- 张雪薇;韩震;周玮辰;吴义生;
海洋信息基础设施日益完善,海洋时空大数据呈爆发式增长。在这样的时代背景下,如何实现空间感知和空间认知的智能化,实现智慧海洋价值势在必行。大数据是基础,云计算是平台,物联网是支撑,三者是智慧海洋的使能技术;区块链是保障,是智慧海洋的平台技术;人工智能是智慧海洋的场景应用的技术支持。文章从使能技术、平台技术以及场景应用技术3个方面分析了智慧海洋技术的发展历程,探究了智慧海洋技术研究方法,阐述了这3项技术的应用方向以及应用的领域,并展望了智慧海洋技术未来的发展方向。
2020年04期 v.35;No.170 1-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 954K] [下载次数：2054 ] |[引用频次：9 ] |[阅读次数：5 ] - 孟飞;殷成龙;孟祥金;肖庆锋;
针对已有基于不透水面提取城市建成区的方法无法保证建成区连续性的问题,提出了一种基于对象不透水面聚集密度的城市建成区提取方法。该方法计算了不透水面聚集密度并进行分级,提取聚集程度高的区域为输入对象,并将被建成区完全包围的绿地水体也包含在内;利用长时序遥感影像建成区提取结果,使用城市空间形态扩展指标对济南市1997—2017年城市时空演化特征进行分析。结果表明,该方法提取精度达到93.5%,能准确刻画出城市形态,保持建成区的完整性;1997—2017年间,济南市建成区面积不断扩张,扩张速度与强度分别达到10.48km~2/a、0.32%,呈现带状轴向扩展模式;1997—2013年,建成区扩展的不规则程度在逐年减少,2013年以后建成区形状变得复杂。
2020年04期 v.35;No.170 8-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 4032K] [下载次数：747 ] |[引用频次：11 ] |[阅读次数：2 ] - 郑宗生;刘敏;胡晨雨;傅泽平;卢鹏;姜晓轶;
台风预测可为台风预警预报提供先验信息,辅助相关部门进行科学决策,以减少灾害损失。利用时间序列台风卫星云图,提出一种新的台风等级预测模型SeqTyphoon,将注意力机制和序列到序列引入模型预测未来时刻台风图像,然后利用卷积神经网络对预测的台风图像进行台风等级预测。通过日本气象厅发布的1981—2017年3万多张时序台风卫星云图,构建了训练集、验证集和测试集,分别对应29 519、3 804、1 995张台风图像。针对SeqTyphoon模型,分别进行了台风云图的不同时间间隔、不同预测时长及不同空间分辨率对台风图像预测精度影响的对比实验。实验结果表明,台风云图均为32像素×32像素,时间间隔为6h比时间间隔为12h的训练集和验证集的均方根误差分别降低5.41%、5.72%,前者训练集的均方根误差达到0.092 2,验证集为0.095 4,前者台风等级预测准确率为后者的2倍;台风云图为32像素×32像素,时间间隔为6h时,预测未来6～48h的台风图像,训练集和验证集的均方根误差均递增,台风等级预测准确率递减;时间间隔为6h,图像为64像素×64像素的训练集的均方根误差为0.089 6,验证集为0.091 1,台风等级预测总体准确率为83.2%。综上,影响台风图像的最主要因素是相邻台风云图的时间间隔,其次是预测时长与空间分辨率大小。
2020年04期 v.35;No.170 16-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 1964K] [下载次数：546 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：2 ] - 王志勇;孙培蕾;刘健;
针对仅依靠单一属性特征难以实现海冰类型精准监测的问题,提出一种联合极化目标分解特征和纹理特征的全极化SAR海冰类型提取方法:首先利用H/α/A分解和AnYang分解获取海面目标的6个极化分解特征;然后通过灰度共生矩阵获取HV极化图像的3个纹理特征,进而将极化分解特征和纹理特征组合构建9个特征的联合特征矢量;最后基于支持向量机分类器,实现极化SAR图像海冰类型的精确提取。以渤海辽东湾为实验区,选用高分三号全极化SAR数据,利用本文构建的海冰类型提取方法,获取了实验区的海冰类型的分布信息,并与其他提取方法进行了对比分析。实验表明,本文构建的9个联合特征矢量,特征之间具有较好的互补性,提高了不同海冰类型之间的区分度,改善了海冰类型提取的精度,总体分类精度为92.6%,Kappa系数为0.87。
