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适用于海岛的icesat-2高程控制点提取方法

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地球信息科学学报 2023年第8期25卷 1559-1569页

作者：戴泽源张立华张林刘翔周寅飞陈秋海军大连舰艇学院军事海洋与测绘系大连116018 海军大连舰艇学院海洋测绘工程军队重点实验室大连116018 海军大连舰艇学院导弹与舰炮系大连116018 91001部队北京100071

针对海岛控制信息获取困难这一现实问题,提出一种基于icesat-2 ATL08数据的海岛高程控制点提取方法。首先,通过水域掩膜标记与参考高程数据,去除数据中的海域点与粗差点,降低后续处理的数据量;然后,综合分析大气环境、信噪比、数据完整... 详细信息

针对海岛控制信息获取困难这一现实问题,提出一种基于icesat-2 ATL08数据的海岛高程控制点提取方法。首先,通过水域掩膜标记与参考高程数据,去除数据中的海域点与粗差点,降低后续处理的数据量;然后,综合分析大气环境、信噪比、数据完整性等因素对高程值的影响,构建多参数约束初步筛选数据;最后,充分利用数据中的已有参数信息,结合控制点精度指标设计自适应地形阈值对高程控制点进行精细化提取。以波多黎各部分离岛及美属维尔京群岛高精度DEM(Digital Elevation Model)数据验证所提取高程控制点的准确性,实验结果表明:相较于原始数据,本文方法提取的高程控制点在平地、丘陵和山地区域的平均绝对误差与中误差分别从2.65 m/7.23 m、3.92 m/7.65 m、4.93 m/8.29 m减小为0.28 m/0.61 m、0.46 m/0.79 m、0.63 m/0.89 m;在保证精度的前提下,本文方法提取的高程控制点数量显著多于现有方法;利用本文方法,可从海岛区域提取一定数量、精度可靠的高程控制点,能为后续全球海图修测与质量控制提供有力数据支撑。

关键词：海岛(礁) icesat-2 ATL08 高程控制点自适应阈值星载激光雷达光子计数海图修测

双站InSAR和icesat-2测高相结合的西昆仑山近20年冰川物质平衡变化监测

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测绘学报 2023年第6期52卷 917-931页

作者：李涛李超沈翔江利明汪汉胜李刚林珲中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室湖北武汉430077 中国科学院大学北京100049 中山大学测绘科学与技术学院广东珠海519000 江西师范大学地理与环境学院江西南昌330027

山地冰川物质平衡是研究冰川变化的重要参数。自21世纪初,全球气候变暖背景下大部分山地冰川消融加速,而青藏高原西昆仑山冰川却呈现稳定甚至冰量增加趋势,被认为是“喀喇昆仑异常”的中心,但该地区近年来冰量变化是否仍延续正平衡趋势... 详细信息

山地冰川物质平衡是研究冰川变化的重要参数。自21世纪初,全球气候变暖背景下大部分山地冰川消融加速,而青藏高原西昆仑山冰川却呈现稳定甚至冰量增加趋势,被认为是“喀喇昆仑异常”的中心,但该地区近年来冰量变化是否仍延续正平衡趋势还存在一些争论。因此,本文利用新近发布的icesat-2卫星测高和TanDEM-X 90m DEM数据,定量估算了2013—2019年间西昆仑山冰川厚度变化和物质平衡,并结合SRTM DEM、冰流速资料和Landsat光学影像分别分析了该地区近20 a冰川物质平衡变化趋势、冰川跃动情况和冰川面积变化。结果表明:①2013—2019年间,西昆仑山大部分冰川仍处于积累或平衡状态,物质积累速率为0.228±0.055 m w.e./a;②近20 a内,冰川整体呈正平衡趋势,但2013—2019年冰川物质年均积累速率大于2000—2013年(0.173±0.014 m w.e./a);③2013年后,冰川跃动仍广泛分布,发现5Y641F0046冰川首次发生跃动,西昆仑冰川东支和5Y641F0073冰川近20 a内一直处于活跃期,中峰冰川由2013年前的活跃状态转为静止且冰量开始增加。

关键词： icesat-2 双站InSAR 西昆仑山冰川物质平衡冰川跃动

基于icesat和icesat-2激光测高数据估算2003—2019年格陵兰冰盖物质平衡

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地球信息科学学报 2022年第3期24卷 558-571页

作者：李晴烁柯长青张杰范宇宾沈校熠南京大学地理与海洋科学学院南京210023 自然资源部第一海洋研究所青岛266061

格陵兰冰盖是影响全球气候变化的重要因素之一,其微小变化会引起海平面的显著变化,因此定量研究其物质平衡具有重要的科学意义。利用最新发射的icesat-2卫星激光测高数据(2018年11月至2019年9月),联合icesat数据(2003年2月至2009年10月)... 详细信息

