遥感影像的冰川信息提取方法对比

以林芝地区为例,首先利用2001年10-12月ETM+遥感数据、地质图和DEM数据,经过遥感图像预处理生成冰川信息提取的基础影像。在此基础上采用波段比值法、主成分分析法、光谱角制图法、非监督分类法、监督分类法等进行冰川信息的自动提取,对各种提取方法进行了对比。结果表明,监督分类提取的冰川信息图像清晰、层次分明、分类边界清楚、满足冰川地貌解译的要求。最后通过实例分析得出监督分类法在提取林芝地区冰川信息时获得了较好的应用效果。     

高斯混合模型自动阈值法遥感冰川信息提取

利用阈值法进行遥感地物提取效率高、准确率高,但是在阈值的选取方面,传统的手动选取阈值,自动化低,需反复试操作,且易受主观因素影响。文中通过期望最大算法对局部冰川区域归一化雪覆盖指数建立高斯混合模型,去除区域内的混合像元类,再利用高斯混合模型模拟纯净化后的冰川类、非冰川类的NDSI分布情况,根据改进后的高斯混合模型分布情况,自动计算出区域内的冰川提取阈值。本文对不同海拔的3个区域进行算法实验,然后将新疆哈密的哈尔里克山冰川提取边界与冰川编目数据进行对比验证。研究结果表明,该方法自动计算的冰川提取阈值结果可靠、精度高,在差异较大区域仍较稳定,有一定的应用价值。     

基于ALOS PALSAR数据的山地冰川流速估算方法比较——以喀喇昆仑地区斯克洋坎力冰川为例

冰川表面流速是进行冰川动力学和物质平衡研究的关键参数之一。合成孔径雷达(SAR)影像作为能大范围提取山地冰川表面流速的重要数据源,利用其进行冰川流速估算目前主要有差分In SAR(D-In SAR)法、多孔径InSAR(MAI)法和SAR偏移量追踪(offset tracking)法3种。其中,MAI法是为了克服D-In SAR对雷达方位向(along-track)形变不敏感而发展的一种新的In SAR技术。以喀喇昆仑山中部地区的斯克洋坎力冰川为例,选取了2008年2景间隔46 d的L波段ALOS PALSAR数据,利用上述3种方法分别进行冰川流速提取实验,讨论了3种方法在山地冰川表面流速监测中的适用性和局限性。结果表明,D-In SAR和MAI方法都能够精确提取距离向和方位向的冰川流速信息,但对相干性均要求较高;在低相干区域,SAR偏移量追踪方法也能够获取更为可靠的方位向和距离向二维冰川流速的速度场,但该方法在冰川表面特征不明显的地区受到一定限制。     

高海拔冰川信息提取方法研究与应用

为获取大范围最佳冰川边界,本文以西昆龙冰川为研究对象,利用融合后的Landsat-8OLI数据,依据纹理和亮度等规则,使用面向对象-NDSI方法结合大津算法提取了多期单时相2015年冰川范围信息。最后,使用多时相冰川范围信息,进行迭代综合分析,得到了最佳的西昆龙冰川边界。该信息提取总体分类精度高达99%以上,证明面向对象-NDSI方法结合大津算法能够实现高海拔冰川全方位的信息提取。本实验将图像分割大津算法应用于冰川阈值信息获取,实现了客观、快速和准确的影像分割过程。     

基于遥感的冰川信息提取方法探讨——以崇测冰川地区为例

对冰川监测中常用的冰川信息提取方法应用于崇测冰川信息的提取中进行了试验并对各自的优劣进行了综合评价。研究发现:目视解译方法具有普适性,可提取多类冰川,但费时费力;其他常用方法如比值法、雪盖指数法、非监督分类与监督分类法等,提取效果明显但都不具有通适性。新产生的面向对象的多尺度分割提取方法虽在一定程度上提高了冰川提取精度,但冰雪区分仍是识别的难点。对西昆仑山脉的崇测冰川信息进行提取,得到崇测冰川地区精确的冰川边界。结果表明:该冰川总体上呈消退趋势,1994~2011年这17年里冰川总面积从511.253 km2减少到487.352 km2,面积变化率为4.6%,年均减少0.27%。冰舌面积由45.371 km2增加到78.833 km2,也验证了全球变暖导致冰川消融这一科学结论。     

