城市扩展强度及其地表热特性遥感定量分析

提出定量确定城市扩展范围及其发展强度的方法——地图密度指数。以中部城市长沙为例,利用Landsat TM/ETM+数据定量评价城市扩张及其热环境特征的变化。首先,集成遥感光谱指数提取地表非渗透表面,然后利用移动窗口算法获得地图密度指数,再根据设定的阈值获得密度指数等级图,依此密度指数等级图识别城市扩展范围及其发展强度。再结合地表温度反演的数据,分析城市格局及其变化与地表热特性变化的定量关系。结果表明,自20世纪90年代以来,长沙市城市区域及其发展密度显著增加,城市发展的密度差异与地表温度相一致。地图密度指数能较好刻画城市扩展范围及其发展强度,并与地表温度空间分布存在较好的对应关系。     

基于多目标遥感信息处理的城市扩展监测与分析

基于徐州市1994年、2002年和2007年的多时相Landsat TM/ETM+遥感影像,利用建筑用地指数(IBI)提取城市建筑用地信息,通过监督分类获得城市土地覆盖网,由单窗算法反演地表温度.利用多目标遥感信息处理得到的建筑用地分布、土地覆盖图和地表热环境信息,从土地利用结构变化、城市热环境时空演变两个方面分析了徐州市城市扩展动态,表明徐州市建成区面积不断扩大,城市扩展速度进一步加快,土地利用类型相互转换频繁;城市热岛现象显著,热岛分布与城市建筑用地的轮廓基本吻合,建筑用地不断增加是热岛效应加重的主要因素.研究表明,综合土地覆盖分类、专题信息提取和地表参数定量反演的多目标遥感信息处理用于监测分析城市扩展与生态环境响应具有明显的优越性.     

乌鲁木齐市主城区热环境与下垫面关系研究

随着"西部大开发"推进和"丝绸之路经济带"的加快建设,西部地区城市化快速发展带来一系列环境问题,为探究乌鲁木齐市主城区地表热环境演变规律及影响因子,该文利用2000、2005、2010、2015和2018年Landsat数据,借助GIS和遥感技术支持,提取土地利用/覆被信息(LUCC)和新型建筑用地指数(IBI),利用大气校正法获得响应的地表温度(LST),处理后形成表征地表热环境的变量,进一步对LUCC和IBI与地表热环境强度变量进行分析.结果表明:①2000-2018年,土地利用/土地覆被变化明显,近19年来,耕地、草地、林地、未利用地分别减少了183.27、30.14、16.01、28.04 km2.其中,耕地面积降幅最大;城市建设用地增加了257.33 km2,变化率达20.02％.②随着建成区不断扩展,城市高温区域快速扩张,次高温区和极高温区域逐渐向沙依巴克区、头屯河区推进.③2000-2018年,乌鲁木齐主城区热岛比例指数分别为0.14、0.18、0.30、0.27和0.32,总体呈逐年上升趋势,热环境演变明显.④LST与1BI呈显著正相关,线性拟合良好,5年相关系数分别为0.580、0.487、0.778、0.556和0.611.     

北京市昌平区土地利用/覆盖变化的遥感监测与热环境响应分析

以北京市昌平区1999年和2006年两个时相的Landsat TM遥感影像为主要数据源,在ENVI 4.7及ArcGIS 9.3软件支持下,提取该区土地利用与覆盖变化以及地表温度和热环境演变的信息。研究结果表明,该区的土地利用/覆盖变化与地表热环境之间存在着定量关系,能够较好地揭示该区城镇的扩展变化与生态环境的相互关系...     

