基于高分一号遥感影像的农村黑臭水体识别方法研究

农村黑臭水体治理是改善农村人居环境的一项非常重要的内容,黑臭水体识别是黑臭水体治理的前提和基础。本文在反射率光谱指数BOI(Black and Odorous water Index)的黑臭水体识别模型基础上,结合省基础测绘数据、高分辨率数字正射影像等专题资料,提出了基于高分一号(GF-1)遥感影像的农村黑臭水体识别模型,能够初步判别农村黑臭水体分布情况,为快速获取农村黑臭水体空间位置提供了解决方案,在农村黑臭水体治理中具有一定的应用价值。     

高分二号的沈阳市黑臭水体遥感识别

中国城市黑臭水体情况严重,基于遥感监测黑臭水体刚刚起步,很多问题待解决。以沈阳市城市建成区内主要河流为研究区,于2015年—2016年开展地面调查,获取了浑河和蒲河46个一般水体的样点,和辉山明渠、满堂河、细河以及微山湖路附近、丁香湖北部50个黑臭水体的样点数据,包括水面光谱和主要水质参数。分析了黑臭水体与一般水体的光谱特征,发现城市黑臭水体反射率光谱在绿光—红光波段变化比一般水体平缓,基于这一特点提出了一种基于反射率光谱指数BOI(Black and Odorous water Index)的黑臭水体识别模型,并将其与红绿波段比值指数进行对比,具有更好的识别精度。结果表明:(1)基于遥感反射率(Rrs)计算的BOI小于0.065时,可判为黑臭水体。(2)由于GF2水体图像精确大气校正存在困难,可以利用瑞利散射校正反射率(Rrc)替代R_(rs),BOI小于阈值0.05时,可判别为黑臭水体;同时模拟证明,当气溶胶光学厚度逐渐增大时,黑臭水体与一般水体的光谱差异将逐渐减小,因此这种方法主要适用于比较清晰的图像、气溶胶光学厚度比较小(如AOT(550)≤0.5时)。(3)基于R_(rc)的BOI模型可以较好的应用于GF2图像上,具有较好的识别精度。对2015年—2016年3景GF-2影像提取的结果显示,满堂河和新开河黑臭现象得到逐步改善,辉山明渠黑臭现象依然严峻。本文发展的黑臭水体遥感识别算法主要是基于沈阳黑臭水体的光谱特征,仅在沈阳市进行了验证,将来还需在其他城市进一步验证,并且需要更多地考虑多种因素对水体反射率的影响。     

基于高分二号的城市黑臭水体动态监测

目前,城市黑臭水体的遥感识别处于算法初探阶段,由于受到水深、阴影等因素的影响,在实际应用中精度较低,并且对于长时间的黑臭水体动态监测研究较少。以芜湖鸠江区为研究区,分析黑臭水体的成因及表观特征,针对单波段阈值法、波段差值法、归一化指数法和斜率指数法,基于GF-2影像进行阈值修正并评价精度,同时联合黑臭水体目视解译标志进行动态监测。结果表明:(1)水体发生黑臭通常伴有颜色异常、河道淤塞、次生环境问题等特征;(2)单一识别算法中差值法识别效果最好,总精度为87.5%;(3)GF-2的高空间分辨率特性提升了目视解译的效率和精度,可以有效减少水深和建筑物阴影对其遥感识别的干扰,相比使用单一算法,进一步提高了动态监测的识别精度和可靠性;(4)利用2014—2020年4景GF-2影像提取鸠江区主城区黑臭水体面积分别为0.313 km~2,0.152 km~2,0.069 km~2和0.008 km~2。结果显示,鸠江区水体黑臭现象正逐步得到改善,但神山公园水系黑臭现象依然严重。     

封面说明

正中国首颗0.5 m级商业遥感卫星(SuperView-1)影像The image of the first Chinese commercial satellite(SuperView-1)data(0.5 m)封面图片为世景公司利用高景一号(SuperView-1)卫星于2017年1月6日获取的中国香港跑马地影像。SuperView-1卫星是中国首颗自主研制的0.5 m级高分辨率商业遥感卫星——全色分辨率0.5 m,多光谱分辨率2 m,轨道高度530 km,幅宽12 km。SuperView-1卫星具有很高的敏捷性,     

