我国民用航天遥感应用需求变化及时效性分析

为推动我国应用卫星向业务服务型转变,加强遥感卫星应用的统筹规划,必须坚持需求牵引的总体思路。以应用为导向,统筹规划对地观测业务成为中国民用航天发展的必然。在未来很长时期内,重视不同阶段的航天应用需求分析,并以之为指导,有效发挥民用航天综合效益是论证一项重要工作。

面向应用的航天遥感科学论证研究

为适应中国民用航天遥感从科学试验向业务服务模式转变,更好地探索、了解与解决应用需求与航天遥感系统对接等方面遇到的技术问题,促进航天遥感统筹协调可持续发展,中国适时于2004年成立了国家航天局航天遥感论证中心。10余年来,论证中心以航天遥感系统为研究对象,系统开展了面向应用的航天遥感科学论证概念、理论方法、技术工程与应用研究。本文是论证中心团队长期从事航天遥感科学论证研究与实践的系统总结,介绍了遥感论证初步认知、遥感论证关注问题、遥感论证理论体系与模型方法集、遥感论证能力建设及遥感论证实践等方面内容,给出了遥感论证定义并详细分析了研究范围和内容,提出了由知识维、进程维和逻辑维所组成的遥感论证作用域3维空间结构,指出社会发展加快和信息化水平提高,带动整个航天遥感数据信息链向更大规模、更短响应时间周期、更综合数据集成、更高数据质量、更加智能化方向发展,航天遥感系统将进入新的"智慧遥感"发展阶段。得益于十余年来中国民用航天快速发展,我们经历了风云三号新型载荷校飞、多角度多光谱偏振遥感器论证、环境星应用工程论证等实践,取得了多方面理论方法的突破,并应用到2030民用航天发展规划、高分辨率对地观测系统、国家自然灾害空间信息基础设施、国家民用空间基础设施中长期发展、2030中国综合地球观测系统规划等论证当中。经过不断实践,快速迭代,形成了遥感论证理论体系及相应的十大模型方法,包括遥感信息流模型、遥感信息特征模型、遥感信息应用模型、遥感信息量分析模型、遥感数据工程模型、航天遥感系统结构模型、航天遥感系统状态描述模型、航天遥感系统质量模型、航天遥感系统发展动力模型及能力体系模型。这些模型方法全面反映了航天遥感系统特征、结构、状态、发展动力、条件等,可广泛用于对航天遥感系统进行顶层设计、规划、考察、分析、评价、预测,并开展实践探索。

黄海浒苔灾害遥感立体监测

2008年夏天,浒苔在黄海、东海海域第一次大规模爆发,成为自然灾害,严重威胁了第29届青岛奥帆赛的正常举办。利用卫星、航空、船舶等不同平台的遥感方式对浒苔灾害进行实时、连续、动态的立体监测。首先介绍了立体监测系统的构成;然后在通过对浒苔、海水灾害现场光谱测量的基础上分析浒苔光谱特征,并结合多平台、多传感器、多光谱遥感数据的特点,建立了浒苔信息提取模型;最后对不同平台的遥感监测结果进行了比对,结合时间序列数据,分析了浒苔灾害演变趋势;通过第29届奥帆赛区及周边海域应急监测的应用,证明该立体监测系统方案的可行性。

40年的跨越—中国航天遥感蓬勃发展中的“三大战役”

