多源卫星影像的摄影测量遥感智能处理技术框架与初步实践

回顾并分析了摄影测量与遥感学科的发展历程,并针对大数据和智能化测绘新时代的多源遥感影像精准快速智能处理的迫切需求,本文提出摄影测量遥感的科学概念。全新的摄影测量遥感主要由摄影测量和遥感两个学科的交叉融合而形成,致力于研究解决同步探测被摄目标的几何位置、物理属性、语义信息和时序变化关系的理论方法及技术问题,其理论基础和支撑学科包括摄影测量、遥感、人工智能、大数据处理与高性能计算等,将突破目前摄影测量侧重几何处理、遥感侧重语义信息提取反演的相对独立现状和串行技术路线,通过几何模型与光谱辐射反射信息的深度交叉融合形成几何语义一体化处理机制。本文在阐述摄影测量遥感基本概念的基础上,初步探讨了其涉及的主要科学问题及相关研究应用领域,并以多源遥感卫星影像为例构建了一体化摄影测量遥感智能处理技术框架,通过语义信息提取与精准几何处理的交叉闭环融合,显著提升了高分辨率多源遥感卫星影像精准快速处理的自动化和智能化水平,多个应用实践初步验证了相关理论方法的正确性和有效性。

基于众源地理数据的GlobeLand30人造地表数据精度验证

GlobeLand30数据已被广泛应用于生态、环境、气候等研究领域,对其进行精度验证是保证GlobeLand30产品推广应用的首要前提。本文提出了一种基于众源地理数据的GlobeLand30人造地表精度验证方法:首先利用随机抽样的方法布设样本点,其次应用LDA(latent Dirichlet allocation)主题模型计算众源数据文档的地表覆盖主题,最后通过构建样本点与GlobeLand30数据产品之间的混淆矩阵,以实现人造地表数据的精度验证。研究区域为我国27个省级行政区,众源地理数据选用POI数据,对本文提出的方法进行了实例验证。结果表明:2000年和2010年的人造地表总体精度分别为87.63%和88.81%,这与GlobeLand30人造地表第三方评价精度86.97%相近,验证了本文方法的有效性。

常规仪器与全球定位仪相结合的全自动化遥控边坡监测系统

介绍了一集常規仪器与精密全球定位仪器为一体的全自动化遥控边坡监测系统的开发与应用。 集成的自动化边坡监测系统包括仪器选择、技术要求、仪器集成方法、监测数据处理等。最后,还介绍该系统对一松散填土边坡的监测结果。

基于InSAR与GPS技术的公路采空区变形监测

利用InSAR与GPS融合技术,开展研究高速公路采空区影响的变形监测与评价.针对D-InSAR条带变形信息的稀疏相位解缠问题,提出了一种在GPS中常用的LAMBDA相位解缠算法,建立了合适的解算模型,获取了采空区高速公路D-InSAR条带变形时间序列,掌握了采空区影响发展情况.在InSAR雷达卫星过境的同时,利用三等水准测量进行变形量测,对比验证表明,用InSAR与GPS融合技术进行高速公路变形监测是可行的.进行的基于InSAR与GPS技术的公路采空区变形监测科研成果可靠,具有广泛的应用前景.

基于信息熵的遥感分类最优空间尺度选择方法

以影像分类为例,从类别可分性的角度提出了基于信息熵的最优空间尺度选择方法。实验结果表明,基于信息熵的最优尺度选择方法的结果有很好的合理性,符合实际的分类结果,能够在一定程度上指导实际遥感分类中的空间尺度选择。

多天线GPS自动变形监测系统

研究了区域变形监测的多天线 GPS系统。该系统特别设置了一个电子元件 ,可将多个 GPS天线与一台GPS接收机相连 ,接收机依次从每个天线获取数据。本系统的优点 ,是使用一台 GPS接收机监测多个变形点 ,极大地节省了变形监测的费用。本文详细地介绍系统的设计原理以及数据管理和数据处理方法 ,并给出系统的试验结果。

人工智能用于遥感目标可靠性识别:总体框架设计、现状分析及展望

可靠性是遥感监测的重要研究方向之一。人工智能技术促进了遥感目标识别技术的快速发展,但是其不可解释性带来了新的问题。本文依据空间数据的可靠性理论和人工智能基础理论,首先,提出了智能化遥感目标可靠性识别思想及总体框架;然后,阐述了影响可靠性的因素分析、可靠性提升方法、可靠性评估方法和可靠性过程控制等核心研究方向;最后,展望了人工智能用于遥感目标可靠性识别方法的未来发展方向。

