- 邹国良;侯倩;郑宗生;黄冬梅;刘兆荣;
台风是最严重的自然灾害之一,做好台风等级分类预测是防灾减灾的关键。针对现有卫星云图特征提取复杂、识别率低等问题,基于卷积神经网络框架,以北太平洋1978—2016年近1 000多个台风过程的卫星云图作为样本,提出改进深度学习模型Typhoon-CNNs。该框架采用循环卷积策略增强模型表征力,使用十折交叉验证引入信息熵、Dropout置零率以优化模型灵敏度及防止过拟合。通过800样本测试集对模型Typhoon-CNNs进行验证,实验结果表明,本文算法的分类精度达到92.5%,台风和超强台风2个等级的预测正确率达到99%,优于传统分类方法。最后对模型提取的特征图进一步分析,模型能够准确识别台风眼和螺旋云带,从而证明Typhoon-CNNs对台风等级分类的可行性。
2019年03期 v.34;No.163 1-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 575K] [下载次数：514 ] |[引用频次：13 ] |[阅读次数：47 ] - 杨涛;何玉青;胡秀清;
本文针对天宫二号(Tiangong No.2,TG-2)宽波段成像光谱仪的宽波段相机进行观测几何和地理定位解算。TG-2搭载的宽波段成像光谱仪是用于海洋、气象和环境空间综合观测的新一代试验遥感仪器。解算该仪器观测几何和高质量遥感地理定位数据是开展上述应用的前提和基础。本文基于宽波段相机多CCD拼接直视推扫模式,根据其特殊的扫描几何和卫星空间位置姿态,建立仪器焦平面与地理空间位置的对应模型。通过大量实际观测的定位数据建立旋转角度与变形数量的关系,修正安装矩阵,提高了模型定位精度。利用该模型实现了对TG-2卫星宽波段成像光谱仪图像的地理定位。利用图像的地理位置进行投影,与高精度海陆模板进行比较,定位精度约为2个像元(200m)。
2019年03期 v.34;No.163 7-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 416K] [下载次数：153 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：20 ] - 刘克俭;陈淼焱;冯琦;
针对现有超分辨率重建方法存在重建的高分辨率图像具有边缘结构不清晰、高频信息提升有限的问题,提出了一种结合迭代反投影(iterative back-projection,IBP)与限制对比度自适应直方图均衡化(contrast limited adaptive histogram equalization,CLAHE)的遥感图像超分辨率重建方法。通过结合迭代反投影与限制对比度自适应直方图均衡的超分辨率重建方法重建高分辨率遥感影像,增加重建图像的纹理细节信息,并利用灰度信息与梯度特征的能量优化模型对重建图像进行优化处理。本文以不同地貌类型遥感图像为实验数据。实验结果表明,该重建方法与经典迭代反投影方法相比,纹理细节丰富,边缘结构清晰,与非局部迭代反投影(nonlocal iterative back-projection,NLIBP)相比,客观质量评价指标均有明显改善,验证了该方法具有较好的普适性与鲁棒性。
2019年03期 v.34;No.163 14-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 387K] [下载次数：445 ] |[引用频次：33 ] |[阅读次数：35 ] - 杨军;王恒亮;
针对遥感影像纹理信息丰富的特点,以及传统分水岭变换用于遥感影像分割容易出现过分割的问题,提出了一种基于巴氏系数和灰度共生矩阵的区域合并方法改进分水岭算法的分割结果。首先,利用数学形态学的方法提取原始影像的梯度图像,并且从梯度图像中获取标记;其次,在标记的梯度图像上进行分水岭变换,得到初始分割图像;最后,利用所提出的结合巴氏系数和灰度共生矩阵的区域合并方法对过分割区域进行合并,得到最终分割结果。实验结果表明,该算法既能得到连通,封闭的分割轮廓,还能有效解决分水岭分割算法的过分割问题,得到了较为准确的分割结果。
2019年03期 v.34;No.163 19-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 915K] [下载次数：261 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：33 ] - 赵学晶;吴文瑾;刘国林;
