地形和遥感图像融合技术在冲沟参数提取中的应用——以栖霞市庵里水库东缘流域为例

受图像的空间分辨率和反立体现象等因素的影响,单纯基于二维遥感图像提取冲沟参数精度较低。以山东省栖霞市庵里水库东岸流域为研究区,建立一种地形和遥感图像融合技术,并用于提取沟沿线、坡底线等冲沟参数,以期为沟蚀参数的大量、快速提取提供一种新方法。结果表明：① 基于HSV变换,高斯标准化地表粗糙度作为地形图像融合的权重,建立了地形与遥感图像融合方法,增强和丰富了图像中的地形信息。② 基于融合数据,结合沟沿线和沟底线坡度阈值处理,在研究区内提取了144条冲沟,总面积为1.699 km²,占流域总面积的29.89%,为强烈侵蚀。③ 选择张家沟—北丁家沟流域作为检验区,以RTK-GPS实测数据为参照,地形融合法提取冲沟的准确率和沟头平均偏移量分别为98.413%和4.12 m,其精度明显高于传统的遥感图像目视解译法（73.016%和9.61 m）。     

基于灰色绝对关联度边缘检测的多源遥感影像加权IHS融合

鉴于IHS变换的融合影像存在光谱扭曲问题,而灰色关联度对图像边缘检测具有局限性,该文将基于灰色绝对关联度的灰色关联分析与IHS变换相结合进行影像融合。采用灰色绝对关联度检测高分辨率影像的边缘点和非边缘点,基于边缘信息确定高分辨率影像和IHS变换后的亮度分量在组合中的权值,最后通过IHS反变换实现影像加权融合。应用该算法分别对多源遥感影像进行融合处理,在提高空间分辨率的同时能够很好地保持多光谱影像的光谱信息,优于传统的IHS融合方法和基于灰色关联度的IHS融合算法。     

基于DEM的山区遥感图像地形校正方法

基于地表反射为各向异性的假定,可以将遥感图像的地形校正分为光照和反射率校正两部分。基于6S大气校正模型和数字高程模型(DEM)对山区遥感图像进行光照和反射率校正,通过消除遥感图像中大气和地形的影响,反演得到地表反射率。通过对江西兴国县TM图像的实验,实现了对山区遥感图像的地形校正。对模型中的大气参数进行了敏感性分析,发现大气参数的误差对地表反射率的反演精度影响较小。     

基于小波变换和局部相关系数改进IHS变换的图像融合方法

为得到分辨率高、光谱畸变小的融合图像,该文根据图像处理理论和小波变换的时频局部 特性,采用Quickbird数据,对多光谱波段经IHS变换的I分量和全波段图像分别进 行小波分解,用全波段图像经小波分解得到的高频系数替换I分量小波分解的高频系数, 替换时根据图像的地物光谱特性引入局部相关系数进行有选择的高频替换.经过IHS反变换得到空间分辨率高且没有光谱畸变的融合图像.     

基于DCT变换的多光谱与全色影像融合方法

针对IHS融合法的融合影像相对于原多光谱影像光谱扭曲严重、小波变换融合法运算量大的缺点,依据影像成像时传感器像素间的对应关系,提出应用遥感影像空间分辨率比值关系对影像进行分块,采用离散余弦变换与IHS变换相结合的融合方法进行多光谱影像与全色影像融合,以提高遥感影像的应用能力。仿真实验表明,该方法融合结果的光谱保持性与小波变换方法相近,均优于IHS变换融合影像,对全色影像空间信息集成能力稍弱,但计算效率明显改善,适合于对大数据量的遥感影像融合。     

遥感影像地形校正研究进展及其比较实验

地形校正作为复杂地形区遥感影像预处理的重要步骤,对提高地表参数遥感定量化精度具有重要意义。为此,在简述地形校正含义与目标的基础上,回顾并总结了国内外各种地形校正方法并将其划分为基于波段比、DEM和超球面3类方法,以期为地形校正及相关研究提供参考。在DEM的支持下,采用11种地形校正方法对ETM+影像进行了校正比较实验,研究表明:(1)VECA、b、C、Teillet-回归、SCS+C、Minnaert和Minnaert-SCS校正7种地形校正效果较好,可用于遥感影像的地形校正;而Cosine-T、Cosine-C、SCS和Cosine-b校正存在过度校正现象,不宜选择。(2)VECA与b校正模型校正效果最好,且VECA校正比b校正可操作性更强。在此基础上,从地形效应的理论诠释与数学表达、DEM数据、地形校正应用研究3个方面探讨了目前该领域存在的一些问题和难点,并对今后可能的工作重点和研究方向提出了建议。     

