美国NASA冰桥(IceBridge)科学计划:进展与展望

美国NASA于2009年启动的IceBridge"冰桥"科学计划利用航空平台搭载的多源遥感传感器已在极区获取了连续的、高质量的观测资料。本文从多源航空遥感传感器及其采集数据的角度,对冰桥(IceBridge)科学计划做了详细介绍。其航空平台搭载的遥感传感器大致可以分为数字相机、激光雷达、雷达、重力以及辅助设备5类。本文又从冰雪3维立体制图、冰盖高程变化监测与物质平衡估算、海冰厚度与分布时空变化探测、卫星遥感校正与验证等4个方面对冰桥极地多源航空遥感数据的应用研究做了展望。冰桥科学计划将会大大促进人类对于气候变暖背景下两极所发生变化的理解。     

南极冰盖DEM机载测高验证与分析——以西南极Thwaites冰川为例

利用冰桥计划(IceBridge)在西南极Thwaites冰川的机载激光测高数据,对ICESat卫星测高数据和目前国际常用的4种南极DEM,包括Bamber 1km DEM、ICESat DEM、RAMPv2DEM和JLB97DEM的精度进行了验证和分析。结果表明,ICESat卫星测高数据和ICESat DEM有着较高的高程可靠性,其与冰桥计划机载测高数据的平均高程差小于5m,标准差小于15m。Bamber 1km DEM高程可靠性相比ICESat卫星测高数据和ICESat DEM低一些。JLB97DEM、RAMPv2DEM与冰桥计划机载测高数据之间的标准差超过30m,尤其在坡度较大的区域,高程可靠性低。     

我国航空遥感技术装备取得巨大进步

现代航空遥感已成为对地观测系统的重要组成部分．在灾害应急响应监测、高精度地表测量．矿产资源探测等领域发挥着无可替代的作用。在863计划等国家科技计划的支持下,我国坚持自主创新,在高精度轻小型航空遥感、无人机遥感、高效能航空SAR遥感等领域自主研发了先进、实用的可见光、红外、激光、合成孔径雷达等航空遥感传感器,打破了国外的技术垄断和技术壁垒．     

航空遥感技术及其在地质调查中的应用

航空遥感技术是地质调查的重要手段之一。在阐述航空遥感概念的基础上,简要回顾了航空遥感技术的发展历史,系统总结了航空遥感平台、传感器和数据处理技术的发展现状,并以地质灾害调查、矿产资源勘查、海岸带地质调查、矿山监测和航空物探遥感综合勘查等为例介绍了航空遥感技术在地质调查中的典型应用。该研究可为从事航空遥感地质调查工作提供技术参考。     

近太空平台摄影测量与遥感

本文介绍了近太空平台及主要特点，提出了在近太空平台搭载各类传感器进行摄影测量与遥感的初步设想，分析了它们的测绘性能，认为未来近太空平台摄影测量系统将成为航空和卫星系统的重要补充。     

利用CryoSat-2测高数据研究南极威德尔海海冰出水高度时空变化

为了提高南极海冰出水高度的估算精度,以威德尔海为例,基于CryoSat-2卫星测高数据,联合冰桥计划(IceBridge)机载测高数据和科考船走航观测数据,获取应用最低点高程法反演海冰出水高度的最佳估计参数,进而估算并分析了 2011-2017年,每年5月-10月威德尔海海冰出水高度的时空变化.结果表明,最佳的出水高度...     

航空扫描图像视角辐射误差的统计改正方法

在航空遥感中，位于传感器扫描线上的像元由于视角位置的不同，通常产生不同的辐射误差。这种辐射误差严重影响了基于遥感图像进行的各种定量分析的精度。因此，对这种视角辐射误差进行改正非常必要。本文从传感器视角和微小平面反射的角度出发，讨论和分析了航空扫描图像的视角辐射误差，研究了航空扫描图像中由于视角引起辐射误差的统计改正方法，并利用模拟扫描数据进行了试验，结果表明该方法是有效的。     

基于多源遥感影像融合的影像匹配技术

多源遥感影像数据配准,常用的方法是多项式纠正法。此方法简单,但不能有效实现图像之间的相互配准。本文介绍了一种基于影像匹配的图像对图像局部纠正技术,包括影像直方图匹配、特征点提取、影像匹配处理技术,以及图像对图像局部纠正等技术,用于多源数据的配准。实验证明这种流程适合不同时相、不同传感器遥感数据(TM数据、SPOT数据与航空影像数据)的精确配准,配准误差可达到子像元级别。     

