高光谱成像遥感载荷技术的现状与发展

高光谱成像技术可同时获取地物的几何、辐射和光谱信息,集相机、辐射计和光谱仪能力于一体,相比光学空间二维成像,可对地物进行空间和光谱三维成像,在一定的空间分辨率下,获取宽谱段范围内地物独特的连续特征光谱,对地物的精细分类和识别具有突出的优势,目前已成为对地遥感的重要前沿技术手段,在自然资源调查、生态环境监测、农林牧渔、海洋与海岸带监测等领域发挥着越来越重要的作用。随着高光谱遥感应用的深入研究,对高光谱成像遥感仪器的光谱范围、幅宽、光谱分辨率、空间分辨率、时间分辨率与定标精度等指标提出了新的要求。同时满足这些相互制约的参数指标,是国内外高光谱载荷研制中一直难以突破的技术难点。本文主要对国内外的高光谱成像遥感载荷技术进行了综述,介绍了国内外典型的机载、星载高光谱成像遥感仪器,以及近年来发射、正在研制和计划发展的星载高光谱成像载荷,并分析了这些载荷的技术方案、性能指标和应用效果;介绍了声光调谐（AOTF）、液晶调谐（LCTF）、法布里—珀罗调谐（FPTF）,渐变式（LVF）和阶跃式（ISF）光楔滤光片,压缩感知光谱成像等新型分光技术,并分析了它们各自的技术优缺点以及应用于高光谱成像的可行性和现状;最后展望了高光谱成像载荷技术的发展趋势。     

改进型遥感生态指数与RSEI的对比分析

为了更好对城市生态质量进行监测和评价,构建一个更精确的城市遥感生态指数十分必要。本文结合绿度、湿度、干度、热度和空气质量指标采用主成分分析PCA（Principal Component Analysis） 构建改进型遥感生态指数MRSEI（Modified Remote Sensing Ecological Index）;利用熵权法计算压力—状态—响应模型PSR （Pressure State Response Model）中各指标的权重,通过加权法获得生态环境指数EI（Eco-environmental Index）与MRSEI和RSEI进行比较。同时,综合绿度、热度、湿度、干度指标利用核主成分分析KPCA（Kernel Principal Component Analysis）构建非线性遥感生态指数NRSEI（Nonlinear Remote Sensing Ecological Index）;最后将MRSEI、NRSEI分别与常用的遥感生态指数RSEI（Remote Sensing Ecological Index）进行对比和分析。结果表明,MRSEI可体现空气质量空间分布对城市生态质量的影响,2014年和2017年MRSEI与EI的相关系数分别是0.829和0.857（P<0.01）,比RSEI与EI的相关系数分别提高0.035和0.055。在主城区MRSEI和RSEI与EI比较结果表明,MRSEI的平均绝对误差、均方根误差和平均相对误差均小于RSEI,表明MRSEI更适用于城市生态质量评价,空气质量指标对北京市生态环境监测、评价是非常重要的。同时,在实验区KPCA第一主成分贡献率比PCA提高了11.94%—21.45%;各个指标与NRSEI相关系数比与RSEI提高了0.128—0.198;NRSEI可体现生态等级间的过渡,RSEI对生态环境差的区域有时低估,对生态环境优的区域有时高估,NRSEI与遥感影像定性反映的生态状况更加相符。在监测空气质量严峻的北京市生态质量方面,MRSEI优于RSEI;顾及各指标间的弱线性或非线性问题的NRSEI监测生态环境质量效果优于利用线性变换的RSEI。     

基于遥感技术的公路工程地质分析

结合具体工程项目,对遥感技术应用于公路工程地质勘察时的技术路线、技术方法进行了阐述,并重点介绍了工程区内断裂、地形地貌和工程地质条件的研究结果,对工程的设计与施工提出了建议.     

跨时空观下的遥感应用新视野

遥感是一门应用性极强的现代地球信息学科,在总结分析遥感学科理论发展与遥感应用新特征基础上,进行遥感学科发展与应用理论探索,是推动遥感学科与应用迈上新台阶的重要任务。本文通过对现有遥感学科组成及分类体系的分析,首先提出了一种基于方法论的遥感学科分类新方法,在分析遥感应用中普遍存在的跨时空特征基础上,从遥感应用新视野提出了跨时空遥感的理论,最后结合典型案例剖析了跨时空遥感的应用。跨时空遥感理论的建立顺应遥感学科发展的需要,遥感应用时空观的提出对今后遥感应用具有参考价值。     

