源协同反演3个方面梳理了各类土壤水分微波反演方法的原理、发展和优缺点,最终总结出目前微波遥感土壤水分反演方法的发展趋势：即土壤水分微波反演方法的时空普适性逐渐增强、面向高时空分辨率的土壤水分微波协同反演方法快速发展以及土壤水分微波反演方法的智能化水平不断提高。     

Improvement of mono-window algorithm for retrieving land surface temperature from HJ-1B satellite data

The thermal infrared channel (IRS4) of HJ-1B satellite obtains view zenith angles (VZA) up to ±33°. The view angle should be taken into account when retrieving land surface temperature (LST) from IRS4 data. This study aims at improving the mono-window algorithm for retrieving LST from IRS4 data. Based on atmospheric radiative transfer simulations,a model for correcting the VZA effects on atmospheric transmittance is proposed. In addition,a generalized model for calculating the effective mean atmospheric temperature is developed. Validation with the simulated dataset based on standard atmospheric profiles reveals that the improved mono-window algorithm for IRS4 obtains high accuracy for LST retrieval,with the mean absolute error (MAE) and root mean square error (RMSE) being 1.0 K and 1.1 K,respectively. Numerical experiment with the radiosonde profile acquired in Beijing in winter demonstrates that the improved mono-window algorithm exhibits excellent ability for LST retrieval,with MAE and RMSE being 0.6 K and 0.6 K,respectively. Further application in Qinghai Lake and comparison with the Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) LST product suggest that the improved mono-window algorithm is applicable and feasible in actual conditions.     

粤北地热资源遥感调查探测模式与应用

目前,地热资源勘查仍以传统的物探方法为主,这样在探测区地热宏观环境条件不明时,就会出现投资风险大或盲目开采的情况;而遥感对地热资源的探测是弥补这一不足的先进技术.本文利用陆地卫星遥感数据处理方法进行了有效的遥感地质解译,依据陆地卫星红外遥感数据所反映的地物辐射温度差异特点,对遥感影像进行波段差值运算、HIS(HLS)彩...     

Remote sensing retrieval of total absorption coefficient in the Bohai Sea

Temporal and spatial patterns of inherent optical properties in the Bohai Sea are very complex.In this paper,we used 77 groups of field data of AOPs(apparent optical properties) and IOPs(inherent optical properties) collected in June,August,and September of 2005 in the Bohai Sea,to retrieve the spectral total absorption coefficient a(λ) with the quasi-analytical algorithm(QAA).For QAA implementation,different bands in the region 680-730 nm(in 5 nm intervals) were selected and compared,to determine the optimal band domain of the reference wavelength.On this basis,we proposed a new algorithm(QAA-Com),a combination of QAA-685 and QAA-715,according to turbidity characterized by a(440).The percentage difference of model retrievals in the visible domain was between 4.5%-45.1%,in average of 18.8% for a(λ).The QAA model was then applied to Medium Resolution Imaging Spectrometer(MERIS) radiometric products,which were temporally and spatially matched with in-situ optical measurements.Differences between MERIS retrievals and in-situ values were in the range 9.2%-27.8% for a(λ) in the visible domain.Major errors in satellite retrieval are attributable to uncertainties of QAA model parameters and in-situ measurements,as well as imperfect atmospheric correction of MERIS data by the European Space Agency(ESA).During a storm surge in April 2009,time series of MERIS images together with the QAA model were used to analyze spatial and temporal variability of the total absorption coefficient pattern in the Bohai Sea.It is necessary to collect more independent field data to improve this algorithm.     

面向大区域遥感专题制图的自动化策略

如何消除相邻影像间的信息冗余是实现大区域遥感自动化制图的关键。本文提出了一种基于约束接缝线的区域分块自动化制图方法,首先采用全球通用墨卡托投影-UTM投影的网格带将研究区分为若干小区域;然后,针对每个UTM投影带内的遥感影像,采用影像镶嵌的原理和湖泊边界约束条件计算其接缝线网络,以确定每景遥感数据制图范围;最后,根据其制图范围生成对应的无冗余专题信息,减少计算量和相邻影像重复信息的编辑时间。本文以亚洲中部干旱区为例开展湖泊制图试验,结果证明该方法能够生成顾及湖泊的有效制图范围,提高了遥感大区域制图的效率。