利用SAR影像区域分割方法提取海洋暗斑特征

在SAR强度影像中,包括海洋溢油在内的许多海洋现象呈现为暗斑。为从诸多暗斑中辨识海洋溢油,需要在SAR影像中提取暗斑的几何和统计分布特征,以此作为进一步分类（辨识）海洋溢油的依据,将基于几何划分技术的区域分割方法应用于SAR影像暗斑特征提取。首先建立高分辨率SAR影像暗斑或然率模型,然后利用最大化期望值和M-H算法实现其几何及统计分布特征参数提取。实验结果表明,该方法不仅可以精准提取暗斑的几何形状,同时还能有效估计其统计分布参数。     

点特征相似与卷积神经网络相结合的SAR图像分类算法研究

基于CNN的像素级SAR图像分类利用了输入图像块的邻域信息,但没有凸显出邻域像元对中心像元分类结果的影响力,导致在高噪声条件下中心像元易出现类别误判。针对该问题,该文提出了一种基于点特征相似性的卷积神经网络(Point feature Similarity-based Convolutional Neural Network,PSCNN),并将其用于SAR图像分类,以凸显邻域像元对中心像元分类结果的影响力,从而减小误分,提升分类精度。实验结果表明,相比传统基于CNN的SAR图像分类方法,该算法一方面能更充分利用图像块的邻域信息,有效抑制相干斑的影响,提升匀质区域的分类精度;另一方面借助块匹配方式,能够充分保留图像块的结构信息,有效提升边界定位精度。     

海岸水边线图像分割提取算法的数学形态学改进及其区域适应性分析

海岸线变迁研究在海岸带研究中具有重要意义,提取遥感影像成像时刻的水边线(瞬时海岸水边线)是提取海岸线的关键。该文以海南省文昌市、琼海市2010年的Landsat TM5影像为数据源,研究多种图像阈值分割方法在海岸水边线提取中的最优算法及其区域适应性;采用多种数学形态学算子及其结构元素重构方法对结果进行碎斑块等噪声处理,分析比较在典型区域上的表现力;最后从阈值选取难易程度、提取海岸水边线的精度、误差来源机理方面进行整体评价分析。结果表明:改进的归一化差异水体指数(Modified Normalized Difference Water Index,MNDWI)在海岸水边线提取中显示了明显的优势,主要表现在较好的海陆对比度差异、较少的噪声影响以及在复杂环境下的区域普适性等方面;采用3×3结构元素的数学形态学开运算进行后处理,在保证海岸水边线位置精度的基础上,可对近海鱼塘、山体阴影以及反射特性比较弱的植被等造成的误提碎斑块进行合理去除;河口及淤泥质岸线、人工养殖区及生物质岸线处是图像阈值分割法岸线提取的主要偏差来源区域。     

基于TerraSAR-X影像的格陵兰岛海岸水边线提取

海岸线是海洋与陆地的交界线,全球气候变化将引起海岸线的变迁,极地区域拥有最大的冰川,冰川的消融将导致全球海岸线的迅速变迁,因此研究极地海岸线具有重要的科学意义。由于潮汐等影响,卫星影像提取的海洋与陆地的交界线只是海岸水边线,本文以格陵兰岛海岸为实验对象,采用Gamma滤波方法对合成孔径雷达(SAR)数据的相干斑进行预处理,提出了应用支持向量机(SVM)和Canny边缘检测算子的海岸水边线提取方法,基于Terra SARX影像的实验结果表明,本文提取的格陵兰海岸水边线准确率都达60%以上。     

利用影像尺度响应进行城市扩张变化检测

在光谱直接比较的变化向量分析基础上,提出一种利用景观类型的尺度响应特征进行城市扩张的变化检测方法,该方法充分挖掘了对象的几何特征与纹理特征。首先,利用基准期与检测期影像中不同景观对象的各自拟合特征对数据进行分割,获取子对象,根据每个对象内象元光谱具有同质性的原则,对景观类型发生变化的对象通过规则进行识别,以初步提取变化范围。进而,利用ROC曲线确定最佳分界点与可疑区间范围,以对象为基本单元采用模糊函数的思想对变化区域进行精确提取。最后,以山地城市——贵阳市主城区Landsat-5 2001年和2008年的多光谱影像为数据源,对方法进行了检验。结果表明,该方法可以准确、迅速的提取城市变化范围。     

