多元指标的海上溢油信息提取

 海上溢油给海洋生态环境带来了巨大的影响,甚至需要几十年才能恢复。运用卫星遥感进行海上溢油监测已成为目前溢油监测的主要手段。本文对海上溢油遥感监测方法进行了分析,鉴此,提出了一种SAR数据的多元指标溢油信息提取方法。首先,对图像进行分割,然后,建立溢油形状参数、纹理特征指数、物理特性指数等主要指标,并以层次分析法得出每一类指标的权重。针对每一类指标,以经现场验证的溢油图像为基础,选择形状参数,如周长与面积比值、复杂度等,建立溢油形状判读等级;选择纹理特征参数,以灰度共生矩阵的相关性、熵、变化等来表达溢油的纹理特性,建立溢油纹理特征判断等级;选择溢油物理特征,如溢油与海水的标准差、均方根差、对比度等,建立溢油物理参数判断等级。在此基础上,建立海上溢油遥感信息提取指数,计算分割图斑的溢油遥感信息提取指数,以此判断溢油遥感信息提取的置信度,为溢油识别提供依据。     

多源SAR遥感影像海上溢油业务化监测系统研究

随着海上石油运输业和海洋石油工业的迅速发展,海上溢油事故频繁发生,造成了巨大的生态和经济上的损失,因此,实时监测溢油信息对灾害防控具有重要意义。本文基于多源SAR影像数据,开展了溢油遥感监测研究,构建了基于GIS的海洋溢油业务化监测系统。系统基于GDAL对原始数据进行解析,实现影像输入和几何校正等处理;在此基础上,封装多尺度图像分割算法和灰度对比度特征提取算法,对SAR影像数据进行分块、分割、溢油识别、合并及参数赋值等自动化处理,实现溢油信息提取的一键化处理;面向溢油监测应用需求,制作各类标准化产品,自动添加制图整饰要素、影像参数、溢油面积和溢油源等各类信息,并实时生成专题快报。     

海面溢油光学卫星遥感监测能力分析

 海面溢油对海洋生态的影响具有频率高、范围广和危害大的特点。卫星遥感已成为海面溢油监测的重要手段。本文从海面油膜光谱特性出发,与常用的光学卫星传感器建立对应关系,根据对不同光学遥感卫星的空间分辨率、时间分辨率、幅宽和波段数等主要物理参数的对比分析认为,MODIS传感器和HJ-1卫星有较强的海面溢油监测能力。故此,采用MODIS、BJ-1、HJ-1和FY-3光学卫星影像,对2006年3月和2011年6月渤海海面溢油污染事故进行了遥感监测。MODIS遥感图像可以清晰反映出2006年和2011年这2次溢油污染事故中海面油膜信息,HJ-1卫星遥感影像则能反映出2011年溢油污染事故中海面油膜信息,而BJ-1和FY-3卫星遥感影像不能反映出海面油膜信息。HJ-1、BJ-1和FY-3卫星在波段设置上相似,但是,BJ-1和FY-3卫星不能反映出油膜信息,所以,本文进一步对这2次溢油事件中的MODIS遥感影像的油水光谱反差和海水光谱方差进行计算,并对结果进行比较分析,实验结果表明,当MODIS某一波段的海水光谱方差小于油水光谱反差时,则该波段可以显示出油膜信息;而当油水光谱反差小于或接近海水方差时,则不能反映出海面油膜信息。从波谱响应、空间分辨率和时间分辨率,以及监测实例中说明MODIS传感器有较强的海面溢油监测能力。     

草地退化杂类草入侵遥感监测方法研究进展

近年来,受全球气候变暖及日趋频繁的人类活动的共同影响,我国草地生态系统出现了不同程度的退化,成为草地生态学界的研究热点。本文较系统总结了草地退化、杂类草入侵遥感监测方法的应用进展,指出了常规草地退化遥感监测方法的不足,并展望了今后的发展方向。研究发现草地退化在群落尺度上往往表现为优质牧草种类减少,杂类草种类增加。在草地退化过程中,杂类草侵入,往往导致植被覆盖度增加,因而传统的基于植被覆盖度、生产力和产草量下降的草地退化遥感监测方法,无法反映草地退化在植被种群方面的变化特征,尤其是杂类草入侵的草地退化过程。而目前基于高光谱数据的草地退化杂类草入侵监测方法,结合地面光谱测定和对退化草地物种特征微弱光谱差异的定量分析,能有效识别群落中杂类草种类,并反演出占群落的面积比例、高度和盖度等,可为草地退化监测及其治理提供群落演替过程及其态势的重要指标,为草地退化监测提供新的遥感技术方法。     

