面向任务的高分辨率光学卫星遥感影像智能压缩方法

随着对地观测系统以及空间信息网络的快速发展,中国已经建成星地一体化的对地观测系统。高分辨率遥感影像数据从GB级转向TB级,轻小型智能遥感卫星有限的带宽容量和存储空间都严重限制了遥感信息的智能实时服务,由此提出了一种面向任务的智能压缩方法。首先,基于遥感影像的数据特点以及轻小型智能遥感卫星星地数传的瓶颈,分析了传统在轨压缩算法的局限性,论述了面向任务的高分辨率光学卫星遥感影像智能压缩处理的重要性;其次,提出了基于珞珈三号01星平台面向任务的智能压缩方法,通过星上高质量成像和高精度几何定位获取观测区域;然后,根据不同的任务需求,利用信息提取模型获取感兴趣目标/区域;最后,利用压缩模型对该区域进行自适应码率分配来实现高倍率压缩任务,并生成码流文件回传到地面。针对不同的任务需求,合理分配码率,可通过该方法有效实现遥感影像的高倍率智能压缩。     

珞珈三号01星在轨处理技术及验证

遥感卫星在轨处理技术是推动遥感技术实现实时智能服务的核心环节。针对星上资源受限环境引起的系列处理难题及遥感数据实时处理与信息提取需求,本文首先构建了任务驱动的卫星遥感数据在轨处理框架,以任务需求为核心并协同星地资源建立基于感兴趣区域的星上处理技术体系;然后,面向不同任务层级和应用场景,给出了以位置信息为驱动的基础在轨处理模式、以目标/场景内容和变化事件为驱动的智能处理模式;最后,论述了适配星上资源受限环境的在轨处理关键算法,基于珞珈三号01星星上处理应用程序,验证了典型算法的在轨处理效果。在任务驱动和星地协同机制下,实现了在轨高精度定位、多类型影像产品快速生成、静动态目标信息实时提取及静态和动态影像高倍率近实时压缩。在轨处理显著提高了传统地面处理的效率,能够有效支撑后续卫星遥感实时智能服务。     

多源卫星影像的摄影测量遥感智能处理技术框架与初步实践

回顾并分析了摄影测量与遥感学科的发展历程,并针对大数据和智能化测绘新时代的多源遥感影像精准快速智能处理的迫切需求,本文提出摄影测量遥感的科学概念.全新的摄影测量遥感主要由摄影测量和遥感两个学科的交叉融合而形成,致力于研究解决同步探测被摄目标的几何位置、物理属性、语义信息和时序变化关系的理论方法及技术问题,其理论基础和支撑学科包括摄影测量、遥感、人工智能、大数据处理与高性能计算等,将突破目前摄影测量侧重几何处理、遥感侧重语义信息提取反演的相对独立现状和串行技术路线,通过几何模型与光谱辐射反射信息的深度交叉融合形成几何语义一体化处理机制.本文在阐述摄影测量遥感基本概念的基础上,初步探讨了其涉及的主要科学问题及相关研究应用领域,并以多源遥感卫星影像为例构建了一体化摄影测量遥感智能处理技术框架,通过语义信息提取与精准几何处理的交叉闭环融合,显著提升了高分辨率多源遥感卫星影像精准快速处理的自动化和智能化水平,多个应用实践初步验证了相关理论方法的正确性和有效性.     

天空地多源遥感数据的广义摄影测量学

21世纪以来,随着云计算、大数据、物联网、机器学习等信息技术领域的飞速发展,人类已进入人工智能新时代。摄影测量学科也顺应新一轮科技革命的浪潮,快速发展为全新的广义摄影测量学,其载体平台、仪器设备、数据处理理论技术及应用领域都已发生显著变化,天空地一体化的多传感器多层次综合立体观测技术得到极大发展,全面进入综合智能摄影测量时代。本文提出广义摄影测量学的科学概念,并详细论述其学科内涵、发展特点、研究方向与应用领域。在全新的广义摄影测量框架下,数据获取呈现多视角成像、多模态协同、多时相融合、多尺度联动等特点,数据处理则呈现多特征耦合、多控制约束、多架构处理、多学科交叉等趋势。天空地一体化广义摄影测量学的全面发展和智能服务,尚需在天空地多视角/多模态影像处理、智能信息提取与监测、点云与影像联合建模、无人系统自主导航、智能制造系统视觉检测等方面取得更大突破,形成从天空地多源遥感数据实时/准实时智能几何处理到信息提取服务的完整理论和技术体系,迎接智能化测绘新时代的到来。     