格陵兰冰盖是影响全球气候变化的重要因素之一,其微小变化会引起海平面的显著变化,因此定量研究其物质平衡具有重要的科学意义。利用最新发射的icesat-2卫星激光测高数据(2018年11月至2019年9月),联合icesat数据(2003年2月至2009年10月),估算2003年2月至2019年9月格陵兰冰盖物质平衡。首先通过交叉点法得到冰盖表面的高程变化,再根据积雪堆积、表面融化和动力变化等物理过程计算密度值,最后经过粒雪含量、冰后回弹和弹性回弹校正计算物质平衡,并针对不同的冰川水文流域进行空间差异性分析。结果表明:(1)2003—2019年格陵兰冰盖主体的平均高程变化为-11.27±0.83cm/yr;(2)高程2000 m以下的冰盖呈较大的消融趋势,高程最大消融速率为-6.0 m/yr,总体积变化速率为-206.0 km^(3)/yr,2000 m以上的冰盖呈上升趋势,高程最大累积率为1.1 m/yr,总体积变化率为14.2 km^(3)/yr;(3)校正后触地冰的总物质平衡为-195.2±13.1 Gt/yr,其中东南部和西北部流域消融量较大,仅有东北部流域呈累积趋势;(4)2003—2019年格陵兰温度整体处于上升趋势,最大变化率为0.8 K/yr,降水在东部和西北部呈下降趋势,最大变化率为-0.1 mm/yr,在一定程度上加速了冰盖消融。

关键词：高程变化物质平衡 icesat-2 icesat 激光测高交叉点分析格陵兰冰盖触地冰

基于星载icesat-2/ATLAS数据的森林地上生物量估测

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农业工程学报 2022年第10期38卷 191-199页

作者：宋涵玥舒清态席磊邱霜魏治越杨泽至西南林业大学林学院昆明650224

为探讨星载激光雷达数据icesat-2(Ice,Cloud,and land Elevation Satellite-2)在山地森林地上生物量(Aboveground Biomass,AGB)的估测可行性和方法。以ATLAS(Advanced Terrain Laser Altimeter System)光子点云数据为主要信息源,以滇西北典型山地香格里拉为研究区,结合地面54块实测生物量遥感样地,在前期进行点云数据去噪、分类预处理基础上,对研究区74 873个林地光斑进行冠层参数及地形因子的提取(共计53个变量),采用非参数模型随机森林回归和超参数优化后的随机森林进行建模,以均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)、决定系数(R^(2))、总体估测精度(P_(1))作为模型的评价指标,建立研究区AGB模型。研究结果表明:1)分析以icesat-2/ATLAS提取的冠层参数、地形因子与生物量的相关性可知,冠层光子总数与生物量具有极显著相关性(P2)地形因子对icesat-2/ATLAS光斑遥感建模具有一定的影响,地形坡度因子对模型的贡献率为13.97%,小于基于陆地卫星的乔木冠层百分比、表观反射率与冠层光子总数对模型的贡献率。未加入地形坡度因子的传统的随机森林回归模型R^(2)=0.90、RMSE=11.90 t/hm^(2)、P_(1)为80.06%;加入地形坡度因子后模型精度为:R^(2)=0.91、RMSE=11.01 t/hm^(2)、P_(1)=81.30%;3)进行超参数优化的随机森林回归模型精度明显高于传统的随机森林回归模型,优化后的随机森林模型精度R^(2)为0.93、RMSE为10.13 t/hm^(2)、P_(1)为83.31%,可用来进行山地森林生物量估测。估测的光斑点总生物量为1.32×10^(5) t,光斑点平均生物量为77.41t/hm^(2)。参数优化后的随机森林构建的山地森林地上生物量模型拟合度精度较高,模型决定系数在0.9以上,估测精度在82%以上,表明icesat-2在山地提取的光斑参数进行AGB反演具有可行性;icesat-2光斑点生物量的空间分布表明,高生物量的光斑点主要分布在研究区北部,存在分布不均、区域差异较大的现象,与2021年研究区蓄积量空间分布具有一致性,可用来进行森林地上生物量估测。

关键词：森林生物量算法 icesat-2 激光雷达随机森林超参数优化

icesat-2与多源光学影像的潮滩地形反演方法

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测绘通报 2023年第5期 51-55,61页

作者：王子赫康彦彦王敏京河海大学海洋学院江苏南京210098 自然资源部华东海岸带野外科学观测研究站江苏南京210007

针对潮滩地形监测存在的操作难度大、价格高、精度低等问题,本文基于icesat-2卫星激光点云剖面数据,提出了结合多源光学影像的潮滩地形反演方法。以中国黄海辐射沙脊群的两大沙洲系统——条子泥与高泥为研究对象,利用低通滤波降噪技术... 详细信息

