雷达遥感在水旱灾害监测中的应用与展望

一、引言我国自然地理、气候条件复杂,水资源时空分布极不均匀,加之极端天气频发,社会经济快速发展带来的用水加剧,造成水旱灾害形势严峻,水旱灾害直接经济损失占所有自然灾害的60%以上。据统计,近年来我国年均水旱灾害直接经济损失超过3000亿元,针对新形势下的水旱灾害形势和防灾减灾需求,习近平总书记提出了“两个坚持、三个转变”的防灾减灾救灾理念,坚持以防为主,防灾救灾相结合;坚持常态减灾与非常态救灾相统一;从注重灾后救助向注重灾前预防转变,从应对单一灾种向应对综合减灾转变,从减少灾害损失向减轻灾害风险转变。

雷达遥感卫星频率分配与射频干扰抑制:机遇与挑战

雷达遥感卫星作为一种重要的民用空间基础设施,能够实现全天时、全天候的高分辨对地观测,对推动科学进步、促进经济发展和维护国家安全具有重大战略意义。但随着全域无线电业务的快速增长,频率共享导致的兼容冲突日益加剧,衍生出的射频干扰已成为困扰定量化精确遥感探测性能的共性难题。本文系统地梳理了典型波段的对地观测业务频率分配现状,介绍了射频干扰的定义和影响机理,提出了模型数据混合驱动的干扰抑制新思路,并对面临的机遇与挑战进行了归纳总结,为新一代雷达遥感卫星的频率优化设计提供知识依据,进而保障其在复杂电磁环境的对地观测效能。

多源雷达遥感协同的鄱阳湖流域洪水淹没历时估算

洪水淹没历时是洪涝灾害损失评估的关键变量,为满足大尺度洪涝灾害遥感应急监测和灾损评估需求,亟需构建一种利用多源密集雷达遥感的流域洪水淹没历时估算方法。以2020年长江中下游鄱阳湖流域性洪水为例,综合利用国内外多源密集时相的雷达遥感数据,对鄱阳湖流域周边受灾地区的洪水淹没范围进行提取,在此基础上构建基于遥感的洪水淹没历时估算模型,并依据乡镇级平均淹没历时和水稻的淹没时长-产量损失关系对鄱阳湖周边地区进行洪涝灾情评估。结果表明:密集时相洪水淹没范围提取结果的Kappa系数高于0.89,流域洪水淹没历时为1~44 d,鄱阳湖流域周边地区受灾极其严重乡镇为新建县南矶乡、鄱阳县昌洲乡和永修县三角乡,重灾区为鄱阳镇、莲湖乡、蛟塘镇等,绝大部分地区为水稻不同程度减产的中度灾区,评估结果与实际灾情基本一致。本文提出的淹没历时计算和灾情评估方法具有大尺度、高频次和准确性等优势,可为流域性洪涝灾害应急监测和灾损评估提供支撑。

红树林湿地植被生物量的雷达遥感估算

根据雷达后向散射系数建立了红树林湿地植被生物量的估算模型,并运用遗传算法确定其中非线性模型的最优参数。对比分析表明,雷达后向散射系数模型比NDVI模型在植被生物量估算中有更高的精度。使用NDVI指数有可能导致某些植被类型的生物量估算出现较大的误差。这是因为一些具有密集冠层的草本植被(例如互花米草等)有比红树林高得多的NDVI值。而雷达遥感所具有的侧视特点及一定的穿透能力能有效地获取植被的垂直信息,大大减低植被生物量估算的误差。

极化干涉雷达遥感机制及作用

极化干涉SAR是目前雷达遥感的前沿领域,它是集极化SAR和干涉SAR于一体的新型对地观测技术。通过对极化干涉的基本原理和物理机制、极化干涉SAR的数据处理及与常规于涉SAR数据处理的区别,以及极化干涉SAR当前的几个热点应用研究领域进行了阐述,对极化干涉SAR存在的问题也进行了讨论。

西部干旱区卫星雷达遥感找水试验研究

从地下水、土壤水和大气降水的相互关系出发 ,结合干旱区的气候特点 ,提出了西部干旱区土壤水主要受地下水补给的观点 ;根据微波对土壤水分敏感的特性 ,提出通过卫星雷达遥感技术探测地下水的思路。通过对典型干旱区的阿拉善左旗的试验研究 。

成像雷达遥感地质灾害应用

概述了合成孔径雷达技术的发展状况,对合成孔径雷达成像机理及特征做了简要介绍。结合SAR技术的发展阶段,简述了成像雷达遥感地质研究的技术理论,总结了国内外应用研究现状。同时对新兴起的新型成像雷达技术(极化雷达、干涉雷达)及其发展趋势也做了简单描述,重点突出了新型成像雷达技术在地质地震研究中的应用。最后提出了新型成像雷达技术在目前研究中存在的问题及对当前研究的改进措施,展望了他们未来的发展趋势。

