基于辐射不变点的高光谱遥感传感器交叉定标方法

针对遥感影像数据处理中的辐射定标问题,关键在于精确获取辐射标定系数,以确保遥感影像像元亮度(DN)值与地表辐射值之间的准确对应。文章引入了地表矿物粉尘源调查卫星一等B级(EMIT L1B)数据,结合先前光谱成像仪器的经验和方法,提出了一套高光谱遥感传感器交叉定标的方法,基于多卫星数据和自动化程序完成了高光谱卫星定标系数的获取并提高了辐射不变点选取的准确性与效率。基于地表矿物粉尘源调查卫星(EMIT)与资源一号02D卫星数据采集交叉点,通过辐射不变点回归得到一套准确的定标系数。同时,引入了哨兵二号(Sentinel-2)数据选取辐射不变点,选取方法为通过自动化的程序对比两个光谱之间的相似度,该方法进一步提高了选点的高效性和可靠性。使用标准误差和相关系数评价标定后波段间的误差和相关性,其中最大标准误差低于0.008,145个波段相关系数大于0.90,证明了交叉定标方法能够获得高质量的反射率光谱曲线,对提高影像数据的准确性和可用性具有借鉴意义。

碲镉汞PIN结构雪崩器件的I区材料晶体质量研究

本文对中波红外PIN结构的碲镉汞(HgCdTe)雪崩器件关键雪崩区域的材料晶体质量进行研究。通过在实验材料上对PIN结构雪崩器件的全过程工艺模拟,采用微分霍尔、微分少子寿命等测试手段进行材料表征,评估获得了关键雪崩区域的真实材料晶体质量。研究发现,现有优化工艺下雪崩区域的晶体质量良好,拟合材料的SRH寿命最好能达到20.7μs,可达到原生材料SRH寿命的相当水平,满足高质量中波碲镉汞雪崩器件的研制要求。同时,我们以获得的雪崩区域SRH寿命为基础,对HgCdTe APD结构器件进行相应2维数值模拟,获得理论最优的暗电流密度8.7×10^(-10) A/cm^(2)。

深度学习方法下GEDI数据的天然云杉林地上生物量反演

森林作为陆地最大碳库,对人类的生活与发展至关重要,精准掌握森林资源动态变化并对其进行现代化可持续发展已成为当下研究热点。本文以天山山脉的天然云杉林为研究对象,利用地面实测数据、直升机机载激光雷达点云数据以及全球生态系统动态调查激光雷达(Global Ecosystem Dynamics Investigation,GEDI)数据,构建多源融合数据框架,通过使用AutoKeras框架下的深度学习算法,实现GEDI数据的多个相对高度百分位数(Relative Height Percentile,RH)与其光斑内地上生物量的回归模型预测,验证GEDI数据在较大范围的地上生物量反演方面的可行性,主要结论如下:(1)GEDI数据用于森林地上生物量估测研究具有较高可行性,通过自动化深度学习算法,训练集、验证集、整体数据的决定系数(Coefficient of Determination,R2)分别为0.69、0.63和0.67,平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)分为3.73 mg·hm^(-2)、4.22 mg·hm^(-2)和3.89 mg·hm^(-2),具有较高的预测精度。(2)直升机激光雷达作为GEDI数据估算地上生物量的中间技术,整个研究区内的单木识别准确率高于0.75。最终本次研究通过多模态数据融合,定量化描述研究区单木基础结构参数的同时,验证GEDI数据在获取森林地上生物量方面的潜力,也为相近区域大面积的森林碳源汇、生物量、蓄积量估算、森林管理与经营、生物多样性保护等多个项目研究提供理论基础,具有一定的指导意义和基础数据支撑作用。