20世纪70年代末到80年代,中国多家单位大联合、大团结、大协作,开展了腾冲航空遥感试验、天津-渤海湾环境遥感试验和二滩水能开发遥感试验三项遥感科学试验,通过多学科交叉融合,提升了中国对遥感技术应用的认识,培养出一大批遥感科学技术人才和专家,取得了丰硕的科技成果和显著的社会经济效益。这3项试验成功地将遥感综合应用系统性地引入中国,标志着中国多领域遥感应用的起步,被称为中国遥感的"三大战役"。经过40年快速发展、积累酝酿、大胆创新、快速迭代,中国航天遥感应用迈过了几个重要阶段,正向战略性新兴产业方向发展。为顺应科技、经济、社会以及全球化发展战略的需求,中国适时实施了高分辨率对地观测系统重大专项、国家民用空间基础设施中长期发展规划和2030中国综合地球观测系统,进一步推进中国航天遥感应用从追赶国外先进技术到强化自主创新的转变,进入规模化、产业化和商业化发展阶段,可谓之为新"三大战役"。结合中国"一带一路"战略的大背景,通过新三大战役的实施,必将深化"走出去"战略,拓展全球服务能力,提升国际竞争力,向新的历史发展高度迈进。

空间重采样方法对遥感影像信息影响研究

在对原始影像进行几何校正时需要对影像进行重采样,必然会导致光谱信息的失真,如何保持原始影像的光谱信息一直是研究的热点问题.从影像应用质量评价的角度,对3种不同类型的遥感影像质量进行了评价与分析,通过对多幅不同空间分辨率的遥感影像重采样后进行比较,评价了重采样后遥感影像的质量.研究表明,影像重采样后的信息量随着空间分辨率的提高基本保持不变,随着空间分辨率的降低,信息量也逐步减少的结论,为评价遥感影像重采样后影像信息量损失情况的多尺度效应提供参考.

星载光学遥感器可见近红外通道辐射定标研究进展

辐射定标是遥感定量化应用的基础。在阐述辐射定标概念,意义和方法的基础上,介绍了发射前定标、在轨星上定标和在轨替代定标的各种方法,并分析了这些方法在卫星不同阶段所起的作用。以在轨替代定标中的场地定标法、场景定标法和交叉定标法为重点,详细介绍了其中各种方法的基本原理,适用范围以及当前国内外研究现状。最后,对当前国际上辐射定标的发展趋势作出展望,并针对国内的辐射定标现状提出相关的建议,使用户能够得到更高精度的遥感数据。

面向应用需求的遥感卫星载荷空间分辨率标准化研究

遥感应用需求是对地观测卫星载荷设计的出发点和落脚点,载荷的通用化、标准化、系列化是未来载荷发展的必然趋势。在对遥感应用需求分析的基础上,从应用部门关注的空间分辨率这一主要指标对遥感卫星载荷标准化进行了研究,提出了我国对地观测卫星载荷的空间分辨率设计标准,对促进遥感卫星载荷的大规模批量生产、节约设计成本具有重要意义。

HJ-1B热红外遥感数据陆表温度反演误差分析

误差问题制约着遥感数据和模型的应用。结合HJ-1B热红外波段(IRS4)遥感数据,基于热红外辐射传输(radiant transfer,RT)模型,对陆表温度(land surface temperature,LST)反演误差源做精确理论分析,并就减小误差提出建议。首先利用MODTRAN 4修正IRS4 LST反演RT模型,通过建立偏微分方程,研究误差产生规律和各参量误差对模型总误差的贡献。分析发现,LST反演误差与随地表温度和比辐射率的升高而降低,随大气总水汽含量升高而升高;LST主要误差源为等效噪声温差、水汽估算误差和比辐射率误差,典型情况下将分别造成0.6,0.6和0.5 K的LST误差。总体而言,利用IRS4反演LST的误差在1 K左右,除非用地面探测手段将水汽误差和比辐射误差分别降低到5%和0.5%,否则IRS4数据无法满足精度高于1 K的LST应用。

一种支持多任务高效处理的遥感产品生产线架构研究

为了满足海量遥感数据产品的快速生产需求,尤其需要解决海量遥感影像数据的高效处理问题,即改变效率低、生产耗时长、计算资源利用率低等现状。通过分析遥感影像数据特点和遥感产品生产处理过程,采用集群并行计算技术,结合分布式数据存储和高效的任务调度策略,设计和实现一种支持多任务的遥感产品生产线架构。实验结果表明,该架构能够缩短生产时间,提高计算资源利用率,在性能上能够满足业务化生产的要求。

