基于块克里金的土壤水分点观测向像元尺度的尺度上推研究

土壤水分是陆面水文过程的一个重要分量,土壤水分的地面点观测与卫星观测的尺度是不匹配的,用点观测数据进行遥感反演结果的验证或者融合这两种观测都需要开展点观测数据向卫星像元尺度的尺度上推研究.土壤水分时空异质性的分析和描述是进行尺度上推的基础,地统计方法是描述连续随机变量空间结构的经典方法.应用块克里金法分别将黑河寒区遥感试验阿柔试验区2008年4月1日与L波段微波辐射计同步的地面液态含水量和含冰量点观测数据经过尺度转换,得到与遥感像元相匹配的像元平均估计值和标准差,可用于该天L波段微波辐射计土壤液态含水量和含冰量反演结果的真实性检验,估计结果充分利用了像元临近位置的观测,得到了比直接的采样平均更合理的块估计结果,对块克里金估计值与采样平均值进行比较,发现两种结果趋势是一致的,块克里金法提供了更为合理的块估计结果,土壤水分空间结构的时间变异、小尺度的土壤特性的变化和测量误差都会对估计结果带来一定的不确定性.     

黑河流域遥感—地面观测同步试验：科学目标与试验方案

介绍了黑河流域遥感-地面观测同步试验的科学背景、科学问题、研究目标以及观测试验方案和观测系统布置.总体目标是,开展航空-卫星遥感与地面观测同步试验,为发展流域科学积累基础数据;发展能够融合多源遥感观测的流域尺度陆面数据同化系统,为实现卫星遥感对流域的动态监测提供方法和范例.以具备鲜明的高寒与干旱区伴生为主要特征的黑河流域为试验区,以水循环为主要研究对象,利用航空遥感、卫星遥感、地面雷达、水文气象观测、通量观测、生态监测等相关设备,开展航空、卫星和地面配合的大型观测试验,精细观测干旱区内陆河流域高山冰雪和冻土带、山区水源涵养林带、中游人工绿洲及天然荒漠绿洲带的水循环和生态过程的各个分量;并且以航空遥感为桥梁,通过高精度的真实性验证,发展尺度转换方法,改善从卫星遥感资料反演和间接估计水循环各分量及与之密切联系的生态和其他地表过程分量的模型和算法.由寒区水文试验、森林水文试验和干旱区水文试验,以及一个集成研究--模拟平台和数据平台建设组成.拟观测的变量划分为5大类,分别是水文与生态变量、驱动数据、植被参数、土壤参数和空气动力参数.同步试验在流域尺度、重点试验区、加密观测区和观测小区4个尺度上展开.布置了加密的地面同步观测、通量和气象水文观测、降雨、径流及其他水文要素观测网络;使用了5类机载遥感传感器,分别是微波辐射计、激光雷达、高光谱成像仪、热红外成像仪和多光谱CCD相机;获取了丰富的可见光/近红外、热红外、主被动微波、激光雷达等卫星数据.     

黑河流域上游寒区水文遥感-地面同步观测试验

介绍了黑河流域上游寒区水文遥感-地而同步观测试验,论述了试验目标与研究内容、试验区的选择设计以及寒区水文长期观测试验.上游试验以理解寒区水文过程、提高寒区定量遥感水平为主旨,以积雪和冻土为主要研究对象,开展了微波辐射计、高光谱成像仪航空遥感和地面同步观测,并选择典型小流域进行长期寒区水文过程观测与研究.试验集中在冰沟积雪小流域、阿柔草场和扁都口裸露耕地3个不蚓地表覆盖区,以积雪和冻土变量与参数的测量为主.同步试验在流域尺度、重点试验区、加密观测区和观测小区4个尺度上展开,分别布置了加密的地面同步观测、通量和气象水文观测、降雨、径流及其它水文要素观测网络;航空飞行传感器分别采用微波辐射计、高光谱成像仪、热红外成像仪和多光谱CCD相机,收集获取了试验区丰富的可见光/近红外、热红外、主被动微波等卫星数据.通过试验,初步构建了上游寒区航空-卫星-地面综合数据集,可以应用于改进和验证寒区陆面/水文过程模型.     