基于Hilbert曲线层次分解的空间数据划分方法

针对现有空间数据划分方法普遍存在的不考虑空间对象自身大小和相邻对象空间关系对数据划分的影响等问题,提出一种基于Hilbert空间填充曲线层次分解的空间数据划分方法。该方法使用Hilbert曲线保持划分后空间数据之间的邻近性,利用少数子网格的层次分解避免对整个空间范围的密集划分,减少空间对象的Hilbert编码计算和排序时间;通过计算划分区域平均数据量和子网格内空间对象大小,确定合适的层次分解参数,实现各划分区域内空间数据量均衡。实验表明,该方法提高了空间数据的划分效率,能够保持划分后空间数据之间的邻近性和各个分区数据量的平衡。     

基于Radarsat-2 SAR图像分类与HY-2微波辐射计反演获取北极海冰密集度的比较研究

在北极东北航道东西伯利亚海和楚科奇海交汇的关键区域,利用四景2012年北极夏季Radarsat-2 SAR海冰图像,通过图像分类提取了海冰密集度;同时采用NASA TEAM算法,基于海洋二号(HY-2)卫星扫描微波辐射计亮温数据反演了对应区域的海冰密集度;并引入美国冰雪数据中心(NSIDC)发布的SSMIS海冰密集度产品进行了对比研究。通过不同来源海冰密集度数据的分析发现HY-2、SAR和SSMIS的结果在4个研究区域上的分布趋势基本吻合;但在海冰边缘区,由SAR图像分类得到的海冰密集度高于HY-2和SSMIS的反演结果,说明了高分辨率的SAR图像在监测边缘区小尺寸浮冰上有优势。三种数据中,原始分辨率相同(25 km)的HY-2与SSMIS的结果最为相近,而HY-2同SAR的相关性与SAR同SSMIS的相关性一致。在冰边缘,HY-2的反演值偏低于SAR和SSMIS的结果,这是受该处较高水汽含量影响的结果,也是未来发展HY-2微波辐射计反演算法需要重点改进的地方。     

内陆干旱区天然植物群落遥感制图研究——以敦煌盆地为例

内陆干旱区天然植物群落与当地居民生活质量、区域生态安全及地质环境关系密切。以敦煌盆地为研究区,选择Rapid Eye卫星遥感数据开展植物群落遥感制图研究。(1)根据1∶250 000地貌图及1∶200 000水文地质图设置了天然植被样方调查路线,据此实地调查了植物物种、高度、频度、长势等,区内共记录植物31种,分属16科,主要有9种优势植物,分别为红柳、胡杨、芦苇、骆驼刺、白刺、黑果枸杞、獐茅、蒙古韭和盐穗木;(2)结合地貌图及水文地质图,提出了以Rapid Eye数据为主、多源地学数据支撑的过渡带天然植物群落类型的确定方法:利用植物样方数据集确定单方向上一种特定植物类型到另一种植物类型之间的变化边界;分析Rapid Eye遥感图像的光谱、纹理和几何特征,基于Rapid Eye卫星遥感数据确定沿单方向变化的植物类型边界;在植物样方数据集和遥感图像无法精确确定边界的情况下,利用微地貌和地下水流动系统空间分布,确定区域空间上相邻的植物类型边界。基于这些数据集合方法建立了研究区植物群落的遥感解译标志;(3)采用优势种命名法,划分了研究区植物群落分类体系,完成其遥感制图,并分析了其空间分布分别与地貌及土壤盐渍化之间的关系。     

基于 NDVI 物候特征的华南地区冬种马铃薯遥感提取方法

马铃薯是华南地区的特色冬种农作物,其地块的“早稻―晚稻―冬种马铃薯”三季种植模式具有特有的植被指数时间序列曲线特征。利用这一特征,提出一种基于 NDVI 时间序列数据和 SAM 的冬种马铃薯种植面积提取方法。以广东省惠州市稔平半岛为研究区,冬种马铃薯面积为研究对象,采用 2011 年 HJ-1 A/B CCD 遥感数据为主要数据,计算每一景影像的 NDVI 后以时间为坐标轴排列成 NDVI 时间序列数据集,在此提取冬种马铃薯种植区的 NDVI 时间序列参考曲线,使用光谱角度匹配（SAM）方法,计算每个像元的 NDVI 时间序列曲线与 NDVI时间序列参考曲线的光谱夹角值,根据 Rule 图像的统计参数确定夹角阈值,达到快速有效地在遥感影像上提取冬种马铃薯对应像元的目的。结果表明：研究区总体提取精度为 82.70%,重点种植区域提取精度为 93.75%,可见基于 NDVI 物候特征的 SAM 方法能够有效提取研究区冬种马铃薯的种植面积。     

