基于深度学习的高分六号影像水体自动提取

为了探究高分六号(GF-6)卫星多光谱相机(PMS)影像提取水体的潜力,分别构建全卷积神经网络(FCN-8s)、U-Net及U-Net优化(VGGUnet1、VGGUnet2)4种神经网络进行了水体提取研究.基于水体提取结果对比分析,确定优选模型为VGGUnet1;提出基于组合损失函数FD-water loss(focal-dice-water loss)的VGGUnet1网络模型,并与归一化差分水指数(norma-lized water index,NDWI)阈值法、最大似然分类法、支持向量机分类法等方法比较.结果表明:基于FD-water loss损失函数的VGGUnet1网络模型能有效提取水体目标,增强小面积水体识别能力,减少水体错分、漏分现象,提高水体提取效果.可见全卷积神经网络在GF-6遥感影像水体提取方面具有可行性,为后续该领域的进一步研究应用提供了参考.     

核电站温排水分布卫星遥感监测及验证

以大亚湾核电站附近海域为研究区,基于HJ-1B卫星热红外遥感数据IRS4,对核电站温排水空间分布特征进行了识别与验证。首先利用时空插值后的NCEP大气廓线数据,结合近地面气象观测信息对IRS4数据进行大气订正;其次查找表数据建立IRS4宽通道辐亮度与辐射温度转换公式,完成研究区海表温度反演。利用温盐深测量仪,与卫星同步采集了84个离散点的水温,经空间插值获得地面调查海水“体温度”（bulk temperature, BT）的分布,并与海表温度（sea surface temperature, SST）反演结果进行了对比。结果表明,调查区平均BT比平均SST高0.47 ℃。在远离热排放口区域,SST高于BT,两者差异在1.0 ℃以内;在靠近热排放口区域,SST低于BT,并且越接近排放口两者之间差距越大。遥感与地面调查两种手段获得的温升分布基本一致,总温升区域面积相近。遥感手段获得的温升等级较少（小于4级）,地面调查获得温升等级较多（大于5级）;后者高温升等级（2级以上）区域面积较大,但对于1级温升区面积而言,两种手段差异较小。上午10时左右海表BT与SST差异较小,“肤-体”温差效应可以忽略,在IRS4业务化SST应用中,这一时段的卫星遥感可以作为核电站温排水分布监测的常规手段。     

遥感产品生产系统中产品算法的流程化处理

在遥感影像产品的生产过程中往往需要一个或多个算法,而算法之间的相互依赖关系的描述则会直接影响卫星产品生产时算法的执行能力以及规模化处理效率。因此,通过遥感产品共性,对卫星算法处理产品的流程进行分析,利用JGraph开源包将遥感卫星产品算法封装成其特有的组件,形成一种从影像输入到影像处理再到影像产品输出一体化管理的工作流。将此方法应用到国家民用空间基础设施"十三五"建设的相关平台中,研究结果不仅对算法处理产品的流程复杂程度进行了一定的优化,也在规范卫星产品生产流程中提高了卫星共性产品的生产效率。     

基于GPU和分块技术的巨幅影像快速傅里叶变换算法研究(英文)

快速傅里叶变换(FFT)是遥感影像处理的基础方法,随着高光谱、高空间和高时间分辨率遥感影像获取能力的提升,如何利用快速傅里叶变换技术快速有效地处理巨幅遥感影像是当前遥感影像处理技术中的重要环节和研究热点。傅里叶变换算法FFT是基本的图像处理算法之一,该算法可进行遥感影像的条带噪声去除、影像压缩和影像配准处理等多种用途。CUFFT函数库是NVIDIA公司提供的基于GPU的FFT算法库,FFTW是由MIT科学实验室计算机组在PC平台上开发的基于CPU的FFT算法,是目前在基于CPU的运行速度最快的FFT算法函数库,这两种实现共有的问题是当可用内存或显存的容量小于图像容量时,就会出现内存或显存溢出。针对这种问题,提出了一种基于GPU和分块技术的巨幅遥感影像快速傅里叶变换(huge remote fast Fourier transform,HRFFT)算法。通过对CUDA的CUFFT函数库中的FFT算法进行改进,解决了巨幅图像内存或显存溢出的问题,并结合HJ-1A卫星的CCD影像,通过实验与其他算法进行了对比,证明了该方法的合理性。在实际应用中,利用本文提出的HRFFT算法,改善了影像处理的效果,提高了遥感影像的质量,同时加快了影像处理的速度,节省了计算时间,取得了较好的效果。     