2021年拜城Mw5.3地震:一次发生在南天山前陆冲断带的超浅源、左旋走滑的破裂事件

2021年3月24日在新疆阿克苏地区拜城县发生了一次Mw5.3地震,震中位于南天山前陆冲断带库车坳陷(41.81°N,81.16°E)内的第一排山麓背斜带。研究认为库车坳陷活动性最强的部位是前锋位置,即秋里塔格逆断裂-背斜带,根带不活动或活动性十分微弱。中国地震台网中心震源机制解显示,本次地震是一次左旋走滑兼具少量拉张分量的地震事件。现场实地调查发现,该地震在宏观震中形成约4 km长的地表破裂,造成大量房屋毁坏和人员伤亡(3人死亡)。利用地表地形、地质填图、地震反射剖面解译、无人机航拍和合成孔径雷达干涉测量技术(Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR)),得到地表破裂展布特征、地震同震形变和滑动分布特征表明:(1)按阶区分布、滑动特征和展布特征,将地表破裂带分为3个段落,在主破裂1.6 km处划分为S1段和S2段,东侧NS向拉张裂缝为S3段。S1段破裂呈线性分布,走向N30°E;S2段破裂呈左行左阶雁列状,走向N17°E;S3段为破裂带东侧2.6 km处分布一组N45°W走向拉张裂缝,构成一个S125°~135°E地堑。本次地震最大左旋走滑位移量位于S2段,为0.79m。破裂宽度在EW向上呈明显减小趋势,1.6km处达到峰值;(2)本次地震InSAR同震形变场范围南北长16.5 km、东西宽7.7 km。变形场为2个变形中心,东侧变形量大于西侧,最大形变量16 cm。据InSAR形变场反演最优滑动模型,破裂过程受左旋走滑运动控制;(3)本次拜城Mw5.3地震发震构造为下伏埋深较浅的盐丘,是一次“挤压盐构造地震”,左旋走滑地表破裂,是由于挤压盐构造内部的楔形滑动破裂所产生。震源深度非常浅,震级虽不大,但依旧产生4km的地表破裂。因此,不能忽略“挤压盐构造地震”的危害性,未来在评价这类含盐前陆冲断带地震危险性时,有必要考虑盐构造带来的巨大影响。

板坯号自动识别系统的研究与实现

手写数字自动识别应用在热轧炼钢生产流水线中可解放劳动力,提升准确率并提高工作效率。为此根据具体需求,系统地分析了板坯号图像获取与处理、数字识别、板坯号规则匹配等自动化过程,重点研究了板坯定位和分层分类识别等关键技术,实现了板坯的自动定位、手写板坯号的自动识别和系统录入。实验结果与实际应用表明,该系统达到了较高的识别正确率,进而集成并实现了板坯号自动识别系统,具有较好的应用效果。

城市复杂时空数据集成与空间决策模拟

面向现代城市管理、智慧城市建设与城市突发事件应急响应决策等重大社会服务需求,针对现有的城市时空数据集成和综合分析还无法为现代城市综合管理提供有效服务及支持等问题,对基于多源异构时空数据的城市动态分析模拟等方法进行了研究,重点突破基于高性能计算的海量异构数据集成、分析及展示,面向决策的城市智能分析等核心技术,研发基于高性能计算的城市时空数据分析与决策模拟平台,并在此基础上,开展典型城市应急决策支持与模拟应用示范,为我国城市的信息化与智慧化管理提供科学技术支撑。课题主要包括以下研究内容:(1)海量多源异构时空数据集成分析。在集成863项目"GIS异构时空数据集成技术"(武汉大学吴华意等负责)和第一课题"复杂时空数据集成及多源异构一体化建模"研究成果的基础上实现城市多源异构数据的建模、组织和检索,研究时空演变信息的实时快速提取、查询和分析,以及海量实时监测数据的融合集成和可视化,实现城市系统从静态向动态的全息转换。(2)城市动态分析模型关键技术研究。主要是针对三组模型库的开发与实现展开研究,即影响分析模型库、过程预测模型库、应急优化模型库。其中,过程预测模型库及应急优化模型库为本课题的决策模拟研究提供算法方面的支持。(3)城市智能决策支持与模拟关键技术研究。在城市智能决策过程理论研究的基础上,进行城市智能决策模拟模型方法研究,同时构建经典模型库与新型方法库两大模拟模型库;组建与时空数据相匹配的城市智能决策综合分析模型;综合上述理论研究,构建城市智能决策支持和模拟平台。(4)面向城市大型活动实时交通流模拟与疏导的应用示范。选择广州市作为应用示范区域,对多源传感器获取的城市时空数据进行实时接入和标准化集成处理,构建城市交通多源时空数据库;进行常态交通量的时空分布规律及主要驱动因子研究,构建实时交通流分析及模拟知识库;并在广州市核心区进行实时交通流模拟和实时交通疏导应用示范。(5)面向城市大型活动应急决策支持与模拟的应用示范。选择乌鲁木齐市为应用示范区域,在多源时空数据集成与决策模拟技术的基础上,以乌鲁木齐市承办大型城市活动(包括中国-亚欧博览会等)为服务对象,进行示范应用。

