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基于多模式雷达遥感的陆表降雨反演研究进展

遥感学报 2023年第7期27卷 1574-1589页

作者：戴强刘超楠张亚茹朱净萱张林南京师范大学地理科学学院南京210023 中国气象局气象探测中心北京100081

降雨是地球系统水循环的核心组成要素,也是水文模型和陆面模式最重要的输入项之一。基于雷达遥感的降雨观测作为区域降雨监测的有效手段,为陆表过程模拟、灾害性天气探测和防洪减灾决策提供了良好的数据支撑。近年来,在不同观测需求和... 详细信息

降雨是地球系统水循环的核心组成要素,也是水文模型和陆面模式最重要的输入项之一。基于雷达遥感的降雨观测作为区域降雨监测的有效手段,为陆表过程模拟、灾害性天气探测和防洪减灾决策提供了良好的数据支撑。近年来,在不同观测需求和降雨应用场景下,雷达所获取的信息逐渐向双偏振、多角度、多频率、多分辨率与多天线等多模式方向发展。由于雷达观测的间接性,以及气象和水文研究对降雨观测时空尺度需求的多样性,从雷达观测的空中水汽到陆表降雨需要经历一系列转换过程,其中产生的大量不确定性,需要进行系统的偏差校正与数据处理,从而提高雷达陆表降雨反演的精度。基于此,本文总结了当下国内外多模式雷达遥感观测技术特点,对多模式雷达陆表降雨反演过程及方法进行了系统梳理,对此过程中的误差因子和校正方法进行了对比分析,最后展望了多模式雷达遥感在降雨观测领域的未来研究趋势。

关键词：天气雷达降雨观测雷达遥感多模式城市洪涝

基于光学和雷达遥感信息的灌溉信号分析及灌溉面积提取方法研究—以华北平原灵寿县磁右灌区为例

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水利学报 2022年第9期53卷 1039-1048页

作者：杨永民顾涛吴迪龙爱华邱建秀刘宏鑫中国水利水电科学研究院北京100038 水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心北京100038 中国灌溉排水发展中心北京100054 中山大学地理科学与规划学院广东广州510275

目前,灌溉面积主要通过调查统计方式获取,时效性和准确性较差,而在灌区用水管理中迫切需要掌握实际灌溉面积及其空间分布和动态变化等信息。为此,本文开展基于雷达遥感信息的灌溉信号探测识别及次灌面积提取方法研究。首先,使用水云模... 详细信息

目前,灌溉面积主要通过调查统计方式获取,时效性和准确性较差,而在灌区用水管理中迫切需要掌握实际灌溉面积及其空间分布和动态变化等信息。为此,本文开展基于雷达遥感信息的灌溉信号探测识别及次灌面积提取方法研究。首先,使用水云模型结合实测土壤水分数据进行模拟,量化灌溉事件导致后向散射系数的变化。然后,提出一种基于时序差值和局部阈值法的实际灌溉面积提取方法,使用高频次的哨兵1号雷达卫星遥感数据开展华北平原灵寿县磁右灌区灌溉面积提取,并结合灌区实地调查资料对提取结果进行验证。结果表明:使用水云模型模拟显示春季小麦地块的灌溉事件可导致C波段的雷达后向散射系数变化超过1 dB,灌溉信号可被绝对辐射精度优于1 dB的雷达卫星探测;基于时序雷达后向散射系数分析显示,灌溉事件导致C波段雷达后向散射系数呈现明显的先增大后减小的时域特征,与降水事件不同,灌溉事件导致雷达后向散射系数呈现明显的局地变化特征。以本文提出的方法提取研究区的灌溉面积,结合实地调查样本检验,结果表明灌溉面积的总体提取精度为76.6%。小麦返青期第一次渠灌面积约为9.20万亩,小麦拔节期第二次渠灌面积约为10.64万亩。此外,由于井灌区和渠灌区存在明显的时差,基于雷达遥感信息可对不同水源的灌溉区进行探测,研究区井灌面积约为3.9万亩。基于高频次的雷达遥感信息可对灌区的灌溉事件进行探测,本文提出的方法可为区域次灌溉面积调查和流域水资源管理等应用提供技术支撑。