城市黑臭水体遥感动态监测方法研究

随着城市化发展和人口剧增所造成的城市黑臭水体,对生态环境造成极大影响,其防治治理工作迫在眉睫。本文以广西南宁市建成区为试验区,研究结合国产高分辨率遥感卫星影像、地理国情监测数据和其他专题资料建立黑臭水体监测分析模型,形成客观的黑臭水体监测数据库。试验结果表明本文模型能够初步判别出黑臭水体的变化情况,为城市黑臭水体治理和生态环境保护提供辅助的数据支撑。     

高原山区WorldView-2和GeoEye-1立体像对定位精度研究

随着光学高分辨率卫星传感器的发展,新型传感器能够提供分辨率高且基高比大的立体像对以获取高精度的DEM。本文以高原山区同一区域的WorldView-2和GeoEye-1影像为数据源探索两种卫星立体像对定位精度的共性及差异。试验结果表明,在无控条件下WorldView-2影像平面精度优于GeoEye-1影像,而GeoEye-1影像高程精度优势明显。有控制点时,1~2个控制点可以大大提高WorldView-2和GeoEye-1卫星的影像定位精度:WorldView-2平面和高程平均误差分别为1 m和3 m,GeoEye-1平面和高程平均误差均小于2 m。继续增加控制点对定位精度提高不明显,有理函数模型具有与严格物理模型几乎一致的精度,但严格物理模型高程精度相对较高。控制点不均匀分布时,严格物理模型的定位精度变化明显,而有理函数模型定位精度波动较小。     

高分一号卫星遥感影像提取冰川堰塞湖水体方法比较

快速准确地从遥感影像提取冰川堰塞湖水体信息,是研究冰坝遥感监测与应急监测的核心热点问题。以GF-1卫星遥感影像为主要数据源,采用归一化差分水体指数(NDWI)、改进阴影水体指数(ENDWI)和面向对象(SVM)对克亚吉尔冰川堰塞湖水体进行定量提取。比较分析3种水体判识方法,3种方法均可以提取完整的水体边界,并且抑制了90%以上的非水体信息。NDWI法和ENDWI法可应用于GF-1地表水体提取,能够满足冰坝水体监测与应急监测需求,但面向对象法最适宜GF-1影像的水体信息准确提取。     

高分辨率光学卫星影像全球重点区域三维建模方法——以迪拜市为例

针对境外典型区域精细化三维建模数据获取与产品制作技术难点，本文设计归纳出一种高分辨率光学卫星影像精细化三维建模方法。选取迪拜市中心城区为试验区域，以WorldView-3、GeoEye-1等主流高分卫星影像为主要数据源，以互联网众源影像为辅助数据源，利用卫星影像精准定向精化的RPC参数及生成的精准几何信息（DSM/DOM），完成区域内主要建筑物的三维模型生产制作，并形成高分辨率卫星影像三维建模原型系统，满足全球地理信息资源建设与维护更新工程，快速制作符合精度和精细度要求的三维数字模型的需要。     

基于国产卫星数据的矿山遥感监测一体化解决方案——以西藏自治区为例

随着高分辨率国产遥感卫星数据的推广应用,矿山遥感监测必将成为该数据的重要应用领域之一。结合西藏自治区矿山遥感监测工作的特点,以资源一号02C(ZY-1 02C)及高分一号(GF-1)卫星影像为数据源,在ArcGIS环境下,提出并实现了从国产卫星遥感数据管理、增强与校正、信息提取、统计分析以及成果图制作等一体化解决方案。该研究成果有助于推进国产卫星遥感数据在矿山遥感监测领域的应用广度和深度,为大规模开展多期次动态矿山遥感监测工作提供技术支持和应用范例。     