i4OilSpill,an operational marine oil spill forecasting model for Bohai Sea

Oil spill models can effectively simulate the trajectories and fate of oil slicks, which is an essential element in contingency planning and effective response strategies prepared for oil spill accidents. However, when applied to offshore areas such as the Bohai Sea, the trajectories and fate of oil slicks would be affected by time-varying factors in a regional scale, which are assumed to be constant in most of the present models. In fact, these factors in offshore regions show much more variation over time than in the deep sea, due to offshore bathymetric and climatic characteristics. In this paper, the challenge of parameterizing these offshore factors is tackled. The remote sensing data of the region are used to analyze the modification of wind-induced drift factors, and a well-suited solution is established in parameter correction mechanism for oil spill models. The novelty of the algorithm is the self-adaptive modification mechanism of the drift factors derived from the remote sensing data for the targeted sea region, in respect to empirical constants in the present models. Considering this situation, a new regional oil spill model (i4OilSpill) for the Bohai Sea is developed, which can simulate oil transformation and fate processes by Eulerian-Lagrangian methodology. The forecasting accuracy of the proposed model is proven by the validation results in the comparison between model simulation and subsequent satellite observations on the Penglai 19-3 oil spill accident. The performance of the model parameter correction mechanism is evaluated by comparing with the real spilled oil position extracted from ASAR images.     

利用MODIS和HJ-1卫星数据监测墨西哥湾溢油事件

通过对比不同时段的MODIS和HJ-1卫星数据,监测墨西哥湾漏油面积变化与走向趋势,结果显示该法监测大面积溢油比较有效,可为漏油清理提供参考,并建议利用遥感手段对我省及南海海域类似海洋灾害进行实时监测。     

A new oil spill detection algorithm based on Dempster-Shafer evidence theory

Journal of Oceanology and Limnology - Features of oil spills and look-alikes in polarimetric synthetic aperture radar (SAR) images always play an important role in oil spill detection. Many oil...     

基于MODIS谱纹信息融合的海洋溢油检测方法

鉴于仅依赖光谱特征或纹理特征的传统溢油检测算法的信息检测精度较低的问题,本文提出了一种新的光学遥感数据的谱纹海面溢油检测方法。谱是光学遥感数据的油膜敏感波段图像,纹是利用灰度共生矩阵计算获得的图像纹理特征,将这些特征相结合,引入支持向量机方法（Support Vector Machine,SVM）,建立谱纹海面溢油检测模型。本文以2006年渤海溢油事故为例,利用中等分辨率成像光谱仪MODIS的光学遥感数据对溢油进行检测,MODIS的第2波段为油膜敏感波段,所以,第2波段图像即为选取的谱特征,经过对各个纹理特征的分析得到,均值、对比和相关3个特征量可作为溢油提取的纹理特征。检测结果的总体精度达91.23%。试验结果表明,将MODIS图像的光谱特征和纹理特征相结合,可有效地对渤海海洋油膜信息进行检测,并具有很强的抑制噪声能力。     

A fast,edge-preserving,distance-regularized model with bilateral fi ltering for oil spill segmentation of SAR images

Marine oil spills are among the most signifi cant sources of marine pollution. Synthetic aperture radar(SAR) has been used to improve oil spill observations because of its advantages in oil spill detection and identifi cation. However, speckle noise, weak boundaries, and intensity inhomogeneity often exist in the oil spill regions of SAR imagery, which will seriously aff ect the accurate identifi cation of oil spills. To enhance marine oil spill segmentation of SAR images, a fast, edge-preserving framework based on the distance-regularized level set evolution(DRLSE) model was proposed. Specifi cally, a bilateral fi lter penalty term is designed and incorporated into the DRLSE energy function(BF-DRLSE) to preserve the edges of oil spills, and an adaptive initial box boundary was selected for the DRLSE model to reduce the operation time complexity. Two sets of RadarSat-2 SAR data were used to test the proposed method. The experimental results indicate that the bilateral filtering scheme incorporated into the energy function during level set evolution improved the stability of level set evolution. Compared with other methods, the proposed improved BF-DRLSE algorithm displayed a higher overall segmentation accuracy(97.83%). In addition, using an appropriate initial box boundary for the DRLSE method accelerated the global search process, improved the accuracy of oil spill segmentation, and reduced computational time. Therefore, the results suggest that the proposed framework is eff ective and applicable for marine oil spill segmentation.     

