Method for UAV-based 3D topography reconstruction of tidal creeks

It is common to obtain the topography of tidal flats by the Unmanned Aerial Vehicle(UAV) photogrammetry,but this method is not applicable in tidal creeks.The residual water will lead to inaccurate depth inversion results,and the topography of tidal creeks mainly de-pends on manual survey.The present study took the tidal creek of Chuandong port in Jiangsu Province,China,as the research area and used UAV oblique photogrammetry to reconstruct the topography of the exposed part above the water after the ebb tide.It also proposed a Trend Prediction Fitting (TPF) method for the topography of the unexposed part below the water to obtain a complete 3D topography.The topography above the water measured by UAV has the vertical precision of 12 cm.When the TPF method is used,the cross-section should be perpendicular the central axis of the tidal creek.A polynomial function can be adapted to most shape of sections,while a Fourier function obtains better results in asym-metrical sections.Compared with the two-order function,the three-order function lends itself to more complex sections.Generally,the TPF method is more suitable for small,straight tidal creeks with clear texture and no vegetation cover.     

An optimized baseflow separation method for assessment of seasonal and spatial variability of baseflow and the driving factors

Baseflow is an important component of river or streamflow. It plays a vital role in water utilization and management. An improved Eckhardt recursive digital filter(IERDF) is proposed in this study. The key filter parameter and maximum baseflow index(BFImax) were estimated using the minimum smoothing method to improve baseflow estimation accuracy. The generally considered BFImax of 0.80, 0.50 and 0.25 according to the drainage basin's predominant geological characteristics often leads to significant errors in the regions that have complex subsurface and hydrologic conditions. The IERDF improved baseflow estimation accuracy by avoiding arbitrary parameter values. The proposed method was applied for baseflow separation in the upstream of Yitong River, a tributary of the Second Songhua River, and its performance was evaluated by comparing the results obtained using isotope-tracer data. The performance of IERDF was also compared with nine baseflow separation techniques belonging to filter, BFI and HYSEP methods. The IERDF was also applied for baseflow separation and calculation of rainfall infiltration recharge coefficient at different locations along the Second Songhua River's mainstream for the period 2000–2016. The results showed that the minimum smoothing method significantly improved BFImax estimation accuracy. The baseflow process line obtained using IEDRF method was consistent with that obtained using isotope 18 O. The IERDF estimated baseflow also showed stability and reliability when applied in the mainstream of the Second Songhua River. The BFI alone in the river showed an increase from the upstream to the downstream. The proportion of baseflow to total flow showed a decrease with time. The intra-annual variability of BFI was different at different locations of the river due to varying climatic conditions and subsurface characteristics. The highest BFI was observed at the middle reaches of the river in summer due to a water surplus from power generation. The research provided valuable information on baseflow characteristics and runoff mode determination, which can be used for water resources assessment and optimization of economic activity distribution in the region.     

结构增强型生成对抗网络SAR图像超分辨率重建

针对利用生成对抗网络模型(Generative Adversarial Network,GAN)重建SAR(Synthetic Aperture Radar)图像存在边缘细节信息不足和“伪影”(artifacts)现象,该文基于增强型超分辨率生成对抗网络(Enhanced Super-Resolution Generative Adversarial Networks,ESRGAN)光学模型,重新设计生成网络上采样重建模块和结构损失函数,提出一种结构增强型生成对抗网络SAR图像超分辨率重建算法,包括特征提取、特征增强和上采样重建3个模块:在特征提取模块采用小尺度卷积层对输入SAR图像进行低层次特征提取;在特征增强模块采用多个级联残差密集块(Residual-in-Residual Dense Block,RRDB)和卷积层提取输入特征;在上采样重建模块交替使用最近邻插值(Nearest Neighbor Interpolation,NNI)和亚像素卷积(Sub-Pixel Convolution,SPC)对特征进行放大重建,使特征信息交互融合。与传统插值算法和经典深度学习重建算法相比,该算法在视觉效果和定量评价方面均有显著提升,能够在保持原网络模型重建图像内容信息不丢失的基础上,增强重建图像边缘细节信息和减缓“伪影”现象,有利于后续目标识别和灾害监测等工作开展。     

基于NSCT与改进SIFT特征点的GF-2影像水印算法

现有基于SIFT特征点的水印算法因特征区域重叠导致算法鲁棒性较差,不能满足GF-2影像版权保护的需求。该文采用Mean Shift对SIFT特征点进行优化和改进,提出一种基于NSCT与改进SIFT特征点的GF-2影像数字水印算法。首先,提取GF-2影像的SIFT特征点,采用Mean Shift对其进行聚类处理,将所有聚类中心作为影像的关键点,并计算关键点的平均SIFT描述符,以保证所生成的影像关键点具有与SIFT特征点相同的特征属性;其次,根据关键点构建影像的特征区域,并对其进行几何归一化处理;最后,对特征区域进行NSCT分解,选择低频子带进行奇异值分解,根据加性规则将水印信息的奇异值嵌入低频子带的奇异值中,并通过相应的逆变换得到含水印影像。与其他算法对比验证结果表明,该算法既具有良好的不可见性,又对常规攻击以及旋转、裁剪、缩放等几何攻击具有较好的鲁棒性,且能有效减轻特征区域的重叠现象,适用于GF-2影像的版权保护。     