植被覆盖度遥感估算研究进展

植被覆盖度是刻画地表植被覆盖的重要参数,在全球变化研究、地表过程模拟和水文生态模型中发挥着重要作用.遥感能够反映不同空间尺度的植被覆盖信息及其变化趋势,是获取区域及全球植被覆盖度参数的一个重要手段.综合分析了用于植被覆盖度估算的遥感数据源,包括高光谱数据、多光谱数据、微波数据和激光雷达数据.而且分析了各种常用的植被覆盖度遥感估算方法及其优缺点,并评价了现有基于遥感数据的植被覆盖度产品及存在问题.最后,针对目前研究中存在的问题,讨论了植被覆盖度遥感估算研究的发展趋势,指出高时空分辨率长时间序列的全球植被覆盖度数据集、多源遥感数据融合和同化技术是未来植被覆盖度遥感估算研究的主要方向.     

地表温度和地表辐射温度差值分析

依据实验数据,研究利用标准黑体源对红外辐射计测定值进行标定的方法;分析天空比辐射率的变化特性;计算天空环境辐射,与长波辐射计测定值进行比较;推算考虑天空环境辐射和地表比辐射率后的地表温度,研究地表温度与地表辐射温度的差值。结果表明：①地表辐射温度未经标准黑体源标定与标定后的差值绝对值在0.1～1℃之间;②天空比辐射率的变化范围为0.75～0.85,不同下垫面天空比辐射率日变化趋势非常一致;③用空气温湿度计算的天空环境辐射与长波辐射计测定值的差值较小,相对误差平均为3.1%,但是天空37°热红外辐射计观测值与长波辐射计测定值差值较大,相对误差平均值达到38.1%;④地表温度高于地表辐射温度,差值在0.2～1.5℃之间。     

全球LAI地面验证方法及验证数据综述

叶面积指数(LAI)的地面验证是LAI反演算法研究及LAI产品验证的重要部分。近年来,为了验证遥感参数产品以及对大气、地表的系统性研究,国际上在全球主要大洲开展了多个针对主要植被类型的大型观测项目,逐渐形成了较完善的地面采样框架与全球尺度不同植被类型的地面验证数据集。国内外已开展的大型观测项目采用的采样框架对以后观测试验中LAI的地面验证框架的制定与研究具有重要的借鉴意义,同时,已观测到的全球LAI地面验证数据集是开展全球LAI算法及产品验证的基础数据集,因此,有必要对目前全球LAI地面验证方法及验证数据情况做个综述。首先综述全球主要LAI地面观测项目及其所采用的地面验证框架。在此基础上,分析比较各大观测项目中所采用的地面测量方法、采样方法及像元真值估算方法。最后,指出全球LAI产品地面验证中存在的不足,并对尚需进一步研究的方向进行展望。     

黑河流域遥感-地面观测同步试验:森林水文和中游干旱区水文试验

主要介绍了黑河流域遥感—地面观测同步试验(Watershed Allied Telemetry Experimental Research,WATER)的第二阶段,即以森林水文过程及中游干旱区生态水文过程为主要目标的中游试验。简要阐述了试验目标与研究内容,重点介绍了航空飞行试验、地面同步试验和加密观测试验的样方布置、数据获取与处理以及研究进展与展望。中游试验的核心研究内容是紧密围绕森林水文及中游干旱区水文的水循环问题开展航空遥感、地面同步观测试验和水文与生态参数加密观测试验,改善蒸散发反演模型和算法,探讨尺度转换方法。其中航空试验使用了微波辐射计、激光雷达(LiDAR)、高光谱成像仪、热红外成像仪和多光谱CCD相机5类传感器,飞行了17个架次和72个小时。     

典型地物波谱知识库建库与波谱服务的若干问题

地物波谱知识库的建立旨在满足应用需求。为达到数据的共享,波谱知识库应对遥感实验测量的波谱数据和相关信息如观测规范、实验环境有清楚的说明,即要有完备的元数据让用户知道波谱知识库中是什么样的数据。为弥补地面测量数据与用户需要数据的时间空间尺度差异,用于外延观测数据的遥感物理模型必不可少;这要求收集分析遥感物理模型,评价其适用条件并创建模型元数据,使用户了解在其工作条件下有何适用的模型,模型的依据是什么;同时波谱库使用遥感物理解析模型和计算机模拟模型完成植被参数的时间扩展和沿叶片-冠层-像元 3个层次的观测尺度空间扩展,从而产生像元尺度可见光到热红外波段的参考波谱。为实现因特网上的波谱知识共享,需要研究如何组织波谱数据和模型,让用户方便地远程检索实测的典型地物波谱数据,并可以实时获取由遥感物理模型外延的波谱数据。从上述 3个方面归纳了波谱库建设和服务需要解决的 6个问题。     