无人机遥感技术现状与应用

随着测绘科学技术的发展,各行各业对遥感数据的需求日益增加,但遥感数据获取手段相对不足。无人机遥感系统以更低的运营成本、高效灵活的任务安排,自动化和智能化的操作应用成为主要的遥感技术之一。本文对目前国内外无人机遥感的研究现状进行了介绍,在此基础上对无人机遥感关键技术进行了分析。     

新一代人工智能驱动的陆地观测卫星遥感应用技术综述

随着各国航天事业的高速发展以及政府对卫星遥感技术的大力支持,各类军民商用卫星系统层出不穷,建立了较为完善的卫星遥感数据获取体系,为推动经济社会高质量发展提供了新动能。与此同时,人工智能技术的迅猛发展极大程度的提升了数据分析的智能化、精准化水平,为遥感大数据分析与应用带来了新的发展机遇。在互联网时代的背景下,结合新一代人工智能、大数据、物联网、5G等先进技术,推动遥感应用朝着智能化、大众化、产业化方向发展是大势所趋。本文依据当前陆地观测卫星智能遥感技术的发展现状与实际需求,论述了人工智能驱动的遥感技术在资源调查、环境监测、灾害监测等领域中的应用研究现状,探讨了现阶段制约人工智能技术在遥感领域应用成效的关键问题,最后结合遥感大数据处理中存在的问题和挑战,对陆地观测卫星遥感应用技术的发展趋势进行了展望,建立基于人工智能的卫星遥感应用体系已成为卫星遥感技术发展的必然趋势。     

面向实时应用的遥感服务技术

当前中国卫星事业正面临着难得的发展机遇,以应用需求为牵引,着力提升卫星遥感的服务能力,充分发挥卫星的应用效益,突破通信、导航、遥感卫星的系统壁垒,构建通导遥一体化的天基信息实时服务系统,提供全天时、全天候、全地域的面向实时应用的服务.本文首先分析了天空地海对地观测传感网实时服务能力,接着阐述了遥感技术实时应用服务需求(...     

GNSS遥感研究与应用进展和展望

全球导航卫星系统遥感(GNSS remote sensing)属卫星导航应用与遥感的一个交叉学科范畴。GNSS系统除传统的导航、定位、授时等功能外,可免费提供全球覆盖、高时间分辨率的L波段(1—2 GHz)微波信号用于遥感探测。继GNSS折射信号被率先用于地震、大气水汽等的探测以来,利用GNSS反射信号进行海洋、陆表参数估算,近年来成为国际GNSS应用研究前沿热点。随着中国自主北斗导航系统的蓬勃发展,将会为GNSS遥感带来新的发展契机和空间。本文从GNSS遥感的两个重要学科分支,即GNSS折射信号遥感(GNSS refractometry)和GNSS反射信号遥感GNSS-R(GNSS Reflectometry),回顾在这一交叉学科领域近几十年的发展,并简要分析GNSS遥感发展面临的机遇与挑战。     

模糊技术在遥感图像处理中的应用以及存在问题分析

模糊技术由于能处理不确定性中的模糊性,因而在遥感图像处理中得到了很好的应用。本文就模糊技术在遥感图像增强、遥感图像边缘检测和遥感图像分割这三个方面的应用进行分析与归纳,并研究了模糊技术在这三个应用方面存在的问题进行了研究。     

面向应用的航天遥感科学论证研究

为适应中国民用航天遥感从科学试验向业务服务模式转变,更好地探索、了解与解决应用需求与航天遥感系统对接等方面遇到的技术问题,促进航天遥感统筹协调可持续发展,中国适时于2004年成立了国家航天局航天遥感论证中心。10余年来,论证中心以航天遥感系统为研究对象,系统开展了面向应用的航天遥感科学论证概念、理论方法、技术工程与应用研究。本文是论证中心团队长期从事航天遥感科学论证研究与实践的系统总结,介绍了遥感论证初步认知、遥感论证关注问题、遥感论证理论体系与模型方法集、遥感论证能力建设及遥感论证实践等方面内容,给出了遥感论证定义并详细分析了研究范围和内容,提出了由知识维、进程维和逻辑维所组成的遥感论证作用域3维空间结构,指出社会发展加快和信息化水平提高,带动整个航天遥感数据信息链向更大规模、更短响应时间周期、更综合数据集成、更高数据质量、更加智能化方向发展,航天遥感系统将进入新的"智慧遥感"发展阶段。得益于十余年来中国民用航天快速发展,我们经历了风云三号新型载荷校飞、多角度多光谱偏振遥感器论证、环境星应用工程论证等实践,取得了多方面理论方法的突破,并应用到2030民用航天发展规划、高分辨率对地观测系统、国家自然灾害空间信息基础设施、国家民用空间基础设施中长期发展、2030中国综合地球观测系统规划等论证当中。经过不断实践,快速迭代,形成了遥感论证理论体系及相应的十大模型方法,包括遥感信息流模型、遥感信息特征模型、遥感信息应用模型、遥感信息量分析模型、遥感数据工程模型、航天遥感系统结构模型、航天遥感系统状态描述模型、航天遥感系统质量模型、航天遥感系统发展动力模型及能力体系模型。这些模型方法全面反映了航天遥感系统特征、结构、状态、发展动力、条件等,可广泛用于对航天遥感系统进行顶层设计、规划、考察、分析、评价、预测,并开展实践探索。     