基于双分支卷积神经网络的SAR与多光谱图像融合实验

针对合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)和多光谱(Multi-Spectral,MS)融合图像中存在的空间细节模糊和颜色失真问题,该文兼顾光谱监督和空间细节监督,设计光谱损失函数和空间细节损失函数,提出一种基于双分支卷积神经网络(Convolution Neural Network,CNN)的SAR和MS图像融合算法。该算法网络框架包含光谱保持和细节提升两个分支:光谱保持分支通过上采样MS图像连接到网络的输出,直接将光谱信息传递到融合图像中;细节提升分支对SAR和MS图像通过高通滤波提取高频细节信息,然后应用CNN对细节信息进行特征提取、特征融合及重建,最后将重建的细节信息叠加到上采样的MS图像,得到融合结果。以哨兵-1B GRD级别的SAR图像和Landsat8卫星多光谱图像为实验数据,通过与传统融合算法和深度学习算法RSIFNN进行对比,结果表明,该文算法在定性和定量评价方面效果更好,能够在保持光谱信息的基础上增强多光谱图像的空间细节信息,有利于后续地物分类和目标识别等工作的开展。     

机载多光谱影像语义分割模型在农田防护林提取中的应用

农田防护林是农田生态系统的屏障,其健康状况的监测与评估在我国北方农田林网管理中尤为重要。本文以新疆生产建设兵团第三师51团为研究区,使用复合翼无人机CW-20搭载Micro MCA12 Snap多光谱相机获取农田防护林的多光谱影像,经辐射校正、裁剪等预处理,通过优选有效特征和模型比较,提出农田防护林提取的有效方法。首先,基于原始12波段,依据相关性系数矩阵和最佳指数因子（Optimum Index Factor,OIF）选取最优3波段和植被指数特征进行组合,构建8种农田防护林提取方案;然后,通过建立语义分割Deeplabv3+模型进行精度评价,得到最优3波段组合6（波长710 nm）、8（波长800 nm）、 11（波长900 nm）波段为最佳特征组合;最后,以最优3波段为基础,将Deeplabv3+模型与U-Net、ENVINet5模型进行对比分析。结果表明：Deeplabv3+模型能够更深层次的挖掘光谱中潜在的信息,相比其他模型,能够较好地处理正负样本不均衡问题,获得最高MIoU值85.54%,比U-Net、ENVINet5的MIoU值则分别高出21.21%、27.19%。该研究结果可为基于多光谱遥感影像的语义分割在农田防护林提取及健康状况监测的应用提供借鉴和参考。     

基于MODIS数据的太湖浮游植物物候变化及其对水表温度的响应

浮游植物物候能够反映浮游植物的生长变化与湖泊生态系统的变化,水温、营养盐浓度等因素对物候有重要影响。太湖富营养化程度较高,水温的影响作用日趋显著,物候与水温关系的研究对理解、控制和改善太湖生态系统具有重要意义。本研究利用2003—2018年MODIS遥感数据计算浮游植物物候指标和湖泊水表温度（Temperature of Water Surface,LSWT）,通过分析太湖浮游植物物候时空变化特点探究了不同区域的物候特征,并结合LSWT揭示了浮游植物物候对LSWT变化的响应关系。结果表明：① 不同浮游植物物候指标具有不同空间分布特点,水华发生次数、峰值叶绿素a（Chla）浓度和水华总持续时间呈现由西部沿岸向湖心区递减的趋势;浮游植物生长开始时间和峰值Chla发生时间分布复杂但在沿岸区域相对较早;② 太湖可被划分为4种具有不同物候特征的区域,Ⅰ类区域主要位于贡湖湾、东部沿岸以及太湖中部开阔水域,该区Chla浓度范围为50~60 μg/L,且波动平缓,水华发生次数最少、开始最晚、持续时间最短;Ⅱ类区域主要分布于太湖西部沿岸,Chla浓度范围为50~90 μg/L且变化剧烈,该区水华发生次数最多、开始最早、持续时间最长;Ⅲ和Ⅳ类属于过渡区域,前者主要分布于梅梁湾、竺山湾及入湾口,后者主要位于南部沿岸以及太湖中部;③ 浮游植物物候对LSWT变化的响应受营养水平影响,当营养水平较高时,浮游植物的生长受LSWT的促进作用显著,LSWT年际变化的升高趋势对浮游植生长物候提前、生物量增加的影响明显,反之,则LSWT变化对浮游植物生长的影响减弱。     

数字哈密地理信息公共服务平台设计与实现

以数字哈密地理信息公共服务平台建设为例,总结研究了地理信息公共服务平台设计和建设方案。通过信息提取、扩充、重组等整合处理建立适应信息时代要求的公共数据集,开发具备信息集成、浏览查询、统计分析、互联互通以及二次开发等功能的分布式服务系统,配置完善的软件、硬件和网络支撑环境,建成权威的地理信息公共平台,实现地理空间信息和其他专题信息的实时交换和共享,服务和推进政府及各部门的信息化建设。     

基于遥感影像的土地动态变化监测

土地利用/覆盖变化是目前研究全球及区域环境的一个重要领域,在城镇化加速的今天,城镇的土地利用格局也发生了飞速的变化。本文通过其一研究区内的Landsat TM遥感影像进行处理,获取了2007~2016年10个时相土地利用/覆盖信息,通过不同的预测模型对监测到的数据进行处理及比较,根据相应的最优预测方法预测了2017~2019年南昌市各土地类型的数据,由此研究并探讨了南昌市土地利用/覆盖的时空格局变化。     

三维数字城市平台的设计

三维数字城市平台基于3D-GIS三维规划空间信息,实现真实三维空间的动态调度、三维空间漫游、地物查询、距离查询和多方案对比、视图快捷切换、自动生成平面、立面等基本功能,是辅助规划的重要工具。本文对系统平台的技术构成与主要功能进行了阐述,旨在为增强城乡规划的科学性,提高城乡规划实施、管理效能和开发相关软件系统提供参考。