2020年04期 v.35;No.170 23-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 6309K] [下载次数：472 ] |[引用频次：10 ] |[阅读次数：3 ] - 兰进京;姬伟倩;都伟冰;
冰雪作为全球重要的环境要素,其时空变化监测对于水资源利用与气候变化研究具有重要意义。遥感是获取大范围冰雪变化的有效手段,然而大面积的云层覆盖严重影响了冰雪的提取精度,合适的冰雪监测算法十分必要。以天山东部为研究区域,采用以NDSI为基础的冰雪检测算法对2018年MODIS产品进行冰雪覆盖范围的提取,并利用分段线性插值算法对MODIS数据上由于云层遮挡而产生的不确定像元的NDSI进行恢复。在此基础上,分析了天山东部地区冰雪的变化模式,发现冰雪年内变化显著,季节性明显。进一步分析天山东部地区冰雪平均NDSI与气温和降水的关系,发现气温是影响冰雪变化的一个重要因素,气温和降水同冰雪覆盖率均呈显著负相关,二者共同受到季节变化的影响。
2020年04期 v.35;No.170 30-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1684K] [下载次数：204 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：3 ] - 邵连军;周旋;张春华;刘洪伟;
针对星载GNSS-R台风观测资料研究工作较少的现状,首先介绍了全球首个GNSS-R星座的基本情况,包括轨道特点、载荷组成和数据分级,分析了其台风风速的反演算法。然后选取2018年2个典型的台风,对其风速观测数据进行了研究。研究表明,观测数据符合台风风速分布规律,具有较大的应用潜力。最后分析了台风观测数据存在的不足,主要表现在最大风速区和台风眼墙等区域采样率较低,难以提供精细风场信息。文章针对性地提出了星载GNSS-R接收机采样频率自适应调整的方案建议,可为发展星载GNSS-R技术提供参考。
2020年04期 v.35;No.170 35-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 2019K] [下载次数：276 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 孙浩然;赵志根;赵佳星;陈卫卫;
表层土壤有机质含量影响土壤光谱特性且在空间分布上呈异质性。采用光谱分辨率高、波段连续性强的高光谱遥感影像反演区域表层土壤有机质空间分布状况,可为精准农业提供科学管理依据。针对以往方法很少基于高光谱影像大尺度反演土壤表层有机质含量,以安徽省淮南市舜耕山以南的三和镇、曹庵镇为研究区,探索珠海一号高光谱遥感反演表层土壤有机质含量的方法。研究结果表明,研究区表层土壤有机质含量与珠海一号高光谱影像原始光谱反射率最大相关波段为656nm(r=-0.680);采用小波包分解原始光谱后,低频分量和高频分量与表层土壤有机质的最大相关性均有所提高,低频分量最大相关波段为656nm(r=-0.797),高频分量最大相关波段为700nm(r=-0.804)。采用多元线性回归对原始光谱、小波包分解低频分量、小波包分解高频分量建立土壤有机质预测模型取得了良好的效果,R2分别为0.747、0.770、0.789。依据小波包分解的低频分量、小波包分解的高频分量建立的基于高斯核变换的支持向量回归模型预测效果优于多元线性回归模型,预测值与实测值更接近。研究结果为开展大尺度遥感反演表层土壤有机质工作提供了新方法、新思路。
2020年04期 v.35;No.170 40-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 1030K] [下载次数：792 ] |[引用频次：13 ] |[阅读次数：3 ] - 庞博;黄祚继;吴艳兰;陆雨婷;
针对现阶段高分辨率遥感影像提取城市不透水面的方法普遍精度不高的现状,以国产高分二号(GF-2)遥感影像为数据源,基于局部注意力机制的密集连接全卷积神经网络模型,以天津市遥感影像为例,构建不透水面样本库及训练不透水面提取模型,用测试影像进行测试并采用多种精度评价方法与传统的不透水面提取算法相对比。结果表明,本文方法在遥感不透水面提取方面具有更好的完整性,其像元精度(PA)、均交并比(MIoU)、综合评价指标F1和Kappa系数分别为0.883 2、0.736 4、0.848 2和0.753 3,均高于决策树分类算法、支持向量机法、随机森林算法。此外,本文方法具有较好的泛化性,在遥感影像不透水面提取上具有较强的应用价值。
