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。     

高分遥感影像林地资源信息提取方法研究

林地资源是森林资源的重要组成部分,在空气净化、自然防疫、制氧、气候调节等方面均具有重要作用。本文应用GF-1卫星数据,基于e Cognition软件平台,采用面向对象方法对廊坊市永清县2013年11月GF-1影像进行林地信息提取。通过多尺度分割试验确定最优尺度分割参数,结合影像地物纹理、光谱特征,采用模糊逻辑分类算法实现林地信息高效提取。     

基于多源遥感数据的灌丛化草原识别技术研究

为探索遥感技术在灌丛化草原空间分布识别方面的应用潜力,文章采用GF-2、GF-3和GF-6等多源遥感数据,利用随机森林算法和灌丛植被覆盖度估测模型,分别从分类识别和定量提取角度对内蒙古正镶白旗开展多尺度的灌丛化草原遥感识别技术研究。结果表明：1)GF-6的纹理信息和GF-3的极化信息对提取灌丛植被覆盖度信息贡献度最高,但在不同尺度下差异明显,整体上尺度较小时纹理信息占优,尺度增大时,极化信息优势凸显;2）二元二次灌丛植被覆盖度估测模型效果最优,在多尺度下均比次优的估测模型精度提高5.95%,23.84%和20.74%;3）基于随机森林算法的草原灌丛化分类识别准确率随尺度增大而降低,整体上均低于以灌丛植被覆盖度为基础的定量监测结果。该研究的部分成果可为我国北方草原的监督管理及合理利用提供一定技术支撑。     

GF-2卫星影像在土地变更监测中的适用性及潜力分析

为进一步推广国产卫星遥感影像数据在国土资源行业中的应用,针对土地利用监测与现状变更调查业务需要,探索"高分二号"(GF-2)卫星数据在土地利用动态监测与现状变更调查工作中的适用性及其潜力。以四川隆昌县金鹅镇为研究区,通过定性、定量评价原始影像数据质量,对比分析同级数据,结合多方法提取变更信息,从不同角度测试其变化监测能力。结果显示,GF-2卫星数据地物清晰,光谱信息丰富,目标解译性较好,影像效果优于"高分一号"(GF-1)和SPOT6数据;主成分分析法和光谱变异法的结合可快速发现影像上的变化信息,GF-2卫星影像能满足土地利用变更监测的需求,具有较大潜力及价值。     

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。     

“高分一号”卫星遥感成像特性

“高分一号”（GF-1）卫星是中国高分辨率对地观测系统重大专项的首发星。为保证广大用户更好地应用该卫星数据,文章从卫星轨道特性、观测与接收、成像几何特性、时间特性等方面,论述了该卫星的区域连片覆盖、谱段时相对齐和辅助数据应用的结果。给出了 GF-1卫星构像方程所需要成像时刻、GPS 定位、星敏定姿数据的插值实例,基于卫星设计角度阐述了面向应用的 GF-1卫星遥感成像及处理特性。     

CBERS-1卫星IRMSS数据及融合技术在鸭绿江口示范应用评价

文章通过丹东鸭绿江口与大连地区典型研究中采用的 CBERS-1卫星IRMSS数据,对数据图像的质量、图像信息的处理方法和专业应用潜力进行评价。通过评价IRMSS不同波段数据的应用效果,加速IRMSS数据的推广应用。     

应用先验数据的高分三号卫星快速定位方法

针对高分三号(GF-3)卫星多种姿态下快速定位的需求,提出一种应用先验数据的卫星快速定位方法。该方法以GF-3卫星的定位数据和姿态数据为辅助信息,计算导航卫星的仰角,实时判断导航卫星对GF-3卫星导航接收机的可见性,从而减少捕获时间,实现快速定位。GF-3卫星的在轨验证结果表明:应用先验数据的卫星快速定位方法,定位时间为115s,短于其他低轨卫星的855s,从而验证了方法的正确性。文章提出的方法可应用于其他低轨遥感卫星。     

CBERS-1卫星IRMSS数据在冀中地区应用评价研究

通过冀中保定—廊坊地区典型研究中采用的CBERS_1卫星IRMSS数据 ,对数据图像的质量、图像信息的处理方法和专业应用潜力进行评价。通过快速评价 ,以评估IRMSS不同波段数据的应用效果 ,加速IRMSS数据的推广应用。     

利用GF-1对ZY-102C卫星PMS相机进行交叉检校

为检校ZY-1 02C卫星PMS相机在轨辐射性能,以GF-1卫星遥感器为参考开展ZY-1 02C卫星PMS相机交叉检校。首先,介绍了交叉检校方法,并讨论两个遥感器间光谱特性差异和数据相关性;其次,分析光谱匹配因子在不同观测路径、地物类型条件下的稳定性,并选取5个相对均匀区域进行GF-1卫星与ZY-1 02C卫星PMS相机的交叉检校,获得了ZY-1 02C卫星PMS相机的辐射性能变化情况和新定标系数;最后利用地面实测数据对新辐射定标系数进行精度验证。结果表明:ZY-1 02C卫星PMS相机在轨辐射特性发生了变化,以GF-1卫星遥感器为参考可有效检测校准ZY-1 02C卫星PMS相机辐射性能的衰减量。     

“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。     

“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。     

基于开源GIS数据的广域小重叠卫星影像定位模型精化

设计了一种适用于大区域、小重叠卫星影像有理多项式模型(RPC)定位精度优化的技术流程,基于开源数字正射影像(DOM)、数字高程模型(DEM)数据和RPC几何模型约束,通过优化尺度不变特征变换(SIFT)特征提取与匹配算法,实现了无像幅约束的控制点和连接点的快速稳健匹配,应用DEM支持下的RPC模型二维区域网方法实现了多景影像RPC模型精度的联合精化。GF-1卫星WFV影像的实验结果表明:在DEM支持下经过区域网平差后,RPC模型的定位精度可达到像素级水平。     

环境减灾二号A/B卫星在森林树种识别中的应用

采用环境减灾二号A/B卫星数据,在福建武夷山国家公园和东北虎豹国家公园2个试验区开展森林树种识别的应用研究。分别提取2个试验区影像的光谱特征、归一化植被指数(NDVI)和基于主成分第一分量的8个纹理特征信息,采用支持向量机(SVM)和原型网络分类对森林主要树种进行识别,并利用验证样本进行精度评价。结果表明：在福建武夷山国家公园试验区,SVM和原型网络分类的总精度分别为86.37%和91.11%,Kappa系数分别为0.83和0.90。在东北虎豹国家公园试验区,SVM和原型网络分类的总精度分别为91.77%和91.34%,Kappa系数均为0.90。总体来说,环境减灾二号A/B卫星数据在2个试验区的主要树种识别精度较好,后续能较好地满足林业行业相关业务应用需求。     

"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。     

CBERS—1卫星IRMSS数据在冀中地区应用评价研究

通过冀中保定－－郎坊地区典型研究中采用的CBERS－1卫星IRMSS数据，地数据图象的质量、图像信息的处理方法和专业应用潜力进行评价。通过快速评价，以评估IRMSS不同波段数据的应用效果，加速IRMSS数据的推广应用。     

“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。