水平和垂直尺度乔、灌、草覆盖度遥感提取研究进展

植被覆盖及其变化是区域生态系统环境变化的重要指示,而植被覆盖度是植物群落覆盖地表状况的一个综合量化指标,是生态模型、碳循环、水循环模型等的重要特征参量。传统的植被覆盖度是指一定尺度下所有植被(乔、灌、草)覆盖的综合反映值,当考虑植被垂直方向的异质性,垂直尺度的乔、灌、草覆盖度提取为定量化准确衡量生态环境、全球气候变化等领域提供更具有生态意义的植被参量。目前,遥感大面积估算水平尺度乔、灌、草覆盖度已有比较成熟和可靠的算法,主要方法有：植被指数法、回归分析法、分类决策树法、神经网络法、像元分解模型法、物理模型反演法等,其估算精度基本能达到应用要求。植被垂直方向的异质性给垂直尺度乔、灌、草覆盖度遥感提取带来较大挑战,垂直尺度上的乔、灌、草覆盖度遥感提取的研究在欧美等国已经有了一定规模的开展,在国内则处于起步阶段。遥感提取垂直尺度乔、灌、草覆盖度的主要手段有：激光雷达（LIDAR）、多角度遥感以及两层结构冠层反射模型反演。综述了水平尺度和垂直尺度上乔、灌、草覆盖度遥感提取的最新进展,比较和分析主要的遥感提取方法、模型和现存的一些问题,并对未来的研究发展趋势进行了展望。     

红外辐射在雨中的衰减

利用红外光谱辐射计在大气窗口对连续性降水的红外辐射衰减作了测量，结果表明雨对光的衰减与降雨强度密切相关，根据测量结果得到了红外辐射在雨中衰减的定量关系式。并利用Ｍａｒｓｈａｌ－Ｐａｌｍｅｒ雨滴尺度谱分布，计算了红外辐射在雨中的衰减，考虑雨的前向散射修正后，计算结果与测量结果符合得较好     

基于计算机视觉的地形3D重建

构造3D地形模型有很多种方法．本文提出一种用数码相机获得的未标定照片获取三维地形模型的简单方法．这种方法仅需要从两幅或多幅照片中选取对应点,根据这些对应点,求出基本矩阵,摄像机矩阵,进而进行三维地形表面的估计,实验结果及算法分析表明,本文提出的特征匹配算法精确度较高,实现地形重建方法切实可行,生成的模型可视效果较好。     

Hillslope Topography from Unconstrained Photographs

Quantifications of Earth surface topography are essential for modeling the connections between physical and chemical processes of erosion and the shape of the landscape. Enormous investments are made in developing and testing process-based landscape evolution models. These models may never be applied to real topography because of the difficulties in obtaining high-resolution (1–2 m) topographic data in the form of digital elevation models (DEMs). Here we present a simple methodology to extract the high-resolution three-dimensional topographic surface from photographs taken with a hand-held camera with no constraints imposed on the camera positions or field survey. This technique requires only the selection of corresponding points in three or more photographs. From these corresponding points the unknown camera positions and surface topography are simultaneously estimated. We compare results from surface reconstructions estimated from high-resolution survey data from field sites in the Oregon Coast Range and northern California to verify our technique. Our most rigorous test of the algorithms presented here is from the soil-mantled hillslopes of the Santa Cruz marine terrace sequence. Results from three unconstrained photographs yield an estimated surface, with errors on the order of 1 m, that compares well with high-resolution GPS survey data and can be used as an input DEM in process-based landscape evolution modeling.     