区域伪卫星增强GPS精密定位试验研究

针对GPS在城市高楼密集区、矿山以及深山峡谷等区域,所跟踪的可见星数目少和几何分布不佳导致定位精度下降以及GPS在垂直方向定位精度较差等问题,提出伪卫星增强GPS定位方法,利用GPS和伪卫星组合观测量,提高区域定位精度。从伪卫星和GPS组合模型入手,重点研究伪卫星多路径效应误差的估算方法。实测数据进行处理与分析的结果表明,所提出的方法能有效地减弱伪卫星多路径效应产生的误差,提高系统的定位精度,特别是垂直方向的精度。

北京市区不同植被叶片的滞尘量反演

为探究利用近地面高光谱反演植被叶片的滞尘,分别获取北京城区的大叶黄杨、国槐、毛白杨、山桃和臭椿等5种典型绿化植被叶片样本的叶片滞尘量、光谱反射率和叶面积等数据。对5种植被单位面积滞尘量与除尘前、后各波段光谱反射率差值进行相关分析,并建立相关性最大波段的滞尘反演模型,最后对拟合较好的反演模型进行精度检验。结果表明:在780~1300nm波段,5种植被的滞尘叶片反射率均明显低于干净叶片;臭椿、国槐、毛白杨、山桃和臭椿的滞尘反演模型决定系数(R2)分别为0.204、0.435、0.482、0.682、0.129;精度检验结果表明,国槐、毛白杨和山桃真实值与预测值之间的相关性分别为0.706、0.638、0.824,均方根误差分别为4.119、10.607、4.361。研究表明,山桃的滞尘量反演模型精度最高,国槐和毛白杨较高,对于今后估算城区植被滞尘量具有一定的参考意义。

基础地理知识服务的基本问题与研究方向

基础地理数据具有空间载体和知识存量两大作用。以往人们主要关注其空间载体作用,研发和提供了丰富多样的基础地理数据服务与信息服务,但对其知识存量挖掘不够,提供的地理空间知识服务极少。近年来,"数据海量,信息爆炸,知识难求"现象愈加突出,从地理数据信息服务走向知识服务势在必行,已成为测绘科技转型升级的一项重要任务。借鉴知识图谱的最新研究进展,讨论了基础地理数据、信息和知识的基本内涵,提出了以结构化和关联化为重要特征的基础地理知识服务总体思路,分析了由此带来的4方面问题;继而从领域知识体系构建、关键技术、应用服务3个方面讨论了基础地理知识服务的研究方向与重点;以GlobeLand30知识服务为例,介绍了初步研究进展。

地理信息科学中尺度问题的30年研究现状

尺度在地学中无处不在,地理信息科学也不例外。自Abler 1987年将尺度列为地理信息的几个重要科学问题之一,30年来,各国学者为尺度问题做了大量的研究工作。试图对这30年的研究作一简单的回顾,明析已解决的部分问题和尚需进一步努力的方向。讨论的重点是Goodchild等提出的5大关键问题,即尺度不变量、改变尺度的能力、尺度效应的度量、尺度作为过程模型中的参数及多尺度方法的实施。通过讨论发现,尺度效应得到了很好的研究,但主要是针对数据尺度,多种尺度(如数据尺度和分析尺度)的联合效应研究仍然严重贫乏;现在有很多转换模型可供使用,但是有些方法的理论基础不够完美;“尺度作为过程模型中的参数”这一问题最任重道远;尺度变换引起的信息量变化缺乏系统研究。这些问题需要引起高度的重视。

浅谈测量平差到空间数据分析的可靠性理论延伸

可靠性作为分析结果评价的质量指标,同时也是分析模型构建的优化准则。在传统测绘领域,李德仁于20世纪80年代中期提出了两个多维备选假设的模型误差可区分理论和验后方差选权迭代的粗差剔除方法,发展了测量平差可靠性理论及摄影测量应用。在电磁物理和普适计算支持下,传统测绘技术已经进化为现代地球空间信息科技。随之,可靠性理论内容从测量平差的粗差处理、空间数据分析的异常处理延伸到空间信息服务的可信计算,可靠性分析方法也从统计推断、优化计算延伸到逻辑推理。类比语言学,测量平差的粗差处理为语法分析,空间分析的异常处理为语义分析,空间信息服务的可信计算则为语用分析。简要地给出了空间数据分析的可靠性指标计算方法,分析了优化目标(成本或代价)函数构造的一般准则(物理系统的能量最小化、数据系统的信息量最大化和用户系统的决策风险最小化),指出可靠性理论方法呈现整体模拟趋势(正常和异常的相对整体性,外在数据和内在状态的相对整体性,静态结构和动态行为的相对整体性,人机地系统的相对整体性)。

