从散射辐射传输成像到定量精细遥感的信息链

星载遥感是电磁波与环境目标相互作用散射辐射传输获取数据图像,并进而反演诠释环境目标物理特征的信息技术。随着星载遥感多任务、多频段、多极化、高分辨率等多源多模式的发展与融合,星载遥感定量精细信息的需求提出了一系列新的信息链科学问题。本文概述本实验室在近十多年里在星载遥感领域的电磁散射辐射传输理论到定量精细遥感信息链的研究,包括:矢量辐射传输与星载微波遥感数据定标与验证(CAL/VAL)、极化电磁散射与全极化多模式合成孔径雷达(SAR)成像信息、高分辨率遥感与自动目标识别(ATR)技术、月球火星等外星遥感信息获取等。     

高分遥感驱动的精准土地利用与土地覆盖变化信息智能计算模型与方法研究

通过对地观测可在影像空间上全面反映地表地理现象、格局及演化过程,基于遥感数据提取的土地利用与覆盖变化（LUCC）产品为分析地理要素空间分布规律及其变化机制提供全覆盖、定量化和快速更新的本底信息。本文以高分辨率遥感视觉特征（图）与多源多模态观测机理特征（谱）相互耦合的图谱认知理论研究为基础,提出了精细地理图斑空间结构（精）上融合定量指标反演模型（准）的精准LUCC简称P-LUCC（Precision LUCC）的概念,并依据“五土合一”的地理学思想构建了分层感知、时空协同与多粒度决策于一体的P-LUCC遥感信息智能提取与综合地理应用方法,提出并解析了其中视觉感知的深度学习、外部知识逐步融入的迁移学习以及增量式的自组织强化学习等3类机器学习模型的协同计算机制。基于此,进一步设计了“分区控制—分层提取—分级迁移—功能重组”为途径的高分辨率遥感P-LUCC信息产品生产线系统,并以苏州市高新区为应用区域针对土地利用（LU）图斑的形态、类型以及土地覆盖变化（LCC）的指标等内容开展了P-LUCC产品精度、生产效率的综合分析,展望了基于P-LUCC信息产品开展专题应用研究的新思路。     

多波段高分辨率星载合成孔径雷达成像处理方法研究

星载合成孔径雷达（SAR）是一种工作在微波波段的主动式遥感器,它综合运用合成孔径技术、脉冲压缩技术和数据处理技术,采用较短的天线就能够获得方位和距离两个方向的高分辨率雷达图像。研制星载SAR系统的目的是获得具有一定测绘带宽和一定分辨率的地面目标图像,传统SAR模式不能同时满足高分辨率及较宽测绘带的要求。本文主要研究了多...     

精准地理应用驱动的高分遥感协同计算研究

高分遥感智能解译是实现地理信息精细生成与快速更新的重要途径,从基于遥感开展精准地理应用的背景出发,解析了遥感信息产品生产与落地应用中的局限性,阐释了遥感回归地理应用问题的必要性以及其中“精（形态）”“准（内容）”图谱特征耦合的关键性。以地理学指导智能遥感研究为基本认识,提出了基于精细地理场景开展高分辨率遥感地学分析的发展方向和技术思路,以及时空/星地两个层面相协同的智能计算模式,并以中国贵州省关岭县石漠化耕地评价为应用案例,利用分区分层感知/时空协同反演/多粒度决策3个基础模型,在复杂山地区开展精准应用驱动的高分遥感协同计算。结合实验结果,通过对不规则网格空间表达、时序特征多模态重建、多源不确定性解析以及不确定性引导的迭代优化等关键科学问题的探讨分析,给出面向未来的探索方向和研究思路,为地理学指导下的智能遥感研究以及遥感支撑的精准地理应用提出发展路径。     

光学遥感影像智能化处理研究进展

随着对地观测技术的发展,海量遥感影像不断传输到地面。传统的遥感信息处理方法在处理效率、精度上的不足,限制了遥感信息的挖掘及利用,亟需发展智能化方法满足遥感影像处理的需求。受自然界中生物进化机制的启发,基于进化计算的遥感影像智能化处理方法具有以下特点:(1)拥有全局优化能力,对目标函数的优化能力更强;(2)具有自组织、自学习的特点,能够从遥感数据本身学习,不依赖数据分布等先验信息;(3)拥有处理多目标问题的能力,同时考虑多个目标函数而不需要人工确定它们之间的权重。因此,智能化遥感信息处理方法能够在海量遥感影像中有效地提取适用于不同应用目的的信息。本文主要介绍智能化遥感信息处理方法的典型应用包括遥感影像智能化分类(监督分类、聚类)、遥感影像亚像素信息提取(高光谱影像混合像元分解、亚像元制图),并讨论了遥感信息智能化处理方法的发展方向。     