传统方法在分析NPP变化时,将区域按照地理位置、植被类型等进行划分,会将先验信息引入结论。针对这一问题,本文采用支持向量聚类(supporting vector clustering,SVC)的方法从数据驱动角度分析1990—2014年全球NPP的时空变化特征。对GLOPEM AVHRR年NPP数据产品和MODIS MOD17A3NPP数据进行聚类,得到12种变化模式,分析不同NPP变化模式的时空变化特征以及与气候类型和土地覆盖类型分布的关系。结果表明,SVC1、SVC2NPP最低,SVC11、SVC12NPP较高,SVC5、SVC6、SVC9～SVC12主要是热带雨林与热带草原气候,热带低纬度地区NPP变化模式较为复杂。SVC3、SVC4NPP要明显高于同纬度其他地区,可能是受气候类型的影响。多数NPP变化模式主要是土地覆盖类型面积减少,其中SVC5、SVC9变化显著,2000—2014年SVC9NPP减少。不同NPP变化模式的同一土地覆盖类型的NPP存在差异。
2019年03期 v.34;No.163 26-33页 [查看摘要][在线阅读][下载 785K] [下载次数：192 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：42 ] - 史路路;郑柯;唐娉;赵理君;
针对卷积神经网络在土地覆盖分类中卷积层尺寸过大问题,研究了一种适用于土地覆盖分类像素级分类的土地覆盖分类模型。以陆地卫星中分辨率影像和快鸟高分辨率影像为实验数据,对比了不同样本尺寸大小和不同分辨率影像对模型分类结果的影响,并与传统的基于光谱特征以及光谱加纹理特征的方法进行对比分析。结果表明,陆地卫星中分辨率影像最佳训练样本尺寸大小为5像素×5像素,过大的样本尺寸在分类结果上会产生较强的滤波效应,减少了分类结果的细节信息,而过小的样本尺寸由于包含信息太少,导致误分严重;陆地卫星中分辨率影像分类结果细碎图斑少,一致性好,可有效减少分类后处理环节;快鸟高分辨率影像最佳训练样本尺寸大小为7像素×7像素,相比陆地卫星中分辨率影像滤波效应得到缓解,细节信息保存更好,精度提升更大,对训练样本尺寸选择更为鲁棒,在总体分类精度上优于基于光谱特征和光谱加纹理特征的分类方法,可以很好地应用于土地覆盖分类。
2019年03期 v.34;No.163 34-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 884K] [下载次数：375 ] |[引用频次：10 ] |[阅读次数：56 ] - 蒋明;郭云开;朱佳明;刘海洋;
滇池入侵物种——凤眼莲的问题由来已久,已经成为我国入侵物种的典型案例。针对目前暂未有学者用遥感手段对其进行时空动态变化分析,本研究利用连续长时间序列遥感影像,结合影像拼接技术,采用监督分类方法,实现了滇池凤眼莲面积解译提取和蔓延区域的空间分布确定。通过不同时相遥感影像的解译,基于时间序列的统计特性进行变化检测,对滇池凤眼莲近18年来的覆盖面积和种群位置进行时空动态变化分析。研究结果表明,18年来,滇池凤眼莲种群面积前期2000—2011年处于波动变化,后期2012—2017年趋于稳定,空间分布呈现分散-集中-再分散的变化,其主要分布在滇池沿岸地区,特别是滇池外海北部区域,与实际情况相吻合。
2019年03期 v.34;No.163 43-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 329K] [下载次数：440 ] |[引用频次：10 ] |[阅读次数：23 ] - 张皓楠;温兴平;徐俊龙;罗大游;李进波;
遥感影像中不可避免地包含大量混合像元,传统基于约束线性光谱混合模型(constraint linear spectral mixing model,CLSMM)的混合像元分解往往忽略了像元结构复杂度和端元混合比例的影响。本文采用ASD FieldSpec3高密度反射探头,按照不同像元结构和端元混合比例设计了4组样本并测量光谱数据。利用CLSMM计算得到混合像元的反射率,根据均方根误差(root mean square error,RMSE)的变化分析混合度指数和斑块密度指数对分解精度的影响,建立混合像元分解误差估算模型并验证模型的精度。结果表明,在一定的实验条件下采用CLSMM计算得到样本的光谱反射数据与实际测量数据的光谱特征基本一致;采用CLSMM的混合像元分解误差与混合度指数、斑块密度指数呈显著的正相关,随着2个指数的增加RMSE也呈现明显的上升趋势;利用误差估算模型估算样本的RMSE,发现模型估算的RMSE与原始RMSE相比平均相对误差为16.43%。基于CLSMM进行混合像元分解时,考虑模型的适用场景和像元内部差异性的影响将有利于提高混合像元分解的精度。
2019年03期 v.34;No.163 48-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 322K] [下载次数：259 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：34 ] - 张人愉;李景山;