自然生态环境遥感动态监测与GIS分析评价——以山西“煤田之乡”的乡宁矿区为例

以1990、2000和2007年三期遥感影像为主体数据源,选取有"煤田之乡"称誉的山西省乡宁县作为实验区,采用遥感与GIS相结合的手段,在建立生态环境评价指标体系的基础上,利用生态环境状况指数(EI),对研究区生态环境进行监测与评价。结果表明:(1)1990-2007年,实验区耕地面积持续减少;林地面积先减少后增加,总体上显著增大;草地面积先增加后减少,总体呈减少趋势;建筑用地面积持续增加;未利用地面积先增加后减少,总体呈减少趋势。(2)1990-2007年,高植被覆盖地区面积先减少后增大,低植被覆盖地区面积持续减少,中度植被覆盖地区面积有所增加。(3)1990-2007年,轻度土壤侵蚀面积先增大后减小,总体面积变化不大;中度侵蚀面积先减小,后显著增大,总体呈增大趋势;重度侵蚀面积先增大,后显著减小,总体呈减小趋势。(4)1990-2000年,实验区生态环境状况明显变差;2000-2007年,生态环境状况显著变好;1990年到2007年生态环境状况略微变好,总体上先明显变差,后显著变好。     

轻小型无人机遥感组网飞行的高程安全监测冗余 容错算法研究

针对轻小型无人机遥感组网飞行的高程安全要求,本文设计了基于INS/GPS/气压计的多源信息冗余容错测量方案。通过分析轻小型无人机遥感组网应用时复杂多变的工作环境对可靠性与容错能力的要求,采用了联邦滤波算法进行多传感器冗余信息融合。本文分析了联邦滤波结构及算法,通过计算得出了系统容错性好以及滤波精度高的信息分配系数取值原则,并在此基础上提出一种基于故障特征信息熵的Pignistic概率转换容错信息分配方法。该算法可得到清晰准确的故障概率分布,根据此概率分布运用信息熵来确定系统故障概率,进而结合信息分配系数的取值原则得出组合测量系统各个子系统的权重比。通过算例仿真验证了不同信息分配系数主要影响子系统的估计误差和容错性能,而对联邦主滤波器的融合估计误差影响较小,说明了本文的容错信息分配方法能够为各子系统分量提供可靠的分配系数。在旋翼无人机平台上的定高悬停实验证明了该方法能将无人机高程误差减小为传统联邦滤波算法的四分之一,进一步说明了该方法能提高无人机高程安全监测系统的精度及容错性。     

新疆塔里木盆地北缘铀矿勘查中高分辨率遥感分析应用

 高分辨率遥感技术(包括高空间分辨率和高光谱分辨率)是新世纪以来地质勘查领域的重要新技术、新方法。本文以新疆塔里木盆地北缘巴什布拉克铀矿区和柯坪地区为例,研究了Quickbird高空间分辨率卫星遥感技术和CASI(Compact Airborne Spectrographic Imager)/SASI (Shortwave infrared Airborne Spectrographic Imager)航空高光谱遥感技术在铀矿勘查中的应用。首先,介绍了Quickbird和CASI/SASI高分辨率遥感数据的特点和处理方法;然后,分析了Quickbird高空间分辨率遥感技术在新疆塔里木盆地北缘巴什布拉克铀矿区油气还原褪色蚀变识别与空间分布规律分析中的应用,为铀矿油气还原成因研究和外围找矿方向提供重要依据;并研究了Quickbird与CASI/SASI两种高分辨率遥感技术在新疆塔里木盆地北缘柯坪地区铀矿勘查中的应用,发现了萨拉姆布拉克铀矿化带及其铀矿化蚀变空间分布特征,确定了铀矿化蚀变类型,预测了铀矿找矿靶区,为该地区铀矿勘查的新突破提供了重要依据。上述应用表明,高分辨率遥感技术在铀矿地质勘查领域可以取得很好的应用效果,值得广大遥感地质工作者今后进一步深入挖掘其应用潜力。     

