基于GF-1号卫星WFV数据反演玉米叶面积指数

叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是描述作物生长状况的重要生理生态参数之一.该文以河南封丘县玉米为研究对象,利用中国高分辨率对地观测系统的首发星——高分一号(GF-1)WFV数据,计算4种常用的植被指数,包括归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、比值植被指数(simple ratio,SR)、土壤调节植被指数(soil-adjusted vegetation index,SAVI)和修正的土壤调节植被指数(modified soil-adjusted vegetation index,MSAVI).结合地面同步实测的玉米LAI数据,建立各植被指数与实测LAI的统计回归模型.结果表明:研究区玉米LAI和4种植被指数之间均有较强的相关性,其中,MSAVI-LAI的指数模型相关系数达到了0.842 6,LAI反演精度最高.使用独立的野外观测数据对模型进行验证,平均相对误差为4.85%,均方根误差(root mean square error,RMSE)仅为0.183,表明该文建立的LAI经验统计模型具有较高的精度,利用GF-1 WFV影像可以快速、准确地监测河南封丘玉米LAI,GF-1影像用于LAI等地表参量遥感定量反演具有巨大的潜力.2014年8月中旬,封丘大部分地区玉米LAI大于4,玉米长势较好.该研究结果可为利用经验统计模型反演河南玉米LAI提供参考.

多时相高分一号影像在丘陵地区大宗农作物提取中的应用

【目的】基于多时相的高分一号(GF-1)影像,利用面向地块对象分类法提取广西崇左市江州区大宗农作物种植面积,为南方多云雨丘陵地区提取作物信息提供参考。【方法】以2 m分辨率的GF-1影像为数据源,采用人机交互的方式准确识别地表覆盖的地块信息,基于对多时相GF-1影像进行云影检测,并处理生成影像的光谱、归一化植被指数(NDVI)、亮度等特征,采用面向地块对象的分类方法提取甘蔗、水稻和香蕉的作物信息。【结果】根据混淆矩阵评价分类的结果可知,提取大宗农作物的总体精度为90.08%,Kappa系数达0.85,满足农业成果应用的精度要求。【结论】利用有效影像数据,结合地块数据完成作物信息提取,该技术方法能够准确提取丘陵地区大宗农作物信息,为解决南方多云雨丘陵地区提取作物信息难题提供了有效途径。

GF-1图像在中印边境楚鲁松杰村地质灾害调查中的应用

为了解高分一号卫星(GF-1)图像的应用性能和查明中印边境楚鲁松杰村一带的地质灾害发育规律,利用DEM和GF-1图像对该地区的岩性、构造和地质灾害进行详细的遥感解译。研究结果表明,GF-1数据的融合图像对灾害体的微地貌形态反映较明显,能够用于识别地质灾害体的位置、边界范围等特征信息;区内地质灾害类型主要为滑坡和寒冻风化碎屑流等,滑坡、崩塌、泥石流多发生在[25°,35°]坡度段内,而寒冻风化碎屑流的发生则与坡度的增大成正相关;地质灾害运移方向与主构造线方向、基岩层面倾向基本一致。研究还揭示出该区内分布多级河流阶地,较大的垂直落差及丰富的第四系松散堆积物是地质灾害发育的重要因素。

甘肃红山地区重要控矿地质单元GF-1数据遥感解译与应用

为了解高分一号(GF-1)卫星图像在地质找矿领域的应用性能,查明甘肃红山地区的成矿地质环境,利用GF-1图像对红山地区的控矿地层、构造和岩体进行遥感解译。在收集、梳理前人研究成果和野外验证的基础上,综合分析红山地区的成矿地质特征和规律,总结区内与多金属矿密切相关的地质体,建立该区重要控矿地层、控矿构造和控矿岩体的GF-1图像解译标志;通过分析重要控矿地质单元的成矿地质特征和成矿规律,解析和挖掘典型矿床的控矿地质要素特征,整合典型矿床所处地质环境和控矿及赋矿要素信息,综合剖析典型多金属矿床的多源异常特征,构建找矿模型;开展找矿应用,圈定遥感找矿有利地段。经野外查证,新发现铜、钼、铁、锌等多金属矿化线索,均位于GF-1图像解译的重要控矿地质单元区,取得了较好的找矿成果,表明国产卫星数据能够很好地应用于地质矿产勘查领域。