2020年04期 v.35;No.170 47-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 6624K] [下载次数：535 ] |[引用频次：14 ] |[阅读次数：2 ] - 杨凯;刘如飞;崔立军;王旻烨;柴永宁;
针对全景影像中道路交通标志牌所处环境复杂导致识别不精确的问题,提出一种基于全景影像交通标志牌的自动定位与识别的方法:首先将RGB的全景影像转换到HSV空间,再利用形态学运算得到感兴趣区;然后计算提取候选区HOG(histogram of oriented gradients)特征和LBP(local binary pattern)特征,对提取特征进行融合得到HOG-LBP融合特征;最后将融合特征与事先得到的样本集特征比对,匹配最佳模型,输出交通标志牌识别结果。以车载移动测量系统获取的某段道路全景影像为实验数据,验证了该方法的可行性,识别正确率达到了93.27%。
2020年04期 v.35;No.170 56-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 3294K] [下载次数：320 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：2 ] - 祁瑞光;张和生;
针对以往分割方法在分割影像时出现的分割效果较差以及精度较低等问题,提出一种结合超像素同异性度量的高分辨率遥感影像分割方法,对分割效果进行改善。首先利用高斯滤波对影像进行平滑处理;再通过简单线性迭代聚类算法对影像进行像素级分割,生成超像素;之后根据灰度离散程度将离散超像素归并到邻近权重最大的超像素,解决独立像素点问题;然后计算超像素同异性度量值,根据阈值将超像素合并,达到分割影像的目的。此方法在传统分割算法基础上增强了超像素对梯度和颜色的敏感性,提高了影像分割的精度。实验表明,该方法可有效减小噪声点的影响,改善以往算法存在的过分割以及分割线偏移等缺陷。
2020年04期 v.35;No.170 62-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 5937K] [下载次数：114 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 梁泽毓;吴艳兰;杨辉;姚雪东;
针对常规遥感水体监测方法存在的易受人为主观因素影响、泛化能力弱、效率低、自动化程度较低的问题,提出利用深度学习实现遥感影像水体信息快速自动化提取的方法。通过引入DenseNet密集连接结构(dense block)构建水体提取深度学习全卷积神经网络,弥补了一般网络存在的浅层特征丢失问题,提高了网络对遥感影像中细小水体的敏感程度,实现了更优的水体提取效果。实验结果表明,该方法水体提取结果的像元精度达到96.3%,均交并比达到91.1%,斑块漏检率为0,水体边界长度和面积精度分别达到95.8%和98.5%,均高于传统NDWI法、光谱监督分类法、决策树方法。同时,该方法表现出所对比方法不具备的高效、自动化和泛化性优势,在遥感影像水体提取上有较强的应用价值。
2020年04期 v.35;No.170 68-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 9886K] [下载次数：588 ] |[引用频次：22 ] |[阅读次数：9 ] - 臧金龙;国巧真;吴欢欢;乔悦;付盈;
针对地表温度(land surface temperature,LST)降尺度过程存在的误差增加问题,采用改善图像梯度的方式优化降尺度的结果。通过不同强度的滤波处理及温度精度的跟踪验证,成功优化了降尺度后的LST,并提出一种新的指标——梯度异常频率(gradient abnormal frequency,GAF)来评价温度图像的质量。首先,利用光谱指数法对热红外数据反演的LST进行降尺度,此过程GAF、平均绝对误差(mean absolute error,MAE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)的值明显增加;通过均值滤波处理后,GAF降低,MAE和RMSE也有小幅下降;加大滤波强度后,GAF继续下降,但下降到10%左右时,MAE和RMSE不再变化。结果表明,GAF的降低能够提高降尺度后LST的精度;GAF到达某个临界值时,LST的精度最大限度改善。该文弥补了光谱指数法降尺度后温度像元连续性差的缺陷,对推进高分辨率城市地表温度研究具有重要应用价值。
