高分三号山地冰川表面运动提取与分析

冰川表面运动提取在冰川动力学与物质平衡变化研究中具有重要意义。针对当前我国自主遥感卫星数据在冰川运动监测应用中存在的不足,选用GF-3卫星FSI模式下获取的2019—2020年间覆盖亚洲高山区典型冰川的SAR数据,借助并行化偏移量跟踪算法获取了研究区冰川表面流速分布。研究结果表明：优化后的偏移量跟踪算法极大地提高了运行效率;全局形变拟合估计、地形偏差校正及滤波降噪后,冰川运动分布形态更加直观,精度可达0.5 m;通过与准同期Landsat-8影像提取的冰川流速对比以及对非冰川区位移残差的统计分析,验证了GF-3影像在监测不同区域冰川流速结果方面的可靠性及适用性;GF-3影像凭借其良好的空间分辨率,在规模较小、运动缓慢的冰川运动提取方面具有显著的优势,能够更好地体现冰川运动细节信息及其差异性。该研究有助于分析气候变化背景下青藏高原地区冰川的运动规律及其时空演变特征。     

光学遥感影像的山地冰川运动速度分析方法

山地冰川随着地形、气候变化等因素不断运动,及时准确的获取冰川运动速度是研究山地冰川特性以及冰川灾害预警的重要组成部分.将光学影像相关技术应用于冰川的运动监测,并在运算中提出了"移动格网"方法.选用相同区域时间序列影像,一幅影像上用格网分割冰川区域,每个小单元格在另一幅影像上根据冰川表面纹理特征进行相关分析,取相关性最大的对应单元格作为变化后的位置,两幅图像由单元格位移量计算运动速度.影像上格网逐步移动,直至完成整个冰川区域的速度解算.选用天山区域一块冰川间隔10a的光学影像,对方法进行了验证.     

基于Landsat-7ETM+SLC-OFF影像的山地冰川流速提取与评估——以Karakoram锡亚琴冰川为例

Landsat-7机载扫描行校正器（Scan Line Corrector,SLC）失效后的ETM+影像（SLC-OFF影像）约有22%的数据缺失,严重限制了该影像在冰川研究中的应用,特别对长期缺乏高质量遥感影像的高亚洲地区冰川运动连续监测产生较大影响。以Karakoram 中部最大的锡亚琴冰川为例,初步评估了Landsat-7 ETM+SLC-OFF影像在山地冰川表面流速提取方面的适用性和可行性。选取2009年和2010年两景SLC-OFF影像,运用局部直方图匹配法（Local Linear Histogram Match,LLHM）和加权线性回归法（Weighted Liner Regression,WLR）修复缺失数据条带,并利用亚像元互相关方法对修复后两景影像进行冰川表面流速估算。结果表明,LLHM和WLR两种方法均能有效修复冰川区Landsat-7 SLC-OFF影像,其冰流估算结果与同期Landsat-5TM 影像的冰流结果较为一致,三者冰流速估算精度分别为±5.9m ·a^-1、±6.3m ·a^-1和±4.0m ·a^-1,验证了Landsat-7 SLC-OFF 影像在山地冰川流速监测中的应用潜力。     

纹理特征辅助的S AR影像冰川识别

青藏高原的冰川监测对气候变化研究有着重要的意义,通过遥感图像可以大范围长时间的监测冰川的变化,识别冰川边界是研究的重点。为了研究SAR影像纹理特征在冰川识别中的作用,以喀喇昆仑山地区的克勒青河上游为研究区,利用2018年Sentinel-1A数据进行干涉处理得到相干系数,然后基于相干系数提取了均值、方差、同质性、反差、相异性、熵、相关性共7种纹理特征,并对不同纹理特征组合之间的提取效果进行了比较。结果表明VV极化方式下均值、方差、同质性、相异性的特征组合冰川识别效果最好。据此提取了克勒青河上游区域的冰川边界,最高精度达到91.36%,该方法明显优于基于相干系数图的阈值分割法和基于光学影像的波段比值法,冰川识别精度提高了约2%。     

西昆仑山崇测冰川区多源遥感影像的冰川信息提取方法研究

冰雪独有的性质与特性使得基于遥感影像对其进行信息提取成为可能,如何进行精准的冰雪信息提取是冰雪时空变化研究的关键和基本要求。利用多源遥感影像（TM、IRS-P5和SAR）对西昆仑山崇测冰川区的冰川进行信息提取,采用不同分类方法和数据融合方法,分别针对光学影像和微波影像进行处理,提取冰川信息并进行比较分析。结果表明：面向对象分类方法是最优的冰川信息提取方法;图像融合处理有助于提高冰川信息的提取精度,特别是多光谱和高分辨率图像融合后再分类,提取效果更为理想。     