高分一号卫星海岸带影像质量评价

高分一号(GF-1)是我国自主研制的宽幅带高空间分辨率遥感卫星,为分析其在海岸带地区的应用潜力,本文采用主观和客观相结合的评价方法,并与SOPT-5卫星影像进行比对,开展GF-1影像的成像质量评价。主观评价结果表明:GF-1影像表现能力与SPOT-5影像相当,在某些地物特征表现上与SPOT-5比较一致。客观评价表明:GF-1影像的4种统计参数与SPOT-5影像比较接近且各有高低,GF-1影像各波段的灰度分布更分散,地物间的可分性更高;GF-1影像各波段的信噪比和波段间的独立性与SPOT-5比较,基本相同,整体看来,GF-1具有较高的成像质量,在海岸带地区具有一定的应用潜力。

罗山东麓断裂和罐罐岭断裂的高分一号卫星图像识别

基于国产高分一号(GF-1)卫星影像数据,对青藏高原东北隅的罗山东麓活动断裂和罐罐岭断裂进行构造地貌的解译。通过建立影像解译标志,对比高分影像不同分辨率解译成果以及融合处理后陡坎台地面、冲沟位错、地表破裂带的解译效果,并结合野外实际地质填图进行验证。结果表明,分辨率越高的影像,活断层形迹细节显示越丰富,高分16 m分辨率影像能满足小比例尺区域构造解译和较粗略的构造信息提取,可提高解译效率;高分2 m融合影像断层陡坎的宏观显示效果较好,可用于台地划分及边界较大位错显示,可识别出10 m以上的冲沟位错,但5~6 m的小位错无法显示,高分2 m影像的精度尚不能进行走滑断裂冲沟位错的定量统计,但可识别最新地表破裂,解译标志为亮白色显示。综上,在构造较强烈区,高分一号卫星影像数据可以满足活断层野外1∶50 000填图的应用,但对于弱活动区解译效果尚需研究。

利用KPCA法检测高分一号影像中的森林覆盖变化

为了研究利用高分一号宽幅影像(GF-1 WFV)监测森林覆盖变化的方法,选取四川省甘孜州雅江县为研究区,利用2014年和2016年2期GF-1WFV数据,采用迭代加权多元变化检测(iteration re-weight multivariate alteration detection,IR-MAD)法对数据进行辐射归一化;分别对2期影像进行核主成分分析(kernel principal component analysis,KPCA)方法变换,采用最大类间方差法(OTSU)确定自动识别阈值,对2期GF-1WFV影像中的森林覆盖变化区域进行检测和精度验证;并与变化矢量分析(change vector analysis,CVA)法检测结果进行对比分析。研究结果表明:所用2种变化检测算法的总体检测精度都超过了80%,其中,KPCA法的总体精度为89.27%,未变化区用户精度达93.88%,变化区用户精度为80.28%;基于KPCA法的精度均较优于传统CVA检测算法,说明KPCA算法通过数据变换后,可减少变量间的相关性、增强影像信噪比,从而提高了对变化区域的识别精度。

基于GF-1的山地主要农作物种植信息提取研究

为探索GF-1 PMS多光谱数据影像在低山丘陵地貌破碎地区主要农作物遥感识别中的信息有效性,以重庆市永川区卫星湖街道为例,利用研究区多时相、多光谱特征影像,对研究区油菜、玉米、水稻等主要作物进行信息提取。提取结果显示,利用GF-1多时相多特影像,水稻作物信息提取生产精度与用户精度均达到90%以上,提取精度较低的旱地作物玉米提取效果也得到了提升,油菜作物信息提取生产精度大幅度高于用户精度,主要作物提取总体精度OA为80.93%,Kappa系数0.635,分类质量达到较好水平。基于多时相GF-1影像光谱、纹理等特征的面向对象分类方法,能够有效地提取南方低山丘陵破碎地貌地区主要农作物空间分布信息,提高主要农作物的遥感识别精度,为山地农作物遥感信息提取提供参考。