遥感技术提取海岸线的研究进展

海岸带是比较活跃和脆弱的地段,快速而准确地监测海岸线的动态变化对于海域的使用管理具有十分重要的意义.遥感技术具有宏观、快速、综合、高频、动态和低成本等突出优势.重点介绍了利用阈值分割、边缘检测、色差算子提取、区域生长提取及神经网络分类等方法自动提取瞬时水边线,通过潮位校正进而提取海岸线的研究进展,分析了各种提取方法的优缺点,并就其存在的不足展望了今后的研究方向.     

空间信息技术支持下的沿海风能资源评价

沿海地区是我国重要的风能资源区,由于近地面风场具有很强的时空变异性,给风能资源定量评价带来了很大困难.空间信息技术的发展为我们提供了新的视角和手段,近年来,利用星载合成孔径雷达(SAR)进行沿海风场信息遥感反演已从试验逐步走向成熟,它以布拉格原理为依据,建立合成孔径雷达后向散射系数与海面风场之间的关系,反演风速、风向等关键参数,并进而对研究区风能资源进行准确的定量评价.本文回顾了本领域国内外研究进展,重点阐述了风场要素反演的基本方法和校验手段,探讨了目前存在的一些问题和改进方法,并对本方法在我国的应用前景作了展望.     

1990年以来中国大陆海岸线稳定性研究

海岸线变迁是一个动态的演变过程,它是自然与人类共同作用的结果。基于1990年、2000年、2007年和2012年4个时期的资源卫星、Landsat系列卫星的遥感影像,采用色差Canny算子计算方法提取岸线数据,计算近22 a来中国大陆海岸线向海推进或向陆后退的空间位置变化量及年均变化速度,研究中国大陆海岸线空间位置与稳定性的演变规律,得出以下结论：① 中国海岸线空间位置变化以向海推进为主;② 中国海岸线多为相对稳定海岸线,其次为强烈岸进岸线,稳定性岸线全国均有分布,而强烈岸进岸线多分布于江苏和辽宁两省;③ 自1990年以来,中国大陆岸线的稳定性指数逐渐降低,22 a下降了1.1,以长江入海口为分界,南方沿海城市岸线稳定性指数高于北方。     

基于无人机观测的北极冰面融池及冰面粗糙度信息提取方法研究

北极冰面融池对于研究北极海冰质量平衡、海洋混合层热收支和盐量收支等具有重要意义。为了获得准确的融池覆盖率,本研究提出了一种利用无人机进行北极海冰融池及冰面粗糙度信息提取的方法。在第7次中国北极科学考察期间,利用无人机获取加拿大海盆周边浮冰区冰面航拍影像,针对海冰航拍图像特殊性改进了基于暗原色先验的图像去雾算法,对拼接后的航拍图像进行融池识别,计算得到航拍区域的融池覆盖率。同时利用航拍影像三维建模得到海冰表面相对高程和冰面粗糙度,继而对融池覆盖率和海冰表面粗糙度分布规律进行研究。结果表明,在本次航拍区域,海冰粗糙度大的区域具有更多小面积的融池,而融透的、面积大的融池多出现在粗糙度小的平整冰区。     

基于影象融合的干旱区城镇居民地信息提取研究

针对TM多波段图象中城镇居民地与裸地光谱特征相似难以准确提取城镇居民地信息的问题,利用雷达图象对居民地信息的敏感性,采用HIS变换方法,融合了2003年西安地区的Landsat TM和Radarsat SAR影象,并对融合影象做二类监督分类提取出城镇居民地信息,结果显示与TM图象监督分类相比,融合后的图象能很好地消除裸地对城镇居民地提取影响,其精度可达到84.21%,大大高于由TM多光谱影象监督分类所得到的精度71.79%,为提取干旱区城镇居民地信息提供一种新方法。     

Land Accretion of The Yellow River Delta as Influenced by Drainage Basin Factors

The land accretion processes of the Yellow River delta, with its quantities of sediment transport, are dominated by drainage basin factors. Since the tidal and the sea wave processes are weak, the delta provides an ideal site to study the response of land accretion to the changing climate and human activities. Firstly, by using sea charts and remote sensing images, the annual land accretion area has been identified and is related to annual precipitation and human activities in the drainage basin. It is found that the rate of land accretion of the delta is positively correlated with precipitation, but negatively correlated with the areas of erosion control measures and with the quantity of water diversion. Secondly, a multiple regression equation has been established between the rate of land accretion of the delta and the influencing factors: the area of terrace land building and tree‐ and grass‐planting, the area of the land created by the sediment trapped by check dams, the annual precipitation and the annual quantity of water diversion. The regression indicates that the changing precipitation contributes most to the land accretion rate of the delta, the contribution made by erosion control measures ranks the second, and the contribution made by water division the third.     