Estimating dissolved organic carbon concentration in turbid coastal waters using optical remote sensing observations

Dissolved Organic Carbon (DOC) is an important component in the global carbon cycle. It also plays an important role in influencing the coastal ocean biogeochemical (BGC) cycles and light environment. Studies focussing on DOC dynamics in coastal waters are data constrained due to the high costs associated with in situ water sampling campaigns. Satellite optical remote sensing has the potential to provide continuous, cost-effective DOC estimates. In this study we used a bio-optics dataset collected in turbid coastal waters of Moreton Bay (MB), Australia, during 2011 to develop a remote sensing algorithm to estimate DOC. This dataset includes data from flood and non-flood conditions. In MB, DOC concentration varied over a wide range (20–520 μM C) and had a good correlation (R² = 0.78) with absorption due to coloured dissolved organic matter (CDOM) and remote sensing reflectance. Using this data set we developed an empirical algorithm to derive DOC concentrations from the ratio of R_rs(412)/R_rs(488) and tested it with independent datasets. In this study, we demonstrate the ability to estimate DOC using remotely sensed optical observations in turbid coastal waters.     

1979年—2019年兴凯湖湖冰物候变化的被动微波遥感监测

季节性冻结与消融的湖冰是气候变化的重要指示器。本文以兴凯湖为例,基于1979年—2019年的被动微波遥感数据获取了兴凯湖的冻融日期,用2000年—2019年的中等分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)数据进行了验证,并用气候数据分析了湖冰物候变化的原因。结果表明被动微波与MODIS遥感数据在湖冰物候提取方面具有较好的一致性,也即MODIS的验证结果表明用低频被动微波亮度温度数据获取湖冰物候的方法是可行的,结果也是可靠的。平均而言,兴凯湖湖冰每年11-13左右开始冻结,11-23左右完全冻结,湖冰冻结持续时间9.80 d;次年04-23左右湖冰开始消融,04-30左右湖冰完全消融,消融持续时间8.03 d;湖冰完全封冻时间150.50 d,湖冰覆盖时间168.03 d。过去41 a,兴凯湖开始冻结日期没有明显变化,完全冻结日期平均推后了0.19 d/a,开始消融日期和完全消融日期分别提前了0.16 d/a和0.13 d/a,湖泊完全封冻时间和湖冰覆盖时间分别缩短了12.71 d和2.87 d。湖冰冻结日期推后与风速增大密切相关,消融日期提前和湖冰持续时间缩短与气温升高显著相关。     

作物病虫害高光谱遥感进展与展望

作物病虫害作为影响农作物品质、产量及威胁粮食安全的主要因素,仅依靠人工田间调查对其进行监测已不能满足当下农业生产精准高效的需求。高光谱遥感作为能够获取地表物体连续波谱信息的遥感技术,已经成为当下作物病虫害监测识别的重要手段。本文对作物病虫害高光谱遥感监测识别的研究进展进行综述,通过对该领域发表文献的统计以及对主要机构、团队、数据源的分析,明确了病虫害高光谱遥感监测的研究热点和趋势;在此基础上,分析高光谱技术及其作物病虫害的监测识别机理,从病虫害胁迫探测、分类识别、危害严重度定量分析及早期检测四个方面综述相关技术及研究现状;通过探讨当下高光谱遥感病虫害监测识别面临的挑战,提出作物病虫害标准图谱库的建立、星载高光谱传感器的完善以及星空地一体化监测平台的搭建是当前作物病虫害高光谱遥感监测识别技 术落到实处的关键,也是未来发展的重点方向。     

基于增强小波ECW的遥感图像压缩研究

基于小波变换的图像压缩方法能在高压缩比的前提下保持好的重建图像质量,小波变换的编码技术被广泛地应用于图像的压缩中。但这些传统的小波压缩技术及改进算法,都需要构造复杂的小波基、小波函数,算法复杂,制约了在实际中的广泛应用。而最新发展的增强小波技术较传统的小波技术ECW在压缩率、压缩速度、压缩编码方面均有了新的突破,利用ECW SDK二次开发包,可在应用系统中直接嵌入ECW技术进行遥感影像压缩,避免了传统的小波技术算法复杂等弊端。实践表明该方法是一种有效的、可以在实际中广泛应用的遥感图像压缩方法。     