1975-2007年中亚干旱区内陆湖泊面积变化遥感分析

中亚干旱区内陆湖泊的湖面变化反映了气候波动和人类活动对流域水文过程的影响.本文以中亚干旱区平原区尾闾湖泊、吞吐湖泊和高山湖泊三类典型内陆湖泊为研究对象,利用1975-2007年Landsat遥感影像,基于归一化水体指数提取湖泊水域边界信息,分析近30年来内陆湖泊湖面变化特征.结果表明,近30年来,研究区内有超过一半的内陆湖泊急剧萎缩,湖泊总面积从1975年的91402.06km2减小到2007年的46049.23km2,减小了49.62%.其中,平原区尾闾湖泊面积减小最为显著;吞吐湖泊主要受出口河流水资源利用方式不同,湖面变化较为复杂,既有扩张也有萎缩;高山湖泊主要受气候波动影响,水面变化相对稳定.在中亚区域气候变暖的背景下,不同类型湖泊面积的变化也反映出干旱区人类活动对区域水资源时空分配的影响.

基于MODIS数据的Landsat-7 SLC-off影像修复方法研究

研究如何修复由于扫描行校正器SLC故障而造成的数据坏行,成为国际遥感研究的热点。文章在总结现有的修复方法基础上提出用相同时相的MODIS09数据修复SLC-off数据的方法。该方法采用时空自适应反射率融合模型(STARFM)算法实现MODIS09数据和TM/ETM+数据的融合,获得与SLC-off数据相同时相和空间分辨率的融合数据,然后采用局部线性直方图匹配完成对SLC-off数据填充。实验证明该方法修复效果明显好于传统方法,解决了传统修复方法中存在的一些问题,一定程度上提高了ETM+SLC-off数据的利用率。

利用3S技术综合研究新疆塔里木河流域中下游11年生态环境变化与成因

介绍了综合运用RS、GIS和GPS(3S)技术对新疆塔里木河流域中下游土地覆盖与土地利用、植被指数、人口经济等主要生态环境要素的遥感时序信息提取、GIS数据分析和GPS野外定点检测。总结出塔里木河流域中下游地区从 1990— 2 0 0 0年的 11年间农业用地面积增加了 5 0 5 4 33km2 ,整个自然 /半自然植被的面积减少了 94 3 0 89km2 ,水体面积增加了 80 4 77km2 ,塔河中下游天然植被大面积衰败和死亡 ,尤其是胡杨林面积锐减 ,致使沙漠化面积不断扩大。初步提出了生态环境修复和治理建议。通过研究还建立了新疆塔里木河流域中下游 3S生态环境动态监测系统。