遥感大数据时代与智能信息提取

近年来,天地一体化对地观测系统与智能计算技术的快速发展为遥感科技进步甚至变革提供了难得的机遇。遥感信息技术在历经20世纪60~80年代以统计数学模型为核心的数字信号处理时代、从90年代至今以遥感信息物理量化为标志的定量遥感时代之后,现在正逐渐进入一个以数据模型驱动、大数据智能分析为特征的遥感大数据时代。在总结遥感信息技术历史发展脉络的基础上,阐述了遥感大数据的内涵和智能信息提取的时代特点,并从遥感大数据的理念出发,论述了面向对象的遥感知识库构建,分析了融合遥感知识和深度学习算法的大数据智能信息提取策略。通过典型实例,介绍了以深度学习为代表的智能算法在遥感大数据目标检测、精细分类、参数反演等方面的发展现状与趋势,并讨论了深度学习在遥感大数据时代的智能信息提取方面的应用潜力。     

耦合知识图谱和深度学习的新一代遥感影像解译范式

在遥感大数据时代,遥感影像智能解译是挖掘遥感大数据价值并推动若干重大应用的关键技术,如何将知识推理和数据学习两类解译方法有机联合已成为遥感大数据智能处理的重要研究趋势。由此提出了面向遥感影像解译的遥感领域知识图谱构建与进化方法,建立了顾及遥感成像机理和地理学知识的遥感领域知识图谱。在遥感领域知识图谱支撑下,以零样本遥感影像场景分类、可解释遥感影像语义分割以及大幅面遥感影像场景图生成3个典型的遥感影像解译任务为例,研究了耦合知识图谱和深度学习的新一代遥感影像解译范式。在零样本遥感影像场景分类实验中,所提方法在不同的可见类/不可见类比例和不同的语义表示下,都明显优于其他方法;在可解释遥感影像语义分割实验中,知识推理与深度学习的联合方法取得了最好的分类结果;在大幅面遥感影像场景图生成实验中,知识图谱引导的方法精度明显高于基准的频率统计方法。遥感知识图谱推理与深度数据学习的融合可以有效提升遥感影像的解译性能。     

珞珈一号01星夜光遥感设计与处理

珞珈一号01星是兼具遥感和导航的一星多用低轨维纳科学试验卫星,本文针对珞珈一号01星夜光遥感设计与处理,详细介绍了卫星平台的有效载荷及平台设计;面向科学的试验目标,制订了科学的夜光成像任务计划,实现了全国夜光一张图任务规划;提出了面向珞珈一号01星的在轨几何辐射定标模型;研制了支持WEB端及移动端访问的数据共享服务系统;针对夜光遥感数据在社会经济应用问题,提出了发展指数和未来发展指数的珞珈一号指数模型,并通过相关实验验证了模型的有效性。珞珈一号01星可为社会经济参数估算、重大事件评估、渔业监测、国家安全等领域提供技术支撑。     

CBERS-02B星模拟数据地质资源专题应用评估

从遥感地质解译、矿化蚀变信息提取、矿产资源开发现状调查及环境变化信息提取等多方面对02B星模拟数据开展了应用试验评估，评价了02B星地质资源专题应用能力。     

CBERS-02B星数据质量评价及铀成矿要素解译应用研究

利用遥感影像处理技术和数理统计方法,评价了中巴地球资源卫星02B星(CBERS-02B,以下简称02B星)遥感数据的空间特性和辐射特征,并与ETM+多光谱数据主要特性参数进行了对比分析.在此基础上,以江西桃山花岗岩型铀矿田为试验区,结合航空放射性数据,开展了基于02B星遥感数据的控矿断裂带、热液蚀变带及主要成矿岩体等铀成矿要素的光谱特征识别与提取,并对该数据的地学应用潜力进行了评价.     

多源遥感数据协同滑坡应急监测应用研究

在分析总结多源遥感数据在滑坡应急监测方面的应用研究现状与趋势的基础上,提出了一个基于高分辨率光学卫星遥感数据、卫星雷达数据和无人机遥感数据的多源遥感数据协同滑坡应急监测方法,构建了数据获取、快速处理和应急监测信息提取的技术流程;并通过恩施屯堡乡滑坡应急监测的实际案例,验证了多源遥感数据协同作业在滑坡应急监测中的应用,具...     