中国高光谱遥感的前沿进展

高光谱成像技术具有光谱分辨率高、图谱合一的独特优势,是遥感技术发展以来最重大的科技突破之一。中国的高光谱遥感发展与国际基本同步,在国家和省部级科研项目的支持下,解决了高光谱遥感信息机理、图像处理和多学科应用等方面多项世界性难题,有效解决了高光谱遥感理论研究与多领域应用中的关键技术瓶颈,实现了在农业、地矿、环境、文物保护等多领域的成功应用,产生了显著的社会经济效益。本文回顾了中国高光谱遥感技术的前沿研究进展,总结分析了取得的主要创新性成果。     

大气校正对基于遥感指数提取藻华信息的影响

遥感技术使大范围实时监测蓝藻水华成为可能,但大气效应与太阳、地物及传感器的几何关系会影响辐射传输方程,从而对基于遥感指数的蓝藻信息提取产生影响,因此,探讨这些影响因子对藻华信息的提取精度有着积极意义。基于MODIS大气校正前后2种产品(MOD02和MOD09),利用单波段、比值植被指数、归一化差值植被指数和归一化水体指数4种遥感指数对2006年全年太湖藻华信息进行提取,并定量分析了气溶胶光学厚度、太阳高度角和卫星观测角等因素对遥感指数的影响程度。结果表明:比值植被指数与归一化差值植被指数受大气影响程度较其他二者低,且比值植被指数对大气因素的敏感性较归一化差值植被指数低;气溶胶的光学厚度与太阳高度角在不同程度上对指数提取结果造成影响,因此利用遥感指数提取藻华信息时需谨慎,以避免误判。     

Google Earth Engine云平台对遥感发展的改变

近年来,随着遥感技术的快速发展,积累了海量的对地观测遥感数据.传统桌面端遥感处理平台(例如ERDAS和ENVI等)无法满足当前遥感大数据的应用需求.作为领先的遥感云计算平台,GEE (Google Earth Engine)的出现改变了传统遥感数据处理和分析模式,为海量数据快速处理与信息挖掘带来了新的契机.截止目前,科...     

高光谱遥感图像的空间邻域指数

通过高光谱遥感图像空间邻域内光谱特征的变化,研究了邻域光谱度量指数;根据邻域内端元光谱特征的变化,提出了邻域独立端元指数提取图像的空间维细节信息。通过真实高光谱遥感图像检验,两类邻域指数能够较好地提取高光谱遥感图像中的细节,为进一步结合空间维、光谱维特征的高精度目标探测与识别创造了有利条件。     

Advances in spaceborne hyperspectral remote sensing in China

With the maturation of satellite technology,Hyperspectral Remote Sensing(HRS)platforms have developed from the initial ground-based and airborne platforms into spaceborne plat-forms,which greatly promotes the civil application of HRS imagery in the fields of agriculture,forestry,and environmental monitoring.China is playing an important role in this evolution,especially in recent years,with the successful launch and operation of a series of civil hyper-spectral spacecraft and satellites,including the Shenzhou-3 spacecraft,the Gaofen-5 satellite,the SPARK satellite,the Zhuhai-1 satellite network for environmental and resources monitoring,the FengYun series of satellites for meteorological observation,and the Chang'E series of spacecraft for planetary exploration.The Chinese spaceborne HRS platforms have various new characteristics,such as the wide swath width,high spatial resolution,wide spectral range,hyperspectral satellite networks,and microsatellites.This paper focuses on the recent progress in Chinese spaceborne HRS,from the aspects of the typical satellite systems,the data processing,and the applications.In addition,the future development trends of HRS in China are also discussed and analyzed.     

智能遥感卫星系统

：分析了当前遥感卫星系统存在的一些不足,论述了新一代“智能遥感卫星系统”的概念及其主要特点,对其 中自适应遥感成像和星上数据实时处理两个核心部分进行重点介绍,并对其涉及的关键科学问题和关键技术进行阐 述。设计了一套具有自适应成像和应用模式优化能力的智能高光谱卫星有效载荷系统。该系统由用于区域背景信息获 取的前视预判遥感器、用于地表详细观测的主遥感器以及星上数据实时处理和分析3部分组成。对智能高光谱卫星的工 作原理和流程进行介绍,并呼吁中国尽快围绕智能遥感卫星系统开展一些前沿性的科学理论和关键技术研究,以实现 中国在卫星遥感领域的跨越式发展。