水环境参数定量遥感反演空间尺度误差分析

对地观测技术的快速发展为水环境定量遥感监测提供了多源遥感数据的有利支撑,然而多源数据空间尺度差异引起的遥感数据和定量产品的不一致性严重制约了水环境科学研究和业务化应用。针对多源遥感数据的空间尺度转换和尺度误差问题,本文提出一种模拟遥感成像过程点扩散函数(PSF)的多源遥感数据空间尺度转换方法。以高空间分辨率GF-1卫星16m遥感数据为基础,模拟了常用的内陆水环境监测卫星Landsat TM/ETM+/OLI(30m)、Terra/Aqua MODIS(250m、500m、1000m)数据,系统研究了高动态浑浊水体(以鄱阳湖悬浮颗粒物监测为例)多源定量遥感监测的空间尺度误差,并对比分析了常用的多源数据尺度转换方法(基于遥感反射率数据平均法和基于悬浮颗粒物产品平均法)的有效性。结果表明,基于点扩散函数的空间尺度转换方法与传统方法具有较高的相关性,基于遥感反射率数据平均法的水环境定量遥感产品的误差水平低于基于悬浮颗粒物产品平均法;相对于南海等相对平稳水体的低空间尺度误差水平(0.5%),在高动态浑浊的内陆或近岸水环境遥感监测中,由空间尺度变化引起的产品误差可达±5%左右。因此,在高精度水环境定量遥感发展应用的需求和多源多尺度遥感数据协同的背景下,本文研究对于提高多源遥感监测产品的一致性和应用能力具有重要理论和现实意义。     

太原市黑臭水体遥感识别与地面验证

城市黑臭水体整治是城市水环境治理的一项重要工作。本文通过构建黑臭水体遥感识别模型，解决城市黑臭水体整治过程中黑臭水体的识别问题，实现城市黑臭水体空间分布快速定位与排查。通过分析黑臭水体形成机理和试验数据，从光谱特征上构建反映水体清洁程度的光谱指数（WCI），从图像特征上构建水体颜色、次生环境、河道淤塞、岸边带垃圾堆放等解译标志，综合光谱指数和解译标志共同进行黑臭水体遥感识别。利用该方法对太原市建成区内黑臭水体空间分布进行排查识别，共得到疑似黑臭河段14条，长度为52.530 km。经验证，除去断流影响外，遥感识别黑臭水体点位精度为92.86%，遥感识别黑臭河段长度精度为78.19%。在精度验证基础之上，进一步分析了黑臭水体遥感识别光谱指数和各项解译标志在黑臭识别中所占的权重，其中光谱指数和水体颜色二者权重最大，分别占29.60%和27.10%，是构成遥感识别黑臭水体的主要特征标志。通过两时相影像识别结果比对表明，WCI指数能够明显反应黑臭水体变化特征。因此，利用本文方法进行城市黑臭水体遥感识别具有很高的精度，在城市水环境整治过程中具有重要的应用价值。     

结合高分遥感和多源数据的高原湖泊流域土地利用分析

高分一号卫星是为提升我国高分辨率数据自给率自主发射的卫星，在土地利用监测方面具有重要的应用价值。将GF-1卫星影像与多源数据影像进行对比能够挖掘各数据源在土地利用动态监测方面的差异性。本文以云南省杞麓湖流域为研究区，选取最新的Sentinel-2、GF-1和Landsat 8卫星遥感影像进行土地利用分类，以第二次全国土地利用调查数据为基期数据，结合野外实地调研和土地利用转移矩阵开展土地利用现状和演变分析，得出以下结论：①杞麓湖流域的水域、建设用地、耕地和林地自中心向外呈现出圈层分布的特征，与第二次全国土地调查结果相比，水域、耕地、林地3种类型的自然景观面积减少，而建设用地和其他用地受人类活动的影响，面积大幅增加，变化主要集中在杞麓湖周边的纳古镇和河西镇。②Sentinel-2卫星影像与GF-1卫星影像均具有较高的空间分辨率，二者对土地利用变化评估的结果相近，均优于Landsat 8卫星影像，其中GF-1卫星影像具有较高的应用价值。     

多源高分辨率遥感影像智能融合

本文面向多源高分辨率遥感影像自动化融合的应用需求,探索按需应用的智能化融合方法,充分利用不同分辨率和不同时相的高分辨率多源遥感影像数据资源与特性,研究了影像融合数据源选取的决策树算法,建立了遥感影像融合规则知识库,并自动化选取适合的融合算法,提出了Curvelet_HCS算法,对低频和高频系数选用不同的融合规则,改善了HCS算法的光谱失真问题,可同时融合多光谱影像的多个谱段,并保持更丰富的空间细节信息。根据融合评价结果对遥感影像融合规则知识库进行更新,实验验证表明了该套方法的有效性,为开展大规模智能化的多源遥感影像融合应用提供了重要的方法和技术支撑。     