针对潮滩地形监测存在的操作难度大、价格高、精度低等问题,本文基于icesat-2卫星激光点云剖面数据,提出了结合多源光学影像的潮滩地形反演方法。以中国黄海辐射沙脊群的两大沙洲系统——条子泥与高泥为研究对象,利用低通滤波降噪技术提取地形高度值,并与潮汐水位数据相结合赋值,实现了从二维到三维的转换,提高了目前主流的水边线潮位赋值法的反演精度。该模型展现了更多滩面地形起伏变化的细节,高度差异明显,可以观测到清晰的潮沟地形。对比实测数据,相关系数为0.89,均方根误差为0.34 m。研究结果验证了icesat-2数据对于潮滩地形反演的重要作用,为构建人类活动影响下的潮滩演化理论奠定了数据基础。

关键词： icesat-2 潮滩水边线 DEM

icesat-2/ATLAS数据地面高程及植被冠层高度反演精度验证

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森林工程 2023年第3期39卷 1-11页

作者：张丛凯于颖东北林业大学林学院哈尔滨150040 森林生态系统可持续经营教育部重点实验室(东北林业大学) 哈尔滨150040

为验证新一代冰、云和陆地高程卫星icesat-2/ATLAS陆地与植被高程产品(Land and Vegetation Height)ATL08数据地面高程和植被冠层高度的反演精度,以icesat-2/ATLAS ATL08产品为研究对象,以黑龙江省帽儿山国家森林公园为研究区域,以高精... 详细信息

为验证新一代冰、云和陆地高程卫星icesat-2/ATLAS陆地与植被高程产品(Land and Vegetation Height)ATL08数据地面高程和植被冠层高度的反演精度,以icesat-2/ATLAS ATL08产品为研究对象,以黑龙江省帽儿山国家森林公园为研究区域,以高精度机载激光雷达数据及样地实测数据为参考,分析不同波束强度、时间、坡度及植被覆盖度下地面高程和植被冠层高度反演精度差异。研究表明,1)对地面高程来说,ATL08强波束的反演精度均方根误差(RMSE)为1.9 m,平均绝对误差(MAE)为1.1 m,弱波束的精度RMSE为4.1 m,MAE为2.0 m;2)对植被冠层高度来说,以高精度机载激光雷达数据提取冠层高度为参考,强波束的反演精度RMSE为2.7 m,MAE为2.3 m,弱波束RMSE为5.4 m,MAE为3.7 m。以样地实测树高数据为参考,夜间所有波束精度RMSE为1.8 m,MAE为1.6 m;3)随着坡度从0°增加到20°以上,地面高程反演精度的RMSE从2.3 m增大到7.7 m,植被冠高反演的RMSE从3.8 m增大到10.4 m;4)中低植被覆盖度范围(0%~80%)内,ATL08产品能较好地测量出地面高程,RMSE均小于1 m。高植被覆盖度(80%~100%)区域反演精度RMSE为3.5 m。在中等植被覆盖范围(40%~80%)内,ATL08产品能较为准确地测量出植被冠层高度,RMSE为2.6 m。植被覆盖度过高(80%~100%)或者过低(0%~40%),其精度都会下降,RMSE为4.6 m和3.3 m。ATL08数据反演地面高程和植被冠层高度的精度强波束优于弱波束,夜晚波束优于白天波束,夜晚强波束精度最高。随着坡度的增加,不同波束的地面高程和植被冠高反演误差均逐渐增大,坡度越大误差越大。地面高程反演在中低植被覆盖度情况下较为准确,植被冠层高度反演精度在中等植被覆盖度情况下达到最高。

关键词： icesat-2 ATL08 地面高程植被冠层高度精度验证

基于icesat-2卫星测高的南极冰盖1 km数字高程模型

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极地研究 2023年第3期35卷 383-391页

作者：范艺培王泽民张保军武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 武汉大学中国南极测绘研究中心湖北武汉430079 武汉大学极地环境监测与公共治理教育部重点实验室湖北武汉430079

冰盖的数字高程模型(digital elevation model,DEM)是对冰盖形状的刻画,是研究南极冰盖必不可少的基础数据[1]。然而,受气候变化影响,西南极冰盖发生了剧烈的消融,冰盖的DEM也随之不断地变化。Ice,Cloud and land Elevation Satellite-2... 详细信息