大埋深高地应力关山隧道围岩变形破坏分析

甘肃省关山隧道是一条受高地应力影响的大埋深硬脆性闪长岩铁路隧道,位于青藏高原东北缘,构造活跃,运动速率较大,且方向变化显著的六盘山挤压隆升构造区。在隧道开挖过程中围岩变形破坏现象明显,围岩等级低于前期岩体质量分级,表现出强烈的岩体质量劣化和各向异性。针对该问题,除了采用矿物成分和微结构分析寻找原因,还通过现场结构面统计分析对围岩质量劣化和各向异性进行描述,同时运用自行研发的钻孔电视进一步分析开挖前后一定时间间隔内围岩的渐进式变形和破坏。钻孔电视试验结果表明,尽管闪长岩作为一种硬脆性岩体,单轴抗压强度（UCS）高于现场地应力值,但其变形和破坏却普遍发生,开挖过程中新生裂隙迅速发育,原先在高地应力下闭合的裂隙也会重新张开和发展,围岩劣化,稳定性降低。为了进一步分析围岩的变形破坏过程,设计了变压力大小和方向的单轴抗压试验,试验中闪长岩的单轴压力值低于单轴抗压强度,试验结果与钻孔电视试验观测结果吻合,证明了在开挖引起的地应力剧烈变化条件下硬脆性闪长岩结构劣化,存在变形破坏的可能性。在大埋深高地应力条件下,除了岩体的各向异性,地应力的变化也是硬脆性围岩稳定性的重要考量因素。     

Relationship in metastasis of coal fire and land use/cover using thermal imagery and support vector machine classifier

The objective of the present study was to delineate temporal and spatial changes in the coal fire and land use/cover within Bastacolla area of Jharia coal field. Studying this variation helped to decipher interconnection among the dynamics of the coal fire and concomitant changes in land use/cover. The detection of coal fires during a span of 14 years along with transitioning land use/cover was cost-effective and enabled planning for management of coal resources and environment. Landsat series of satellite data of 2002, 2009, 2013, and 2016 were processed for generating land surface temperature profiles vis-a-vis classified land use/cover of the study area. A single cut-off temperature was derived for mapping of coal fires using land surface temperature profile from 2002 to 2016. The satellite images were classified using support vector machines, and for depicting land use/cover change, post-classification change detection was done. Classification accuracy obtained was excellent with kappa coefficient ranging from 0.897 for classified image of 2002 to 0.799 for classified image of 2016. Results revealed that coal fires had shifted to the central west part of the area. Furthermore, pockets of coal fire from northern and eastern part of the study area have diminished. OB dumps and coal quarry/coal dump may be attributed towards the spatial change in coal fire while; OB dumps showed connotation with the highest temperature zones. Ground verifications for temperature profiles and coal fires were carried out using thermal camera which enunciated good agreement with results.     

Detection and delineation of coal mine fire in Jharia coal field,India using geophysical approach: A case study

Coal mine fire is a serious problem in Jharia coal field, India. The coal mine fire can be detected with different techniques such as borehole temperature measurement, thermo-compositional analysis, remote sensing techniques, thermo-graphic measurement and geophysical methods. In this study, various geophysical methods were used to detect the surface and subsurface coal mine fires. Geophysical techniques used in the present study are apparent resistivity, self-potential (SP), magnetic method and thermography. Geophysical anomalies such as low SP value of \(-60\hbox { mV}\), high negative magnetic response and low apparent resistivity value helped us to detect and delineate the fire and non-fire areas laterally as well as depthwise. Furthermore, the thermography survey was carried out in the coal field using thermal imaging camera in order to substantiate the geophysical methods. This integrated approach was found to be more advantageous for the detection and delineation of surface and subsurface fire with respect to use of any specific techniques. Moreover, the level of threat towards the locality, national railway line was also assessed unambiguously using the above techniques. Hence, proper planning and implementation towards the mitigation of hazard can be achieved on the basis of the reported results.     

