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Remote sensing and its applications using GNSS reflected signals:advances and prospects

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Satellite Navigation 2024年第1期5卷 10-51页

作者： Shuanggen Jin Adriano Camps Yan Jia Feng Wang Manuel Martin-Neira Feixiong huang Qingyun Yan Shuangcheng zhang Zhongyu Li Komi Edokossi Dongkai Yang Zhiyu xiao Zhongmin Ma Weihua Bai Shanghai Astronomical Observatory Chinese Academy of SciencesShanghai200030China school of surveying and land information engineering Henan Polytechnic UniversityJiaozuo454003China Department of Signal Theory and Communications Technical University of CataloniaBarcelona08034Spain Department of surveying and Geoinformatics Nanjing University of Posts and TelecommunicationsNanjing210023China school of Electronics and information engineering Beihang UniversityBeijing100191China European Space Research and Technology Centre(ESTEC) European Space Agency2200-AGNoordwijkThe Netherlands National Space Science Center Chinese Academy of SciencesBeijing100190China school of Remote Sensing and Geomatics engineering Nanjing University of Information Science and TechnologyNanjing210044China College of Geological engineering and Geomatics Chang’an UniversityXi’an710054China university of Electronic Science and Technology of china Chengdu611731China

The Global Navigation Satellite Systems(GNSS),including the US’s GPS,china’s BDS,the European Union’s Galileo,and Russia’s GLONASS,offer real-time,all-weather,any-time,anywhere and high precision observations by transmitting L band signals continuously,which have been widely used for positioning,navigation and *** the development of GNSS technology,it has been found that GNSS-reflected signals can be used to detect Earth’s surface characteristics together with other signals of *** this paper,the current status and latest advances are presented on Global Navigation Satellite System-Reflectometry(GNSS-R)in theory,methods,techniques and *** developments and progresses in GNSS-R instruments,theoretical modeling,and signal processing,ground and space-/air-borne experiments,parameters retrieval(*** speed,sea surface height,soil moisture,ice thickness),sea surface altimetry and applications in the atmosphere,oceans,land,vegetation,and cryosphere are given and reviewed in ***,the challenges in the GNSS-R development of each field are also ***,the future applications and prospects of GNSS-R are discussed,including multi-GNSS reflectometry,new GNSS-R receivers,GNSS-R missions,and emerging applications,such as mesoscale ocean eddies,ocean phytoplankton blooms,microplastics detection,target recognition,river flow,desert studies,natural hazards and landslides monitoring.

关键词： GNSS Reflectometry Remote sensing Environmental change

LuoJiaAI:A cloud-based artificial intelligence platform for remote sensing image interpretation

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Geo-Spatial information Science 2023年第2期26卷 218-241页

作者： Zhan zhang Mi zhang Jianya Gong Xiangyun hu Hanjiang Xiong huan Zhou Zhipeng Cao State Key Laboratory of information engineering in surveying Mapping and Remote SensingWuhan UniversityWuhanChina school of Remote Sensing and information engineering Wuhan UniversityWuhanChina Department of land-surveying and Geo-Informatics Hong Kong Polytechnic UniversityHong KongChina

The rapid processing,analysis,and mining of remote-sensing big data based on intelligent interpretation technology using remote-sensing cloud computing platforms(RS-CCPs)have recently become a new *** existing RS-CCPs mainly focus on developing and optimizing high-performance data storage and intelligent computing for common visual representation,which ignores remote sensing data characteristics such as large image size,large-scale change,multiple data channels,and geographic knowledge embedding,thus impairing computational efficiency and *** construct a LuoJiaAI platform composed of a standard large-scale sample database(LuoJiaSET)and a dedicated deep learning framework(LuoJiaNET)to achieve state-of-the-art performance on five typical remote sensing interpretation tasks,including scene classification,object detection,land-use classification,change detection,and multi-view 3D *** details of the LuoJiaAI application experiment can be found at the white paper for LuoJiaAI industrial *** addition,LuoJiaAI is an open-source RS-CCP that supports the latest Open Geospatial Consortium(OGC)standards for better developing and sharing Earth Artificial Intelligence(AI)algorithms and products on benchmark *** narrows the gap between the sample database and deep learning frameworks through a user-friendly data-framework collaboration mechanism,showing great potential in high-precision remote sensing mapping applications.