针对星上高速率下传的遥感数据,为实现地面基带数据处理系统的快速实时处理,本文设计和实现了一种通用的遥感卫星基带数据的二级并行处理算法。该算法利用外部配置和软件设计模式的方式解决了通用性设计,利用高性能计算技术实现基带数据快速处理。通过对卫星地面基带数据处理在不同卫星中的差异性进行分析,合理设计了外部配置文件和软件抽象模型;对卫星基带数据处理过程中计算最复杂的解压缩部分,利用MPI+OpenMP并行编程技术,提高了基带数据处理速度。实验结果表明,本文算法具有良好的通用性和扩展性,可通过设置配置文件和极少改变原有代码的情况下实现了资源三号卫星1、2星的处理;此外,本算法在5台各配置2个4核Intel Xeon E5620处理器的刀片服务器上实现了450Mbit/s的双通道数据快速实时处理,具有良好的性能。
2019年03期 v.34;No.163 54-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 411K] [下载次数：122 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：27 ] - 蔡宣宣;张永红;崔斌;
本文提出了一种双侧SAR变化检测算法,并首次以国产高分三号SAR影像作为实验对象。由于广义高斯模型及KI双阈值法(DGKIT)在单极化SAR影像变化检测中分割对数比LR(log-ratio)差异图时存在分割结果不稳定的情况,故本文通过生成双向差异图,并分别对其进行GKIT初始分割,得到分割后向散射增强和减弱区域的单侧分割影像,随后利用马尔科夫随机场(MRF)分割对其进行精化,最后再通过设定差值阈值去除伪变化区域,融合后得到最终双侧变化结果。通过实验,证明所提出方法的有效性并发现高分三号卫星在变化检测领域尤其是舰船及近海领域变化检测上有着较好的效果。
2019年03期 v.34;No.163 62-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 837K] [下载次数：214 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：28 ] - 陈雅琼;强振平;陈旭;刘心怡;
针对场景类别之间的相同类内差异性与不同类间相似性所造成的遥感图像场景分类不够精确的问题,提出了将微调(fine-tuning)与卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)模型相结合的方法,对土地利用遥感场景图像进行分类。该方法对CNN前层固定,调整分类层,保留了图像的泛性特征;通过卫星影像图获取土地利用场景图块作为训练样本,对训练样本图块进行预处理,然后对在ImageNet数据集上训练得到的AlexNet模型进行fine-tuning,利用得到的CNN模型即可自动提取土地利用遥感图像的图像特征并对其进行分类。为了验证本文方法,对实验区影像进行分割得到测试样本并进行同训练样本一致的预处理,将测试样本的分类结果与随机森林、支持向量机等经典方法的结果进行对比。结果表明,经过fine-tuning的CNN模型在土地利用分类中得到的结果要明显优于其他分类方法。
2019年03期 v.34;No.163 70-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 1003K] [下载次数：370 ] |[引用频次：16 ] |[阅读次数：35 ] - 陈玉;王钦军;
针对自然界中广泛存在的光谱特征随空间有规律变化的一类地物在混合像元背景地物的干扰下难以有效识别的问题,提出了基于空间光谱差比参量的识别方法。通过理论分析与公式推导,首先对空间光谱差比参量的概念进行了定义,然后基于图像模拟,通过算法设计应用该参量进行目标识别。结果表明,该参量对于不同目标背景干扰下该类地物的识别具有科学性及有效性,模拟图像的分类识别精度达到了99.8%,随着影像空间分辨率与光谱分辨率的逐步提高,具有一定的应用前景。
2019年03期 v.34;No.163 78-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 658K] [下载次数：57 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：26 ] - 杨彬;张书毕;王光辉;
针对传统的空间屏蔽滤波算法在影像受噪声污染较为严重时存在噪声滤除不尽的问题,提出迭代空间屏蔽滤波算法。算法通过对含噪影像进行多次空间屏蔽滤波将噪声最大程度滤除,并针对随迭代次数增加而产生的对有用信息过度滤除现象,提出以最小二乘准则作为迭代终止条件实现最佳迭代次数。实验结果表明,与传统的空间屏蔽滤波算法相比,迭代空间屏蔽滤波算法能够实现对噪声更加彻底的滤除,并且基于最小二乘准则可以使该算法终止于最佳迭代次数,避免产生过度滤除现象。