面向耕地的高分一号卫星遥感影像融合方法研究

选择国产高分一号(GF-1)卫星2 m全色/8 m多光谱影像,对增强耕地信息的遥感影像融合方法进行了研究,研究所选择的融合方法包括Subtractive法、Brovey变换法、MHIS法、HCS法和Gram-Schmidt法,并从主观和客观方面对融合影像质量进行了评价,基于融合影像对研究区耕地信息的增强进行了分析。结果表明,面向耕地信息时,MHIS法融合影像最好。

MuSyQ高分16米空间分辨率10天合成的植被覆盖度产品(2018-2020年中国01版)

植被覆盖度(fractional vegetation cover,FVC)是衡量地表植被状况的重要指标之一。卫星遥感是获取大范围动态FVC的主要技术手段。但目前国际上并没有高分辨率的FVC标准化产品,本文利用高分一号(GF-1)宽幅相机高时空分辨率的特点,针对森林类型基于孔隙率方法、针对非森林类型基于归一化植被指数(NDVI)像元二分法生产了多源协同定量遥感产品生产与服务系统(MuSyQ)高分系列中国2018–2020年16米/10天FVC产品。本产品为中国植被遥感监测提供数据支撑。

高分一号卫星影像谐波模型模拟方法研究

随着遥感技术的发展,遥感应用的广度和深度得到了大幅度提升,遥感用户对遥感数据的空间分辨率及时间分辨率的需求也越来越高。遥感影像空间分辨率与时间分辨率之间的矛盾难以调和,再加上云、雾、雪和云阴影等因素的影响,限制了高时空分辨率干净遥感影像的获取,为此尝试研发一种影像模拟方法,以便拓展高空间分辨率遥感影像的时间分辨率。利用无云、雾、雪和云阴影的高分一号(GF-1)卫星时间序列影像为每个波段每个像元构建以日期为参数的谐波模型,进而建立基于谐波模型的影像模拟方法,实现指定日期GF-1卫星影像的模拟。基于谐波模型的影像模拟方法生成的模拟影像与真实影像在视觉上十分接近,在定量评估方面也取得了较好的效果,两者之间各波段大多数像元差值处于-0. 03~0. 03间,均方根误差保持在0. 02~0. 05间,表明基于谐波模型的影像模拟方法具有较高的精度与稳定性,可有效提升GF-1卫星影像的时间分辨率,具有一定的实用价值。

利用暗目标法从高分一号卫星16m相机数据反演气溶胶光学厚度

针对高分一号卫星(GF-1)的16 m宽覆盖相机数据,探讨了暗目标法的应用。首先,利用地面观测的植被光谱数据,结合模拟计算,发现利用红蓝波段线性关系能更好地去除地表影响,而利用反演的气溶胶光学厚度AOD进行大气校正能很好地去除伪暗目标;然后,以天津地区和北京地区为试验区进行了反演试验。结果表明,利用本算法能较好地观测气溶胶分布,与地面观测结果均有较好的相关性(R>0.8),但反演结果整体偏高,可能是云像元的影响。误差分析表明,整景图像采用统一的观测天顶角会带来较大误差,最大误差为0.3;绝对辐射定标精度在3%以下,反演精度能控制在10%,城市型气溶胶会对反演带来较大误差。

