海洋激光雷达反演水体光学参数

研制了一套船载海洋激光雷达,用于探测海水光学参数垂直廓线。2017年8月,该系统在黄海海域进行了实验测量。在准单次散射模型中引入原位测量的光学参数,实现了理想激光雷达回波信号的模拟,并将该理想信号与系统响应函数卷积后精确复现了实验的激光雷达信号。采用Fernald后向迭代积分法(简称Fernald法),比较了不同水体悬浮物激光雷达比下反演的激光雷达衰减系数α与原位漫射衰减系数Kd的差别。基于停航时标定的水体悬浮物激光雷达比,采用Fernald法获得了走航时的激光雷达衰减系数。进一步地,提出一种基于米散射激光雷达数据和原位测量的后向散射数据的融合算法,模拟了高光谱分辨率激光雷达(HSRL)反演α的过程,并将其与Fernald法进行了比较。实验结果表明,自研的海洋激光雷达能够有效探测海水光学参数,基于合适的水体悬浮物激光雷达比的Fernald法可以有效应用于米散射激光雷达的反演,未来无需假设的HSRL在海水光学参数探测领域具有更大的优势。     

世界卫星海洋遥感三十年

全面扼要地介绍30a来世界卫星海洋遥感所取得的主要成就及主要海洋卫星探测器的技术性能,重点介绍海洋遥感——海洋水色、海面地形、海面风场以及波浪、溢油和海冰监测等方面的技术进步和应用研究进展。     

卫星海洋遥感及其在我国的应用和发展目标

前言为发展海洋事业,摆在科学家面前的首要任务是认识海洋上发生的各种现象,了解海洋资源的现状,这乃是海洋监测和调查的宗旨。海洋监测和调查历史悠久,其常规手段是采用调查船、观测站、海洋浮标等获取海洋环境与资源有关的数据。这种方法的缺点是耗资大、工时长、范围有限,因而难以实现大面积、实时、同步、连续及密集的海洋观测。由于海洋自身的特点,其一,它的面积大,其二,它是运动者的水体,采用空基遥感探测具有显着的优点。这些优点表现在下述两方面：一方面可以经济而方便地实现面探测,而下像大多数常规手段,只能作点/线探测；另一方面可以实现实时或准实时探测。     

全球海洋遥感卫星发展综述

随着世界各国对海洋资源的重视不断提高，越来越多的国家开始发展海洋遥感卫星技术，为海洋监测、海洋航运、海洋环境、海洋军事及海洋经济等领域提供支撑服务。对全球海洋遥感卫星信息及其相关参数进行统计分析，有助于掌握未来海洋遥感卫星的发展动态和趋势。根据统计分析可以看出，海洋遥感卫星正向多载荷、高分辨率、全覆盖方向发展，并对卫星的发射条件及搭载的载荷提出了新的挑战。随着载荷种类的增多及传输速率的提高，产生的卫星数据也呈现多源异构性，且数据量急剧增加。为此，只有建立大型的卫星数据中心，形成一体化的支撑体系，才能为海洋各领域提供更好的服务。     

利用卫星星座对GNSS-R海洋遥感时空特性进行研究

利用仿真方法研究了GNSS-R接收天线俯仰角、卫星轨道长半轴和轨道倾角对镜像反射点数量的影响,对4颗和6颗卫星组成的星座时空分辨率进行了仿真计算,分别获取了星座的时间分辨率。认为由6颗卫星组成的星座,8 h可完成全球5°×5°海洋格点的探测任务。     

河北省卫星遥感海洋应用平台建设研究

随着卫星遥感技术在海洋监测中的作用日益凸显,为了加快地方海洋监测能力建设,构建省级卫星遥感海洋应用平台十分必要。介绍了河北省卫星遥感海洋应用平台的总体设计思路、总体架构、系统建设和应用情况。该平台将国家遥感数据分发单位、地方业务化监测单位、现场观测单位有机联合在一起,形成了自卫星遥感数据与现场观测数据的收集、数据处理、产品生产、数据管理、成果发布至精度评价的全业务闭环流程,实现了海洋环境常规监测业务系统后台全自动化运行,极大程度地提升了河北省海洋遥感监测能力和服务能力,为地方海洋遥感监测平台的建设提供参考。     

双通道三维成像激光雷达技术研究

激光雷达作为一种三维测量系统,通过采集的激光测量点(点云)对测量区域实现三维测量覆盖。由于三维测量覆盖的网格密度受测距范围、激光发射频率、扫描角度和扫描频率等因素限制,单通道激光扫描难以完成高网格密度三维点云数据采集。为探索提高激光雷达扫描点云网格密度的有效途径,本文建立了激光雷达双通道扫描系统模型,分析了该模型的双通道三维测量的实现机理,设计了双通道机载激光雷达扫描演示系统。通过对比目标地物的实际扫描试验结果,验证了双通道激光雷达扫描仪的系统可行性和获得更高分辨率、更完整测量区域表面三维点云的能力。     