面向对象的山区湖泊信息自动提取方法

传统的水体信息提取主要利用水体反射与吸收光谱特征构建各种光谱指数模型,进行全局像元级的提取。然而,不同水体类型的光谱、空间形态与空间分布特征均有显著差异。对于山区图像而言,山体阴影、冰雪、裸岩等地物的干扰使全局性水体光谱指数模型难以取得很好的提取精度。面向对象的图像分析方法通过对遥感图像进行分割,从全域—局部上耦合分析水体的光谱、空间形态、空间分布与空间关系等特征,构建了通用性强的湖泊信息提取规则集,最终实现湖泊水体信息的自动化提取。通过eCognition软件对Landsat TM图像的实验结果表明,该方法可以完全避免像元级阈值水体信息提取中出现的一些错误的"零星水体",自动且高效地提取出了山区湖泊水体信息,在无云情况下提取精度达95%以上。

生态用水的概念界定及其在西北干旱区实施的策略

通过对生态用水的概念进行了界定 ,并结合西北干旱区的实际提出了以下几点实施生态用水的策略 :(1)把生态用水放在西北干旱区经济建设和区域可持续发展的战略高度优先考虑 ;(2 )对天然植被 ,特别是在干草原和干旱的荒漠草原区域 ,通过人工降水补充其用水 ;(3)对人工植被 ,以引水灌溉为主 ;(4 )对于绿洲 ,结合生产用水进行合理再分配 ;(5 )充分发挥西北干旱区的廊道效应优势 ;(6 )改变传统的灌溉方式 ,大力开展节水灌溉 ;(7)协调好生态用水和生产用水、生活用水之间的关系。

MODIS-NDVI时序数据分析方法研究——以塔里木河下游第七次秋季输水为例

采用季节指数方法对MODIS-NDVI数据进行时序分析,以塔里木河下游为试验区开展生态环境遥感监测应用研究,对塔河下游2005年第秋季生态输水效应进行定量化评价:与2001年相比,此次输水改善了下游区域总体生态状况,距河道3 km内NDVI平均波动在0.7~0.85左右;而各河段区的生态改善程度因地而异,下游上段NDVI变异函数变程为0.65 km,后段为0.4 km;同时发现输水对植被物候历有16天的滞后作用;另外,输水后16天旱区植被状况最佳,输水后32天下游生态整体改善最为明显。利用NDVI时间序列可以对生态输水效应进行评估,然而NDVI空间变化与输水过程中地下水位抬升变化的相关关系需要进一步研究。

额尔齐斯河-斋桑湖流域近20年来土地利用/土地覆被时空演变

土地利用/土地覆被变化(LUCC)是影响生态环境和气候变化的主要驱动力之一,同时又是受其影响的结果。LUCC研究对于开展生态环境变化及气候变化的研究均具有重要的意义。针对目前境外LUCC研究中土地利用/覆被分类效率低的问题,探索一种适用于大数据量而又精度较高的分类方法。以额尔齐斯河国外部分-斋桑湖流域为研究区域,以1990年及2007年的Landsat TM/ETM+夏秋季影像以及DEM作为数据源,综合利用影像光谱、纹理信息参与到决策树构造中,进而利用决策树分类方法分别提取这两个时期的土地利用/覆被空间分布信息,最后分析两个时期的土地利用时空变化状况。实验结果表明:(1)光谱与空间纹理信息参与的决策树分类方法具有较高的分类精度;(2)两个时期的土地利用变化分析发现,近20年来该区域土地利用发生了较大的变化,耕地和灌木林地大面积减少,而低覆盖度草地和未利用地却显著增加。

关于水资源规划中水资源量与生态用水量的探讨

由于人们对水资源量计算过程了解不够 ,常导致水资源量配置计算出现概念上错误 ,特别是现代水资源规划考虑生态用水的需要 ,在对待水资源量与生态用水量的关系上存在错误认识。本文从水资源量的一般概念分析出发 ,从确切的水资源量计算与分析上说明水资源量的组成、转化关系以及生态用水的概念及计算方法 ,并强调介绍水资源配置中如何考虑生态用水问题。

