基于多时相中分辨率时间过程特征的江汉平原棉花种植面积变化监测

棉花是中国重要的经济作物,快速、准确地提取棉花的种植面积和分布信息,对于优化棉花种植空间格局、科学指导棉花生产及提高其管理水平具有十分重要的意义。为了探讨多时相中高分辨率影像在棉花种植面积监测中的可行性,本文以江汉平原为研究区,根据棉花物候特征,选取2012年、2014年江汉平原棉花生长关键期的多时相HJ-1A/1B卫星数据,通过分析研究区棉花不同生育期的光谱特征和归一化植被指数（NDVI）时序变化特征,对分类影像进行阈值分割、掩膜处理,最后利用决策树算法提取研究区2012年、2014年棉花种植面积。通过计算混淆矩阵评价分类精度的方法和提取面积精度方法对棉花提取结果进行评价,总体精度达到95.96%,Kappa系数为0.93,以农业局统计数据为参考,2012年、2014年HJ数据提取的棉花种植面积精度分别达到了97.91%、91.27%。因此,在不受云和降水等因素的影响下,基于江汉平原区域关键时相HJ卫星CCD影像数据,可利用该方法进行棉花种植面积监测。     

环境监测与卫星遥感

契机 1997年12月11日,李鹏总理在中央经济工作会议上指出,环境监测工作很重要,它是环境保护的基础,是监督管理的重要手段。并具体指示:环境监测总站每周报告部分城市大气环境质量状况,这种形式很好,要坚持做下去,现在只是内部报告,将来在适当的时候还要对外公布,这对提高公众环境意识,促进城市的环境保护工作将大有好处。认真贯彻总理指示,正是加强环境监测工作的大好契机。     

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。     

GPS卫星系统及发展趋势

1.美国GPS系统 美国于1995年4月27日宣布“GPS系统已具备全部运作能力(IOC)”,即能在全世界任何地方、任何时候实现全天候导航、定位和定时。截止到1994年4月,美国共发射35颗GPS卫星。目前在轨道上仍正常工作的卫星有25个,其中1颗是实验卫星,其余24颗是工作卫星。其历时23年,耗资130多亿美元完成GPS的“全球定位系统”计划。这是近代卫星测量史上的里程碑和人类测绘史上的一次技术革命。     

遥感卫星地面站的影响力在增加

据来自西班牙SanAgustin的消息说,接收并出售卫星影像的地面站人员正在与卫星的拥有者进行的新的商业合作,因为旧的供销一顾客关系已不能满足商业市场的要求。随着私人公司开始进入遥感器的商业发射领域,航天业的竞争在未来的两年内将变得越来越激烈。     

无人机影像的面向对象水稻种植面积快速提取

基于抽样技术的地面调查与遥感影像分类相结合的方法在大范围作物种植面积提取中得到广泛使用。无人机影像具有低成本、高时效、高分辨率的一系列优点,可以快速实现特定区域范围内的农情采样任务。本文以水稻样地为研究对象,采用便携式无人机Mavic Pro进行航拍。对所获取无人机影像进行预处理生成分辨率为3.95cm/pix的正射影像,采用面向对象的思想,目视评价和ESP工具相结合快速选择了最优分割尺度为300,应用了支持向量机、随机森林和最邻近监督分类方法对影像进行了地物分类和水稻面积快速提取。采用目视解译分类结果进行分类结果和面积精度评价,总体精度最高的方法为最邻近分类法,此时水稻分类用户精度为95%,面积一致性精度为99%。研究结果说明了无人机遥感和自动分类能够在平原水稻种植区快速获取样方内高分辨率影像并提取水稻种植面积,弥补了农田被遮挡时地面调查数据的缺失,为大范围水稻种植面积、产量等信息的计算提供样本和验证依据。     

推荐《遥感图像应用处理与分析》专著的创意新版

《遥感图像应用处理与分析》专著,由中国科学院中国遥感卫星地面站戴昌达、姜小光、唐伶俐三人撰写,是一本有助于促进我国卫星遥感应用事业进一步发展的、颇具创意的好书。该书上、中篇是作者多年从事遥感应用研究实践中感悟到的有关遥感机理和遥感图像应用处理与分析所涉及的基本原理、关键技术。下篇各章节分别介绍在一些重要应用领域开展遥感图像应用处理与分析研究的进展及其实际效果,写得很有特色。     

用于自然灾害监测和减灾的低费用小卫星网

自然和人为的灾害每年都使远东的中国和她的周边国家蒙受了巨大的经济损失。为了能快速地对这些灾害作出反应以减少损失,有效和及时地从外层空间监测灾害已成为了一项迫切的国家需要。为了改进现行系统的覆盖范围和覆盖周期,曾建议采用地球观测卫星网。然而,常规遥感卫星的高成本至今还使得这项建议难以实施。萨瑞大学的萨瑞卫星技术有限公司(SSTL)已经研制了一套性能高、寿命长的微型卫星,该卫星利用先进的对地观测有效载荷,具有较强的星载处理能力。利用该套卫星就可以极低的成本获得从空中对地球的常规观测。每颗微型卫星只需费用约250万美元,因此,投资不到1800万美元就能构建由7颗卫星组成的卫星网(星座)。微型卫星重量轻、体积小,只需一个小的发射器就可以把整个网发射到低地球轨道中。     