美国SeaStar海洋水色卫星简介

美国海洋水色卫星SeaStar是继1978年发射的Nimbus-7(雨云)卫星后的国际上第2颗海洋水色专用卫星,计划于1995年年初发射。我国国家海洋局第二海洋研究所已获NASA批准,将建站接收该卫星资料。本文介绍SeaStar卫星及其轨道参数和星上装载的海洋宽视场水色扫描仪有关情况及其遥感资料的接收和应用情况。     

海洋初级生产力的卫星探测

讨论了海洋初级生产力的卫星探测技术,内容包括卫星探测的技术要求、卫星数据的处理、海洋初级生产力的估计、大气辐射校正以及水色卫星探测器的现状和发展等。     

气溶胶激光雷达的国内外研究进展与展望

大气气溶胶具有显著的环境与气侯效应,而定量评估上述效应需要准确了解气溶胶物理化学光学性质的时空分布特征。过去几十年,激光雷达已被国内外学者广泛应用于气溶胶探测研究,主要依赖于其在探测范围、时空分辨率等方面具有独特的技术优势。本文主要总结激光雷达在探测气溶胶方面的国内外研究进展,首先简要介绍可用于探测气溶胶的主要激光雷达类型,然后分别根据气溶胶大小、组分、浓度、形状、光学性质等关键信息介绍相关研究进展,最后进行总结并对气溶胶激光雷达发展进行了展望。     

中国海洋卫星及应用进展

中国十分重视海洋遥感及其监测技术的发展,初步形成了具有优势互补的海洋遥感观测体系,并发挥了显著的经济和社会效益。其中,海洋一号(HY-1A/B)卫星已经广泛应用于中国海温预报业务系统、冬季海冰业务监测、夏季赤潮和绿潮监测、海岸带动态变化监测、近岸海水水质监测和渔业遥感监测等方面。海洋二号(HY-2A)卫星不仅填补了中国海洋动力环境卫星遥感的空白,也是目前国际上唯一在轨运行的集主被动微波遥感器于一身的综合型海洋动力环境卫星,具备同时获取风场、有效波高、海面高度和海面温度的能力。通过卫星获得的数据提高了中国海洋环境监测与灾害性海况预报的水平,为国民经济建设和国防建设、海洋科学研究、全球变化研究等提供了可靠的遥感数据,同时还在国际对地观测体系中发挥了重要作用,受到国内外用户的高度认可。海洋一号和海洋二号卫星系列为中国建立完善的海洋环境立体监测体系奠定了坚实基础。根据国家发展和"一带一路"建设的实施,在加快建设海洋强国、维护海洋权益和加快发展海洋经济的进程中对海洋遥感的发展也进一步提出了更高的要求和更紧迫的需求。为此,紧紧围绕国家海洋强国战略需求,在《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015年—2025年)》中专门规划了海洋观测卫星系列,服务于中国的海洋资源开发、环境保护、防灾减灾、权益维护、海域使用管理、海岛海岸带调查和极地大洋考察等方面,同时兼顾陆地和大气观测领域的需求。在充分继承已有HY-1A/B、HY-2A、高分三号(GF-3)和中法海洋卫星(CFOSAT)成功研制经验和应用成果的基础上,发展多种光学和微波遥感技术,建设新一代的海洋水色卫星和海洋动力环境卫星,具备卫星组网观测能力;发展海洋监视监测卫星,构建优势互补的海洋卫星综合观测体系。通过空间基础设施的建设,海洋遥感卫星必将在建设海洋强国的进程中发挥出重要作用。     