非量测相机倾斜航空影像空三加密精度评价

鉴于倾斜空三加密及其精度评价工作的重要性,使用非量测型相机获取倾斜航空影像,利用计算机视觉的SIFT特征匹配算子对影像的空三加密进行改进,然后对加密结果进行精度评价。结果表明:对于人工构造物密集地区的立体影像,特征点的数量密集,空三加密精度倾斜影像检查点的精度相较下视影像精度高;影像的分辨率为10cm,量测结果平面x、y的中误差都在精度范围中,高程z值中误差略大;增加控制点数目后,平面x与y的精度明显提高。分析影响试验结果的误差来源有:航摄质量、控制点布设与量测精度、内业人员操作、区域网平差方法等。

两种基于空间与光谱相结合的TM影像端元提取算法

针对TM影像波段少,光谱信息相对不丰富的情况,提出了两种结合空间与光谱信息的端元提取算法。首先,提出了基于空间分块的端元提取算法,该算法先对影像进行快速浏览,根据地物分布的复杂程度,确定分块的方案,在分块的基础上通过沙漏算法迅速地提取端元;其次,提出了一种基于空间连续性的端元提取算法,此算法也在分块思路指导下,通过光谱相关能级波形匹配法实现区域的分割,根据先验知识确定端元。最后比较了两种算法,基于空间分块的端元提取算法运算速度快,先验知识少,但是误提端元的概率存在;而基于空间连续性的端元提取算法,精度较高,但是需要先验知识。实验证明,这两种基于空间与光谱相结合的端元提取算法能够有效地解决大区域尺度的多光谱端元提取问题,具有广泛地应用前景。

基于影像光谱库的遥感波段模拟方法研究

针对常规的"影像-影像"多光谱影像波段模拟模型对研究区参考影像的依赖和随机性采样带来的模型不稳定问题以及"光谱库-影像"波段模拟模型中光谱库在类别、时间和空间上的不完善导致模型缺乏适用性问题,本文提出了基于影像光谱库的波段模拟方法。首先对与待模拟影像具有相似类别组成的参考影像进行光谱聚类,然后对各个光谱类别进行采样,形成影像光谱库,接着提取光谱库中的等量类别样本训练BP神经网络(BPN)回归模型,最后利用BPN模拟目标影像的波段。实验结果表明:该方法能够更为精确的模拟出TM蓝波段,其模拟均方根误差(RMSE)较"光谱库-影像"模型提高了1.3,较"影像-影像"模型提高了0.6,与"影像-影像"和"光谱库-影像"模型相比,该方法更加稳定可靠;该方法能够成功的应用到SPOT和MSS的蓝波段的模拟中并取到较好的效果。

西部干旱区生态环境调控对策定量研究方法

对于生态环境十分脆弱的西部干旱地区从便于生态环境调控与管理的角度 ,急需进行量化研究 ,内容包括 :量化指标体系与指标量化方法、调控优化模型与求解、调控方案制定与实施等。针对干旱区生态环境的特点 。

乌鲁木齐市绿地景观格局及其生态建设初探

应用面向对象的影像分析技术(eCognition)和乌鲁木齐市QuickB ird数据,从绿地景观着手,运用景观生态学的原理和方法,对比分析乌鲁木齐市新城区和老城区的绿地景观格局,结果表明:新城区绿地景观多样性较高,分布较均匀,绿地缀块破碎度小,绿地廊道密度和分维数都较低;老城区绿地景观优势度大,分布分散,较破碎,廊道密度和分维数都较高.还对乌鲁木齐市绿地景观生态建设进行了探讨.

城市绿地信息提取中的遥感影像阴影校正

建筑物阴影会对城市绿地产生遮蔽,从而影响城市绿化的遥感调查结果。该文利用乌鲁木齐的QuickBird遥感数据,采用面向对象的技术对遥感影像进行阴影检测,并对阴影区域进行灰度补偿,改进了阴影区域的信息,然后采用面向对象的技术对阴影校正后的影像进行绿地信息提取。结果表明:该方法检测高分辨率遥感影像的阴影区域简单易行;通过灰度补偿可以有效地恢复阴影区域的信息,从而提高城市绿化遥感调查的准确性。