基于GF-2影像的苏州市区水质遥感监测

城市水体水质遥感监测是治理城市水体水质遥感监测是治理城市水环境污染的重要基础,也是城市生态系统建设的重要组成部分。本文基于GF-2影像,建立城市水体水质参数反演模型,对2015年-2017年苏州市区水体的叶绿素a浓度、悬浮物浓度、透明度三种水质参数进行遥感监测,分析了苏州市城市水体水质参数的时空变化特征并且对苏州市水环境进行了评价。结果表明,苏州市区水体叶绿素a浓度整体偏高,但平均水平逐年降低。各个市辖区城市河道平均叶绿素a浓度相差不大。大型河流湖泊中,虎丘湿地叶绿素a的平均含量在2015年-2017年间均处于最高水平。三年间市区城市河道的平均悬浮物浓度降低明显,悬浮物浓度较高的河道均主要集中在虎丘区。大型湖泊的悬浮物浓度不高,逐年降低明显。盛泽湖的平均悬浮物浓度最低,透明度最高。京杭运河的悬浮物浓度一直保持在最高水平,且变化不大,吴淞江汇入京杭运河部分水体悬浮物浓度偏高。2016年元河塘悬浮物浓度突然增高并在2017年有所降低,但仍高于2015年。透明度的分布变化趋势与悬浮物浓度相反,符合常规规律。苏州市区水质逐年改善,但仍水质情况仍不容乐观。京杭运河、元河塘、虎丘湿地由于人为活动导致水质较差,今后需进行重点监测与治理。其余河流湖泊水质均逐年改善,盛泽湖的水质处于最优水平。根据相关资料查阅,遥感监测苏州市区水体水质情况符合实际情况,GF-2影像能有效地反演城市水体的水质参数信息并显示其分布变化规律。     

超光谱成像仪在轨辐射定标及不确定性分析

介绍了超光谱成像仪的技术参量、成像原理、实验室定标和星上定标的方法,利用超光谱"图谱合一"的特点,对常规的反射率基法提出改进,实现了超光谱成像仪的辐射定标.分析了辐射定标过程中地表测量、大气参量及卫星图像产生的不确定性.结果表明:105个通道定标系数的不确定度优于7%,改进后的定标方法可以实现环境卫星超光谱成像仪的在轨辐射定标.     

基于高分一号影像的深圳市黑臭水体遥感识别

城市黑臭水体空间分布的精准识别对准确和全面治理黑臭水体具有重要意义。本文针对当前黑臭水体遥感识别主要的模型算法,包括单波段法、差值法、比值法、黑臭水体模型判别指数法（HCI）,结合地面试验测量数据对其进行阈值修订,从修订后的算法中选取精度最高的差值算法对2017年深圳市黑臭水体空间分布进行识别并计算识别精度。结果表明：深圳市建成区内共识别黑臭河段26条,总长度128.409 km。深圳市黑臭水体主要分布在宝安区和龙岗区,且宝安区数量大于龙岗区。其中,宝安区的黑臭水体长度为100.789 km,占该区水体的25.92%;龙岗区的长度为27.620 km,占该区水体的22.04%。黑臭水体遥感识别在城市黑臭水体识别中具有较高的应用价值,为城市黑臭水体整治提供技术与数据支撑。     

面向遥感产品生产的可视化数据流模型

为了方便快捷地开发出新的遥感产品生产或遥感图像处理算法,尝试利用现有的一些遥感生产处理算法,以"搭积木"的形式,组合成新的算法.由于算法间存在依赖关系,这样就会形成算法的调用次序,也就是遥感产品生产流程.面向遥感生产的可视化数据流模型,就是对这种生产流程的一种抽象和概括.该模型可以体现出算法之间的次序关系,还能体现出算法被调用的次数和被加工数据的信息.同时利用该模型也可以方便描述生产流程的变更和算法的并发执行.     

环境卫星HJ1A超光谱成像仪在轨辐射定标及光谱响应函数敏感性分析

环境卫星HJ1A搭载的超光谱成像仪HSI是我国第一个对地观测的星载高光谱传感器,针对超光谱成像仪缺乏各通道光谱响应函数这一问题,对传统的反射率基法予以改进,提出一种不使用光谱响应函数的场地定标方法。利用敦煌场地2009年8月定标实验数据,实现超光谱成像仪在轨辐射定标。通过构建不同形状的光谱响应函数,分析光谱响应函数形状对最终辐射定标结果产生的误差。结果表明,利用新提出的场地定标方法可以实现超光谱成像仪绝对辐射定标,除水汽和氧气吸收通道外,光谱响应函数对定标结果的影响小于3％,采用新定标方法得到的定标系数可以满足应用的需求。     

海面油膜热红外发射率光谱特征研究（英文）

利用热红外遥感技术探测海面溢油存在能够全天时探测、更好地探测海表及油膜辐射特征和对油膜厚度的识别潜力较大等优势。而热红外发射率是物体在指定温度时的辐射能与同温度黑体辐射能的比值,在常温范围内,物体的发射率光谱与温度无关,仅与材质属性及波长相关。基于这一假设,以山东省东营市胜利油田孤岛采油厂获取的原油样品与渤海湾海水为材料,利用102F傅里叶变换热红外光谱辐射仪设计海面油膜发射率光谱实验,系统的测量分析了海面油膜随厚度连续变化过程中海面油膜发射率的变化特征与产生机理。结果表明,海表油膜的热红外发射率在甚薄阶段(20~120μm)变化较大,利用热红外发射率光谱能够较好的探测海表甚薄油膜;在8~10μm和在13.2~14μm波段范围内,海水与厚度为20μm的甚薄油膜存在较为稳定的发射率差异,利用该光谱范围内的油膜发射率可以用来探测20μm的甚薄油膜;在11.7~14μm波段范围内,油膜发射率与其厚度相关性小,油膜的发射率明显低于本底海水的发射率,利用该光谱范围内的油膜发射率可以用来探测较薄油膜的有无;在11.72,12.2,12.55,13.48和13.8μm这几个波长附近,油膜发射率随着油膜厚度的增加呈现出递增或递减,且变化幅度较大,利用这几个波长附近谱段的发射率可以用来探测较薄油膜的发射率光谱响应。