珊瑚礁遥感研究进展

珊瑚礁是生物多样性和初级生产力最高的海洋生态系统之一,对人类社会与海洋生态环境的健康和可持续发展有重要作用,而珊瑚礁又是中国南海主要的国土类型,国家因此越来越重视对南海珊瑚礁的规划、管理、建设与保护。珊瑚礁的调查与探测则是进行珊瑚礁活动的基础与依据,而遥感则在珊瑚礁的大范围探测方面具有很大的潜力,所以国内外已经存在很多利用遥感对珊瑚礁进行调查与探测的研究与应用。本文将按照被动遥感和主动遥感的顺序,客观地阐述国内外珊瑚礁遥感研究与应用的进展,探讨珊瑚礁遥感研究与应用的发展趋势,并尝试总结中国珊瑚礁遥感的机遇和挑战。其中被动遥感包括珊瑚礁地形与水深的遥感、珊瑚礁底质与地貌的遥感、珊瑚礁岸线变化与稳定性的遥感以及珊瑚礁环境的遥感等,而主动遥感则包括珊瑚礁水深的机载激光雷达遥感、珊瑚礁地貌的船载声学遥感和珊瑚礁地形的星载微波遥感等。结果发现,国内珊瑚礁遥感研究与应用的整体水平落后于国外:虽然在部分数据处理方面具有比国外更先进的技术,但相应的应用基础研究仍然达不到国外的广度与深度。因此,国内的珊瑚礁遥感研究仍需要鼓励珊瑚礁学者更多的参与与合作,以便在硬件设备和数据处理等方面加强针对珊瑚礁遥感的研究,进而融合多种手段而实现珊瑚礁遥感的工程化应用。     

对遥感科学应用的一点看法

本文提出遥感科学发展至今,需要进一步拓展和深化应用的一点思考。遥感已经无处不在,遥感学者不能停留在对传统的航空和卫星遥感数据的处理和分析,应该把现在无处不在的地面摄像、录音甚至是味觉传感数据以及其他社会经济大数据应用起来。遥感学者走出自己的熟悉领域实现跨学科发展,才能取得更大的科学突破。最后对遥感在实现联合国可持续发展目标中的作用进行展望,以期对年轻学者有一定帮助。     

A-FPN算法及其在遥感图像船舶检测中的应用

光学遥感图像船舶检测主要面临两个挑战:光学遥感图像背景复杂,船舶检测易受海浪、云雾及陆地建筑等多方面干扰;遥感图像分辨率低,船舶目标小,对于其分类与定位带来很大困难;针对上述问题,在FPN的基础上,提出一种融入显著性特征的卷积神经网络模型A-FPN (Attention-Based Feature Pyramid Networks)。首先,利用卷积提取图像特征金字塔;然后,利用顶层金字塔逐级构建显著特征层,抑制背景信息,通过金字塔顶层的细粒度特征提高浅层特征的表达能力,构建自上而下的多级显著特征映射结构;最后利用Softmax分类器进行多层级船舶检测。A-FPN模型利用显著性机制引导不同感受下的特征进行融合,提高了模型的分辨能力,对遥感图像处理领域具有重要应用价值。实验阶段,利用公开的遥感目标检测数据集NWPU VHR-10中的船舶样本进行测试,准确率为92.8%,表明A-FPN模型适用于遥感图像船舶检测。     

China's high-resolution optical remote sensing satellites and their mapping applications

Since the beginning of the twenty-first century,several countries have made great efforts to develop space remote sensing for building a high-resolution earth observation system.Under the great attention of the government and the guidance of the major scientific and techno-logical project of the high-resolution earth observation system,China has made continuous breakthroughs and progress in high-resolution remote sensing imaging technology.The development of domestic high-resolution remote sensing satellites shows a vigorous trend,and consequently,a relatively stable and perfect high-resolution earth observation system has been formed.The development of high-resolution remote sensing satellites has greatly pro-moted and enriched modern mapping technologies and methods.In this paper,the develop-ment status,along with mapping modes and applications of China's high-resolution remote sensing satellites are reviewed,and the development trend in high-resolution earth observa-tion system for global and ground control-free mapping is discussed,providing a reference for the subsequent development of high-resolution remote sensing satellites in China.     

遥感卫星数据产品分类分级规则研究

随着遥感卫星应用的发展,多源、多时相、多尺度以及不同类型遥感卫星的数据综合集成应用以及与地面观测信息集成,对遥感信息产品进行深度开发利用正在成为遥感应用的重要趋势。目前不同国家和地区、不同系列的遥感卫星数据产品分别采用不同的分类分级方案,难以适应多源、多系列地理空间信息整合应用的需求。本文从遥感应用对遥感卫星数据产品分类分级的需求出发,分析了目前主要遥感卫星的产品系列及其数据产品分类分级规则,参考了正在研究的相关国际标准,遵循系统性、科学性、完整性、兼容性、可操作性和可扩充性原则,研究提出了中国遥感卫星数据产品分类分级的规则。该规则以卫星载荷采用的遥感探测光谱特征及其数据获取方式作为分类依据,以卫星遥感数据的处理水平作为分级依据,建立统一的遥感卫星数据产品的分类分级体系。该规则与正在研究制订的相关国际标准保持一致,不但覆盖目前广泛应用的各类遥感卫星数据产品,而且能方便地建立与现有遥感卫星数据产品分类分级方案的映射关系,并且对未来的数据产品的分类分级留有比较充分的可扩充性,为遥感卫星数据产品分类分级指标体系的研究和相关国家标准的研制提供了依据。     