遥感技术支持下的喀斯特地区生态环境状况初步研究

本文依靠GIS与遥感处理软件（ENVI为主要工具）对TM影像进行处理，并结合GPS仪与摄影摄像资料的使用，通过大量的野外实地调查采样，对工作区土地类型进行了分析研究，并划分了生态土地类型。     

An android intelligent mobile terminal application: field data survey system for forest fires

In order to meet the requirements of data collection in field survey of forest fires, this paper designed and realized a data collection system for forest fire field survey based on mobile smart phones with Android system. This android intelligent mobile terminal application contains three main data collection functions which are forest fuel data collection, forest fire events survey data collection and wildfire experiment data collection. Moreover, this intelligent mobile terminal application could overlay the spatial location of the collected data and Google map, which can facilitate users to understand the surrounding environment of the collected location. The intelligent mobile terminal application can easily record the text and numeric data when collecting forest fire data in field. Spatial locations, pictures, videos and other multimedia information can also be obtained by GPS and camera with the intelligent terminal. The system has been initially applied in the field works and obtained very good practical effect.     

基于单目视觉的钻杆位姿识别技术研究

钻杆自动装卸技术作为智能钻探装备领域的关键技术,制约着煤矿井下钻探装备的自动化和智能化发展,现有钻杆自动装卸系统主要依靠机械结构和接近开关进行定位,存在定位精度差自动化程度低的问题。针对此问题,提出一种基于单目视觉技术的钻杆位姿识别算法,利用摄像机拍摄含有合作目标的图像,解算摄像机与合作目标之间的相对距离和姿态,通过固定坐标变换,推导钻杆相对于机械手的位姿,引导机械手进行钻杆自动装卸。首先,确定系统总体方案,利用小孔成像原理和张正友标定法建立摄像机成像数学模型,求解摄像机内外参数;然后,使用棋盘格标定板作为被测钻杆的合作目标,根据小孔成像模型和空间成像关系,建立空间任意平面的单目测距模型,计算得到相机光心与合作目标点的距离;最后,通过摄像机成像模型得出合作目标的姿态矩阵,结合摄像机内外参数,经坐标转换求解得到合作目标在世界坐标系中的姿态矩阵,再通过固定坐标变换完成钻杆位姿识别。为验证算法准确性,在室内进行了钻杆位姿识别试验,试验中对每张现场图片进行重复测距与姿态估计,结果显示钻杆距离识别偏差在0.12%之内,钻杆姿态识别偏差在1.08%之内,满足钻杆自动装卸精度要求。试验结果表明,基于单目视觉技术的钻杆位姿识别算法真实有效,利用该算法可实现钻杆定位智能识别,提高钻杆自动装卸精度和钻探装备的智能化水平。      

结构面对程潮铁矿东区地表及岩体移动变形的影响研究

以程潮铁矿东区为例,通过现场结构面调查、地表及深部岩体变形监测,分析了该区地表及岩体移动变形与结构面的关系。结果表明：程潮铁矿东区地表及岩体移动变形主要受该区复杂的地质条件控制,特别是结构面的影响,变形方向和变形量值均与理论预期不同。NNE、NE向结构面的存在控制着岩体向采空区运动的侧向边界条件,同时导致变形方向的向西偏转,NWW向结构面的松动导致东主井区岩体向采空区的倾倒变形,地表变形在南北剖面上呈三级阶梯分布;西风井相对东西采空区的特殊位置以及NE向结构面的影响使其变形值小于预期,是该区相对安全的主要原因。     

低温环境下含表面裂隙硬岩温度场及冻胀演化过程分析

寒区含表面裂隙硬岩与大气连通,易受外界低温环境引起裂隙内部水分凝结,造成裂隙带附近形成温度场突变,进而随水冰相变产生冻胀力,二者随着冻结活动处于动态演化之中,涉及到温度场、渗流场及应力场等多场问题。目前的研究大多依据数值模拟结果,描述裂隙岩体温度场、应力场分布特征及规律,考虑从基础理论解析计算角度,探究低温环境下裂隙岩体温度场、冻胀力演化规律鲜有报道。针对含表面裂隙硬岩在低温环境下发生的冻结现象,从传热学理论、相变理论、弹塑性力学及断裂力学理论等多角度出发,探讨随着冻结深入含表面裂隙硬岩内部温度场及冻胀荷载演化过程,提出对应解析表达式,引入多场耦合数值程序Comsol-Multiphysics进行数值模拟验证,结果表明,文中提出的温度场及冻胀荷载演化解析表达式与数值模拟结果具有较好吻合度,可满足对含表面裂隙半无限板模型温度场、应力场演化过程分析,对于裂隙岩体在低温环境下温度场、应力场演化及热-力耦合分析具有较好借鉴价值。