关键词： Artificial intelligence cloud computing platform remote-sensing intelligent interpretation sample database deep learning framework

一种适合高光谱卫星云识别的Fmask改进算法

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光学学报 2023年第24期43卷 333-344页

作者：张舒宁张浩张兵崔珍珍肖晨超中国科学院空天信息创新研究院数字地球重点实验室北京100094 可持续发展大数据国际研究中心北京100094 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 中国科学院空天信息创新研究院航空遥感中心北京100094 河南理工大学测绘与国土信息工程学院河南焦作454003 自然资源部国土卫星遥感应用中心北京100048

近年来,我国卫星高光谱技术发展迅猛,高分五号、高分五号02星、资源一号02D星、资源一号02E星等相继发射为遥感领域带来了丰富的高光谱数据源。但高光谱卫星在成像过程中不可避免地会受到云及云阴影的影响,如何准确识别成为保障后续应... 详细信息

近年来,我国卫星高光谱技术发展迅猛,高分五号、高分五号02星、资源一号02D星、资源一号02E星等相继发射为遥感领域带来了丰富的高光谱数据源。但高光谱卫星在成像过程中不可避免地会受到云及云阴影的影响,如何准确识别成为保障后续应用的关键,Fmask算法作为国内外诸多算法中的典型代表,已被landsat和Sentinel业务化产品生产系统采用。Fmask算法作为国内外诸多算法中的典型代表,已被landsat和Sentinel业务化产品生产系统采用。但该算法对于缺少热红外波段的数据精度偏低,例如对Sentinel-2数据的云和云阴影识别精度分别为84.5%和50%左右。鉴于此,本文通过在原有算法中优化云及云阴影识别算法结构、增加高亮地物识别辅助判据等改进手段,提出了一种适合高光谱卫星的Fmask改进算法,并在含有城区、山地、平原等三类不同下垫面场景的20景高分五号和资源一号高光谱影像中进行检验,结果表明:云识别的用户精度和生产者精度可达91.26%和99.97%,云阴影识别精度达到78.66%和79.41%,明显优于原始算法。本文算法对于高光谱数据的云及云阴影识别具有精度高、效果稳定和易于工程化实现的特点,可用于支撑国产高光谱卫星数据的业务化处理。

关键词：高光谱遥感云识别云阴影识别 Fmask 高分五号资源一号

Applicability of standard forward column/row recurrence equations for ALFs

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Applied Geophysics 2022年第3期19卷 424-432,472页

作者： zhang Han-Wei zhang hua Li xiao-Ling Yang Yong-Qin henan polytechnic university School of Surveying and Land Information EngineeringJiaozuo Henan

Fully normalized associated Legendre functions(fnALFs)are a set of orthogonal basis functions that are usually calculated by using the recurrence *** paper presented the applicability and universality of the standard forward column/row recurrence equation based on the isolated singular factor method and extended-range *** a singular factor is a special normalization method that can improve the universality of the standard forward row recurrence equation to a certain extent,its universality can up to degree ***,it is invalid for standard forward column recurrence *** extended-range arithmetic expands the double-precision number field to the quad-precision numberﬁ*** quad-precision numberﬁeld can retain more signiﬁcant digits in the operation process and express larger and smaller *** extended-range arithmetic can signiﬁcantly improve the applicability and universality of the standard forward column/row recurrence equations,its universality can up to degree several ***,the quad-precision numberﬁeld operation needs to occupy more storage space,which is why its operation speed is slow and undesirable in practical *** this paper,the X-number method is introduced in the standard forward row recurrence equation for theﬁrst *** the use of the X-number method,fnALFs can be recursed to 4.2 billion degree by using standard forward column/row recurrence equations.