关键词：灌溉面积雷达遥感后向散射系数水云模型

四川茂县岷江河谷区段滑坡隐患雷达遥感识别与形变监测

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武汉大学学报（信息科学版） 2021年第10期46卷 1529-1537页

作者：李梦华张路董杰蔡杰华廖明生昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430079

长期以来,中国四川省茂县地区受地质、地形条件和构造活动的影响,滑坡等地质灾害频发,给人民的生命财产和公路等基础设施安全带来了巨大的威胁,因此需要对滑坡隐患区域进行有效识别和监测。以时序哨兵1号A、B卫星(Sentinel-1A/1B)影像... 详细信息

长期以来,中国四川省茂县地区受地质、地形条件和构造活动的影响,滑坡等地质灾害频发,给人民的生命财产和公路等基础设施安全带来了巨大的威胁,因此需要对滑坡隐患区域进行有效识别和监测。以时序哨兵1号A、B卫星(Sentinel-1A/1B)影像为数据源,利用时间序列合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)技术对茂县岷江河谷区段的潜在滑坡隐患开展识别监测,对重点区段进行了分析,同时分析探讨了InSAR滑坡监测中不同轨道数据的视线方向形变测量灵敏度差异。从实验结果中成功探测识别出了茂县岷江河谷沟口乡至石大关乡段的20余处滑坡隐患,现场实地考察验证了识别结果的准确性,证明了时序InSAR方法在高山河谷区滑坡隐患识别监测中的有效性。

关键词：雷达遥感时间序列InSAR技术滑坡隐患识别形变测量灵敏度哨兵1号

基于光学与雷达遥感影像协作的多云雾区域农作物信息提取研究

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遥感技术与应用 2024年第2期39卷 362-372页

作者：周兴霞王颖洁杨攀自然资源部第三航测遥感院四川成都610100

及时掌握农作物分布信息,对农业结构调整和国家粮食安全保障具有重要的战略意义。然而,多云雾区域受气候条件制约,难以获取全时序的光学影像,无法构建涵盖农作物完整生长季的物候特征数据集,农作物信息提取受到限制。因此,本研究以西南... 详细信息

及时掌握农作物分布信息,对农业结构调整和国家粮食安全保障具有重要的战略意义。然而,多云雾区域受气候条件制约,难以获取全时序的光学影像,无法构建涵盖农作物完整生长季的物候特征数据集,农作物信息提取受到限制。因此,本研究以西南多云雾区域重要的产粮地之一——四川省广汉市为例,基于SAR影像(Sentinel-1)和光学影像(Sentinel-2)数据协作,构建了研究区冬季农作物典型时相光谱特征和夏季农作物SAR时序特征,采用面向对象决策树分类方法,提取了研究区农作物时空分布信息并进行精度分析。结果表明:①广汉市农作物以粮油作物为主,主要包括小麦-水稻、油菜-水稻、土豆-大豆、土豆-玉米4种一年两熟的轮作种植模式。②水稻、大豆、玉米3种夏季农作物SAR时序特征差异明显,光学-雷达遥感数据协作提取冬季-夏季农作物类型及空间分布为多云雾区域农作物信息提取提供了新的思路。③面向对象的决策树分类方法分类总体精度和Kappa系数分别为85.49%和0.81,分类结果保持了大面积作物的完整性,避免了分类结果的“椒盐现象”。

关键词：光学遥感雷达遥感多云雾区域面向对象农作物信息

卫星雷达遥感在滑坡灾害探测和监测中的应用:挑战与对策

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武汉大学学报（信息科学版） 2019年第7期44卷 967-979页

作者：李振洪宋闯余琛肖儒雅陈立福罗慧戴可人葛大庆丁一张宇星张勤英国纽卡斯尔大学工学院长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710064 河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100 长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410014 国防科技大学电子科学学院湖南长沙410073 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 成都理工大学地球科学学院四川成都610059 中国国土资源航空物探遥感中心北京100083 应急管理部国家减灾中心北京100124 中华人民共和国民政部北京100006