基于光学和雷达遥感信息的灌溉信号分析及灌溉面积提取方法研究—以华北平原灵寿县磁右灌区为例

目前,灌溉面积主要通过调查统计方式获取,时效性和准确性较差,而在灌区用水管理中迫切需要掌握实际灌溉面积及其空间分布和动态变化等信息。为此,本文开展基于雷达遥感信息的灌溉信号探测识别及次灌面积提取方法研究。首先,使用水云模型结合实测土壤水分数据进行模拟,量化灌溉事件导致后向散射系数的变化。然后,提出一种基于时序差值和局部阈值法的实际灌溉面积提取方法,使用高频次的哨兵1号雷达卫星遥感数据开展华北平原灵寿县磁右灌区灌溉面积提取,并结合灌区实地调查资料对提取结果进行验证。结果表明:使用水云模型模拟显示春季小麦地块的灌溉事件可导致C波段的雷达后向散射系数变化超过1 dB,灌溉信号可被绝对辐射精度优于1 dB的雷达卫星探测;基于时序雷达后向散射系数分析显示,灌溉事件导致C波段雷达后向散射系数呈现明显的先增大后减小的时域特征,与降水事件不同,灌溉事件导致雷达后向散射系数呈现明显的局地变化特征。以本文提出的方法提取研究区的灌溉面积,结合实地调查样本检验,结果表明灌溉面积的总体提取精度为76.6%。小麦返青期第一次渠灌面积约为9.20万亩,小麦拔节期第二次渠灌面积约为10.64万亩。此外,由于井灌区和渠灌区存在明显的时差,基于雷达遥感信息可对不同水源的灌溉区进行探测,研究区井灌面积约为3.9万亩。基于高频次的雷达遥感信息可对灌区的灌溉事件进行探测,本文提出的方法可为区域次灌溉面积调查和流域水资源管理等应用提供技术支撑。

基于雷达遥感技术的土栖白蚁探测

应用一种非破坏性的地球物理探测技术——雷达遥感技术,探测土栖白蚁巢穴。通过对金属管和蚁巢的掩埋模拟探测试验,测定地下目标影像尺寸,建立目标-影像尺寸线性关系模型,构建土栖白蚁蚁巢的二维和三维影像图;通过林地实地探测,获取不同目标反射的影像数据,有代表性地开挖验证,初步获得金属、树根、空洞和蚁巢4类地下主要目标影像特征;蚁巢尺寸的雷达遥感测量数据综合误差率为1.93%。雷达地下遥感探测技术是土栖白蚁监测和防灾减灾的有效辅助工具。

崩滑流雷达遥感应用潜力分析

综述了我国崩滑流（崩塌、滑坡、泥石流）遥感的应用现状；着重分析了成像雷达遥感在崩滑流识别、监测、预警中具有的独特优势，特别是随着新型成像雷达遥感（极化、干涉雷达）的发展，基于干涉雷达发展的差分干涉测量技术能以一量级甚至更小尺度测量地表形变，在崩滑流研究中能提供定量的动态信息，为崩滑流遥感应用研究注入了新的活力，开辟了新的思路；并指出以雷达（ＳＡＲ）遥感信息为主的多源信息复合解译，能为崩滑流灾害的调查提供更为方便、准确、及时、动态的信息．

额济纳旗东北区戈壁面粗糙度分形特征与雷达遥感实证分析

反映地表粗糙状况特征量的地表粗糙度是非线性的 ,可以用分形去刻划。雷达遥感具有对地表粗糙度敏感的特性 ,故利用美国航天飞机 3号 ( SIR- C/ X- SAR)雷达遥感数据 ,选择干燥的内蒙古额济纳旗东北区作为雷达回波与地表粗糙度分形测量研究实验区。实测的计算结果表明 ,在 2～ 10 cm无标度区间 ,此处的戈壁面为具有分形特征的粗糙地形面 ,从雷达遥感的后向散射系数分析表明 ,该区对 C波段 (λ =5 .3 cm) HH极化回波贡献非常强烈 ,其原因是 2～ 10 cm区间尺度正好含盖航天飞机雷达波 C波段长度 ,而小于 L波段 (λ=2 3 .5 cm )长度 ,此结论实证了戈壁地貌表面在一定区间具有分形的特征 ,并可以为雷达遥感某一波段所强烈表现出来 ,这将为借助分数维对图像处理、地物分类以及表面侵蚀定量刻划提供重要的科学依据。