高分一号卫星中国植被覆盖度高时空分辨率产品验证与分析

植被覆盖度FVC (Fractional Vegetation Cover)是衡量地表植被状况的重要指标之一。卫星遥感是获取全球与区域动态FVC的主要技术手段,但现有FVC产品空间分辨率主要为中等(300 m)及中低分辨率,难以满足应用需求。已有高分辨率卫星较长的重访周期是制约高分辨率FVC产品难以生产的主要原因。国产高分一号(GF-1)宽幅相机(WFV)具有高时空分辨率特点,16 m空间分辨率和4天重访周期为高时空分辨率FVC产品生产提供数据支撑。本文对中国2018年—2020年16 m/10天GF-1 FVC产品从直接验证和间接验证两方面进行定量分析与评价,结果显示:(1)基于中国甘肃黑河站、吉林净月潭站、河北塞罕坝站等地面实测数据进行直接验证,GF-1 FVC产品精度(R^(2)=0.57,RMSE=0.12,BIAS=-0.03)优于GEOV3 FVC产品,能够降低森林类型高估现象;(2)中国陆地近88%的像元GF-1 FVC产品全年缺失率低于70%,在生长季内约占82.73%的像元缺失率低于73.68%,产品能够较好的体现植被季节变化特征。基于国产GF-1卫星的高时空分辨率FVC产品能够满足植被变化监测相关应用的需求。

高分一号卫星高时空分辨率植被指数产品验证与分析

归一化差值植被指数NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)是使用率最高的植被指数,但现有的NDVI产品时间分辨率跟空间分辨率不足,限制了其在一定区域范围的精细化动态监测应用。高分一号(GF-1)宽幅卫星WFV (Wide Field View)具有4 d重访周期、16 m空间分辨率,在长时间序列动态监测中具有巨大潜力。本文对基于GF-1宽幅相机数据生产的全国2018年—2020年16 m 10 d的MuSyQ NDVI产品与基于Google Earth Engine (GEE)的Landsat 7、Landsat 8和Sentinel-2数据生产的Landsat NDVI、Sentinel-2 NDVI产品进行了一致性与差异性分析。结果显示MuSyQ NDVI产品空间分布更加连续,没有其他两个产品显示的条带特征;MuSyQ NDVI产品的有效数据比例更高,尤其是分布在北方及青藏高原的农作物和草地类型,具有更好的空间连续性。时间尺度上,由于GF-1/WFV相比于其他两种产品具有更高频次的观测,MuSyQ NDVI时间序列曲线更加平滑且连续,跳跃现象不明显,且能表现出更细节的植被生长特征及物候特征。在空间和时间尺度上,GF-1/NDVI产品提供的高时空分辨率的NDVI产品较已有产品更优,为后续植被动态研究中NDVI产品的选择提供了有用的信息,对于较大空间范围内的长时间序列精细化监测更具有优势。

基于GF-1WFV数据的16 m分辨率反照率产品算法与验证

地表反照率在陆面气候和生物圈模型中起着至关重要的作用。为了更好地满足多领域研究的要求,拓宽定量遥感参数的应用,许多研究学者及团队正在利用不同的算法开发高分辨率地表反照率产品。本文提出的算法基于中国高分一号卫星WFV传感器数据和500 m分辨率的GLASS反照率产品生成高空间分辨率的反照率产品。算法思路首先用直接反演算法反演GF-1 WFV数据得到16 m分辨率初级反照率产品,再将500 m分辨率的GLASS反照率产品与16 m分辨率初级产品的纹理信息进行降尺度融合,最终得到16 m分辨率的融合反照率产品。以2016年—2017年黑河实验区的8个站点的地面观测值对算法结果进行验证,实测数据与反演融合数据的时间序列图表明融合后的16 m分辨率反照率与实测值一致性较好;同时,通过2016年—2017年所有站点散点图分析,融合反照率均方根误差为0.02439,初级反照率则为0.05135,融合反照率比初级反照率更接近实测值。16 m分辨率反照率产品在平均值与500 m分辨率的GLASS反照率产品一致的前提下丰富了空间纹理信息,能够更好地支持在区域尺度研究人类活动对环境的影响。