时空谱多星协同任务规划算法研究

介绍了多星协同任务规划的重要性以及时空谱多星协同任务规划的优点,基于时间、空间和光谱协同观测约束优化模型,以金矿尾矿库污染、水资源污染和耕地荒漠化问题为例ꎬ分别在新疆伊犁河流域尾矿库区域、塔里木河流域和阿克苏区域随机生成观测任务,根据观测任务选取了多个成像卫星,通过仿真实验研究了基于启发式规则的贪婪算法、遗传算法、爬山算法对模型的求解效率和优化结果.验证了引入适宜度的必要性ꎬ以未观测点、任务适宜度、优先级、任务总价值为比较指标ꎬ综合分析和比较任务的总价值,验证了贪婪算法在本文模型中优于遗传算法和爬山算法.     

多星座实时导航中一种快速次优的选星方法

随着各国卫星导航系统的建设与完善,同一历元的可见卫星数目逐渐增加,如何对众多卫星进行选择以优化利用现有资源便显得迫切而重要。本文以获得满足设计要求的GDOP为前提,根据各时刻可见卫星数量的大小,选择适合的遮蔽仰角,以卫星空间构型的体积与GDOP关系为依据,引入计算几何学中解决三维点集的凸壳问题的增量算法,并结合导航卫星星座的自身特点,提出了对卫星位置坐标直接进行选择的一种快速次优的选星算法。实验结果表明,在GDOP满足要求且选星数较少的情况下,相对传统GDOP选星法大大减小了计算量,该方法简洁快速,能有效满足选星求解的实时性和精度要求。     

多星定轨条件下北斗卫星钟差的周期性变化

基于地面监测网的多星精密定轨可以同时解算出北斗卫星轨道和卫星钟差。由于轨道和钟差的耦合影响,卫星钟差时序难免会出现周期性波动。此外,受限于目前并不完善的北斗全球监测网络分布、系统导航文件缺失以及定轨后处理软件的设置问题,3类卫星的钟差均存在大量数据间断问题。本文利用适用于间断数据的谱分析方法,对多星定轨条件下的北斗卫星钟差数据进行了周期项提取,并利用周期项改进后的钟差预报模型评估了24h以内的预报精度。基于近一年的数据分析表明,北斗GEO卫星钟差3个主周期依次为12、24和8h,IGSO卫星钟差的3个主周期依次为24、12和8h,而MEO卫星钟差的3个主周期依次为12.91、6.44和24h。与改进前相比,周期项改进后的钟差预报模型将北斗卫星钟差在24h以内的预报精度提高了20%~40%。     

顾及多径环境差异和粗差的GNSS-MR土壤湿度反演

针对基于单系统单卫星GNSS-MR（GNSS Multipath Reflectometry）土壤湿度反演的可靠性不高、实际可操作性不强和最小二乘估计不具鲁棒性的缺点,为获取更优的延迟相位估值,并改善GNSS-MR土壤湿度反演的可靠性和实际可操作性,同时简化繁杂的选星过程,提出了一种基于抗差估计的多系统多卫星组合GNSS-MR土壤湿度反演算法。该算法首先顾及多径环境的差异性、多径误差的周期特性等进行信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）观测值的筛选,然后采用基于IGGIII（Weight Function III Developed by Institute of Geodesy and Geophysics）权函数的抗差估计解求延迟相位,进而获得表征土壤湿度变化趋势的延迟相位组合。实验结果表明,相较于未采用抗差估计的多系统多卫星组合（方案1）和单卫星组合（方案3）,得益于抗差估计良好的鲁棒性,基于抗差估计的多系统多卫星组合（方案2）和单卫星组合（方案4）获得了较高的建模精度,所得延迟相位与实测土壤湿度间的相关系数分别为0.97和0.95、土壤湿度拟合残差的均方根误差分别为0.010和0.012;同时,方案2和方案4还取得了较高的土壤湿度预报精度,土壤湿度预测值与土壤湿度实测值间的相关系数分别为0.92和0.91、土壤湿度预报残差的均方根误差分别为0.016和0.023;此外,相比于方案4,方案2在采用抗差估计解求延迟相位的基础上,采用多系统多卫星组合进一步提升了延迟相位的估值精度,从而不仅避免了复杂的选星过程,而且还获得了更好的建模效果和更高的土壤湿度预报精度。     