关键词： fnALFs standard forward column recurrence eqution row recurrence equation

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基于多级靶标的航空多光谱相机绝对辐射定标

光谱学与光谱分析 2023年第11期43卷 3571-3581页

作者：崔珍珍马超张浩张宏伟梁虎军邱文河南理工大学测绘与国土信息工程学院河南焦作454003 中国科学院空天信息创新研究院航空遥感中心北京100094 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

基于场地的绝对辐射定标是航空遥感数据定量化应用的重要保障手段,如何降低外场测量环境及各种测量误差的影响、提高定标结果的稳定性和精度是航空相机定标的关键。利用2020年12月26日—28日在云南普洱定标场布设的5种不同反射率的灰阶... 详细信息

基于场地的绝对辐射定标是航空遥感数据定量化应用的重要保障手段,如何降低外场测量环境及各种测量误差的影响、提高定标结果的稳定性和精度是航空相机定标的关键。利用2020年12月26日—28日在云南普洱定标场布设的5种不同反射率的灰阶靶标,采用反射率基法对机载Lecia DMCⅢ航空多光谱相机连续进行3次辐射定标试验。在飞机飞越定标场上空的同时,获取地表反射率、大气参数和试验场内各采样点的几何信息,利用MODerate resolution atmospheric TRANsmission(MODTRAN)5.2.1大气辐射传输模型得到遥感器入瞳处各波段的辐亮度,然后结合影像选定区域的平均DN值,分别采用单点法、两点法和多点法计算得到不同的定标系数。通过系统对比不同方法得到的定标结果并分析各种误差源,提出了一种基于多级靶标多次观测的航空多光谱相机外场高精度绝对辐射定标的方法,各波段的定标不确定度分别为7.24%(蓝)、6.20%(绿)、5.35%(红)和4.68%(近红外)。为了验证辐射定标的结果,通过反射率反演的方法来验证不同方法计算得到的定标系数的合理性;利用单点法、两点法和多点法得到不同的定标系数,基于Atmospheric/Topographic Correction for Airborne Imagery(ATCOR 4)大气校正软件对试验场内的多种典型地物进行大气校正;将反演的地表反射率与实测地物反射率进行对比验证。结果表明:多级靶标和短期多次试验对于提高定标精度非常关键,5%、20%和60%灰阶靶标单点定标法和单次多点定标法的定标精度相对最差,40%灰阶靶标单点定标法和两点法的定标误差明显减小,多次多点法的定标精度相对较高,三类方法平均相对误差分别为10%、5.43%和3.18%。本文提出的基于多级靶标多次试验的航空多光谱相机定标方法,降低了单点法、两点法及单次试验定标的不确定性,对于今后航空相机的外场高精度定标及航空数据的定量化应用具有较高的参考价值。

关键词：遥感绝对辐射定标多级靶标反射率基法验证

2008、2009年柴达木盆地地震群InSAR分析及同震形变场反演

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地震地质 2017年第3期39卷 485-496页

作者：徐小波单新建屈春燕张国宏马超宋小刚张桂芳温少妍中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029 苏州科技大学环境科学与工程学院苏州215009 河南理工大学测绘与国土信息工程学院焦作454000

对发生在青藏高原东北缘——柴达木盆地北缘的4个中等震级地震分别做了研究,其中1个地震发生在2008年,另外3个发生在2009年。利用D-InSAR技术采用Envisat ASAR降轨数据获得了这4个地震的同震形变场。结果显示,2008年地震形变场只有1个... 详细信息