武汉主城区热环境特征对城市建设的响应

针对目前城市建设与地表热岛效应定量关系尚不明确的问题,该文利用Landsat遥感影像反演武汉主城区地表温度(LST)、提取不透水面率(ISA)值,并将ISA值按照一定阈值划分城市建设密度,探讨不同城市建设密度水平下热岛强度的变化;构建平均ISA与LST间的数量关系,明确城市热环境特征对城市建设的定量响应。结果表明:①1987—2016年间武汉主城区发展迅速,城市高密度建设范围从1987年的130.0 km~2增加到2016年的366.9 km~2,29年间增加了188.2%;②不同建设密度用地表现出不同程度的热岛强度,高密度、中密度和低密度建设水平对应的热岛强度分别为2.72～8.39℃,2.02～5.69℃和0.92～3.82℃;③LST与平均ISA呈现出明显的正向线性关系,两者拟合方程的系数为0.853～0.942;城市建设水平能很好地解释城市地表温度的空间变化,平均ISA每增加10%,地表温度上升0.35～0.85℃。     

杭州湾南岸城市群热岛效应研究

以杭州湾南岸城市群为研究区,选取1990、2000和2011年3期Landsat-5 TM遥感影像进行地表温度反演,并采用密度分割法对反演的地表温度影像进行等级划分,对比分析各个时期地表温度分布的空间规律。再提取研究区山地以外的平坦区域,对前后不同时期的地表温度做差值运算,分析地表温度随时间的升降变化。最后提取研究区内的城市建成区,通过计算各时期的热岛比例指数来分析各城市热岛强度的变化情况。     

基于多源遥感数据的济南市主要建成区热环境研究

城市热环境是反映城市环境状况的一个重要指标,本研究基于济南市快速城市化时期的Landsat-8遥感影像,利用遥感图像处理软件IDL8.5反演2016年济南市的地表温度(LST),得到济南市地表温度空间分布格局;并利用NPP-VIIRS夜间灯光数据提取济南市主要建成区范围及郊区范围,同时利用MODIS 8天温度产品,根据城郊温差法计算得到济南市主要建成区热岛强度信息,探究热岛强度的月及季节变化规律。研究发现白天热岛强度变化规律比较明显,夜间热岛强度比较稳定。同时,利用2016年谷歌影像提取济南市地表水体的分布数据,并采用剖面取样的方法在地表温度分布图上做出样点与其对应地表温度的分布曲线,研究发现水体和绿化植被的存在能显著地减缓城市热岛效应。     

基于遥感的长沙市城市热岛与土地利用/覆盖变化研究

基于多时相Landsat TM/ETM+影像,首先计算长沙市地表亮度温度,然后利用NDVI(归一化植被指数)、MNDWI(改进 的归一化水体指数)、NDBI(归一化建筑指数)和NDBaI(归一化裸土指数)4个指数,采用决策树分类方法对长沙市影像进行 土地利用/覆盖分类。在此基础上,对长沙市城市热岛的空间分布特征、时空演变特征以及城市热岛与土地利用/覆盖变化和各种影 响因子之间的关系进行研究。结果表明,随着长沙市城区范围的不断扩张,城市热岛范围也不断增大; 土地利用/覆盖类型的变化 会改变地表温度的空间分布,城市用地和裸地是城市热岛强度的主要贡献因素,水体和林地具有较好的降温作用。地表温度与4种 归一化指数的回归分析表明,它们之间存在明显的相关性,不同土地利用/覆盖类型的地表温度存在较大差异。     

不同土地利用类型的城市热环境效应研究——以广州市为例

利用2005年Landsat TM遥感卫星数据,对广州市不同土地利用类型与城市热环境之间的关系进行研究,发现不同土地利用类型对地表温度(LST)的影响具有明显的差异。草地、林地及耕地的LST与归一化植被覆盖指数(NDVI)呈现明显的负相关,水域的LST与归一化水体指数(MNDWI)之间呈现明显负相关,而城镇建设用地指数(NDBI)、未利用土地指数(NDBaI)则与LST呈现明显正相关。最后建立了LST与各土地利用类型表征指数及DEM之间的多元线性回归方程,可用来指示一个地区不同地表覆盖及地形差异导致的地表温度分布,为城市热环境的评价和分析提供依据。     

长三角地区地表覆盖与城市热岛时空演变分析

为研究长三角城市群城市热环境与地表覆盖响应,基于长时间序列(2003-2018年)MODIS地表温度和土地利用数据,利用均值标准差法和城郊温差法揭示了研究区地表覆盖与城市热岛时空演变规律.结果表明,长三角城市群城市扩张明显,建成区范围逐年增大;长三角城市群城市热岛在空间上表现为由西向东的M形扩张以及由北向南的Z形扩张;城市热岛强度均在3℃以上,城市热岛增长主要体现在2003-2011年;研究区各地表覆盖类型变化趋势相同,均为水体温度最低,其次是林地和湿地,建成区地表温度最高.     

