“高分二号”卫星数据在遥感地质调查中的初步应用评价

"高分二号"(GF-2)卫星是迄今为止中国研制的空间分辨率最高的民用遥感卫星,标志着中国民用遥感卫星进入亚米级"高分时代"。为了更好地了解卫星的应用性能,充分发挥和利用好GF-2卫星数据在地质矿产调查工作中的应用,尤其是在条件艰苦地区和境外区域。文章利用GF-2卫星在新疆哈密地区的相关影像数据开展了遥感地质调查应用评价,从数据处理、地质构造信息提取、地层及岩体等岩性信息的识别,以及可识别地质体精度等方面分别进行评价。结果表明,GF-2卫星数据能有效地划分遥感影像地质单元、识别地质构造空间展布特征,很好地满足优于1∶25 000尺度的遥感地质调查工作,可为地质矿产资源调查及评价提供强有力的数据支撑。     

“高分二号”卫星多光谱与全色影像配准策略

"高分二号"(GF-2)卫星能够提供空间分辨率优于1m的全色影像和优于4m的多光谱影像,可以作为高精度土地基础数据采集的影像数据源之一。针对多光谱与全色影像配准精度对后续数据处理和应用影响较大的问题,文章分别采用原始多光谱与全色影像的自动配准和纠正后配准两种方法,对比不同策略的配准精度,结合土地资源遥感调查监测的相关技术规程,形成GF-2卫星多光谱与全色影像配准策略。对10景山区和平原区完整景GF-2卫星影像进行了试验,结果表明,原始多光谱与全色影像自动配准方法不仅能保证配准精度,而且能缩短影像预处理完成时间,是规模化数据应用中较好的配准策略。     

“高分二号”卫星数据遥感滑坡灾害识别研究——以云南东川为例

标志着中国遥感卫星进入亚米级"高分时代"的"高分二号"(GF-2)卫星在太原成功发射,它将为地质灾害调查提供可靠的数据支持。文章以滑坡灾害频发的云南东川区为研究对象,首先对GF-2卫星采集的研究区数据进行正射校正、配准、融合和裁剪等预处理;然后采用面向对象的分类方法,通过影像分割、合并分块,并结合滑坡灾害的光谱、纹理和数字高程模型等多种信息特征,建立滑坡灾害识别规则,实现滑坡信息的遥感分类;最后对分类结果进行误分对象剔除,得到研究区滑坡信息。结果显示,利用GF-2卫星数据可以较好地提取滑坡灾害信息,基本满足滑坡的灾害识别要求。文章通过面向对象的滑坡灾害特征提取所输出矢量结果可以方便地计算出滑坡的面积,对滑坡研究提供了极大的便利。     

旋转森林算法在GF-2卫星影像土地利用分类中的应用

"高分二号"(GF-2)卫星影像中精细的空间信息可用于高精度的土地利用分类研究。为了获取基于GF-2卫星影像土地利用分类的最优特征空间,以及将旋转森林算法应用于提高遥感影像分类精度中,文章利用GF-2卫星影像数据,基于光谱特征(4个多光谱波段和1个全色波段)、指数(植被指数、水体指数及简单比值指数)和变换成分(主成分、最小噪声分离成分与独立成分)构建特征空间,应用基于决策树的旋转森林算法构建面向对象的分类规则集,进行土地利用分类,并与最近邻和决策树算法的分类结果对比分析。结果表明,结合光谱特征、几何特征和纹理特征,采用旋转森林算法得到的分类总体精度为84.85%,Kappa系数为0.819;引入指数、变换成分后分类总体精度提高4.90%,Kappa系数提高0.058;相比于最近邻分类器和决策树分类器,结合旋转森林思想的决策树分类器总体精度分别提高11.97%和15.44%,Kappa系数分别提高0.142和0.184。研究结果可为中国高分辨率卫星影像的信息提取及基于旋转森林算法的土地利用分类研究提供参考。     

“高分二号”卫星在西藏矿山遥感监测中的应用研究

西藏自治区海拔高、地形起伏大,利用优于1m分辨率卫星影像监测当地的矿业开发活动存在较多难点。文章以墨竹工卡重点矿集区为例,通过影像的正射校正、融合镶嵌、几何校正、信息提取等处理工作,完成了基于"高分二号"(GF-2)卫星影像的1∶1万比例尺矿山遥感监测工作。通过与国际多元多尺度卫星影像的对比研究,GF-2卫星影像对于开采硐口的识别、开采面及开发占地性质的确定、水体污染现象的识别等矿山开发信息提取的准确率有了明显提高,完全能够满足1∶1万尺度矿山遥感监测技术要求,在替代国际同等分辨率商业卫星数据的同时,亦可节省大量的野外验证工作,具有显著的社会经济效益。     