关于加强资源卫星影像地图普及工作的建议

卫星影像应用 ,初期因成本昂贵、费用高 ,开展科普工作十分困难。笔者于 2 0世纪 80年代 ,曾建议编制 1∶ 5 0万全国卫星影像图集 ,得到了中国科学院的支持 ,后由钱金凯和王恩尧等同志完成 ,它是我国卫星影像图集的第一次重要科普工作。     

将为青少年发射二颗小卫星

经包括中科院研究生院数名硕士志愿者倡议 ,中国青少年发展基金会、航天科技集团公司501部和航天清华卫星技术有限公司决定 ,共同策划、设计、发射用于青少年科普教育和环境保护宣传的小卫星。该小卫星暂定名为“中国青少年绿色希望号”,由两颗卫星组成:“通讯星”为主星,“观测星”为副星。它是以培养青少年科技意识、环保意识及增加航空航天知识为目的 ,通过民间集资、不以赢利为目的公益性小卫星。     

基于NDVI时间序列影像的张掖市农作物种植结构提取

HJ卫星(环境与灾害监测预报小卫星)数据具有较高的时间和空间分辨率,可以有效地进行农作物种类识别,利用其时间序列数据进行作物信息提取具有很大优势。以甘肃省张掖市为研究区,利用2012年4月~2012年10月15个时相的HJ卫星CCD(电荷耦合元件,charge-coupled device)数据,通过分析玉米、油菜、大麦和小麦农作物在整个生长阶段的时间序列NDVI(归一化植被指数,normalized difference vegetation index)变化特点,提取四类农作物NDVI随时间变化的特征曲线,利用决策树分类方法,对2012年张掖市农作物进行分类,并以外业调查得到的实际地面验证点对分类结果进行验证。验证结果表明,可以有效地识别玉米、油菜、大麦和小麦4类农作物,制图精度分别为94.74%、82.35%、78.95%和90%;总体分类精度达到86.43%。而后提取了张掖市2014年农作物种植面积和分布格局,通过对比分析发现,2012~2014年,张掖市玉米、油菜的种植面积有不同程度的增加,大麦和小麦的种植面积各有一定程度的较少。可以为张掖市主要作物的种植结构调整提供科学依据,还可以为黑河流域农作物信息提取研究提供参考。     

基于多源异构数据的粮食作物种植面积提取

利用遥感影像进行农作物面积提取已经普遍应用到农作物种植面积提取工作中,但是普遍存在着提取效率低,精度达不到生产要求。随着高分辨率传感器的相继问世,融合多平台遥感数据有利于提高分类和动态监测的精度。本文以日照市莒县粮食种植面积提取为例,融合多时相和多源异构数据,利用深度学习算法提取粮食种植区域,深入挖掘多源数据的互补效应,提出了融合多时段、多源地理信息提取农作物种植面积的方法,为实现农作物种植面积快速高效的提取奠定了基础。     

基于光谱时间序列拟合的中国南方水稻遥感识别方法研究

多云多雾现象是农作物遥感分类经常遇到的问题,影响分类精度。为解决此类问题,本文提出一种基于时间序列GF-1号遥感影像识别水稻方法。利用多时相时间序列的GF-1号遥感影像提取中稻、晚稻的近红外波段（NIR）反射率、红光（R）波段反射率、归一化植被指数（NDVI）特征;拟合光谱和植被指数时间序列特征曲线;分析多时相影像离散近红外波段 、红光波段、NDVI值落在拟合中稻、晚稻近红外波段、红光波段、NDVI时间序列曲线两侧的敏感性区域的比例,该区域也可以视为水稻作物识别特征的目标特征区域,只有达到一定的比例才能视为某类水稻作物。在此情形下,需要综合3种情况进行集中投票决定其最终分类结果。研究表明：该方法可以在多云雾地区对中稻和晚稻精确识别,中稻和晚稻用户精度可达95.97%和95.95%,总体精度为95.76%,kappa系数为0.9335。实验结果表明了NIR、R、NDVI时间序列曲线拟合的有效性,以及拟合曲线目标特征区域设置的合理性。     

海岸工程变化的BJ-1遥感监测分析

 海岸工程对海岸带经济发展和生态环境影响很大。随着海岸工程建设迅猛的发展,采用遥感的方法对海岸工程变化进行遥感监测显得尤为重要。本文以北京一号小卫星(BJ-1)资料为数据源,利用多种变化监测的方法对天津港和曹妃甸港区2006年和2010年的海岸工程变化进行监测。结果显示,波段替换法与SVM分类相结合的方法在2个重点研究区域精度最高,其总体精度和Kappa系数分别为92.35%和0.7902;面向对象的方法精度和稳定性其次,其总体精度和Kappa系数分别为91.77%和0.7732。     