APPLICATION OF REMOTE SENSING TECHNOLOGY TO POPULATION ESTIMATION

This paper attempts to explore a new avenue of urban small-regional population estimation by remote sensing technology, creatively and comprehensively for the first time using a residence count method, area (density)method and model method, incorporating the application experienqe of American scholars in the light of the state of our country. Firstly, the author proposes theoretical basis for population estimation by remote sensing, on the basis of analysing and evaluating the history and state quo of application of methods of population estimation by remote sens-ing. Secondly, two original types of mathematical models of population estimation are developed on the basis of remote sensing data, taking Tianjin City as an example. By both of the mathematical models the regional population may be estimated from remote sensing variable values with high accuracy. The number of the independent variables in the lat-ter model is somewhat smaller and the collection of remote sensing data is somewhat easier, but the deviation is a little larger. Finally, some viewpoints on the principled problems about the practical application of remote sensing to popu-lation estimation are out forward.     

高光谱遥感技术及其水利应用进展

面向新时期水利行业"补短板"和"强监管"的应用需求,遥感的前沿技术高光谱遥感凭借较高的光谱分辨率和图谱合一等优势,在水生态、水环境等水利行业的应用中发挥了重要作用,同时在水灾害、水资源等层面中也存在着一定的应用潜力.本文介绍了高光谱遥感的成像原理,回顾了成像光谱仪的发展,列举了目前国内外典型的高光谱载荷.重点介绍了高光...     

塔基遥感视频监控有效性评估方法

以铁塔作为基础平台,利用其上搭载的相机或其他传感器进行近地面观测被称为塔基遥感。塔基遥感具有不易受到云层遮挡等自然因素影响、可以全天候实时获取视频信息的特点,可有效填补航空航天遥感与地面观测网络之间的尺度空缺,已在各个领域得到广泛应用。然而在面对大面积观测区域和复杂的任务目标时,塔基遥感的实际应用则受到复杂的地形及成像时空间分辨率的约束。如何评估其成像有效性成为未来塔基遥感平台优化建设的关键。为解决上述问题,本研究剖析了塔基遥感相机的成像特点和主要遮挡因素,构建起其实际覆盖范围分析方法。依托主要应用的空间分辨率需求建立分辨率分级体系,并结合实际覆盖范围和相机参数明确各项应用的可应用区域,据此评估塔基遥感视频数据有效性。以南京市江宁区"慧眼守土"塔基遥感视频监控系统为例进行实验分析,结果表明,现有塔基遥感相机受到了周边地形及塔基自身的严重遮挡,5 km内平均覆盖率仅3.20%,塔基自身造成了47.66%视角被遮挡。具有极高、高等级分辨率需求的应用实际覆盖情况较为理想,但中、低等级分辨率应用的实际覆盖情况需要进一步优化。增加相机高度、提升相机变焦能力以及增设环形轨道可以有效对塔基遥感相机的...     

水土流失区马尾松林植被提取的土壤调节指数分析

为实现水土流失区植被遥感信息的准确提取,本文采用2007年ALOS 10 m多光谱影像,利用土壤调节植被指数SAVI和MSAVI,对福建长汀水土流失区马尾松林不同植被覆盖密度的3个实验区进行植被提取,并选用不同的土壤调节因子（L=0.25,0.5,0.75,1）做实验,将结果和以NDVI植被指数提取的结果进行对比,分析了提取效果及受土壤噪音的影响程度。实验表明,SAVI指数能提高水土流失区的植被提取精度。在中、低植被覆盖区,其提取的总精度比NDVI高出2%~7%,Kappa系数高出7%~18%;而土壤调节因子L的取值对植被信息的提取也呈现出一定的规律性,即：随着L从0向1递增,SAVI提取稀疏植被的能力上升而探测阴坡植被的能力下降。总体来看,对于低植被覆盖和中等植被覆盖地区,可分别用SAVI（L取0.75）和SAVI（L取0.5）来提取植被信息,对于高植被覆盖区,仍可直接用NDVI进行植被信息提取;研究发现MSAVI在植被信息提取中并不具有特别的优势。     