一种NSST与稀疏表示相结合的遥感图像融合算法

针对现有遥感图像融合算法存在的光谱失真及空间细节丢失的问题,提出一种非下采样Shearlet变换(NSST)与稀疏表示(SR)相结合的图像融合算法。该算法利用NSST多尺度、多方向及平移不变的特性对全色图像与多光谱图像亮度分量进行变换分解,并根据稀疏表示能够有效捕捉图像结构特征的特点,对低频分量采用基于结构相关性的稀疏表示加权融合规则,从而减少光谱失真,对高频分量则利用基于改进的拉普拉斯能量和的方法,以保留细节信息,最后通过NSST与IHS逆变换得到融合图像。实验以WorldView-2不同场景下的影像为数据源,与传统的IHS、AIHS、IHS-WV、IHS-WV-SR、IHS-NSST融合方法进行对比,结果表明:新的算法不论在视觉上还是指标参数上都得到了有效提高,光谱分辨率和空间分辨率更接近于融合参考图像。     

基于Gram Schmidt变换的高光谱遥感图像改进融合方法

遥感图像融合的目的是综合来自不同空间分辨率和光谱分辨率的遥感信息,生成一幅具有新空间和波谱特征的合成图像。针对高光谱图像的特点,对基于Gram Schmidt变换的图像融合方法进行改进,首先采用光谱重采样方法模拟产生Gram Schmidt变换的第一分量,通过Gram Schmidt变换将高光谱图像转换到正交空间,再利用高空间分辨率图像替换Gram Schmidt变换的第一分量,最后通过Gram Schmidt反变换获得融合图像。利用EO1-Hyperion航天高光谱数据与ALI全色波段进行融合试验,发现改进方法可有效提高高光谱遥感图像与全色高分辨率图像的融合质量。     

一种基于改进双树复小波变换的地形纹理特征提取方法

地形纹理特征提取和识别是地形自动分类的关键。该文在分析已有地形纹理特征提取方法的基础上,提出一种基于双树复小波变换的地形纹理特征提取和识别方法。该方法将DEM地形垂直特征信息引入双树复小波变换模型,设计并实现了面向DEM地形数据特点的地形纹理特征提取方法。以陕北黄土丘陵沟壑区为实验样区,选取6个不同地貌特征共109个典型地形纹理样本进行特征识别实验,并将实验结果与常用的灰度共生矩阵(GLCM)模型及Gabor滤波结合PCA方法进行对比。研究显示,基于地形垂直特征改进的双树复小波变换模型对6类样本有较高的识别精度,同时消耗最短的纹理特征构建时间。     

陕北黄土高原丘陵沟壑区聚落适宜空间模式研究——以米脂县东沟为例

黄土高原丘陵沟壑区是我国西部新型城镇化实践的克难攻坚地,在未厘清地域性特征的情况下,现代城乡规划设计的介入对当地环境和文化产生了较大冲击.以陕北米脂县东沟为例,基于卫星遥感影像、数字高程模型(DEM)等数据,利用格网法揭示东沟地形变化与聚落规模的空间分布特征,借助四象限散点图法和立体网格分维模型测度并评价东沟地形复杂性...     

基于矩匹配算法的山区影像地形辐射校正方法研究

针对山区遥感影像地形辐射校正问题,应用现有模型(如C校正)进行地形辐射校正很难达到理想效果。引入矩匹配算法,利用DEM数据计算坡度、坡向等地形信息,以特定坡度和坡向数据为参考依据,对影像进行地形辐射校正。通过北京房山区SPOT5影像进行试验,表明该方法能在很大程度上消除地形阴影,更好地反映阴影区域的细节信息,同时光谱特性保真程度较好,原模糊的影像区域通过处理基本上达到有效识别地物的要求。     

数字地形分析在滑坡研究中的应用综述

高效的数字地形分析（Digital Terrain Analysis,DTA）是滑坡预测与评估研究的重要手段。文章综述了DTA在滑坡研究中的应用现状,基本内容包括地形因子分析、地形形态分析、地形单元划分以及DEM与滑坡模型的结合分析。地形因子分析的应用多而广,主要思路是在地形因子与滑坡发育的关系研究基础上分析其滑坡敏感性,进而构建滑坡预测和评估模型;地形形态分析是滑坡识别的重要手段,加强地貌形态和滑坡发育的关系研究有助于对潜在滑坡地形的识别;地形单元划分能为滑坡研究提供统计和分析单元;DEM与滑坡专业模型的结合方式多样,程度各异。同时,从尺度选择与转换的角度探讨了DTA滑坡研究的尺度问题,分析了DTA的局限性,指出DEM不能提供完备无误的地形信息,DTA不能完全取代常规的地形分析。最后,基于以上论述对未来的研究趋势提出了展望。     