海洋航空遥感多传感器应用系统集成

面向对象的程序设计思想和可视化编程技术使新技术的应用与推广变得越来越简单,在测绘和遥感等领域也已产生了前所未有的影响。在国家863计划项目航空遥感多传感器集成与应用技术系统(IAMSMA)的开发过程中,针对数据来源于多种传感器,充分利用数字图像处理的方法,采用模块化设计,将各传感器获取的数据与信息处理模块封装于统一的界面下,最终实现应用系统的集成。     

我国遥感科学与技术发展现状

本文主要介绍了我国遥感科学与技术发展的现状,包括航天和航空对地观测体系、地面卫星数据接收体系和遥感空间数据处理。涉及机载POS、三维激光扫描与成像、遥感成像机理与定量化反演、高光谱卫星影像处理、高空间分辨率卫星影像处理、多时相多传感器卫星影像处理、雷达影像处理与雷达干涉测量等技术。     

高分辨率光学卫星影像高精度在轨实时云检测的流式计算

本文重点阐述基于机器视觉的智能摄影测量的效率基础问题之二：高精度影像在轨实时云检测方法。随着技术发展,数据获取能力不断提升,待处理的数据量呈爆炸式增长;同时,对处理精度需求的提升,导致所需计算量的不断增长,二者凸显了智能摄影测量面临的效率问题。对光学卫星影像而言,高达50%的平均云覆盖率严重制约了高效精准在轨智能摄影测量的实现。针对于此,本文结合机器视觉中“自底向上”的图像理解控制策略,提出一种可供借鉴的基于流式计算的高分辨率光学卫星影像高精度在轨实时云检测方法,采用适合在轨搭载的嵌入式GPU实现实时流式计算,为后续的智能摄影测量处理提供输入。本文方法采用不依赖外存的快速处理机制,对持续流入的数据实时分块,通过负载均衡机制将数据块依次分发至各个单元并行处理,从而实现“流入、处理、流出”的实时处理。利用高分二号数据对本文方法进行试验验证,结果表明本文方法在显著提高云覆盖区域检测精度的同时,综合加速比达14,可满足在轨实时处理需求。     

Utilization of Resourcesat-1 data for improved crop discrimination

Subsequent to the launch of the state-of-art third generation Indian Remote Sensing satellite, Resourcesat-1, studies have been conducted to understand the capabilities of the on-board sensors for crop discrimination. The paper discusses the unique capabilities of the AWiFS, LISS-III and LISS-IV sensors in terms of their dimensionality, radiometry and spatial resolutions for crop discrimination and monitoring. The studies have indicated better crop discriminability especially using the short wave infrared data in 1.55–1.70 μm data among the spectrally confusing land cover classes, attributed to the relative differences of water contents. 10-bit radiometry of AWiFS data in four bands has been observed to be a better discriminant. Intrafield variability was very well captured by the LISS-IV data revealing the potential of data for applications like precision farming. The studies have revealed that potential of Resourcesat-1 data becoming the workhorse for several agricultural applications.     

中国-巴西地球资源卫星(CBERS)计划

中国和巴西两国空间技术合作计划是发展中国家之间在高技术领域的第一个合作计划。它的目标是在互利和各负其责的基础上发展空间技术。本文将叙述这颗具有独特多传感器载荷能力卫星(CBERS)的主要特点。卫星携带有3种成像传感器,具有同类卫星所没有的某些新特点。文中讨论了传感器的设计技术和成像仪的性能特点。并简要介绍以后将继续设计和建设的与应用和用户需求相适应的地面部分处理应用系统。     

Optical and SAR sensor synergies for forest and land cover mapping in a tropical site in West Africa

The classification of tropical fragmented landscapes and moist forested areas is a challenge due to the presence of a continuum of vegetation successional stages, persistent cloud cover and the presence of small patches of different land cover types. To classify one such study area in West Africa we integrated the optical sensors Landsat Thematic Mapper (TM) and the Advanced Visible and Near Infrared Radiometer type 2 (AVNIR-2) with the Phased Arrayed L-band SAR (PALSAR) sensor, the latter two on-board the Advanced Land Observation Satellite (ALOS), using traditional Maximum Likelihood (MLC) and Neural Networks (NN) classifiers. The impact of texture variables and the use of SAR to cope with optical data unavailability were also investigated. SAR and optical integrated data produced the best classification overall accuracies using both MLC and NN, respectively equal to 91.1% and 92.7% for TM and 95.6% and 97.5% for AVNIR-2. Texture information derived from optical images was critical, improving results between 10.1% and 13.2%. In our study area, PALSAR alone was able to provide valuable information over the entire area: when the three forest classes were aggregated, it achieved 75.7% (with MCL) and 78.1% (with NN) overall classification accuracies. The selected classification and processing methods resulted in fine and accurate vegetation mapping in a previously untested region, exploiting all available sensors synergies and highlighting the advantages of each dataset.     