GF-6卫星WFV数据在林地类型监测中的应用潜力

为了了解"高分六号"(GF-6)卫星宽视场(WFV)传感器1A级产品数据品质,评估新增4个波段在林地类型分类研究中的应用潜力,文章以内蒙古鄂伦春自治旗的秋季GF-6卫星WFV数据为对象,开展了绝对定位精度的测试,并应用随机森林方法进行了林地类型分类研究。结果表明,GF-6卫星的WFV平原区数据几何畸变较小,无控制点有理多项式系数校正后图像配准的中误差在1个像元之内,有助于降低遥感技术应用的门槛,提高工作效率。新增的红边1、红边2、黄边波段对林地类型分类影响显著,整体分类精度从74%提高到80%以上,紫边波段对于森林类型分类也有所贡献。因此,GF-6卫星WFV的8波段多光谱遥感数据对中国大尺度森林资源、森林灾害等的宏观动态监测具有重要意义和极大应用潜力。     

高分三号卫星在洪涝和滑坡灾害应急监测中的应用

在介绍合成孔径雷达(SAR)在洪涝和滑坡灾害监测中应用方法的基础上,采用高分三号(GF-3)卫星SAR数据对2017年吉林永吉"7·13"特大洪水灾害和四川茂县的"6·24"特大山体滑坡灾害开展应急监测。监测结果显示:洪水淹没区主要集中在吉林市境内的温德河和鳌龙河附近,永吉县境内和吉林市市辖区淹没面积(均不包含城市淹没区)分别为19.82km2和8.70km2;滑坡体长度为2620m,最大滑坡宽度为1135m,滑坡体面积为1.76km2,与无人机航拍影像的监测结果基本一致。应用结果表明,GF-3卫星具有较好的灾害应急监测能力,能够为中国的防灾减灾领域提供有力的数据支撑和信息服务。     

“高分二号”卫星影像融合方法对比和评价

由于融合处理方法的原理以及获取影像的传感器特性不同,目前尚没有某种融合方法能适用于所有类型的影像。为了探究适用于"高分二号"(GF-2)卫星影像的融合方法,文章以GF-2卫星影像全色与多光谱数据为数据源,采用Brovey、PCA、GS、HPF、NNDiffuse五种融合方法对全色和多光谱数据进行融合处理,以主观评价和定量分析相结合的方式对影像融合结果进行综合对比和评价。试验结果表明,HPF变换法的融合影像光谱畸变最小,光谱信息保持最好;NNDiffuse变换法的综合效果最好,其在可见光波段的融合效果方面很突出;而在近红外波段的融合上,可以考虑PCA法和GS法。文章的研究成果可对GF-2卫星影像数据的融合处理及应用提供参考。     

"高分三号"卫星图像干涉测量试验

由于自然或人工建造引起的形变可能引发灾难,对其进行形变量监测非常必要,合成孔径雷达(SAR)技术与传统监测技术相比,可以实现全天候对地观测,并监测地表的形变。"高分三号"(GF-3)卫星作为中国国首颗SAR卫星,是否具有干涉测量的能力以及精度尚待验证,为此文章利用GF-3卫星SAR数据对河南省登封市周边地区进行二轨差分干涉处理,获取了该地区的地表形变图。结果表明地表相对沉降量为±0.03m,验证了GF-3卫星作为SAR卫星具有了干涉测量(InSAR)的能力。针对GF-3卫星数据由于轨道误差引起的平行条纹导致相位解缠效果不好的问题,提出利用SRTM(Shuttle Radar Topograpty Mision)DEM高程作为所选样本点的高程,选取5个地面控制点,消除了由于轨道误差引起的平行条纹,提高了反演的形变量精度;GF-3卫星与技术成熟的"哨兵一号"卫星同一测区数据对比,形变信息大致相同。GF-3卫星作为一颗SAR新星具有干涉测量的能力,同时精度上也满足监测的需求。     