大都市区城市扩张过程及形态对比分析——以东京、纽约和上海为例

大都市区化是全球城市化进程中的普遍现象,研究大都市区域城市扩张进程对理解其未来增长趋势、区域可持续发展具有重要意义。大都市区土地扩张及区域间的对比分析,以及都市区发育过程中城市扩张的一般化空间模式还未被深入理解。论文选取东京、纽约和上海3个大都市区,获取1990-2015年间3期Landsat影像数据,使用梯度和格网分析法,采用城市土地密度函数和城市扩张指数,从建设用地数量变化及其时空分布、城市形态变化等方面,多角度对比分析各城市不同阶段建设用地增长的时空差异。结果表明:①大都市区边界仍在不断扩展,建设用地在研究期内持续增长;20多年间东京、纽约和上海的建设用地面积分别增长了63%、53%和233%;上海一直处于高强度扩张状态,而纽约的城市扩张在后期几近停滞。②大都市区建设用地密度从中心向外呈圈层递减式分布,城市核心区和边缘区半径的增长最明显;城市形态均趋向于紧凑。③新增建设用地时空异质性明显。东京的远郊新城不断建设,纽约一些尚有发展潜力的区域次中心仍在扩张但速率逐渐放缓,上海的核心区外围增长剧烈并逐渐向远城区推进。④大都市区域扩张先后经历高速期-缓慢期-停滞期,扩张进程表现为核心区膨胀-次中心及新城建设-逐步形成稳定的多中心结构。

GNSS坐标时间序列分析理论与方法及展望

长期累积的全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)基准站坐标时间序列为大地测量学及地球动力学研究提供了基础数据。通过完善GNSS数据处理模型及策略,研究造成非线性运动的机制并进行有效建模,可以获得测站准确的位置和速度,不仅有助于合理解释板块构造运动,建立和维持动态地球参考框架,而且能更好地研究冰后回弹及海平面变化,反演冰雪质量变迁等地球动力学过程。首先从基准站坐标的精确获取、时间序列模型构建、时间序列信号分析等方面描述了GNSS坐标时间序列分析的理论与处理方法;其次,探讨了坐标时间序列噪声模型构建技术,给出了严密三维噪声模型构建方法;然后,疏理了坐标时间序列中非线性变化成因机制的研究进展;最后,总结了基于GNSS坐标时间序列的应用领域,并展望了其未来的发展方向。

一种基于三角网约束的立体影像线特征多级匹配方法

针对直线匹配可靠性问题,提出了一种基于三角网约束的立体影像线特征多级匹配方法。首先采用SURF算法匹配一部分可靠的种子点,利用这些种子点约束其邻域内的直线匹配;然后,将这些种子点构建三角网,利用三角网约束直线匹配的搜索范围,进行三角网约束下的线-线匹配;再次,在三角网的约束下,进行线-面匹配。为了提高直线匹配相似性测度的可区分性,提出了基于移动窗口的自适应直线相关方法,不仅在表面非连续区域能取得可靠匹配,在纹理缺乏区域也能取得可靠匹配结果。利用具有典型纹理特征的近景影像和航空影像进行了试验分析,结果表明,本方法能获取可靠的直线匹配结果。

不对称街谷内PM_(2.5)浓度垂直分布特征及成因

当前细颗粒物PM2.5已成为城市环境的主要污染物,研究城市不对称街谷内PM2.5浓度的垂直分布特征,对居民日常生活与健康出行有现实意义。实验选取2013年3个不同阶段对高度在1-35 m范围的街谷进行PM2.5浓度监测,同时引用街谷内流场模型与浓度场模型,对PM2.5浓度垂直分布特征及成因进行探究。结果表明,不对称街谷受大气对流、风速、风向影响,街谷内细颗粒物存在不均匀分布特点,在较高侧随着壁面高度的增加PM2.5浓度大体呈＂S＂型曲线变化。同时在同一阶段监测的4天中街谷内PM2.5浓度分布特征大体一致,而阶段之间差异明显;街谷内PM2.5浓度垂直分布的最高浓度差出现在阶段1,高达75μg/m^3,阶段2与阶段3浓度差相对减弱,仅在20-30μg/m^3之间。通过阶段2与阶段3对比可知,北京冬季供暖燃煤对大气细颗粒物的贡献较大,导致颗粒物浓度偏高;而非采暖期气温回升,大气对流作用较强,有助于大气颗粒物扩散,因而街谷内PM2.5污染程度相对较低。