2019年03期 v.34;No.163 83-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 815K] [下载次数：98 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：36 ] - 于梦华;王双亭;李英成;朱祥娥;刘晓龙;
针对畸变差改正算法的处理速度不高和CUDA实现算法加速的设备局限性问题,提出了一种OpenCL并行改进畸变差纠正算法实现加速的方法。该方法是对传统的畸变差纠正算法进行并行改进,通过调用计算机GPU的计算单元实现算法加速;采用CPU+GPU的异构模式实现算法加速,将传统算法中逐像素密集计算部分分配到GPU进行处理;与CUDA实现算法加速针对NVIDIA显卡设备不同,OpenCL并行改进的算法没有了设备的限制。实验结果表明,相对于传统算法来说,影像畸变差纠正处理速度显著提升,总体加速比最高达5.976,计算部分加速比最高达到63.432,同时在AMD显卡设备上也得到了较好的加速效果。
2019年03期 v.34;No.163 88-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 166K] [下载次数：100 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：38 ] - 肖东升;鲁恩铭;刘福臻;
针对旋转森林算法(rotation forest,RF)处理遥感影像分类时容易出现过拟合现象,以及极限学习算法(extreme learning machine,ELM)泛化性能较差问题,提出一种将旋转森林与极限学习相结合(RF-ELM)的影像分类算法。该方法首先用旋转森林算法对基分类器进行训练,然后利用极限学习算法作为基分类器解决旋转森林中存在的过拟合问题。通过利用Landsat-8遥感影像分别对比RF、ELM、Bag-ELM和RF-ELM进行分类实验。结果表明,所提出的集成方法比RF、ELM单一算法具有更高的分类精度,相比Bag-ELM具有更高泛化能力,有效改善了分类过拟合现象,计算效率也继承了ELM快速运算的特点。
2019年03期 v.34;No.163 93-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 471K] [下载次数：209 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：43 ] - 聂芹;陈明发;李晖;袁莹;花利忠;
针对关于不透水面时空演变研究还缺乏有效的定量方法的问题,以厦门市为研究区,引入不透水面变化轨迹、不透水面重心及其迁移路径,定量剖析不透水面时空演变过程。结果表明,研究时段内不透水面持续扩张,研究区21%和35.32%的面积最终分别转化为高覆盖和中覆盖不透水面类型。转化为高覆盖类型的轨迹分布在各个行政区的建成区及其周边,另外3种类型的变化轨迹以圈层结构的形式,随着时间的推进在空间上不断远离原城区。20年来厦门本岛不透水面重心稳定在湖里区与思明区的交界地带,受岛内用地条件和自然条件的限制,重心迁移距离较小,岛外4个区不透水面重心迁移距离大于厦门岛,尤其是集美区4个时段内的迁移距离均较大。
2019年03期 v.34;No.163 99-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 498K] [下载次数：406 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：26 ] - 李朋龙;董怡储;谭攀;李晓龙;
为提高城市大比例尺正射影像制作效率,提出了一种建筑物矢量辅助的城市大比例尺正射影像镶嵌线网络自动选择方法。首先,利用建筑物房顶矢量联合数字高程模型自动生成建筑物简易模型,并得到建筑物在单片正射影像上的成像区域;然后,利用测区所有影像像底点位置自动生成测区初始Voronoi图镶嵌线网络并简化处理;最后,基于建筑物成像区域对网络中所有节点和镶嵌线进行自动优化选择,得到整个测区绕开建筑物成像区域的最优镶嵌线网络。实验结果显示,所提出方法在城市大比例尺正射影像镶嵌中不仅能够快速得到绕过建筑物的镶嵌线网络,并且保留了Voronoi图网络投影变形理论最小的特点,为城市大比例尺正射影像的镶嵌提供了一种新的方法。
2019年03期 v.34;No.163 107-114页 [查看摘要][在线阅读][下载 743K] [下载次数：97 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：31 ]