面向新型基础测绘的遥感影像数据源保障探讨

卫星遥感影像是现代基础测绘最为重要的数据源之一,随着新型基础测绘对卫星影像数据的要求不断提高,我国卫星遥感影像数据源建设水平与新型基础测绘数据需求的不匹配问题也变得更加突出。该文通过分析新型基础测绘在覆盖范围、分辨率、时效性和覆盖频次等多方面的新需求,结合国内外遥感卫星资源,提出了基于虚拟星座的多星协同影像获取解决方案,并从构建虚拟星座、多星组网拍摄、多源影像优选等关键技术点介绍了虚拟星座的构建途径。最后通过在第一次全国地理国情普查标准时点核准遥感影像保障工作中的成功应用,验证了基于虚拟星座的多星协同影像获取方案的可行性和有效性,同时表明其在新型基础测绘影像保障方面具有广阔的应用前景。     

“中国高分”科技重大专项在对地观测发展历程中的阶段研究

系统梳理1998年民用航天管理机构调整,特别是2005年天地一体化结构调整实施以及国家科技重大专项高分辨率对地观测系统(下称高分专项)从2007年开始论证到实施至今10余年发展历程,揭示行业发展基本规律,首次将中国民用遥感行业发展划分为4个阶段,阐述了每个阶段主要特征、面临的问题以及创新管理实践;首次将高分专项十年历程明确为一个发展阶段,提出本行业未来发展要在高分专项阶段成果基础上,推动遥感行业继"由试验应用型向业务服务型转变"成功后,向"体系效能型"转变,再次引领和推动中国对地观测新体系建设。     

Monitoring drought dynamics in the Aravalli region (India) using different indices based on ground and remote sensing data

The hard-rock hilly Aravalli terrain of Rajasthan province of India suffers with frequent drought due to poor and delayed monsoon, abnormally high summer-temperature and insufficient water resources. In the present study, detailed analysis of meteorological and hydrological data of the Aravalli region has been carried out for the years 1984–2003. Standardised Precipitation Index (SPI) has been used to quantify the precipitation deficit. Standardised Water-Level Index (SWI) has been developed to assess ground-water recharge-deficit. Vegetative drought indices like Vegetation Condition Index (VCI) and Temperature Condition Index (TCI) and Vegetation Health Index (VHI) have been computed using NDVI values obtained from Global Vegetation Index (GVI) and thermal channel data of NOAA AVHRR satellite. Detailed analyses of spatial and temporal drought dynamics during monsoon and non-monsoon seasons have been carried out through drought index maps generated in Geographic Information Systems (GIS) environment. Analysis and interpretation of these maps reveal that negative SPI anomalies not always correspond to drought. In the Aravalli region, aquifer-stress shifts its position time to time, and in certain pockets it is more frequent. In comparison to hydrological stress, vegetative stress in the Aravalli region is found to be slower to begin but quicker to withdraw.     

Gravity Changes Before Large Earthquakes in China: 1998-2005

Although it is well known that coseismic gravity changes take place during an earthquake, previous research has not yielded convincing evidence demonstrating that significant gravity changes occur before large earthquakes. Furthermore, even if we suspect that gravity changes occur before large earthquakes, we have yet to demonstrate how to consistently observe these changes for useful earthquake forecast that would bring benefits to society. We analyzed ground gravity survey data obtained in 1998, 2000, 200...     

地理数据库的关系模型及其实现

本文从以图论观点分析地理实体入手,系统阐述了地理数据库关系模型的设计法和过程。作者于1984年4～9月间在微型机上设计建立了关系型地理数据库的实方验系统(RGDB)。该系统采用了本文提出的关系模型,采用了可动态扩库的子库组合结构,这种结构具有灵活性和提高空间利用率的优点。RGDB含有多种功能的数据操作命令,除了具有一般检索功能外,还能进行“开窗”选取和十分“自由”的映象选取。本文对RGDB系统的主要性能和实现途径作了扼要介绍。     

基于WebGL的三维智慧管网系统的设计与实现

随着城市面貌日新月异,地下管网的建设也在持续推进,作为城市的地下“神经网络”,全天24 h保障城市的正常运转和发展。本文以实现城市管网管理系统的高可用、无插件、智能化为目标,采用“地上地下一体”“二三维一体”的设计理念,研究基于WebGL的三维智慧管网系统的关键技术,实现了管线设施管理的信息数字化、空间化与图形化。