光学遥感影像变化检测研究的回顾与展望

地理实体或现象的变化数据是自然资源管理、灾害监测、生态环境保护和可持续发展等的重要科学分析依据。光学遥感影像变化检测是遥感科学与技术的重要研究领域,40年来,国内外学者针对遥感影像变化检测做了大量研究工作,取得了一系列成果。力图从变化检测关键问题、方法与技术、面临的挑战以及应用领域等多个角度对光学遥感影像变化检测研究进行系统的回顾,分析变化检测技术的研究现状,并且提出未来有待进一步解决的研究问题。

一种改进的基于上下文信息的多源数据融合目标提取方法

拟提出一种综合利用航空影像与LiDAR数据提取山地滚石信息新方法:首先对影像进行多尺度分割得到分割对象,同时对LiDAR数据进行分类、插值和差分等处理获取高程信息。然后依据影像分割对象计算基于可见光波段的差异植被指数并用于去除植被信息的干扰,得到非植被影像分割对象。为了有效利用阴影,针对航空影像提出归一化差异阴影指数并根据阈值分割得到阴影对象。然后利用提出的基于阴影和高程的滚石信息自动提取算法对获取的非植被影像分割对象进行滚石初步提取,再根据实际需求设定高程阈值过滤得到最终的滚石信息。最后,以香港某地区的航空影像和LiDAR数据为基础,对提出的方法进行实例验证,结果表明该方法能够较好地提取滚石并有效地区分裸露基岩、道路等与滚石光谱信息相近的地物,滚石提取精度达到88%以上,基本能满足地政部门滚石防护的需求。

语义轨迹建模与挖掘研究进展

语义轨迹是时空轨迹和语义信息融合的产物。除了含有时空信息以外,语义轨迹包括移动对象自身的运动状态(如速度、方向)、环境(如气温、空间拓扑关系)和社交关系(如好友关系、社交活动)等多方面信息。挖掘语义轨迹可以深入地发现个体或群体移动行为的意图、习惯、情感等高阶语义内容,从而深层次发现个体或群体移动行为的模式、关系和规律等。因而,相较于时空轨迹,语义轨迹在语义性、解释性、可行性等方面更符合决策分析应用的实践需求,具有更重要的研究意义和应用价值。本文对语义轨迹挖掘的关键技术进行了综述。首先,介绍语义轨迹的基本概念,并且根据语义元素类型的不同总结了4种常见的定义形式。其次,归纳了语义轨迹建模的基本阶段,包括预处理、轨迹分段和语义富化。由于语义轨迹无法像时空轨迹那样从位置感知设备中采集获得,因此语义轨迹是通过建模技术得到的,主要通过将语义信息和时空轨迹相融合生成相应的语义轨迹。然后,介绍语义轨迹挖掘的主要任务,包括语义轨迹模式挖掘、语义轨迹聚类、语义轨迹分类、语义轨迹异常检测等。针对每一项挖掘任务,介绍了有关的基本原理和相关算法,总结了主要的关键技术和挑战。最后,探讨了语义轨迹挖掘现存的研究难点和未来研究方向。从模型定义、语义标注技术、多源数据建模等方面,讨论了语义轨迹建模的重要研究问题;从语义轨迹数据管理、分类和预测、流式数据挖掘、隐私保护、多粒度挖掘、评价方法等方面,探讨了语义轨迹挖掘的未来研究问题。

北斗卫星导航系统/美国全球定位系统载波相位相对定位全球精度分析

文章推导了载波相位相对定位精度的计算公式;分析了影响载波相位相对定位精度的各项因素;提出了频率精度衰减因子的概念,用以表达不同频率组合对定位精度的定量影响;在此基础上,计算并绘制了美国全球定位系统(GPS)、北斗二号(BDS2)、北斗三号(BDS3)及其融合系统的单天解、半小时解和单历元解的相对定位精度因子全球分布图;利用自主知识产权的处理软件(GCN和VENUS/ARSNet)解算了实测数据,检验了GPS和BDS2的单天解和单历元解的定位精度.分析表明:BDS的B1/B2频率定位精度优于GPS L1/L2频率; BDS2在其服务区内精度总体上与GPS相当; BDS3在亚太地区定位精度高于GPS.根据上述结论,文章在导航系统信号频率和全球定位系统(GPS)测量规范方面提出了优化建议,可为系统性能优化和制定标准提供参考.