高分一号山地冰川运动速度提取与分析

近年来国产遥感卫星数据增多,但在山地冰川运动速度监测研究中,国产卫星遥感数据的使用却很少。基于此现状,本研究利用"高分一号"卫星数据(GF-1)对藏东南雅弄冰川运动速度进行了提取。通过与同分辨率、同时段的Landsat 8数据进行对比,以及利用非冰川稳定区域的残余位移和冰川主冰流线剖面运动速度两方面,评估了GF-1数据提取的冰川运动速度的精度。结果表明:GF-1数据在非冰川稳定区域的平均偏移量为7.48 m·a~(-1),虽较Landsat 8数据的高(平均偏移量4.58 m·a~(-1)),但小于冰川平均运动速度的5%;GF-1数据与Landsat 8数据在2015年—2016年时段内的冰川主冰流线运动速度变化趋势一致,两者的偏差均方根为7.41 m,小于冰川平均运动速度的5%。研究结果证明了国产高分一号卫星遥感数据在青藏高原山地冰川运动速度监测应用中的可行性。     

Landsat影像冰川提取的上下文感知语义分割网络法

针对冰川提取存在云阴影、山体阴影、结冰湖泊等同物异谱、同谱异物导致难以有效区分的问题,设计了一种用于冰川提取的上下文感知深度学习语义分割网络。首先引入resnet50作为基准编码网络,以实现冰川特征提取的精度和效率平衡,其次针对现有语义分割网络存在上下文信息学习不足方面,设计了包括空洞卷积组块和最大池化组块的上下文信息提取层,以便更好地提取冰川的上下文信息。选择多景样本数据和验证数据的多源遥感影像进行试验,与现有基于特征指数的冰川提取方法、其他深度学习语义分割网络方法进行定性和定量对比,结果表明本文网络方法在结冰湖面等误提取,阴影的漏提取,以及提取结果完整性等方面,具有较好的效果,验证了本文方法的有效性与稳健性。     

机载LiDAR和高光谱数据融合提取冰川雪线

以西藏那曲县境内的“中习一号”冰川为研究区,对2011年8月获取的机载激光雷达点云进行预处理和滤波分类,提取研究区数字高程模型(digital elevation model,DEM);将DEM数据分别与同期获取的机载高光谱栅格数据和提取出的冰川矢量数据进行三维地形模拟,利用DEM数据对高光谱最大似然法分类结果进行正射纠正,从而获取研究区的数字正射影像(digital orthophoto map,DOM);最后结合研究区DOM和机载点云数据提取“中习一号”冰川的雪线.结果表明:融合机载高光谱和机载激光雷达2种数据的优势,能更方便地提取出冰川雪线,而且能很好地显示雪线的高度.     

基于ALOS/PALSAR雷达干涉数据的中国西部山谷冰川冰流运动规律研究

中国西部山谷冰川相对于南极和格陵兰的冰川来说,一般规模较小,冰川周围地形变化大,冰流运动复杂,容易导致冰川表面的完全失相干,从而很难提取出山谷冰川的冰流速度.为了削弱常规干涉测量中时间和空间失相干问题对山谷冰川冰面运动速度提取的影响,采用2007-12-10和2008-01-25的一对时间间隔46 d的L波段ALOS/PALSAR雷达数据,利用两轨法差分干涉测量成功的获取了青藏高原冬克玛底冰川表面的冰流运动速度,并将所得结果与该地区利用1996年C波段的ERS tandem数据获取的结果进行了对比验证.研究表明对于中国西部无人区的山谷冰川来说,雷达差分干涉测量技术是获取其冰流运动规律的有效手段,另外,相同时间间隔的L波段SAR数据比C波段SAR数据在提取冰流运动信息方面更具优势.     