遥感信息计算研究进展

遥感应用的本质是从对地观测影像上提炼专题信息和获取领域知识, 并以之服务于各类分析与决策的过程。作为整个遥感应用服务技术链(遥感空间信息系统)的基底, 遥感信息计算是在高性能计算环境支持下进行数据高效能处理和信息智能化提取的计算过程。本文在地学计算理论基础上构建了遥感信息计算的理论方法体系, 将其分为“像素级”和“对象级”两个层次的计算过程并分别介绍了各自的研究进展, 并提出了“像素—基元—目标—格局”为一体的信息计算方法, 阐述了高性能计算环境支持下遥感信息计算平台的设计开发思路及目前研发进展, 总结了遥感信息计算的发展趋势和重点研究问题。     

基于区间二型模糊理论的高分辨率遥感影像分割方法研究

正影像分割是遥感影像处理(如特征提取、目标辨识、地物目标分类)的基础工作和重要任务。高分辨率遥感影像所具有的更加丰富的地表覆盖细节信息为精准地物目标分割提供了充分的依据。然而,更加精细的空间尺度、复杂多样的地物目标及真实地表覆盖信息的缺乏,增加了像素类属的不确定性和分割决策的不确定性,给高分辨率遥感影像分割带来了新问题,导致高分辨率遥感     

高分辨率遥感影像分割方法研究

在遥感应用分析中,遥感影像分割是低层影像处理和中高层影像分析和理解的桥梁,是实现遥感影像信息自动提取的关键步骤,具有重要的意义。随着大量高分辨率遥感影像的出现,传统基于像素的影像处理方法已不能适应高分辨率遥感影像。近年来,国内外研究者们提出了面向对象影像的分析方法,而面向对象影像分析方法的关键就是影像分割,影像分割精度直接影响着高分辨率遥感信息提取和目标识别的精度。首先给出一般图像分割方法的综述;然后分析和总结了当前主要的高分辨率遥感影像分割方法,着重阐述了均值漂移、分形网络进化、马尔科夫随机场等分割方法的特点和研究现状;最后,对高分辨率遥感应用分析中影像分割方法的发展趋势进行了讨论与展望。     

煤矿区地质环境与地质灾害遥感集成监测系统的关键技术

面向“数字矿山”应用系统的需要,在分析煤矿区地质环境和地质灾害特点及其在遥感监测理论依据的基础上,提出了煤矿区地质环境与地质灾害遥感集成监测系统的技术思路和体系结构,强调各种监测技术手段、不同时空尺度、不同数据源和不同主题信息的集成,并针对这一集成系统实现与应用中的多目标遥感信息处理、环境传感器网络应用、遥感监测数据与专题分析模型的集成、数据质量控制等关键问题进行了探讨。     

遥感理论模式研究的几个问题

本文简要地评论近年来微波遥感理论模式研究的进展,主要包括遥感对象理论模拟的随机离散散射粒子介质,连续随机介质,和随机粗糙表面的电磁散射和热辐射的理论,定量的数值求解方法,以及它们在地表植被、土壤、冰雪、大气云雨、海冰、风驱海面等主动和被动遥感中的应用。随着今后遥感技术的发展,要更为精细地模拟自然界中遥感对象及其环境,给出定量的数学物理学方法,进行定量的数据分析和遥感参数反演,还有大量的工作有待于研究。本文讨论了当今遥感理论模式研究中还存在的问题,提出了今后要予以研究的若干个方向性工作。     