参数自主学习的车辆运动约束新模型及其惯性推算误差抑制分析

准确、连续、可靠的位置信息是车载导航应用的基础条件,在不增加额外传感器的前提下,集成GNSS与MEMS及车载CAN总线传感器,并融入车辆运动约束信息,是最为简单有效且低成本的车载多源导航方案。在车辆运动约束中,合理配置相关参数是约束条件能否充分发挥作用的关键,本文重点针对车辆非完整性约束,采用多元回归和深度学习方法,构建了参数自主学习的车辆运动约束模型。同时,提出了在观测域直接学习侧向/垂向速度参数的新思路,相比原有方差域调参方法具有更好的约束效果。实测分析表明,相比于方差域调整参数的传统方法,在观测域进行参数自主学习的新模型具有显著的精度提升,采用多元回归模型的惯性推算误差在水平位置上减小了69.6%~81.2%,而利用深度学习则减小了60.0%~77.3%,同时,水平相对定位精度分别改善了75.2%和65.0%,新模型能够有效提升GNSS失效时车载定位精度维持能力。     

基于CryoSat-2数据的海冰厚度估算算法比较

以北极为研究区,使用CryoSat-2数据,利用现有海冰厚度卫星测高研究中4种主流算法(Laxon03算法、Kurtz09算法、Yi11算法和Laxon13算法)分别对北冰洋海冰厚度进行估算,并将估算结果与研究区IceBridge机载激光测高冰厚数据进行了比较,探索各算法海冰厚度估算的差异,寻找最优的估算算法,为估算长时序海冰厚度提供基础和参考。结果表明,4种算法估算的海冰厚度空间分布较为一致,但不同算法估算的结果差异较大,可达0.476 m;4种算法估算结果大小依次为Laxon03算法、Yi11算法、Laxon13算法、Kurtz09算法;4种算法估算的平均海冰厚度差异,在北极波弗特海海域最大,其次是北极中心海域、格陵兰和挪威海;Laxon13算法估算结果相对于IceBridge观测结果与其他算法相比,具有最小的平均偏差和均方根误差,是卫星测高估算海冰厚度的最优算法。     

利用CryoSat-2卫星测高资料确定北极海冰干舷高

卫星测高技术的发展使得大空间尺度探测海冰成为可能,海冰干舷高是反演海冰厚度的关键参量,获取精确的海冰干舷高对海冰探测及了解全球气候变化均具有重要的作用。本文基于近3年获取的CryoSat-2卫星SAR模式测高资料,在60°N—88°N纬度带内的北极海域通过设定阈值筛选可用的观测数据,并在此基础上计算2015—2017年间月平均海冰干舷高,最后通过IceBridge航飞数据的时空匹配验证了本文获取的干舷高计算结果是可靠的。     

面向区域目标的多星协同对地观测任务规划问题

我国在轨对地观测卫星数目的不断增多和卫星对地观测需求的日益复杂化,要求利用多星协同完成对大面积区域目标的快速观测和观测数据的及时更新。针对这一新问题,提出了问题的求解框架,并在分析国外目前采用的区域分割方法的基础上,设计了一种改进的基于卫星、星载遥感器参数和区域目标形状特征的观测活动构造和处理方法,对多星协同观测区域目标具有一定作用。     

光学有效载荷高精度绝对辐射定标技术研究

随着多波段、多平台、高光谱分辨率遥感仪器的迅速发展,要求光谱辐射定标技术具有前所未有的高精度和长期测量稳定性。目前,传统辐射定标方法的精度已逐渐难以满足定量遥感应用的需求。本文提出了一种新型基于辐亮度标准探测器的高精度光谱辐射定标先进方法和技术,由于该方法可直接溯源至低温绝对辐射计,其绝对精度和长期稳定性优于传统的基于标准光源法,是提高中国目前光学遥感器实验室、星上和场地替代定标精度的有效途径。该方法已两次成功应用于中国“FY-2”气象卫星04和05星发射前外场定标,实际应用效果表明,它能够有效提高中国卫星遥感器的外场定标精度,对改善中国当前卫星遥感器各阶段定标精度,具有潜在的应用价值。