乌鲁木齐市土地生态安全综合评价

土地生态环境是人类生产生活的重要场所,其安全状况与人类社会的可持续发展息息相关。通过选取干旱区城市乌鲁木齐市为研究对象,针对乌鲁木齐市2017年土地生态环境现状,应用生态系统服务价值(ESV)评估、景观生态安全指数(LES)、压力-状态-响应(PSR)模型共同构建乌鲁木齐市土地生态安全评价体系。结果表明:(1)2017年乌鲁木齐市ESV为220.70×108元,97.48%的区域为中低ESV区域,ESV最重要的贡献来源是林草地,最主要的贡献区域是乌鲁木齐县和达坂城区,不同区域ESV差异明显。(2)乌鲁木齐市具备典型的干旱区城市景观特征,景观整体分布相对协调,但具备生态优势的景观分布还较少。景观生态安全(LES)指数从空间上表现为“西低东高”,且总体水平偏低,同时各区域的LES指数还有一定的分类组团特征,高值区域集中在达坂城区、乌鲁木齐县、米东区等边缘区域,中心城区的LES指数普遍较差,受人类活动影响深刻。(3)乌鲁木齐市各区域土地生态安全主要分布在敏感级和相对安全级之间,整体处于中等水平,边缘区域普遍高于中心区域,边缘区域中乌鲁木齐县的土地生态安全水平最高,中心区域中高新区土地生态安全水平最高。随着城市扩张和人口增长,土地侵占、资源消耗等矛盾加剧,部分区域的土地生态安全已经受到一定程度的破坏,能够维持现有水平,主要凭借乌鲁木齐市各区域的自然本底(状态),人类活动的恶劣影响(压力)和积极改善作用(响应)尚不明显。     

新疆渭干河流域土壤盐渍化时空变化及成因分析

以1985 年渭干河流域土壤普查数据、1998 年Landsat TM影像和2008 年CBERS影像为数据源, 通过人机交互解译方式获取3 个时期土壤盐渍化分布状况, 然后采用GIS空间分析方法对23 年来土壤盐渍化时空变化特征进行分析。结果表明:①1985-2008 年, 总趋势是随着流域灌区和耕地面积的扩大, 盐渍化耕地也随之增加, 土壤盐渍化耕地面积由13.32×10⁴hm²增至13.78×10⁴hm²。②流域土壤盐渍化现象普遍, 主要分布在绿洲的下部边缘地带, 河流中下游、地势平缓低洼等区域, 盐渍化耕地在绿洲内部呈条形状分布, 在绿洲外围呈片状分布。③河道、渠系和水库渗漏、耕作制度不合理、土地不平整和气候变化等多种因素导致渭干河流域土壤盐渍化扩大, 但在局部地区由于生态恢复和改良利用措施, 使得土壤盐渍化面积也有缩减。     

基于语义和边缘特征融合的高分辨率遥感影像水体提取方法

利用卷积神经网络从遥感影像中提取水体时,水体对象边缘像素的特征与内部像素的特征之间往往存在较大差异,导致提取结果中边界模糊、内部像素与边缘像素的提取精度差异较大,影响了整体精度的提高。针对如何从高分辨率遥感影像中进行水体高精度、自动化提取的问题,文章首先以高分辨率遥感图像为基础,利用边缘提取算法生成边缘图像,然后以高分辨率遥感图像和边缘图像作为输入,建立了语义特征和边缘特征融合的高分辨率遥感图像水体提取模型（Semantic Feature and Edge Feature Fusion Network, SEF-Net）,用于从高分辨率遥感图像中提取水体对象。实验结果表明,SEF-Net模型在3个数据集中的召回率（91.97%、92.07%、93.97%）,精确率（91.12%、98.37%、97.88%）,准确率（89.56%、95.07%、94.06%）和F1分数（91.54%、95.12%、95.88%）均优于对比模型,说明SEF-Net模型从高分辨率遥感图像中提取水体时,具有更高的精度和泛化能力。