多源遥感数据支持下的城市生态状况评价

城市生态环境监测具有数据来源广泛、监测要素复杂、服务对象多样等特点,整合可用的资源进行城市生态的综合监测成为目前关注的热点。本文利用高分辨率遥感影像,以及地表覆盖、城市边界等遥感产品,在现有遥感生态指数的基础上,结合黑臭水体指数,构建适合综合评估城市生态状况的集成遥感监测模型,实现对城市生态环境状态的多维度监测。该方法能够较准确客观地反映城市的生态环境质量,理论上补充了基于遥感数据的城市生态环境监测方法,可为城市生态环境监测的信息化建设提供技术支撑。     

多源遥感图像融合发展现状与未来展望

近年来,随着遥感技术的发展,高光谱、红外、雷达等多源遥感成像手段在精准农业、资源调查、环境监测、军事国防等重要领域发挥着越来越重要的作用。同一场景多源遥感图像观测的地物对象相同,但观测的维度不同,图像的空间、光谱与时间分辨率存在差异,提供的信息既具有冗余性,又具有互补性和合作性。多源遥感图像融合能够综合利用不同来源获取的遥感图像信息,实现更精准、更全面的对地观测,是遥感对地观测领域的核心关键技术。本文从多源遥感图像的数据来源出发,综述了多源遥感图像融合的研究现状与未来发展趋势:首先介绍了国内外现有多源遥感图像的主要来源、图像特性与典型应用;然后,对不同类型多源遥感图像融合的研究现状和挑战性难题进行了归纳和总结;最后,对多源遥感图像融合的未来发展趋势进行了展望。     

亚米级遥感影像的建筑物高度反演方法及其验证北大核心CSCD

建筑物高度是现代化都市监测、规划、管理及各城市经济活动中的基础性数据,为实现建筑物高度信息的提取,本文提出了一种基于玻尔兹曼曲线的建筑物高度反演方法。首先,利用建筑物影像的光谱特性,采用多尺度分割和遥感指数分类的办法获取建筑物阴影感兴趣区域,根据玻尔兹曼曲线函数拟合获取阴影的亚像素位置,线性拟合得到阴影边界;然后,根据太阳、卫星、建筑物和其阴影的几何关系,构建高度反演模型,估算建筑物高度;最后,选择宁海为研究区,选取在轨的主流亚米级高分二号、高景一号、北京二号、WorldView-2卫星遥感数据进行精度验证。试验结果表明,计算的建筑物高度中误差优于2.5 m,可用于一般的城市卫星遥感监测。     

近岸/内陆典型水环境要素定量遥感空间尺度问题研究

近岸/内陆水环境遥感的空间尺度问题研究包括空间变异尺度及遥感监测空间尺度需求,以及多源多尺度遥感数据及定量产品的空间尺度误差两个方面。利用长时序高分一号16 m遥感数据集高时空分辨率的综合优势,采用空间半变异函数分析方法获取了中国近岸/内陆典型水环境要素（以悬浮颗粒物为例）的空间变异尺度。基于水环境要素空间变异的连续性和泰勒级数展开理论,定量化地描述了空间尺度误差解析函数。结果表明,近岸/内陆水体等高动态水体的空间变异尺度平均在150 m以下,而外海等相对稳定水体空间变异尺度在300 m以上。随着空间分辨率的降低,受到空间变异和水环境要素非线性定量反演模型的共同影响,悬浮颗粒物的空间尺度误差显著增大,亟需重点研究区域化的尺度误差校正方法。     

基于深度学习的高分辨率遥感影像光伏用地提取

近年来我国光伏产业发展迅猛,随之也产生了诸多用地问题,通过遥感技术提取光伏用地,监测光伏用地分布与用地状况,对于光伏产业健康发展具有重要意义。本文提出一套基于深度学习方法的高分辨率遥感影像光伏用地自动提取方法,该方法利用GF-1等卫星影像和Google Earth影像构建光伏用地样本,基于ResNeSt-50作为骨干网络的DeepLab V3+模型实现深度学习语义分割算法,并结合计算机图形学方法对深度学习结果进行后处理,实现了面向高分辨率遥感影像较通用的且高精度的光伏用地自动提取。该方法的深度学习模型验证精度mIoU值达0.899 2,提取结果具有良好的边缘精度且具有广泛的适用性,支持GF-1、ZY-3、GF-6、GF-2和Google Earth等影像。