对发生在青藏高原东北缘——柴达木盆地北缘的4个中等震级地震分别做了研究,其中1个地震发生在2008年,另外3个发生在2009年。利用D-InSAR技术采用Envisat ASAR降轨数据获得了这4个地震的同震形变场。结果显示,2008年地震形变场只有1个形变中心,而2009年地震有3个形变中心。2008、2009年地震引起的卫星视线向最大形变分别为0.097m和0.41m。基于弹性半空间模型和InSAR获得的地表形变场,反演了断层面滑动分布。对于2008年地震,采用了一分段断层模型,反演结果得出最大滑动为0.47m,发生在地下19km处。对于2009年发生的3个地震,结合分析InSAR同震形变场后分别采用了一分段断层、两分段断层和三分段断层模型反演,结果得出三分段断层模型模拟的形变场最符合观测到的InSAR地表形变场且残差最小,认为三分段断层模型最可靠。

关键词：柴达木盆地 InSAR形变滑动反演

无人机平台的沙漠场地BRDF特征观测方法及建模

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遥感学报 2021年第9期25卷 1964-1977页

作者：陶炳成胡秀清杨磊库张璐陈林徐娜王玲吴瑞强张督锋张鹏河南理工大学测绘与国土信息工程学院焦作454003 国家卫星气象中心北京100081 北京安洲科技有限公司北京100081

目标双向反射分布函数BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function)不仅是陆面遥感的关键地球物理参数,也是星载光学遥感仪器基于地面目标的场地辐射校正重要参量,是影响定标精度的关键要素。传统野外地物多角度测量使用的... 详细信息

目标双向反射分布函数BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function)不仅是陆面遥感的关键地球物理参数,也是星载光学遥感仪器基于地面目标的场地辐射校正重要参量,是影响定标精度的关键要素。传统野外地物多角度测量使用的观测设备,一般其结构较为复杂,重量体积较大,而且运输和组装过程繁琐,观测目标时容易受地形和交通限制,难以进行高效快速精确的野外测量。近年来,无人机由于其设备操作简便、运输和观测方式灵活等方面的优点,可作为新的观测平台应用于当前遥感试验中。本文设计了一种基于无人机平台的地表BRDF测量装置、观测方案和数据处理流程。利用多旋翼低空无人机和云台的组合,搭载野外地物光谱仪和跟拍相机,通过对地面目标多角度观测和高精度定位及角度控制,实现针对固定目标的多方位角和天顶角观测。本文采用上述设计方案和观测流程,在敦煌辐射校正场开展多次稳定均匀沙漠目标的多角度光谱观测试验,并利用实验观测数据,基于Ross-Li核驱动模型推算了场地BRDF模型参数,并与MODIS的陆表BRDF产品(MCD43C1)及反射率产品(MOD/MYD09)进行对比验证。通过开展野外实验,核验了这种新的BRDF观测手段的可靠性,获取的敦煌地表BRDF参数与MODIS遥感产品有良好的一致性,各波段的相对偏差在5%以内。本研究表明,基于多旋翼无人机的BRDF观测系统,提供了一种全新的地物目标方向反射特性观测方法,可用于自动化高频次场地特性观测以及卫星同步定标等野外实验活动。在保证观测精度的同时,极大地减轻人力物力的投入,值得广泛推广应用。

关键词：无人机沙漠双向反射率分布函数方向反射比定标场

风云三号D星MERSI-Ⅱ陆地气溶胶反演定量能力评估

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遥感学报 2022年第5期26卷 923-940页

作者：杨磊库胡秀清王涵何兴伟刘培徐娜杨忠东张鹏河南理工大学测绘与国土信息工程学院焦作454003 国家卫星气象中心北京100081

风云三号卫星搭载的中分辨率光谱成像仪MERSI(MEdium-Resolution Spectral Imager)与NASA的MODIS属于同类型传感器,大多数通道设计相似,具备气溶胶反演的能力,但目前还没有精度可靠、稳定且全球适用的业务化气溶胶产品可供使用。本文借... 详细信息