大气气溶胶光学厚度对天基光学遥感系统成像品质的影响

由于大气环境的变化,大气气溶胶污染对光学遥感器成像品质的影响越来越受到载荷研制部门的重视。天基光学遥感系统成像过程中,受到大气气溶胶退化的影响使得光学遥感器成像品质的恶化。大气导致图像质量降低主要原因之一是气溶胶混浊介质引起的前向光散射。根据气溶胶辐射特性,利用混浊介质辐射传输方程,推导了包含气溶胶光学特性的大气点扩散函数模型。根据此模型,定量化分析与评价其对光学遥感器成像的大气模糊效应。研究发现气溶胶介质除了对遥感器成像过程中大气透过率能量衰减影响外,更重要的是由于散射对成像质量产生退化作用,大气气溶胶光学厚度的增加使得气溶胶散射强度的增强,气溶胶光学厚度的变化同样强烈的影响着点扩散函数的空间分布范围,正是因为气溶胶在空间域内对图像产生的退化作用,使得遥感图像质量降低,尤其是图像清晰度的下降。同时,该模型也为遥感图像仿真中,大气链路环节的优化与改进提供了参考依据与模型方法。

TM遥感影像的地形辐射校正研究

从地面所接收到的太阳直接辐射、天空散射辐射和临近地形反射附加的辐射三个方面分析计算地面每个像元的太阳总辐射,并在此基础上建立地表真实反射率恢复模型,实现对地形的辐射校正。在算法实现上,采用交互式数据语言(Interactive Data Language,IDL),结合6S大气校正模型和数字高程模型(DEM)进行编程实现。利用北京山区的TM遥感影像所做的实验表明该方法能有效地消除卫星影像中地形的影响,为影像的后续处理提供更真实的信息。

山地森林地区遥感影像地形辐射校正研究

山区遥感影像反射率反演不但需要消除大气影响,而且必须消除地形影响。传统的地形校正方法通常属于经验统计方法,具有简单易用的优点,但本身也存在一些缺点,如理论上缺乏全面的物理分析,使用时具有较强的主观性,且不能与大气校正相耦合。相比之下,一些学者提出的基于辐射传输理论物理模型能在一定程度上克服这些缺点。本文针对森林地区,提出了一种基于辐射传输理论的地形校正及反射率反演模型。该模型与现有模型相比,考虑了树木冠层受地形影响的特殊性,因此适合于高植被覆盖的森林地区。最后以贵州省黎平县的ETM影像及DEM数据为例,对模型的有效性进行了验证。通过对比分析,证明该模型在森林地区的地形校正效果明显优于现有模型。

天空地一体化热红外遥感图像仿真算法研究

遥感图像仿真对航天传感器前期技术论证以及遥感应用模型算法开发起到了重要作用。针对国内外热红外对地观测计划蓬勃发展的同时对热红外遥感模拟图像提出了迫切需求,提出了天空地一体化热红外遥感图像仿真算法。采用集地面场景模拟、大气辐射模拟、遥感器模拟于一体的全链路热红外遥感图像仿真模拟方法,实现了星载推扫式热红外遥感图像仿真;设计并开发了天地一体化热红外遥感图像仿真系统,同时对模拟出的热红外遥感图像进行了几何和辐射方面的评价和分析。实验效果表明,该算法可为热红外遥感器的性能评价与数据预处理算法预研究提供强大模拟数据支撑。

一种基于遥感图像仿真的大气查找表优化方法

通过MODTRAN4建立地表反射率-入瞳处辐射亮度在可见光至近红外波段的大气查找表,研究时间因子对入瞳处辐射亮度值的影响,发现入瞳处辐射亮度值与日地距离订正系数随时间成反比,得到用任意一积日的入瞳处辐射亮度数据即可求得其他积日数据的方法.对其进行均方根误差分析的结果表明该方法可行,利用该方法将大大减少查找表的数据量,实现结构的优化.