光-能谱集成技术系统及其地质应用

本文阐述了遥感、物探、地质等多地学数据的综合应用技术和方法。作者从多源遥感数据在铀资源勘查中的应用特点出发,充分利用了铀矿地质的特色信息--航空放射性伽玛能谱(航放)信息,进行了信息融合,开发多光谱遥感、雷达遥感、高光谱遥感、航放四种信息融合的MR、MSR、HSR融合图像。在此基础上,将融合图像的解译成果与重力、磁力、地化、地质等其他地学信息进行复合分析,从而建立了具核工业特色的光-能谱集成技术系统。利用该系统在植被覆盖的花岗岩、火山岩和沉积盆地地区进行了地质填图和铀矿找矿应用,取得了很好的应用效果。     

Remote sensing of ecosystem services: An opportunity for spatially explicit assessment

Ecosystem service is an emerging concept that grows to be a hot research area in ecology. Spatially explicit ecosystem service values are important for ecosystem service management. However, it is difficult to quantify ecosystem services. Remote sensing provides images covering Earth surface, which by nature are spatially explicit. Thus, remote sensing can be useful for quantitative assessment of ecosystem services. This paper reviews spatially explicit ecosystem service studies conducted in ecology and remote sensing in order to find out how remote sensing can be used for ecosystem service assessment. Several important areas considered include land cover, biodiversity, and carbon, water and soil related ecosystem services. We found that remote sensing can be used for ecosystem service assessment in three different ways: direct monitoring, indirect monitoring, and combined use with ecosystem models. Some plant and water related ecosystem services can be directly monitored by remote sensing. Most commonly, remote sensing can provide surrogate information on plant and soil characteristics in an ecosystem. For ecosystem process related ecosystem services, remote sensing can help measure spatially explicit parameters. We conclude that acquiring good in-situ measurements and selecting appropriate remote sensor data in terms of resolution are critical for accurate assessment of ecosystem services.     

基于特征概率函数的双阈值分割海面溢油检测

 海面溢油对生态环境造成了严重危害,故及早发现和尽快处理对降低事故影响和经济损失起着至关重要的作用。合成孔径雷达(SAR)是观测海面溢油、快速检测和事故态势分析判断的有效技术途径。本文针对SAR图像的海面溢油检测,提出了一种特征概率函数的双阈值分割方法。首先,通过高低阈值分割提取不同层次的灰度信息,再利用密度估计提取灰度的空间分布信息,然后,通过构建概率函数对油膜和类油膜区域进行形态学分类,最后,结合辅助信息,获得最终的海面溢油检测结果。本文利用香港中文大学卫星地面站接收的ENVISAT ASAR图像开展实验,结果表明,本文提出的方法能够准确地排除由风场或者水流场导致的低散射区域,有效地检测和识别生成不久的中型油膜,从而有助于溢油事故的早期预警与处置。     

利用视角转换的跨视角影像匹配方法

目前遥感影像跨视角匹配技术无法直接使用大幅卫星影像进行匹配,难以满足大范围复杂场景匹配的任务需求,且依赖大规模数据集,不具备良好的泛化能力。针对上述问题,本文在质量感知模板匹配方法的基础上结合多尺度特征融合算法,提出一种基于视角转换的跨视角遥感影像匹配方法。该方法首先利用手持摄影设备采集地面多视影像,经密集匹配生成点云数据,利用主成分分析法拟合最佳地平面并进行投影变换,以实现地面侧视视角到空视视角的转换;然后设计了特征融合模块对VGG19网络从遥感影像中提取的低、中、高尺度特征进行融合,以获取遥感影像丰富的空间信息和语义信息;最后利用质量感知模板匹配方法将从视角转换后的地面影像上提取的特征与遥感影像的融合特征进行匹配,获取匹配的软排名结果,并采用非极大值抑制算法从中筛选出高质量的匹配结果。实验结果表明,在不需要大规模数据集的情况下本文方法具有较高的准确性和较强的泛化能力,平均匹配成功率为64.6%,平均中心点偏移量为5.9像素,匹配结果准确完整,可为大场景跨视角影像匹配任务提供一种新的解决方案。