哨兵1号影像在南极触地线提取中的应用与分析

冰川触地线是内陆冰盖和漂浮冰架的分界线,其位置的准确界定对南极冰川物质平衡计算、冰川动力学建模、冰川变化和海平面变化研究具有重要意义。本文针对Sentinel-1A/B雷达影像数据在南极触地线大规模提取中的应用,基于2020年Sentinel-1A/B雷达影像数据,采用DDInSAR方法对南极触地线进行了大范围的提取,提取触地线约23 472 km,结合MEaSURE＿GL、MOA＿GL2009、MEaSUREs冰流速等数据对触地线提取结果进行综合分析。结果表明：利用DDInSAR方法和Sentinel-1A/B雷达影像数据可以实现对南极触地线长期、高效且较全面的提取,南极不同地区的触地线具有不同的变化特征,存在稳定、回退、前进、消失和冰升等多种变化现象。南极半岛和西南极可以完全应用6 d的Sentinel-1A/B雷达影像数据提取触地线,东南极大部分区域只能应用12 d的Sentinel-1A/B雷达影像数据提取触地线。潮汐运动的强弱影响触地线的提取质量,在西南极的强潮汐区域触地线提取质量较高,在东南极冰盖周围的弱潮汐区域触地线提取质量较差或者结果空缺。南极触地线的提取受冰流速影响较...     

Applicability of Landsat 8 data for characterizing glacier facies and supraglacial debris

The present work evaluates the applicability of operational land imager (OLI) and thermal infrared sensor (TIRS) on-board Landsat 8 satellite. We demonstrate an algorithm for automated mapping of glacier facies and supraglacial debris using data collected in blue, near infrared (NIR), short wave infrared (SWIR) and thermal infrared (TIR) bands. The reflectance properties in visible and NIR regions of OLI for various glacier facies are in contrast with those in SWIR region. Based on the premise that different surface types (snow, ice and debris) of a glacier should show distinct thermal regimes, the ‘at-satellite brightness temperature’ obtained using TIRS was used as a base layer for developing the algorithm. This base layer was enhanced and modified using contrasting reflectance properties of OLI bands. In addition to facies and debris cover characterization, another interesting outcome of this algorithm was extraction of crevasses on the glacier surface which were distinctly visible in output and classified images. The validity of this algorithm was checked using field data along a transect of the glacier acquired during the satellite pass over the study area. With slight scene-dependent threshold adjustments, this work can be replicated for mapping glacier facies and supraglacial debris in any alpine valley glacier.     

高山冰川遥感提取方法研究

遥感的应用使得对冰川大尺度全覆盖、多时相变化的监测成为可能,然而冰川信息遥感提取方法的误差大等难题成为影响冰川监测的障碍。本文综合分析比较了目前已有的多种冰川提取方法的有效性,得出提取冰川范围精度最高的是面向对象的目视判读方法,其次是最大似然法监督分类、面向对象的自动分类、比值阈值法、雪盖指数法等。各自动方法提取冰川面积均有较大误差,且误差主要出现在冰舌末端、阴影区、薄冰区和云层遮盖范围等区域。本文将面向对象的目视判读法应用于冰川提取中,在保证信息提取精度的同时提高了传统解译的效率。     

Glacier surface velocity estimation using SAR interferometry technique applying ascending and descending passes in Himalayas

In this study ascending and descending passes interferometric synthetic aperture radar (InSAR) techniques are used for glacier surface velocity estimation in the Himalaya. Single-track interferometric measurements are sensitive to only a single component of the three dimensional (3-D) velocity vectors. European Remote Sensing satellites (ERS-1/2) tandem mission data in ascending and descending tracks provide an opportunity to resolve the three velocity components under the assumption that glacier flow is parallel to its surface. Using the surface slope as an essential input in this technique the velocity pattern of Siachen glacier in Himalaya has been modelled. Glaciers in the Himalayan region maintain excellent coherence of SAR return signals in one-day temporal difference. As a result we could obtain spatially continuous surface velocity field with a precision of fraction of radar wavelength. The results covering the main course of glacier are analysed in terms of spatial and temporal variations. A maximum velocity of 43 cm/day has been observed in the upper middle portion of the glacier. This technique has been found accurate for monitoring the flow rates in this region, suggesting that routine monitoring of diurnal movement Himalayan glaciers would be immensely useful in the present day context of climate change.     