"高分四号"卫星正射校正精度分析

探究"高分四号"(GF-4)卫星影像在无精确控制点情况下进行基于有理函数模型的正射校正时,地形因素、参考影像以及高程数据对其结果的精度影响,并给出最适合GF-4卫星正射校正的经验性结论;文章分别对不同地形、不同分辨率的Landsat8参考影像以及不同分辨率的DEM数据进行正射校正实验,并从自动生成的控制点个数以及均方根误差两方面进行了精度分析。结果表明基于有理函数模型的正射校正对于不同的地形有着不同的校正效果,山地整体效果上略好于平原与城市;参考影像的全色波段与GF-4卫星影像的空间分辨率比例在0.8～1.0之间时,正射校正效果最佳;DEM对于GF-4卫星影像垂直方向正射校正效果显著,且分辨率越高校正效果越好。GF-4卫星影像的正射校正精度高低不仅与自身图像所包含的地形地貌有关,而且其参考影像与DEM数据的分辨率也会对精度有影响,宜选用分辨率相近的参考影像以及较高分辨率的DEM数据参与GF-4卫星的正射校正。     

“高分四号”卫星在地震行业中的应用潜力分析

遥感技术应用于地震行业涉及的领域包括地震构造调查、震害评估、地震热异常监测等。随着中国空间技术的发展,国产卫星数据正逐渐替代国外卫星数据,在地震行业应用中发挥着越来越重要的作用。2015年12月29日,中国首颗静止轨道高分辨率遥感卫星——"高分四号"卫星成功发射,为卫星地震应用提供了新的数据源。文章从地震热异常监测、区域地震构造研究、极震区宏观破坏识别三方面分析了"高分四号"卫星在地震监测预报、地震灾害预防和地震紧急救援,地震三大主体业务中的应用潜力。还以2014年鲁甸地震为例,利用"高分四号"卫星数据对震后造成的大型滑坡进行了识别,结果表明"高分四号"卫星数据能够从空间上识别大型地震地质灾害的空间分布位置,可为震后应急救援指挥决策提供及时和有效的信息。     

“高分四号”卫星影像辐射与几何精度评价

"高分四号"(GF-4)卫星是中国首颗高分辨率静止轨道面阵凝视光学遥感卫星,载荷首次采用面阵CMOS探测器在36 000km高轨成像、基于面阵成像构建在轨相对辐射校正模型、面阵相机光学畸变在轨检校。文章首先分析了影响GF-4卫星影像辐射质量(quality,以下同)与几何精度的关键因素,然后介绍了高轨面阵成像处理模型的构建技术,最后分析评价了GF-4卫星影像的辐射质量、几何质量和处理精度。结果表明:GF-4号卫星全色多光谱影像的平均行标准差、平均标准差和广义噪声等相对辐射精度指标均优于3%,典型地物信噪比平均优于40d B。影像内部畸变在垂轨和沿轨方向均优于0.8个像素。     

“高分二号”卫星数据面向对象的海岸线提取法

"高分二号"(GF-2)卫星的成功发射是中国遥感事业发展的重大突破,标志着中国遥感卫星进入亚米级时代。由于兼具高辐射精度、高定位精度和快速机动能力等特点,GF-2卫星数据应用于海岸线提取将极大提高提取的精度和速度。现有的遥感解译海岸线方法主要有阈值分割法、边缘检测法、区域生长提取法、神经网络法和面向对象法等,其中面向对象法是一种新兴的遥感图像解译方法,该方法通过对影像的分割,使同质像元组成大小不同的对象,从而实现较高层次的遥感图像分类和目标地物提取。文章以深圳大鹏半岛GF-2卫星数据为例,通过对影像进行正射校正、配准、融合和裁剪等预处理,再采用面向对象方法对海岸线进行了提取,并对入海河流河口处的海陆分界线划分进行了初步研究。研究结果表明,将海岸线提取结果与GF-2卫星遥感影像叠加进行验证,结果可靠,且所耗时间短,效率高。     