风云三号卫星搭载的中分辨率光谱成像仪MERSI(MEdium-Resolution Spectral Imager)与NASA的MODIS属于同类型传感器,大多数通道设计相似,具备气溶胶反演的能力,但目前还没有精度可靠、稳定且全球适用的业务化气溶胶产品可供使用。本文借鉴MODIS暗目标DT(Dark target)算法思想,针对新发射的风云三号D星搭载的升级版MERSI-Ⅱ传感器,构建全球适用的陆地气溶胶反演算法。为测试MERSI-Ⅱ传感器气溶胶反演的定量能力,并与MODIS气溶胶产品具有可对比性,本文算法设计尽可能与DT算法在各方面处理相一致,主要在两个方面进行了改进与优化:(1)考虑到传感器波段设置差异,给出了针对MERSI-Ⅱ的地表反射率估计模型;(2)改进内陆水体判别方法,解决DT算法雾霾漏反演的缺陷。通过将单景反演结果与MODIS气溶胶产品对比,反演结果的空间分布和值域大小均具有较好的一致性,相关系数达到0.9以上;有效地实现雾霾高值区反演,而MODIS产品在该区域漏反演。通过对3个月份全球数据反演试验,利用AERONET地基站网观测数据对结果进行验证,落入期望误差EE=±(0.05+0.15τ)范围的点数达到65.14%,接近2/3的要求,相关系数达到0.866,整体具有较高的验证精度;MERSI幅宽大于MODIS,加之本文像元掩膜的改进,使得MERSI反演像元数增加更多,匹配的验证点比例较MODIS高出20%左右。进一步将月平均结果与MODIS进行对比,空间分布一致性较好,反演结果大小对比相关性较好,相关系数达到0.93左右。表明本文针对MERSI-Ⅱ气溶胶反演算法结果已接近国际同类型产品的精度要求,将为全球长时间序列气溶胶观测有提供重要补充。从而印证了MERSI观测数据已具有较好的定量应用能力,传感器性能、定标等正在逐渐走向成熟。

关键词：风云三号中分辨率光谱成像仪气溶胶光学厚度暗目标算法雾霾内陆水体掩膜地表估计地基验证

基于深对流云的FY-3D/MERSI-Ⅱ反射太阳波段辐射响应评估

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光学学报 2023年第18期43卷 358-370页

作者：张北胡秀清周为伟王玲陈林张鹏中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 河南理工大学测绘与国土信息学院河南454003

风云三号D星(FY-3D)中分辨率光谱成像仪Ⅱ型(MERSI-Ⅱ)已在轨运行超过5年,经定量应用反演发现部分通道辐射响应性能出现明显退化。本研究采用深对流云(DCC)目标对MERSI-Ⅱ大部分反射太阳波段辐射响应变化进行趋势评估,为提高该方法的稳... 详细信息

风云三号D星(FY-3D)中分辨率光谱成像仪Ⅱ型(MERSI-Ⅱ)已在轨运行超过5年,经定量应用反演发现部分通道辐射响应性能出现明显退化。本研究采用深对流云(DCC)目标对MERSI-Ⅱ大部分反射太阳波段辐射响应变化进行趋势评估,为提高该方法的稳定性,对基础DCC定标方法进行了优化。首先,比较了当前两种DCC双向反射分布函数(BRDF)模型的校正效果,采用月度反射率概率密度函数(PDF)众数和均值分别对反射率长时间序列稳定性进行分析。结果表明:对可见光和近红外波段使用CERES厚冰云BRDF模型校正的反射率PDF众数较优;短波红外波段反射率PDF均值较优,但对于两种BRDF模型均不敏感。其次,针对BRDF模型在短波红外波段无明显校正效果的问题,提出了一种基于反射率拟合残差和滑动平均值的去季节性方法。该方法显著改善了2018-2022年短波红外波段月度DCC反射率序列的相对标准差和波动性,分别降低了约22.2%和53%。这种去季节性方法为其他卫星光学传感器基于DCC目标的辐射定标研究提供了参考。最后,使用上述方法对MERSI-Ⅱ的11个反射太阳波段辐射响应进行定量评估,发现蓝光通道和全部短波红外通道出现显著衰减,该评估结果将作为FY-3D/MERSI-Ⅱ业务定标更新的重要参考依据。

关键词：遥感和传感器辐射定标深对流云双向反射分布函数中分辨率光谱成像仪