利用DEM进行多山地区星载SAR影像的正射校正

较为平坦地区的原始SAR影像简单采用二维变换函数(如多项式)即能满足精度要求，但在多山地区星载SAR影像的主要几何误差是由于地面高差引起的像点位移，用简单的多项式无法改正这项误差。以西藏墨托实验区为例，选取一定数量的控制点对，利用已有的数字高程模型(DEM)进行三维构像建立SAR影像的模拟影像，再利用模拟的SAR影像对原始的SAR图像进行正射校正。处理试验表明，利用DEM正射校正后的影像与地形图的匹配程度，比仅采用多项式选取地面控制点(GCP)进行校正的匹配程度有明显改善。     

东南极达尔克冰川表面运动速度特征研究

2007-2012年,在东南极达尔克冰川实施了18期空间方向交会观测,解算得到了冰川的运动规律:其整体平均运动速度为0.41 m·d^-1,平均流向的方位角为7.01°;总的来说,其冬季和夏季的流速基本相当,但冰川前缘附近的运动在冬季显得更为活跃;冰川横截面上从边缘到中心,流速逐渐增大,流速最大的点出现在冰川中轴线上,流速最小的点则出现在边界附近;沿冰川流动方向,从上游至入海口,流速亦逐渐增大,冰川前缘流速最大,此处有较多的冰裂缝发育.与之前的遥感研究结果相比较,冰川运动比较稳定,流速未发现显著变化.     

简单地形地貌区优化无人机航测空三的一种方法

在简单地形地貌区域进行无人机航空摄影,使用专业软件进行空三解算,对空三结果出现不合格现象进行分析,通过补测多比例尺航空影像进行联合空三解算,优化空三结果,提高三维模型精度,满足无人机航测在大比例尺地形图测绘中的精度要求。     

基于时间序列Insar的黄土高原城镇滑坡识别研究

在黄土高原城镇灾害调查的基础上,利用时间序列In SAR技术对绥德县城区的地表形变进行监测,通过影像裁剪、影像配准、地形相位估计、差分干涉、高相干点选取、相位解缠、变形提取和误差估计等数据处理手段,获取黄土高原重要城镇时间序列PS点,利用PS点的变形速率值来圈定潜在滑坡区;通过野外考察,证明时间序列In SAR技术可用于黄土高原区滑坡识别,且准确度较好,能为城镇地质灾害风险防控提供科学依据。     

联合时序InSAR和光学遥感解译的大雪山南段石冰川编目与分布特征分析

石冰川是一种发育在高寒山区的典型冰缘地貌,其发育、分布和运动特征对高山多年冻土的状态和演化具有指示性意义。针对光学遥感影像解译难以定量判定石冰川活动状态的难题,本文联合时序合成孔径雷达干涉测量和光学遥感影像地貌解译进行石冰川探测和识别,在大雪山南段编目了860条石冰川,并统计了其关键地貌和活动参数。结果显示,研究区内石冰川由南向北分布逐渐集中,表明区域北部冰缘环境更有利于石冰川的发育;区域内石冰川发育的海拔范围在3 638～5 107 m之间,74%石冰川朝向西、西北、北、东北方向发育;97%石冰川的年均形变速率小于100 mm·a^-1,并且北部区域石冰川的活动性相较于其他区域更强。基于石冰川面积与含冰量之间的经验关系模型,初步估计研究区石冰川储水量为0.963～1.445 km³。本文研究成果可为进一步开展青藏高原东南缘石冰川的时空演化规律、水文和灾害效应提供重要基础数据。     

Monitoring Muztagh Kuksai glacier surface velocity with L-band SAR data in southwestern Xinjiang, China