将卫星雷达遥感应用于滑坡灾害的探测与监测,不仅可以从空间尺度上大范围捕捉到滑坡信号,而且可以从时间尺度上以较长周期追踪滑坡的运动状态。但是,卫星雷达遥感本身的局限性和滑坡所处的复杂地形环境使这一应用面临一些挑战。对卫星... 详细信息

将卫星雷达遥感应用于滑坡灾害的探测与监测,不仅可以从空间尺度上大范围捕捉到滑坡信号,而且可以从时间尺度上以较长周期追踪滑坡的运动状态。但是,卫星雷达遥感本身的局限性和滑坡所处的复杂地形环境使这一应用面临一些挑战。对卫星雷达遥感技术的4个主要挑战进行了总结与分析,同时给出了相应的解决方案:①通过提高卫星雷达影像的空间、时间分辨率,使用较长波段雷达信号或采用增强型时间序列分析技术,可降低密集植被覆盖对相干性的影响。另外,采用像素点偏移量追踪或距离向分频干涉测量方法,可克服传统干涉测量中大梯度形变引起的相位失相干。②大气延迟对卫星遥感的影响较大,尤其是地处山区的滑坡探测和监测,利用通用型卫星雷达大气改正系统可显著减弱干涉影像的大气信号并进一步简化时间序列分析,提高缓慢运动滑坡的探测和监测质量。③对于中等分辨率的雷达影像而言,利用数字高程模型可提前量化分析雷达几何畸变(如叠掩、阴影等)引发的滑坡探测监测的适用性;而对于高分辨率的雷达影像而言,利用机器学习方法无需外部高分辨率数字高程模型即可精确识别雷达影像的阴影和叠掩区并进行掩膜,从而大幅度提高数据处理效率。④针对高坡度地区残余的地形相位引起的解缠误差,可通过基线线性组合的方法予以减弱。此外,提出了一个基于多源对地观测的滑坡探测/监测系统框架,综合卫星雷达遥感与其他对地观测数据(如地基雷达、激光雷达、全球导航定位系统),搭建了一个自动化滑坡探测与监测系统。该研究旨在阐明卫星雷达遥感的优缺点,进一步深化其在滑坡灾害监测方面的应用和推广,引出未来侧重发展方向的思考与探讨。

关键词：雷达遥感滑坡探测滑坡监测 InSAR

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基于雷达遥感的不同深度土壤含盐量反演模型

农业机械学报 2020年第10期51卷 243-251页

作者：张智韬杜瑜燕劳聪聪杨宁周永财杨亚龙西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100

为及时、有效地监测盐渍化土壤含盐量,以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域为研究区,将Sentinel-1雷达影像作为数据源,同步采集不同深度土壤含盐量数据,通过组合两组雷达后向散射系数构建多种指数,并用灰度关联(Gray correlation degree,GCD)排... 详细信息

为及时、有效地监测盐渍化土壤含盐量,以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域为研究区,将Sentinel-1雷达影像作为数据源,同步采集不同深度土壤含盐量数据,通过组合两组雷达后向散射系数构建多种指数,并用灰度关联(Gray correlation degree,GCD)排除共线性强的指数,采用偏最小二乘回归(Partial least squares regression,PLSR)、分位数回归(Quantile regression,QR)和支持向量机(Support vector machine regression,SVM) 3种方法,构建0~10 cm、10~20 cm不同深度下的土壤含盐量反演模型。结果表明,在3种回归方法中,SVM回归模型的精度最高,模型建模集决定系数R2、验证集决定系数R2均在0.4以上,建模集均方根误差RMSEc、验证集均方根误差RMSEp均小于0.3%,分位数回归模型次之,偏最小二乘回归模型最差;在各反演深度下,0~10cm深度的反演精度均高于10~20 cm深度的反演精度,其中在0~10 cm深度下SVM反演模型效果优于其他模型,Rc2、RP2分别为0.568和0.686,RMSEc、RMSEp分别为0.201%和0.151%。本研究可为雷达遥感监测裸土期土壤盐渍化提供参考。