一种机载双天线InSAR干涉参数定标新方法

干涉参数定标对于机载双天线InSAR系统的大面积高精度数字高程模型获取具有重要意义。为了高效地进行干涉参数定标,从双天线InSAR获取DEM的基本原理出发,构建一种考虑干涉相位偏置、基线长度和基线水平角三个参数的定标新模型,设计该定标模型的未知参数解算方案。利用GPS实测的高程控制点对中国科学院电子学研究所自主研制的机载双天线InSAR系统进行了干涉参数定标实验,统计利用定标后干涉参数反演地面高程的误差,验证该干涉参数定标模型及解算方案。     

机载双天线InSAR联合定标算法

为了提高InSAR获取DEM的精度,实际生产作业过程中每一架次均须飞临定标场,这就要求测绘人员需要多次布设角反射器.本文针对外业重复布设角反射器耗费时间和人力的问题,提出一种新的机载双天线InSAR联合干涉参数定标算法,实现了利用一次布设的控制点同时标定多架次干涉参数,减少了野外布设角反射器的工作量.该方法首先基于敏感度方程的定标方法选择适于机载双天线InSAR数据的干涉定标参数,其次将基于局部配准的配准方法和PSInSAR中PS点选取的方法首次引入高程连接点的选取中,实现了多架次同一场景的高程衔接.最后,根据控制点和连接点高程属性的差异,建立了不同的误差方程,组成联合定标模型,并利用中国测绘科学研究院的CASMSAR-X数据进行了联合定标试验,验证了该算法的正确性和有效性.     

基于参考DEM的机载InSAR定标方法

研究无人工靶标的干涉定标方法对促进机载InSAR技术在山区等复杂地形的测绘、制图等定量应用有重要的实用价值。本文提出一种新的基于参考DEM的干涉定标方法,在InSAR定标中用已知高程精度的参考DEM与待定标的InSAR系统生成的DEM进行比较,利用参考DEM模拟SAR图像,获得大量定标所需的控制点坐标来建立敏感度矩阵,并对敏感度方程的解算进行了改进,同时将干涉处理与定标过程相结合,改进了干涉处理过程,最后得到定标后的干涉参数并生成DEM,利用机载数据进行了实验验证,并分析了无人工靶标干涉定标实验结果的误差。     

机载双天线InSAR复图像自动配准研究

干涉雷达复图像之间的精确配准是提高雷达干涉测量精度的关键之一。对于机载双天线干涉雷达系统,精确的地形高程测量需要精确的干涉相位来保证,从而要求干涉复图像在亚像元级的精确配准。为了使两幅机载双天线InSAR复图像之间配准精度达到亚像元级以及提高运算效率,在分析前人算法的基础上,分别采用基于快速傅里叶变换(FFT)复相关精配准算法以及基于过采样图像的精配准方法对机载双天线InSAR复图像进行精配准试验和比较,生成了干涉条纹图,并进行了相干性分析。试验结果表明,机载双天线复图像相干性很高、偏移量较小;对于机载双天线复数据而言,这两种方法都可以有效地实现复图像数据的高精度配准,但是从配准精度以及算法运行时间来看,基于FFT的复相关精配准算法较优,运算效率更高,且更具实用性。     

机载干涉SARDEM绝对定向技术研究

机载干涉SAR产生的未经地理编码的DEM有较高的相对高程精度,但因其是基于斜距表达的,且干涉几何定标存在误差,需要利用控制点来进行绝对定向。本文首先改正由地形起伏引起的像点位移,将斜距DEM转换成地距DEM,然后根据空间相似变换,将地距DEM视为刚体,利用控制点求模型平移偏量、缩放因子及旋转角,达到绝对定向的目的。     