2020年04期 v.35;No.170 78-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 19218K] [下载次数：252 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：2 ] - 江一帆;于海洋;李朝亮;刘鹏;张慧勇;
快速获取储油罐分布、体积等信息对于估算全球各国当前石油储备具有重要意义。针对高分辨率卫星遥感影像中储油罐目标快速搜索、罐体体积估算等问题,以高分二号影像为数据源,引入深度学习方法,建立了储油罐目标遥感影像样本集,通过使用改进特征提取网络和优化区域建议网络等策略,优化原始Faster R-CNN模型。实验表明,相比原始Faster R-CNN,mAP值提高了6.39%,实现了遥感影像储油罐目标的高精度检测。之后,基于检测罐体阴影的亚像元分析准确提取阴影长度,通过遥感成像阴影空间几何关系计算罐体高度,结合Hough变换获取的罐体半径,实现了罐体体积的快速估算。利用所提出的方法可以快速检测储油罐目标,提取油罐阴影并估算油罐高度,油罐体积估算的平均相对误差为2.37%,说明该方法具有较高的可行性。
2020年04期 v.35;No.170 89-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 2444K] [下载次数：355 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：2 ] - 谭建伟;程春泉;王志勇;徐志达;
针对全波形分解中弱子波形提取困难以及子波形提取精度不高的难点,提出了一种在总波形约束下的子波形渐进剥离分解方法,通过计算回波局部最大值来确定高斯分量的峰值和中心位置以及利用高斯拐点匹配确定左、右拐点求取半宽值,将剩余波形重复迭代剥离直至子波形的最大峰值小于振幅阈值,渐进获取各子波形参数的初值,进而在总波形约束下实现各子波形的整体拟合与参数精化。通过对ICESat-GLAS回波信号进行波形分解表明,该方法能有效提取弱子波形,与3种传统的波形分解方法相比,提取子波形的数目和参数初值合理,整体拟合后的均方根误差分别下降75%、66.85%和64.1%。
2020年04期 v.35;No.170 97-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 2598K] [下载次数：77 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：2 ] - 徐嘉淼;刘如飞;魏晓东;柴永宁;
文章提出了一种基于车载激光扫描数据的行道树点云自动化提取方法。首先,对原始点云进行预处理,建立三维规则格网;其次,计算非空体元的回波反射强度与曲率特征,对体元进行空间邻域分析,获取完整树干点云;然后,建立树冠分层点云投影面积理论模型,聚类搜索疑似树冠点云,在理论模型的约束下对树冠点云进行判别与提取,进一步去除路灯噪点。实验结果表明,在城市道路场景下,该方法不受邻近地物的影响,能够自动化提取道路两侧完整的行道树点云,具有较强的应用价值。
2020年04期 v.35;No.170 105-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 4718K] [下载次数：196 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：2 ] - 张莉;谢亚楠;屈辰阳;汪鸣泉;王茂华;
鉴于很少有系统探究城市夜间灯光与电力消费量关系影响因素的研究,提出了一种基于对数模型的评估方法 ,在不同社会经济因素下,探究夜间灯光数据作为城市电力消费量模拟指标的能力及其可能的影响因素。以2013年为例,基于DMSP-OLS和NPP-VIIRS 2类卫星夜间灯光数据和IPAT公式,建立对数模型,评估了城市人口、富裕程度、科技水平、平均气温和灯光离散系数等因素对中国城市夜间灯光亮度-电力消费量关系的影响。结果表明:相较于DMSP-OLS卫星,NPP-VIIRS卫星的夜间灯光亮度(NTL)与电力消费量(EPC)具有更好的相关性;城市EPC随人类活动的聚集和温度的升高而增加;城市EPC随市辖区人口比例、地区GDP、科学技术支出的升高而增加,除西部贫困地区和东北地区外,随人均GDP和第三产业GDP占比的升高而增加。