6S辐射传输模型在校正哈尔滨市遥感图像中的应用

由于遥感器在空中获取地表信息过程中,受到大气成分吸收与散射的影响,测量值发生辐射失真。本文通过分析大气成分对辐射传输的影响,探讨遥感图像处理中大气校正的方法。     

环境遥感的学科地位

地理科学对地理环境系统的研究是以地理信息获取的研究为基础的,后者制约着地理科学研究方法的进步,并影响了整个地理科学的发展水平。现代遥感技术辅之以系统科学等一系列先进的科学理论和技术,在地理环境系统研究中的成功应用,形成遥感技术的一个重要应用分支学科——环境遥感,其作为地理科学研究技术工具学科的地位逐渐确立。 环境遥感研究的实质表现为三个方面:(1)地理环境系统中电磁相互作用关系的充分利用;(2)遥感信息机制研究支持下的地理环境信息处理系统的结构优化;(3)地理环境系统综合分析过程标准化的实现。 环境遥感的学科地位体现为双重特征,即重要的遥感应用分支和现代地理科学研究新的技术方法。由于横跨信息科学和地理科学两大领域,环境遥感充分体现出其综合性、交叉性的学科特点。环境遥感和常规的地理研究方法,分别着重于对地理环境系统中能量信息系统或物质信息系统的考察,两者在某些方面,至少在今天看来是不能互相取代的。但是,环境遥感依靠其技术系统的不断完善、综合分析功能的加强以及对一系列非能量信息的参照和相关分析(如信息复合技术)而在地理环境系统研究的很多领域显示出独特的优越性。 同时,由于科学认识和科学技术水平的整体制约,以及学科本身的固有特性,环境遥感研究仍     

高分光学遥感影像在铁路勘察中的应用及展望

为促进我国铁路勘察设计领域高分光学遥感影像的应用，结合当前铁路勘察设计工作的特点，系统总结了高分光学影像的发展及其在地理信息产品生产、地质勘察和环境影响评价分析等方面的应用现状，指出面向铁路勘察设计的高分影像应用存在的问题，提出未来的研究重点是建立适应于铁路勘察设计特点的遥感影像高精度的处理和智能信息提取与解译、业务应用等方面，以期形成高效的光学遥感卫星铁路勘察设计应用体系。     

无人机遥感：大众化与拓展应用发展趋势

当前遥感领域各个国家不断加大投入,星载数据资源日益丰富。伴随大数据等前沿技术的发展与深入应用,遥感在宏观层面上已经得到了较为充分应用,对于全球变化以及地球系统科学研究而言是一个重要的数据源。我国已经成为国际上的遥感大国,高分专项的实施标志着民用航天遥感进入亚米级时代。但是,由于空间分辨率与重访周期之间的矛盾,高分辨率卫星数据的可获得性尚不能满足一些不断增长的应用需求。国内遥感应用尚停留在宏观层面,主导是政府部门,用户也是政府各级部门。遥感在满足大量微观和大众具体应用层面尚没有落地。无人机遥感的出现与快速发展,为促进遥感应用落地起了很好的助推作用,无人机遥感在区域信息精细化上具有高科学价值,具有高空间分辨率、高频次、高性价比等特点,可以与卫星遥感能力形成互补,缓解了高空间分辨率和时间分辨率的矛盾,在低成本的基础上实现了空间和时间的辩证统一。当前无人机遥感的发展尚处于初级阶段,但呈现出一些极具特色的应用前景,尤其是无人机"遥感+"应用发展迅猛。同时,发展过程中也还有诸多政策、技术与方法方面的问题。本文在总结无人机未来发展趋势的同时,对无人机遥感的发展,从政策、技术与应用等层面提出了建议。     

光学遥感大气校正研究进展

大气校正是光学遥感信息定量化研究中必不可少的一步,将各种大气校正方法归纳为基于图像特征的相对校正法、基于地面线性回归模型法、基于大气辐射传输模型法和复合模型法4类,详细分析了每一类方法的优缺点、适用范围或影响因素,并对大气校正的未来发展做了几点思考.     

跨时空观下的遥感应用新视野

遥感是一门应用性极强的现代地球信息学科,在总结分析遥感学科理论发展与遥感应用新特征基础上,进行遥感学科发展与应用理论探索,是推动遥感学科与应用迈上新台阶的重要任务。本文通过对现有遥感学科组成及分类体系的分析,首先提出了一种基于方法论的遥感学科分类新方法,在分析遥感应用中普遍存在的跨时空特征基础上,从遥感应用新视野提出了跨时空遥感的理论,最后结合典型案例剖析了跨时空遥感的应用。跨时空遥感理论的建立顺应遥感学科发展的需要,遥感应用时空观的提出对今后遥感应用具有参考价值。     