方差分量估计在机载InSAR区域网平差中的应用

基于验后方差分量估计的思想,针对观测值中各类观测分量的方差难以直接估计的问题,研究了机载InSAR区域网平差干涉参数定标权值确定理论,设计了利用Helmert方差分量估计扩展模型的机载InSAR区域网平差干涉参数定标权值确定方法。采用我国机载双天线InSAR数据进行相关试验,表明验后估计定权能合理地顾及DEM的生成精度和拼接精度。     

利用三维重建模型的机载InSAR区域网平差方法

在机载合成孔径雷达干涉测量（synthetic aperture radar interferometry,InSAR）中,为了获取高精度的数字高程模型（digital elevation model,DEM）,研究了机载InSAR视向量正交分解法及三维重建数学模型,分析了中国的机载CASMSAR（synthetic aperture radar system of Chinese Academy of Surveying and Mapping）干涉系统误差来源及观测参数,建立了机载InSAR区域网平差模型。利用国产机载CASMSAR系统获取的X波段干涉数据进行试验,利用高精度的控制点数据进行平差解算,结果表明本文方法能够消除干涉模型间平面和高程差异,DEM成果满足1:1万山地测图精度要求,验证了该模型的正确性和有效性。     

利用控制点三维信息标定机载双天线干涉SAR参数

采用基于敏感度方程的方法,研究基于三维重建模型下的机载双天线干涉SAR系统的干涉参数定标问题.干涉参数定标是生成高精度数字高程模型的关键.本文修正了Madsen提出的干涉SAR三维重建的视向量正交分解算法,采用电磁波波前的球面波模型,加入了载机的姿态旋转,构建一种新的干涉SAR三维重建模型.利用各干涉参数对控制点三维信息的不同的敏感性,提出分别利用地面控制点三维信息,对各干涉参数进行定标.并利用中国科学院电子学研究所自主设计、研制的机载干涉SAR系统数据,进行定标处理实验验证.     

基于史赖伯规则的机载InSAR区域网平差

采用区域网平差的方法进行合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）干涉参数定标,是减小大区域、多个干涉像对重叠处反演高程差异的有效方法。为了提高InSAR区域网平差的答解效能,设计一种利用史赖伯规则的机载InSAR区域网平差干涉参数定标方法。该方法利用史赖伯规则,由连接点误差方程式构建等效误差方程式,可有效减小法方程系数矩阵大小,降低对计算机配置的要求,提高平差的答解效能。采用我国机载双天线InSAR数据进行干涉参数定标试验,改化前后两种方案,干涉参数定标结果没有明显变化,改化后的平差耗时均值减小了,验证了利用史赖伯规则的机载InSAR区域网平差干涉参数定标的正确性和有效性。     

雷达卫星自动成图的精密干涉测量关键技术

本文介绍用于未来自动成图的数字摄影测量智能化新方法之一：精密干涉测量新方法。它采用合成孔径雷达干涉（interferometric SAR,InSAR）技术获取极高精度的地形信息,现已成为最有效的全球测图手段之一。本文提出了面向全球测图的精密干涉测量系统技术,其中包含测量检校技术、数据处理技术及数据后处理技术。首先,需采用定标设备对几何及干涉参数进行测量检校,主要包括方位向时间延迟、距离向时间延迟、大气延迟及基线误差等。其次,需采用检校参数进行干涉数据处理,获取高精度DEM数据,干涉数据处理的关键技术包括相位初值确定方法等。最后,采用区域网平差、长短基线组合及升降轨融合等后处理技术完成全球DEM数据的生产和精度的逐步提升。本文采用6景覆盖陕西地区的TanDEM-X数据进行了数据处理及后处理试验,并获取了山地区域高程精度为5.07 m,低相干面积为0.8 km²的DEM数据,这为我国1∶50 000乃至1∶25 000比例尺全球测图提供了技术参考。