遥感技术发展历程与未来展望

遥感,顾名思义,就是遥远地感知对象,是一种不接触物体而感知和观测物体并测量、分析和判定该物体或目标的性质、空间展布、类型和数量的感知技术。我们这里所讲的遥感技术主要指通过一定的观测平台,如卫星、飞机、无人机等,从空中或空间观测或感知我们居住并赖以生存的地球。我们要观测和感知的任何一个地物有三大属性,第一是空间属性,即物体在空间的展布、大小和数量等;第二是辐射特性,也就是物体反射或发射的强弱,对人类来说就是眼睛在可见光感受到光的强弱,在红外辐射区就是人们能感受到热量的高低;第三是光谱特性,在可见光范围即是我们所感受到的颜色,实际上就是物体在不同电磁波范围反射和辐射的差异,这种差异就反映了物体的物理化学性征。

高分辨率静止轨道遥感卫星可见光及近红外波段邻近效应建模及分析

结合高分辨率静止轨道遥感卫星的特点,通过对已有研究方法的适当改进,给出了基于大气辐射传输机理的高分辨率静止轨道遥感卫星可见光及近红外波段的点扩散函数(Point-spread Function,PSF)模型,并进行邻近效应分析预研究。文中对邻近像元到目标像元距离、邻近像元范围(区域)、观测天顶角、气溶胶光学厚度及其散射相函数的非对称因子等因素对邻近效应的影响进行了系统地实验,并对各因素的影响机制进行了一定分析。结果显示,邻近像元对目标像元入瞳处辐亮度的贡献最高可达2.3%左右。故在对该类型遥感卫星进行大气影响分析、成像模拟、大气校正时考虑邻近效应是必要的。

DLT方法在遥感相机几何定标中的应用

为建立适用于遥感相机定标的实验室,需要有几何标定的算法和软件对摄影图像进行计算。使用近景摄影测量中基于3维控制场的定标方法,对单CCD四波段遥感相机进行了几何定标,研究并自主编程实现了直接线性变换DLT(Direct Linear Transformation)算法,与基于空间后方交会算法的定标结果进行了精度对比。结论证明了DLT算法满足遥感相机实验室几何定标的精度要求,验证了其作为遥感相机室内定标解算方法的可靠性。

无人飞艇低空遥感系统关键技术研究

简要分析了在我国发展无人飞艇低空遥感系统的必要性和可行性,对构建无人飞艇低空遥感系统所涉及的关键技术进行了研究,包括飞行控制与导航系统、遥测遥控地面站系统、任务载荷系统、数据处理系统,并对无人飞艇遥感飞行作业流程进行了研究。

基于NASA World Wind的遥感影像处理方案研究

该文主要研究海量遥感数据的可视化，针对NASAWorldWind在遥感影像数据处理应用中面临的多景遥感影像之间存在拼接问题．设计基于NASA World Wind的遥感影像处理方案。本方案着眼于单案遥感影像处理，对NASA World Wind多分辨率图层技术进行改进，提出基于单景遥感影像的多分辨率图层技术，从而避免了多景遥感影像处理中的拼接问题。该处理方案有效的避免了多景遥感影像之间的拼接问题，实验证明处理后的遥感影像显示效果良好。

基于分数阶滤波器的遥感图像处理

在研究分数阶微积分的基础上,提出了一种基于WLS误差准则的滤波方法,该滤波器的系数可通过调节其阶次来改变;给出了该滤波器的原理,分析了其幅频特性。通过用Riemann-Liouville定义验证,并将此滤波器运用于遥感图像处理,结果表明,该方法在抗干扰和提取更多细节方面取得了很好的平衡,具有较好的滤波效果。