临边遥感大气辐射传输的宽光谱快速计算模型

为解决目前临边遥感大气辐射传输模型存在计算光谱窄和计算速度慢等问题,基于HITRAN2008数据库、带模式算法和临边辐射传输方程建立了0.2—20μm波段大气临边辐射传输的宽光谱快速计算模型FALTRAN。建立了含有散射辐射和热辐射的临边辐射传输方程,并依据临边几何特征提出了一种基于有限差分的半球辐射累加HRA解算方法。利用FALTRAN计算分析了几个常用的遥感波段内典型大气条件和切向高度时大气的临边辐射特性,并定量分析了左、右半球辐射对总辐射的贡献情况。模型校验结果表明,FALTRAN与CDI模型的计算结果相对差异在2%以内,并与MIPAS的测量结果符合很好,验证了FALTRAN在临边遥感中大气传输计算的可靠性。     

面向应用的航天遥感科学论证研究

为适应中国民用航天遥感从科学试验向业务服务模式转变,更好地探索、了解与解决应用需求与航天遥感系统对接等方面遇到的技术问题,促进航天遥感统筹协调可持续发展,中国适时于2004年成立了国家航天局航天遥感论证中心。10余年来,论证中心以航天遥感系统为研究对象,系统开展了面向应用的航天遥感科学论证概念、理论方法、技术工程与应用研究。本文是论证中心团队长期从事航天遥感科学论证研究与实践的系统总结,介绍了遥感论证初步认知、遥感论证关注问题、遥感论证理论体系与模型方法集、遥感论证能力建设及遥感论证实践等方面内容,给出了遥感论证定义并详细分析了研究范围和内容,提出了由知识维、进程维和逻辑维所组成的遥感论证作用域3维空间结构,指出社会发展加快和信息化水平提高,带动整个航天遥感数据信息链向更大规模、更短响应时间周期、更综合数据集成、更高数据质量、更加智能化方向发展,航天遥感系统将进入新的"智慧遥感"发展阶段。得益于十余年来中国民用航天快速发展,我们经历了风云三号新型载荷校飞、多角度多光谱偏振遥感器论证、环境星应用工程论证等实践,取得了多方面理论方法的突破,并应用到2030民用航天发展规划、高分辨率对地观测系统、国家自然灾害空间信息基础设施、国家民用空间基础设施中长期发展、2030中国综合地球观测系统规划等论证当中。经过不断实践,快速迭代,形成了遥感论证理论体系及相应的十大模型方法,包括遥感信息流模型、遥感信息特征模型、遥感信息应用模型、遥感信息量分析模型、遥感数据工程模型、航天遥感系统结构模型、航天遥感系统状态描述模型、航天遥感系统质量模型、航天遥感系统发展动力模型及能力体系模型。这些模型方法全面反映了航天遥感系统特征、结构、状态、发展动力、条件等,可广泛用于对航天遥感系统进行顶层设计、规划、考察、分析、评价、预测,并开展实践探索。     

浅论中国亚热带遥感现状、任务与创新发展途径

中国亚热带区域覆盖范围广,面积达240万km²。区内不仅自然景观复杂,多云多雨、多山多林,生物多样性丰富、是中国稻米主产区,而且多河多湖、多矿多污,生态环境十分敏感、自然灾害多发频发,迫切需要利用遥感技术监测其自然资源、环境变化与灾害现象。虽然近年来国内外已逐渐开展亚热带遥感应用研究,但缺乏对亚热带遥感理论与方法的系统性研究,共性与科学问题尚不明晰。本文总结分析了中国亚热带遥感的3个基本特征,按遥感数据类型梳理了中国亚热带遥感的应用实践;进而归纳出中国亚热带遥感实践的4个共性问题,指出亚热带遥感核心元素的主要特点、地理对象的复杂性与遥感信息的病态性,提出中国亚热带遥感的4项重点任务;然后,分析了当今中国亚热带遥感发展的历史机遇,阐述了中国亚热带遥感的创新发展途径,包括厘清人地现象的动态特征、聚焦亚热带遥感的科学问题、攻克不同层面的关键难题、结合应用需求开展技术攻关与重点研发。论文旨在推动亚热带遥感应用的创新发展、促进亚热带遥感理论与技术体系形成,进而助力卫星及航空遥感更好地服务于中国亚热带地区的资源环境监测、区域防灾减灾、生态文明建设与“双碳”目标。