This study presents the results of measuring surface velocity fields of alpine glaciers with multi-temporal ALOS/PALSAR synthetic aperture radar (SAR) data using the normalized cross-correlation technique. The main limitations of spaceborne optical data and interferometric SAR for retrieving reliable interferometric product are firstly discussed. Next, an efficient method of deriving surface velocity with spaceborne SAR system using the intensity-tracking method based on the cross-correlation optimization is expounded. This method is an invaluable alternative way of estimating the glacier surface field when the differential SAR interferometry is limited by the loss of coherence and can also overcome the drawback of the lack of available optical data in alpine glacier areas. The method was successfully applied in the region of the Muztagh Kuksai Glacier using ALOS/PALSAR L-band data with 44 days temporal separation. The glacier surface velocity fields were obtained for two different time intervals (14 January to 11 March 2009 and 1 September to 17 October 2009). The accuracy of the method was estimated from the residual value in the non-glacier area, which is often used to evaluate the performance of the approach for monitoring the glacier surface velocity. Finally the distribution maps of the surface velocity fields on the Muztagh Kuksai Glacier were retrieved with an accuracy of 0.3 m (SD 0.2 m) using L-band spaceborne SAR data. The results show that overall average velocity for 1 September to 17 October in 2009 is about 11 % faster than that for 14 January to 11 March in 2009. It is concluded that the potential of monitoring the long-term evolution of glaciers with SAR data should be emphasized.     

Analyzing Yengisogat Glacier surface velocities with ALOS PALSAR data feature tracking, Karakoram, China

Little is known about the detailed behavior of glaciers in the Karakoram Mountains. Advanced land observing satellite (ALOS) phased array type L-band synthetic aperture radar (PALSAR) data were used to obtain the surface velocity of the Yengisogat Glacier in the Karakoram Mountains. Four ALOS PALSAR data sets with 46?days temporal baseline acquired from 2007 to 2009 covered all four seasons and were used to extract the offset fields and estimate annual average surface velocity based on seasonal velocities. For the ALOS PALSAR data the synthetic aperture radar (SAR) feature-tracking procedures within the GAMMA software were utilized instead of SAR interferometry because of low coherence in case of fast-moving glaciers or large time intervals between the image acquisitions. The accuracy of the measurements is discussed, and the measurements were consistent with previous results from optical imagery feature tracking. It was revealed that the south tributaries contributed to the main flow of the glacier, with the glacier surface velocities of the south tributaries moving more rapidly than the north tributaries. This was mainly attributed to the effect of the glacier??s aspect in the glacier long-term development point of view. Seasonal and spatial variations of the glacier surface velocity imply that the tributary South Skamri Glacier is probably surging. This has previously been mentioned by some researchers such as Copland et al. The Equilibrium Line Altitude was found to be at about 5,000?m a.s.l for south tributaries, estimated from the surface velocity distribution along the glacier centerline.     

面向对象-改进冰雪指数法消除冰湖干扰提取冰川边界的优越性分析——以各拉丹冬冰川为例

冰川作为气候变化的重要指标器,其范围监测对区域生态环境以及人类社会生活具有重要意义。目前基于遥感技术的冰川范围监测应用广泛,然而传统遥感监测方法中冰雪指数阈值法的提取结果存在无法区分冰川与冰湖的现象,面向对象分类法受地物光谱纹理信息限制无法避免同谱异物现象的出现。为弥补上述不足,提出一种可区分冰湖与冰川的改进冰雪指数,并将其融入面向对象分类法中,构建了一种面向对象-改进冰雪指数法。将各拉丹冬冰川作为试验区（该地区冰川表面洁净）,运用面向对象-改进冰雪指数法识别冰川边界,使用青藏高原冰川数据产品及常规遥感监测方法的提取结果作为参考数据,以验证此方法的有效性和稳健性。结果表明：面向对象-改进冰雪指数法综合了改进冰雪指数阈值法以及面向对象分类法的优点,冰川范围提取精度高达97.26%,与冰雪指数阈值提取结果相比精度提高了0.12%,与面向对象分类法提取结果相比精度提高了0.38%。此方法不仅有效地解决了地物错分的问题,还实现了冰川边界的精确识别。     

基于SAR影像的喜马拉雅山珠穆朗玛峰地区冰川运动速度特征及其影响因素分析

合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)具有其全天候、全天时、穿云透雾的工作能力, 广泛应用于山地冰川动态监测中. 利用2006年6-9月三期ALOS/PALSAR雷达影像, 采用偏移量跟踪技术, 提取了喜马拉雅山珠穆朗玛峰(珠峰)区域的冰川运动速度, 分析了区域内冰川运动速度空间差异及其影响因素. 结果表明: 研究区31条山谷冰川平均运动速度为9.3 cm·d^-1, 总体上以珠峰-洛子峰南北向山脊线为界限, 东侧和东南侧冰川日均运动速度(11.1 cm·d^-1)普遍高于北部和西北部冰川日均运动速度(5.4 cm·d^-1). 冰川消融区非表碛区冰川平均运动速度为表碛覆盖区平均运动速度的2.2倍, 冰面湖的发育在一定程度上加剧冰川运动速度波动. 在气候与非气候因子共同作用和相互间的此消彼长中, 研究区65%的冰川的运动速度自中值高度往下显著减小, 16%的冰川自中值高度往下呈显著增大趋势, 19%冰川消融区运动速度无显著变化趋势.     