2020年04期 v.35;No.170 113-123页 [查看摘要][在线阅读][下载 213K] [下载次数：415 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：2 ] - 张平;王竞雪;
针对直线匹配过程中线特征提取不完整以及缺乏考虑邻近直线相关性,提出一种直线对几何特征约束的近景影像特征匹配方法:首先,利用直线检测算法(line segment detector,LSD)对参考影像和搜索影像进行直线提取,并对提取的直线进行特征编组获得特征直线对;然后,将特征直线对作为匹配基元,依次运用双重核线约束、仿射变换约束、最优相似性原则确定同名直线对;最后,根据同名直线对中2条直线端点与其邻域内同名点的距离关系拆分同名直线对,利用仿射变换约束整合拆分过程中对应不一致的单直线,得到最终匹配的同名单直线。为了验证该算法的有效性与可靠性,选取4组人工建筑物特征变换近景影像进行实验,验证了该算法在直线匹配过程中具有一定的稳健性和普适性。
2020年04期 v.35;No.170 124-132页 [查看摘要][在线阅读][下载 3880K] [下载次数：151 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：2 ] - 王涛;邵田田;李登辉;梁晓文;卢楠楠;
针对生态足迹模型中均衡因子与产量因子无法反映区域的实际生产力状况,利用净初级生产力(net primary productivity,NPP)计算均衡因子与产量因子,对模型做了一定的改进,使生态足迹模型更好地用于区域生态安全诊断。利用改进的均衡因子与产量因子,结合区域公顷,对河南省各地级市2010年和2015年人均生态足迹与生态承载力、生态赤字、生态压力指数进行测算,同时根据测算结果实现对河南省生态安全状况的定量评估。结果表明:河南省人均生态足迹从2010—2015年略有下降,化石能源用地生态占用最高;人均生态足迹的空间变化呈现出北部、西部高,南部、东部低的特征;河南省人均生态承载力变化较小,人均生态承载力是耕地主导型,其中开封市人均耕地生态承载力最高,三门峡市最低;河南省生态安全处于不可持续状态,人均生态压力指数大,生态安全问题突出,其可持续发展能力亟须提高。
2020年04期 v.35;No.170 133-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 2379K] [下载次数：404 ] |[引用频次：9 ] |[阅读次数：3 ] - 赵桉铭;胡腾;桑洋;陈嘉伟;康志忠;
针对"嫦娥三号"着陆区溅射物与撞击坑间缺乏多尺度耦合关系解译的问题,提出了基于大小、频率和方向的空间分布关系量化表达方法。以"嫦娥三号"降落相机影像为基础,采用人工识别的方式,提取出直径大于0.1m的撞击坑2 564个,以及尺寸大于0.1m的石块2 363个。划分不同直径石块和撞击坑所在区域避免分辨率不均的影响,并通过方位角分区研究溅射物与方向的关系。结果表明,石块、撞击坑的数量随直径的增大而减小;"紫微"撞击坑的溅射是有方向性的;着陆点恰好位于2个溅射区之间,着陆区域主要分布直径0.5m以下的石块和撞击坑,相比于着陆区周边,该区的地形较为平坦。
2020年04期 v.35;No.170 141-147页 [查看摘要][在线阅读][下载 4928K] [下载次数：135 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 周润芳;孙建国;张卓;
针对现有研究在地形对耕地分布影响中较少考虑地形因子间交互作用,且忽视了沟壑密度等因子影响的问题,以甘肃省榆中县为例,在地貌分区基础上利用分形指数分析了耕地分布特征,并通过地理探测器分析高程、坡度、坡向和沟壑密度对耕地分布的影响。结果表明,河谷平原区与黄土塬区耕地连片性较好,河谷平原区、黄土丘陵区和北部石质低山丘陵区耕地空间分布较稳定;各地貌区影响耕地分布的主导因子不同,南部石质山地和黄土丘陵区是高程,黄土塬和河谷平原区是坡度,北部石质低山丘陵区是沟壑密度;地形因子交互作用均表现为增强,其中沟壑密度影响作用不可忽略。
2020年04期 v.35;No.170 148-154页 [查看摘要][在线阅读][下载 1618K] [下载次数：318 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：2 ] 下载本期数据