城市建成区遥感影像边界提取与扩张分析

针对城市建成区提取过程中,仅依赖单一数据源导致精度不够的问题,本文基于面向对象分类方法和利用土地类型信息标准差统计变量,实现遥感影像中城市建城区边界的提取,并以该建成区为依据对河南省虞城县的城区空间扩张特征作了分析。实验中首先采用均值漂移分割算法对高分一号遥感影像实现分割,然后利用决策树分类算法实现土地利用类型分类,最后基于0.1 km × 0.1 km窗口统计土地利用类型标准差信息,获取建成区边界。面向实际应用,以河南省虞城县为例,采用高分一号影像获得虞城县2017年建成区数据,并基于该数据采用多个TM影像提取城区其他年份的建成区边界,实现河南省虞城县城区空间扩张特征分析。结果表明,本文方法获取的建成区边界精度较一般的监督分类提取边界有进一步的提高,精度达到89%。进而说明结合高分辨率影像提取多个年份的建成区数据的可靠性,在城市扩张研究中,对仅利用低空间分辨率提取精度不够问题和仅利用高分辨影像提取效率低等问题提供了较好的解决方案。     

巴什布拉克铀矿区褪色蚀变Quickbird高分图像地学分析

 位于新疆塔里盆地西北缘的巴什布拉克铀矿床是与油气还原褪色蚀变密切相关的铀矿床,但有关油气还原褪色蚀变的依据大多是地质和地球化学方面的微观依据。本文在分析巴什布拉克铀矿化褪色蚀变岩石地质特征的基础上,根据Quickbird高空间分辨率卫星遥感数据的特点,开展了数据的增强处理,进一步提高了Quickbird数据对褪色蚀变岩石的分析和解译能力,并利用经过增强的Quickbird数据,对铀矿区出露的油气还原褪色蚀变岩石的空间形态和分布特征进行了分析:(1)从铀矿区及周围地区的较大视野,分析了油气还原褪色蚀变岩石的总体分布特征;(2)从整个铀矿区的尺度,分析了未发生褪色蚀变的紫红色砂岩残留体的形态特点、空间展布特征等;(3)从东矿区段更大尺度,分析了处于大片未蚀变紫红色砂岩内部的灰黄色褪色蚀变砂岩的形态特点和空间展布特征。上述分析,从正反两个方面,为铀矿化褪色砂岩的油气还原成因提供了大尺度的宏观依据,并为外围找矿提供了重要信息,充分展示出Quickbird高空间分辨率遥感技术在铀矿找矿中的应用潜力。     

基于Sentinel-1/2动态耦合移栽期特征的水稻种植模式识别

及时准确地获取水稻种植模式变化对于有效防控“非粮化”和完成“双碳”目标具有重要意义。现有研究多基于固定时间窗口挖掘水稻生长期特征,且多使用的是单一卫星影像数据,难以应用于大范围水稻制图。本文通过Sentinel-1/2数据构建动态窗口提取移栽期光学/雷达特征,利用其耦合关系实现水稻种植模式制图。将该算法应用于湖南和江西两省水稻制图。基于1402个地面参考点位对水稻提取结果进行验证,总体精度达92.80%;在县域尺度上,湖南和江西两省水稻制图面积与农业统计数据也具有高度一致性,R²达0.85以上。相比于用固定窗口进行水稻特征提取,该方法具有较强的鲁棒性和迁移能力,为实现更大范围作物制图提取提供新的思路和参考依据。2018—2021年江西省水稻制图结果表明,水稻总种植面积减少9.47%,约3460 km²,水稻种植强度从1.62下降至1.49;在种植模式上,“双改中”趋势明显,双季稻种植面积锐减21.61%,其中约84%改种中稻。     

卫星影像数据构建山地植被指数与应用分析

 本研究以Landsat影像为数据源,在分析复杂地形山地植被在阳坡和阴坡反射率差异特征的基础上,提出一种归一化差值山地植被指数NDMVI (Normalized Difference Mountain Vegetation Index)。该指数模型无需辅助数据(如DEM)的支持,通过同时降低近红外波段(TM4)和红光波段(TM3)反射率的方法来消除或抑制地形的影响,具有较强的可操作性。研究表明:NDMVI与太阳入射角余弦值(cos i)的相关性相当小,对地形起伏变化表现不敏感,可有效消除或抑制地形的影响;比NDVI值动态变化范围更宽,对地物有更强的遥感识别能力;该模型抑制地形影响的效果比用C校正模型的效果更佳,不会出现过度校正的问题。     

线性光谱混合模型的ASTER影像植被应用分析

本文利用线性光谱模型分解混合像元方法。从ASTER多光谱遥感数据提取福州地区植被覆盖丰度的定量信息,与归一化差值植被指数进行了回归分析,结果相关系数高达95％;通过对植被景观格局分析,表明研究区以中等丰度植被占据主要地位,生态系统较为稳定。