基于Landsat8 OLI遥感影像冰湖边界分类叠加提取

青藏高原特殊的地理及其气候环境适合冰湖变化研究。传统的方法由于受到冻湖、冰川以及山体的阴影的影响,提取冰湖边界时会出现大量的错分和误分。本文基于NDWI(Normalized Difference Water Index,水体指数法)、DEM(数字高程模型)、RGI(Randolph Glacier Inventory)6.0全球冰川编目数据提出针对不同状态下的冰湖边界提取的分类叠加提取方法。结果表明,分类叠加提取方法能够实现未结冰、半结冰以及全结冰三种状态下的冰湖边界提取,并且能减少冰川以及山体阴影的影响,使用该方法提取三种状态下的冰湖的错分和漏分误差均小于2%且Kappa系数均大于0.81。     

一种基于改进种子区域生长的农村房屋提取

利用遥感影像对房屋进行精确提取,可以为农村土地利用规划、居民点用地适宜性评价以及进一步开展居民点整治、快速提供基础地理空间数据等工作提供便利。以无人机影像为实验数据,本文利用一种基于改进的种子区域生长算法对房屋进行提取,该方法解决了传统算法的抗噪能力差以及需要事先确定种子数量和位置等问题。随后,运用阈值处理与数学形态学对分割结果进行进一步处理。实验结果表明,采用本文方法提取农村房屋精度较高。     

基于SAR偏移量跟踪法提取岗纳楼冰川流速

冰川动态变化监测有助于反映全球和区域气候演变,保护自然环境和自然资源。近年来,基于SAR数据研究冰川运动已成为主流技术之一。基于SAR提取冰川流速主要包括合成孔径雷达干涉测量、多孔径雷达干涉和偏移量追踪法。本文采用SAR偏移量追踪法中的强度追踪法,提取青海省哈拉湖东北部岗纳楼冰川沿距离向、方位向的冰川流速。试验结果表明,距离向冰川运动速度提取效果较好,最大流速达15.36 m/a,流速从中轴向两侧递减,在冰舌末端趋于0;方位向提取的冰流速最大达18.27 m/a,但因电离层干扰,方位向流速图中存在一些方位向条纹。此外,由于冰流速在方位向分量小等因素的影响,本文研究提取的方位向流速精度低于距离向。     

控制点布设对冰川区无人机摄影测量精度的影响

冰川监测是冰冻圈科学研究中的一项重要基础内容,获取高质量冰川DEM和DOM数据是研究的基础。随着无人机技术的兴起,给冰川监测提供了全新的技术手段,然而冰川区开展无人机摄影测量时,地面控制点的布设与测量成为能否获取高精度数据产品的关键,而山地冰川往往伴随着地形复杂,行走困难,野外实地测量难以全面实施等不利因素。本研究中以位于祁连山西段大雪山地区的老虎沟12号冰川末端部分为研究区域,设计实施了多种控制点布设方案,使用低空微型无人机飞行3个架次,获取研究区航摄影像。通过对比控制点在不同分布情况及数量情况下,DEM和DOM数据检查点的精度,评价不同控制点布设方案的可行性。对比结果显示,在航飞过程中使用单格网模式即可获取高精度的影像数据;实施地面控制作业时,使用5—7个控制点均匀分布在测量区即可获取较高精度的图像数据;当冰川区不能满足均匀布设控制点时,可沿冰川主流线布设足够数量的控制点,所得图像精度也可以满足冰川学研究要求;若只能在冰川中下部或者中上部布设控制点,则控制点应覆盖冰面起伏较大的区域。     

高山冰川多时相多角度遥感信息提取方法

提出一种多角度遥感影像的冰川信息提取方法。通过"全域—局部"的阈值分割方法获取短时期内不同时相的遥感影像的冰雪边界,结合地形信息和多时相遥感影像的太阳角度信息,联合消除山体阴影对冰川的遮挡,并以多期影像的最小冰雪边界作为最佳冰川边界。以托木尔峰西侧冰川为研究对象,采用2009—2010年4个时相的遥感影像提取冰川信息。结果表明多角度遥感提取的冰川边界效果好,能有效地排除积雪与山体阴影的干扰。