一种面向对象的CART决策树火烧迹地提取方法

现有的火烧迹地遥感提取主要侧重于对光谱信息的判识,对遥感影像的形状、纹理、空间上下文等特征的挖掘尚不充分。为此,本文提出了一种面向对象的分类回归树算法(CART)决策树火烧迹地提取方法,旨在提升火烧迹地遥感信息提取的精度和可靠性。为验证方法的可行性,本文选取四川省冕宁县“4·20”森林火灾为研究区,以国产高分一号B星(GF-1B)卫星数据为数据源,对研究区影像进行面向对象的最优尺度分割,并采用CART决策树算法,根据不同地物的光谱、形状和纹理特征从中自动获取最优特征及其阈值,构建决策树实现火烧迹地提取。结果表明:该方法在火烧迹地上的提取精度(总体精度92.00%)和可靠性(Kappa系数85.56%)均优于既有的监督分类技术方法。相关研究方法和实验结果可为火烧迹地精准提取与灾后评估等研究提供参考。

基于国产卫星数据的矿山遥感监测一体化解决方案——以西藏自治区为例

随着高分辨率国产遥感卫星数据的推广应用,矿山遥感监测必将成为该数据的重要应用领域之一。结合西藏自治区矿山遥感监测工作的特点,以资源一号02C(ZY-1 02C)及高分一号(GF-1)卫星影像为数据源,在ArcGIS环境下,提出并实现了从国产卫星遥感数据管理、增强与校正、信息提取、统计分析以及成果图制作等一体化解决方案。该研究成果有助于推进国产卫星遥感数据在矿山遥感监测领域的应用广度和深度,为大规模开展多期次动态矿山遥感监测工作提供技术支持和应用范例。

高分一号卫星4种融合方法评价

以国产高分辨率卫星高分一号作为数据源,应用Pansharp融合、HPF融合、Gram-Schmidt融合和SFIM融合4种方法对高分一号卫星2m全色及8m多光谱数据进行了融合试验,并对融合结果的空间信息融入度和光谱保真度进行了评价。选取标准差、熵及联合熵、平均梯度、相对偏差4种客观评价指标对融合结果进行了计算与分析。研究结果表明:对于高分一号卫星,4种方法均显著提高了影像的空间分辨率,同时较好地保留了影像的光谱信息,提高了影像的利用率。其中Pansharp融合综合表现最好,HPF方法边界最为清晰,SFIM方法的光谱保真度最高,GramSchmidt融合在近红外波段效果最好。根据不同的研究目的,使用适宜的融合方法及参数,可以使高分一号卫星影像更好地为生产及科研工作服务。

国产卫星影像本底数据更新的实用方案——以地质灾害易发区遥感影像为例

我国国产遥感卫星数据的日渐增多和应用领域的不断扩大,在遥感影像本底数据的更新中正在部分取代进口卫星数据而成为重要信息源。为此,以资源一号(ZY-1)02C和高分一号(GF-1)国产高分卫星影像为主要数据源,提出遥感影像本底数据更新的技术方案;并以全国地质灾害易发区遥感影像本底数据更新为例,验证该方案的适用性。精度检查结果表明,更新后的数据能够满足1∶5万比例尺遥感影像本底数据的平面精度要求,技术方案合理可行,可为规模化开展遥感影像本底数据更新工作、拓宽国产高分卫星数据在地质灾害调查与监测等领域的实际应用提供重要的技术支持,具有一定的推广价值。

新疆新源县滑坡灾害遥感影像特征及分布规律

新疆新源县因其特殊的地理位置和地质条件,滑坡灾害十分发育,是伊犁地区滑坡灾害危害最严重的区域之一,给该地区的经济发展和人民生命财产造成了重大损失.文章以国产高分一号（GF-1）卫星数据为基础数据源,开展新疆新源县滑坡灾害遥感调查工作,共解译滑坡灾害点818处.根据滑坡灾害分布规律和强度将阿吾拉勒山则克台以东到坎苏沟地段、恰普河南岸山坡、库尔德宁—阔克乔克、阿勒玛勒乡南侧那提拉山北坡列为地质灾害防治监测重点地区.