光与雷达遥感协作及其农业应用

用遥感影像提取农作物信息是精细农业的基础。传统的光学遥感局限于大气无云的优质影像 ,而微波遥感在提取农作物信息方面尚未得到充分的利用。寻找一种能够克服这些局限的农作物遥感信息提取的方法是有意义的。探讨了一种光和雷达遥感协作的方法 ,并应用于土壤和植被信息的提取 ,验证其应用潜力。用Karam等 (1992 )的微波散射模型 ,并作了相应修改 :1)考虑粗糙地表面后向散射 ;2 )光学遥感作为模型变量直接输入。将这种协作方法应用到两个数据集的处理 ,一个来自亚利桑那Maricopa农业中心 ,一个来自日本国家农业 -环境科学协会的Tsukuba试验基地。这些数据包括一些实测的土壤和植被的数据以及陆地卫星Landsat和欧洲遥感卫星ERS遥感影像。结果初步表明雷达影像和光学影像在提取土壤和植被信息时可以有效地结合起来 。

德国新型雷达遥感系统TerraSAR-X介绍

2007-06-15,德国雷达遥感卫星TerraSAR-X在俄罗斯位于Kazachstan的Baikonur发射中心发射成功。4d后,第一批雷达数据成功传回到位于德国Neustrelitz的德国遥感数据中心(DFD)。发射后8周,卫星系统已经完全正常运行,并传回了超过2 500幅雷达图像。第一批影像产品已经由DLR遥感信息处理研究所(IMF)制作完成。

雷达遥感图像分类新技术发展研究

总结了雷达遥感图像分类技术的发展过程 ,指出新的分类技术正朝着采用新特征 (如雷达极化信息与干涉信息、多参数极化干涉信息、多时相信息、DEM与地理信息等 ) ,应用新理论 (如小波理论、分形理论、模糊理论 ) ,设计新算法 (如改进的最大似然法、上下文分类法、改进的神经网络分类算法等 )

雷达遥感穿透次地表获取残存信息分析

分析了雷达波对干燥沙土的穿透深度δp 关系式并进行了理论计算 ,在阿拉善区可达 2 .82m以上的穿透深度 .利用美国航天飞机雷达遥感数据 ,进行穿透深度的实证分析 .该研究对于利用雷达遥感获取次地表残存信息进而进行古环境的分析具有重要意义 ,也充分表明雷达遥感在中国西北干旱区古环境研究中的巨大应用潜力 .

雷达遥感在水稻生长监测应用中的研究进展

结合雷达遥感特点,分析了水稻后向散射特性的主要影响因素,总结了用于水稻生长监测的主要雷达遥感数据源和特点,在阐述水稻识别与估产、病虫害和水旱灾害监测的雷达遥感研究现状的基础上,初步探讨了未来水稻生长雷达监测研究的发展方向。

差分干涉雷达遥感在地质学中的应用研究

雷达差分干涉测量是当前雷达遥感的热点研究领域 ,对地质学特别是地震、火山、大地构造的研究具有极其重要的意义。文章对差分干涉雷达遥感的原理及具体实现进行了深入研究 ,并分析了差分干涉测量结果的误差 ,着重阐述了差分干涉雷达遥感在地震、地表形变测量、火山监测、板块构造研究中的应用。

雷达遥感在澜沧江中下游地区锰矿调查评价中的应用

澜沧江中下游地区地处热带-亚热带,植被及第四系覆盖严重,应用雷达遥感技术可以初步揭露植被覆盖,利用SAR图像识别主要岩石类型和构造形式,并圈定了主要含锰岩系,进而确定了成锰有利地段。

基于雷达遥感的不同深度土壤含盐量反演模型

为及时、有效地监测盐渍化土壤含盐量,以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域为研究区,将Sentinel-1雷达影像作为数据源,同步采集不同深度土壤含盐量数据,通过组合两组雷达后向散射系数构建多种指数,并用灰度关联(Gray correlation degree,GCD)排除共线性强的指数,采用偏最小二乘回归(Partial least squares regression,PLSR)、分位数回归(Quantile regression,QR)和支持向量机(Support vector machine regression,SVM) 3种方法,构建0~10 cm、10~20 cm不同深度下的土壤含盐量反演模型。结果表明,在3种回归方法中,SVM回归模型的精度最高,模型建模集决定系数R2、验证集决定系数R2均在0.4以上,建模集均方根误差RMSEc、验证集均方根误差RMSEp均小于0.3%,分位数回归模型次之,偏最小二乘回归模型最差;在各反演深度下,0~10cm深度的反演精度均高于10~20 cm深度的反演精度,其中在0~10 cm深度下SVM反演模型效果优于其他模型,Rc2、RP2分别为0.568和0.686,RMSEc、RMSEp分别为0.201%和0.151%。本研究可为雷达遥感监测裸土期土壤盐渍化提供参考。

吉兰泰盐湖演变卫星雷达遥感研究

根据加拿大雷达卫星 (Radarsat - 1SAR)图像揭示的古湖堤信息 ,结合野外考察及前人资料 ,指出这些古湖堤是晚更新世以来湖泊演变的遗迹 ,并据此分析了吉兰泰盐湖演变过程 。