臭氧卫星遥感六十年进展

臭氧已成为中国继PM_2.5之后多地的首要污染物,臭氧污染防治是中国“十四五”及未来大气污染防治的重点。本文回顾了近60年来国内外臭氧卫星观测方面的主要进展,包括卫星探测载荷和臭氧相关的反演应用技术等,分为3个阶段总结了卫星载荷天底、临边和掩星3种探测方式的发展历程。臭氧卫星遥感反演算法和监测应用也随着载荷的发展在不断更新,本文重点介绍了臭氧柱总量和垂直廓线卫星遥感反演算法、近地面臭氧及其前体物观测、平流层臭氧入侵观测和区域传输、臭氧卫星观测数据的精度验证等方面的重要进展。对比国际臭氧卫星遥感监测,中国臭氧监测卫星发展滞后,虽然国家民用空间基础设施规划中陆续发射的高光谱观测卫星、大气环境监测卫星具有初步的臭氧监测能力,但在卫星载荷在功能、性能等方面还有不小差距,比如空间分辨率、信噪比等方面。在算法反演和监测应用方面,目前臭氧柱总量反演精度较高,还存在对流层中低层和近地面臭氧浓度反演精度不够,臭氧污染评估及成因分析不足,如近地面臭氧污染迁移转化过程、平流层臭氧侵入识别分析等问题,是下一步要重点关注的方向。     

海洋溢油与烃渗漏的光学遥感研究进展

海洋溢油与烃渗漏是资源与环境遥感关注的重要方向之一。光学遥感在该领域的理论与应用研究表明:(1)光学遥感探测的分类目标已经明确,即溢油污染形成的海面油膜、黑色浮油与油水混合物,海底烃渗漏形成的海面油膜与近海表大气碳氢化合物气体异常;(2)这些目标对入射光具有不同的光学作用过程(如反射、吸收、散射、干涉等),会产生不同的光学响应特征,是光学遥感识别、分类与定量估算的理论基础;(3)在实际应用中,目标介质面(不同类型、折射率与粗糙度的油面与海面)的菲涅尔反射差异,有利于目标探测的同时,也给目标识别分类与定量估算带来诸多不确定性影响。光学遥感技术在本领域的应用特点与优势逐渐清晰,但依然面临巨大的挑战,今后的研究趋势也主要集中于以下几个方面:光学传感器的可探测性,典型目标的光学响应特征,定量遥感模型与参数查找表,目标的光谱与空间尺度响应,实地测量等。随着研究的深入,光学遥感技术必能以新的视角为海洋溢油与烃渗漏目标的实时监测、识别分类与定量评估提供更好的解决方案。     

玉米大豆生长中后期遥感辨识的指示性特征研究

玉米和大豆是两种主要的粮食作物,及时准确地监测两者的种植面积对于产量预测和市场价格的制定具有重要的意义。利用遥感技术探究在生长季中后期能有效区分玉米和大豆的指示性特征集,为在不同实验区进行推广应用和提前玉米和大豆种植面积信息发布的时间提供技术支撑。文章以玉米和大豆为研究对象,以黑龙江和安徽省两个典型种植区为实验区,以高分一号影像为数据源,计算多种植被指数特征和两种纹理特征,同时利用特征优选方法评价特征间的相对重要性,并结合随机森林分类算法分析特征个数对精度的影响,得到不同试验区区分两者的最佳特征子集。随后根据不同实验区最佳特征子集的共同点和差异,遴选出对玉米和大豆中后期区分的遥感指示性识别特征集,并设计实验方案验证其有效性和稳定性。实验表明：在玉米和大豆生长中后期存在具有高效辨识两者的遥感特征集,能有效和稳定地增强两者的遥感识别能力;在不同实验区,基于特征优选方法可以选择出区分玉米和大豆的最佳分类特征子集,得到两者最优的识别效果,比仅仅使用原始波段特征的分类精度提升了近10个百分点,总体分类精度能够平均达到97%,Kappa系数0.96,玉米和大豆的单类分类精度平均超过95%;在不同的种植区,利用玉米和大豆的指示性特征集可以得到几乎与优选出的最佳特征子集同样的分类精度和制图效果,且具有稳定性和有效性,较最佳特征集更具推广使用意义。指示性特征集包含6种：植被指数中的比值植被指数（RVI）,差值植被指数（DVI）,转换型植被指数（TVI）,改进型叶绿素吸收比率指数（MCARI）和灰度共生矩阵（GLCM）纹理特征中的二阶矩（the Second Moment）和熵（Entropy）。