微机TM图象的主成分变换与彩色变换及其信息提取实验

遥感图像处理向微机化发展是遥感技术引人注目的发展趋势之一，本文采用ＬＡＮＤＳＡＴ－５ＴＭ数字图象借助适用于微机的软件系统，驿ＴＭ图象分别进行了主成分变换和彩色空间变换了这两种变换的意义及其相互结合的优势。这项试验研究在遥感图象微机应用处理、区域资源和环境调查，监测以及研究中有一定的实际意义。     

基于无人机摄影测量的地形变化检测方法与小流域输沙模型研究

流域输沙过程是地貌学和地表动力学的重要研究内容,但传统的输沙过程监测方法仅能得到某个区域的总输沙率,无法推算其空间分布。论文以黄土高原绥德县窑家湾小流域为例,利用无人机摄影测量技术得到其2006年和2019年2期数字高程模型(DEM)并计算地形变化量;然后,根据质量守恒原理和多流向算法建立泥沙在空间上的输送模型,进而计算小流域输沙率的空间分布。实验结果表明,该模型能有效模拟泥沙在空间上的输送情况,输沙率出现质量不守恒的区域面积占比小于4%,且不守恒区域多为人类活动影响区。同时,论文讨论了DEM的选择和不同地形变化检测水平对模型结果的影响。当使用第一期DEM进行泥沙搬运路径推算时,质量不守恒区域的面积显著降低。使用误差空间分布图进行地形变化检测得到的输沙率结果鲁棒性更强。使用中误差进行地形检测得到的结果在不同置信度下变化较大。基于无人机地形变化检测的空间输沙模型能方便、快捷地提供详尽的输沙率空间分布,为地表过程研究带来了新的机遇。     

DEM不确定性影响评价中的填洼分析

洼地广泛存在于DEM实现中,洼地的处理会影响DEM不确定性评价结果。该文利用蒙特卡罗方法模拟DEM不确定性,用偏差指标评价DEM不确定性对坡度和地形指数的影响,将填洼与不填洼情况下的偏差指标相减来量化填洼对DEM不确定性评价的影响。研究发现,洼地对不同参数DEM不确定性影响评价作用不同,随着DEM不确定性的增大,洼地的影响也增大。     

多分析尺度下综合判别的地形元素分类方法

地形元素（如山脊、沟谷等）是地表形态类型基本单元,通过地形元素的不同空间组合可形成更高级别的地貌类型。现有的地形元素提取方法大多依靠地形属性计算,难以克服地形元素的空间相关性表达与局部地形属性计算存在不对应的矛盾,Jasiewicz和Stepinski提出的Geomorphons方法——基于高程相对差异信息进行地形元素分类,可避免这一问题,但Geomorphons方法本质上是在单一分析尺度上选择地形特征点用于判别,易受局部地形起伏的影响而造成误分类。针对这一问题,设计出一种多分析尺度下综合判别的地形元素分类方法。应用结果表明：相比Geomorphons方法,利用该方法得到的地形元素的分类结果更为合理。     

RS与GIS支持下的草地雪灾监测试验研究

冬季降雪是影响我国北方草原牧区畜牧业发展的重要因子。在草地雪灾监测和危险性评价过程中，确定积雪区域和积雪深度与牧草高度之间的关系是关键步骤。通过在内蒙古锡林郭勒草原的试验研究，可以认为：应用ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ气象卫星资料确定积雪分布范围、应用地面气象站观测的降雪量资料及由ＤＥＭ生成的地形参数确定积雪深 是在较大范围内进行雪灾监测的有效方法。     

Integrated edge detection and terrain analysis for agricultural terrace delineation from remote sensing images

ABSTRACT

Agricultural terraces are important for agricultural production and soil-and-water conservation. They comprise treads and risers that require manual construction and maintenance. If managed improperly, risers will collapse, causing soil loss, gully erosion, and cultivation threats. However, mapping terrace risers remains a challenge. This study presents a novel approach to automatically map terrace risers by combining remote sensing images and digital elevation models (DEMs). First, a terraced hillslope was extracted via a hill-shading method and edges in the image were detected using a Canny edge detector. Next, the DEM was used to generate the contour direction, and edges along this direction were searched and coded as candidate terrace risers via directional detection. Finally, the results of directional detection and the edge image obtained from the Canny detector were overlaid to backtrack complete terrace risers. The approach was validated using four study areas with different topographic characteristics in the Loess Plateau, China. The results verify that the approach achieves outstanding performance and robustness in mapping terrace risers. The precision, recall, and F-measure were 90.81%–97.57%, 88.53%–94.10%, and 90.13%–95.80%, respectively. This approach is flexible and applicable with freely available images and DEM sources.