基于遥感的冰川信息提取方法研究进展

对冰川监测中常用的遥感卫星、 传感器及冰川信息提取方法等进行了综合评价, 常规方法中普遍认为比值法的精度最高, 新产生的面向对象分类和雷达干涉测量方法虽一定程度上提高了冰川提取精度, 但冰碛物仍是自动识别的难点. 针对表碛覆盖冰川虽发展了一些自动、 半自动的方法, 但这些方法还不够成熟、 不具有通用性. 积雪、 冰碛物和地面验证仍是冰川自动提取存在的重要问题, 发展更先进、 更成熟的方法是冰川研究的重要方向, 未来可以尝试采用粗糙集理论及ICESAT卫星波形提高冰川信息提取的精度.     

Estimation and analysis of the surface velocity field of mountain glaciers in Muztag Ata using satellite SAR data

Muztag Ata is a mountain known as the “Father of glaciers” in the west of China. However, its glacier flow pattern has never been studied. In this paper, the velocity of mountain glaciers on Muztag Ata is mapped by two methods (InSAR and offset-tacking) using SAR data. This map provides a detailed view of the features of glacier motion on Muztag Ata. A special effort was also made to assess the accuracy of the glacier velocity estimates. To ensure the accuracy of the derived results, the validation of the results was conducted over two glaciers (Saliymek Glacier and Kuksay Glacier). The two methods yielded similar results that agree well with each other. The patterns of glacier velocity on Muztag Ata suggest that mountain topography, westerly winds and the monsoon have a strong influence. Our results show that motion of glaciers in the southern and western regions of Muztag Ata is faster than that in the northern and eastern regions. Eleven glaciers were identified, along which glacier velocities exhibited distinctive behavior in terms of the spatial variability of the glacier motion. The occurrence of the local flow maxima and minima at consistent locations over different parts of different glaciers suggests that the subglacial topography, glacier size and glacier orientation affect the overall flow patterns. The velocities are very low in the surface debris cover of some glaciers, which suggests debris cover has an impact on glacier motion.     

川藏交通廊道林波段冰川泥石流发育动态演化分析及监测预警方案

川藏交通廊道沿线山高谷深,地层岩性多变,新构造运动活跃,气候恶劣复杂,导致滑坡、崩塌、泥石流、冰湖溃决洪水等灾害极其发育,对铁路施工及运营带来严重影响.林芝-波密段就是典型地质灾害高发区域,常年受到冰川泥石流的影响,是川藏交通廊道重大灾害防治的难点区段.虽然目前在单沟尺度上对冰川泥石流的形成条件、影响因素、物源性质取得了一定的认识,但对于川藏交通廊道沿线不同类型的冰川泥石流诱发因素、区域发展演化规律及灾变指标的研究还较为初步,尚未构建完善的监测预警体系.借助多源长时序遥感影像、气象监测数据,结合野外实地验证和历史数据分析发现:川藏交通廊道周边区域冰川泥石流沟谷共99条,主要分布于恰青冰川-易贡乡、加拉贝垒-南迦巴瓦峰和古乡沟-嘎隆寺冰川一带;过去40年冰川经历了复杂的流动速度变化,表现为较小高海拔悬冰川活动性增强,大型沟谷冰川活动性减弱;自1973年以来,研究区冰川泥石流呈现频率增高、规模增大的特征.此外,从冰川泥石流发育沟道比降来看,发生高陡地形的滑坡、冰-岩崩诱发的泥石流频率增加.未来,冰川持续退缩,促使冰川源区冰瀑消失,发育更大规模的悬冰川,会增加这类冰川泥石流的风险;冰川泥石流形成及演化过程具有明显的灾变指标,如悬冰川裂隙密度增加、冰川速度增强、冰湖面积快速增加等.因此,基于以上认识,建议针对不同类型的冰川泥石流地建立完善的监测预警指标,并提出了融合卫星、航空遥感平台,气象、水文地面监测平台,地震动监测平台的冰川泥石流“空-天-地”立体监测框架,针对不同类型冰川泥石流进行灾变信息监测与预警判识,为川藏交通廊道安全施工运营提供技术参考.