高分三号卫星水利应用及示范应用系统设计开发

高分三号(GF-3)卫星具有全天时、全天候的对地观测能力,在水利行业领域具有巨大的应用潜力和优势。本文首先介绍了GF-3卫星在地表水体监测、洪涝监测、干旱灾害监测、水利工程监测等方面的理论方法和技术流程。在此基础上,进一步设计并开发了GF-3卫星水利示范应用系统,系统以水利业务网为运行管理环境,集成水资源监测评价和管理分系统、水旱灾害监测分系统、水利工程监测和评价分系统、基础空间数据库建设与更新分系统,支撑GF-3卫星数据的水利示范应用。最后通过GF-3卫星水利应用示范的开展,实现系统的业务化运行和水利应用专题产品的自动化生产和共享服务,提供4类14种专题产品,从而提高GF-3卫星数据的水利行业应用水平。     

“高分二号”卫星高分辨率相机技术创新及启示

文章介绍了"高分二号"(GF-2)卫星高分辨率相机的主要参数和特点,并将其主要性能参数与国际上同类相机进行了对比;介绍了GF-2卫星在相机总体方案、星地一体化、隔离微振、精密热控等方面的技术创新;通过全链路分析和仿真等技术手段,将?F/P=1设计理念与调制传递函数补偿技术结合起来,实现了相机的轻小型化,图像品质满足用户的要求。最后,文章给出了从GF-2卫星相机研制中得到的启示。     

高分一号卫星在国土资源领域的应用及前景

着重在土地利用动态遥感监测及变更调查、基础地质与矿产资源遥感调查、生态环境调查、地质灾害调查等国土资源领域方面阐述了高分一号卫星数据的应用现状,同时分析了其数据特点和应用前景。     

基于“高分四号”卫星数据的水体提取效果评价

"高分四号"卫星具有静止轨道卫星高时间分辨率和中高空间分辨率的特点,可以实现对水体面积及变化的大范围实时监测,有效支撑洪涝灾害应急救助工作。为了验证其对水体面积及其变化的监测能力,文章分别利用区域生长法和水体指数法,在开展全国水体面积变化监测基础上,针对与同期"高分一号"卫星16m分辨率多光谱相机及美国Terra卫星的中分辨率成像光谱仪数据等卫星的监测结果展开对比,结果显示,与其他极轨卫星监测结果相比,"高分四号"卫星可以有效开展水体面积及变化监测。但是,鉴于"高分四号"卫星50m像元分辨率,相比更高分辨率遥感影像的水体提取结果,"高分四号"卫星数据提取的水体外部轮廓较为粗糙。在针对规模较小洪涝灾害监测方面可能存在一定误差,仍然需要再进一步开展评价。     

“高分四号”卫星面阵凝视相机超分辨技术

"高分四号"(GF-4)卫星是中国首颗高分辨率地球静止轨道卫星,在防灾减灾、环境监测、天气预报等领域具有重大的应用价值。GF-4卫星相机采用面阵探测器,具有凝视观测、时间分辨率高等特点。根据GF-4卫星的成像特点,对GF-4卫星影像进行超分辨重建,可得到分辨率更高的卫星影像。文章针对遥感影像超分辨率重建需要解决的三个问题:图像配准、点扩散函数(Point Spread Function,PSF)的准确测量和超分辨率重建算法进行了研究。使用了精确测量PSF的改进凸集投影超分辨重建方法对GF-4卫星在轨图像进行了验证。测试结果表明,经超分辨重建后的影像在保持清晰度和信息细节的同时,分辨率得到了较大提高。该方法在面阵凝视空间相机遥感图像的超分辨重建领域具有良好的应用前景。     

高分二号河南省三门峡市卫星影像图

正图为高分二号(GF-2)卫星于2017年2月26日拍摄的河南省三门峡市局部地区卫星影像图,影像分辨率是0.8m。影像清晰度高,色彩分明,充分展现了清水黄河的独特魅力,恰如"四面环山三面水,半城烟树半城田"。     

基于“高分二号”卫星影像的砂金矿区环境地质调查

砂金开采带来了严重的环境地质问题,开展砂金矿区环境地质调查研究对于砂金矿区环境评价、监管和治理等具有重要的意义。文章以东北珲春河中游砂金矿区为研究区,基于"高分二号"(GF-2)卫星遥感影像,采用监督分类和人工修正后处理的方法开展了矿区环境地质要素提取研究。以野外实地调查修正收集的矿区环境地质要素成果作为参考数据,对提取精度进行评价,将提取结果和参考数据进行对比分析发现,尾矿堆和采矿坑的提取总精度达到95%。分析结果表明GF-2卫星影像对砂金矿区环境地质要素具有较好的识别能力,能够满足矿区环境地质调查的需求。