关键词：土壤含盐量雷达遥感不同深度土壤灰度关联支持向量机

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雷达遥感农业应用综述

雷达学报（中英文） 2020年第3期9卷 444-461页

作者：张王菲陈尔学李增元杨浩赵磊西南林业大学林学院昆明650224 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 北京市农林科学院北京农业信息技术研究中心北京100097

雷达遥感具有全天时、全天候监测的能力,对植被具有一定的穿透能力,对植被散射体形状、结构、介电常数敏感;这些特性使得其在农业应用中极具潜力。该文首先介绍了雷达遥感在农业中的应用领域,概略总结了目前在农作物识别与分类、农田土... 详细信息

雷达遥感具有全天时、全天候监测的能力,对植被具有一定的穿透能力,对植被散射体形状、结构、介电常数敏感;这些特性使得其在农业应用中极具潜力。该文首先介绍了雷达遥感在农业中的应用领域,概略总结了目前在农作物识别与分类、农田土壤水分反演、农作物长势监测等多个领域研究的综述文献;然后分别阐述了雷达散射计和各类SAR特征(包括:SAR后向散射特征、极化特征、干涉特征、层析特征)在农业各领域中应用的现状和取得的研究成果,最后结合农业应用需求和SAR技术发展总结了目前研究中存在的问题和原因,并对未来的发展进行了展望。

关键词：雷达遥感农业后向散射特征极化特征干涉特征层析特征

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雷达遥感技术在水稻识别中的研究进展

遥感信息 2015年第2期30卷 3-9页

作者：王松寒何隆华东南大学交通学院南京210096 中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008

合成孔径雷达技术拥有全天时、全天候、高分辨率和不受云层干扰的特点,利用SAR在我国水稻种植区进行水稻识别拥有无可比拟的优势。该文主要对雷达遥感技术在水稻识别和监测中的应用情况进行了综述。首先总结了合成孔径雷达的发展历史,... 详细信息

合成孔径雷达技术拥有全天时、全天候、高分辨率和不受云层干扰的特点,利用SAR在我国水稻种植区进行水稻识别拥有无可比拟的优势。该文主要对雷达遥感技术在水稻识别和监测中的应用情况进行了综述。首先总结了合成孔径雷达的发展历史,介绍了目前用于水稻识别的SAR传感器的参数和特点;介绍了水稻的后向散射特性,根据水稻的后向散射模型分析了影响其后向散射系数的因素;综述了国内外利用SAR进行水稻识别的各种方法,并对未来利用SAR监测水稻进行了展望。

关键词： SAR 水稻识别研究进展雷达遥感水稻估产

雷达遥感探测甲居滑坡蠕滑变形与潜在失稳因素分析

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四川地质学报 2021年第1期41卷 140-145页

作者：曾琳铁永波管威苟继松孙玮戴可人成都理工大学地球科学学院成都610059 中国地质调查局成都地质调查中心成都610081 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610029

本文利用InSAR时间序列方法,获取丹巴县甲居滑坡2017-2019年期间的50期Sentinel-1雷达卫星数据,揭示该滑坡的蠕滑变形分布规律。结果表明,甲居滑坡南侧次滑坡基本趋于稳定,但北侧坡体最大形变速率仍达75mm/yr,较为活跃。通过实地调查与... 详细信息

本文利用InSAR时间序列方法,获取丹巴县甲居滑坡2017-2019年期间的50期Sentinel-1雷达卫星数据,揭示该滑坡的蠕滑变形分布规律。结果表明,甲居滑坡南侧次滑坡基本趋于稳定,但北侧坡体最大形变速率仍达75mm/yr,较为活跃。通过实地调查与验证,分析结果与实际情况吻合,表明该方法对川西高山峡谷区蠕变滑坡的监测具有较好的效果。成果可为该滑坡的发展趋势预测及防灾减灾提供参考。

关键词：雷达遥感 InSAR 甲居滑坡蠕滑变形失稳因素