冰盖的数字高程模型(digital elevation model,DEM)是对冰盖形状的刻画,是研究南极冰盖必不可少的基础数据[1]。然而,受气候变化影响,西南极冰盖发生了剧烈的消融,冰盖的DEM也随之不断地变化。Ice,Cloud and land Elevation Satellite-2(icesat-2)是美国国家宇航局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)于2018年发射的最新一代激光测高卫星,星上搭载的先进地形激光测高系统(Advanced Topographic Laser Altimeter System,ATLAS)对南极冰盖表面进行了高密度的精确观测。本文利用这一观测数据,使用最小二乘拟合法制作了1 km×1 km网格的南极冰盖DEM。使用NASA冰桥(IceBridge)计划采集的机载激光雷达测高数据评估发现,随着冰盖表面坡度的降低,该DEM的精确度逐渐提高。整体来看,该icesat-2 DEM与IceBridge高程数据的差值的中位数、均方根和十分位距分别为–0.45 m,17.51 m和17.93 m。在不同坡度范围内,该icesat-2 DEM的精确度均优于前人基于icesat-2数据所得到的南极冰盖的DEM。

关键词：数字高程模型 icesat-2 南极冰盖

基于icesat-2卫星测高数据的呼伦湖水位变化监测

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干旱区研究 2023年第9期40卷 1438-1445页

作者：刘军彦王世杰兰州交通大学测绘与地理信息学院甘肃兰州730070 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心甘肃兰州730070 甘肃省地理国情监测工程实验室甘肃兰州730070 甘肃大禹九洲空间信息科技有限公司院士专家工作站甘肃兰州730050

草原湖泊水位变化预示着草原生态环境的变化,是草原生态变化的重要指标。利用2018年11月—2022年1月icesat-2卫星的ATL13全球内陆水体数据,构建呼伦湖高精度水位变化序列。使用DAHITI、Hydroweb和G-REALM水位数据进行结果验证。依据湖... 详细信息

草原湖泊水位变化预示着草原生态环境的变化,是草原生态变化的重要指标。利用2018年11月—2022年1月icesat-2卫星的ATL13全球内陆水体数据,构建呼伦湖高精度水位变化序列。使用DAHITI、Hydroweb和G-REALM水位数据进行结果验证。依据湖泊面积与水位变化关系,构建水位面积关系模型,分析湖泊水位季节性变化特征及外界因素对湖泊水位的影响。研究结果表明:2018年11月—2022年1月,呼伦湖水位整体呈现上升趋势,年均水位上涨率为0.49 m·a^(-1);湖泊每年3—6月水位下降,7—10月水位上涨,11月—次年2月水位稳定。通过与DAHITI、Hydroweb和G-REALM水位数据对比验证可知,icesat-2卫星监测水位数据稳定,水位序列精度高,均方根误差为9.7cm,结果可靠。icesat-2卫星水位监测成果结合湖泊水位面积模型,可实现多时段、高精度湖泊水位监测,并计算水位季节性变化时间序列,结果显示,呼伦湖水位季节性特征明显,且年际变化趋势基本稳定,春季至夏季水位下降,夏季至冬季水位上升。湖泊水位变化受外界因素的影响较大,气温升高引起的蒸发量增大是湖泊水位下降的主导因素,气温、蒸发量与水位变化呈现出较强的负相关性;人工注水对湖泊水量的补给使湖泊水位上升,且在2021年注水期内水位上涨趋势明显。

关键词： icesat-2 卫星测高水位监测影响因素呼伦湖

基于星载激光雷达icesat-2的雪深监测方法研究

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冰川冻土 2022年第3期44卷 1091-1099页

作者：李旭冰黄晓东刘爱利南京信息工程大学地理科学学院江苏南京210044 兰州大学草地农业科技学院草地农业生态系统国家重点实验室甘肃兰州730020

目前,被动微波数据是积雪深度反演的主要数据源,受其较粗空间分辨率的影响,反演雪深存在较大的不确定性。激光雷达由于其较高的测高精度,在雪深监测方面具有一定的潜力,基于星载激光雷达icesat-2数据对北疆地区2018年10月至2019年9月积... 详细信息

目前,被动微波数据是积雪深度反演的主要数据源,受其较粗空间分辨率的影响,反演雪深存在较大的不确定性。激光雷达由于其较高的测高精度,在雪深监测方面具有一定的潜力,基于星载激光雷达icesat-2数据对北疆地区2018年10月至2019年9月积雪季的雪深进行了提取。由于很难获取icesat-2轨迹点的雪深观测资料,因此首先利用地面雪深观测数据对目前流行的被动微波雪深反演产品进行验证,获取精度可靠的雪深产品并与发展的icesat-2监测雪深数据产品进行对比。结果表明:AMSR2雪深产品在北疆地区误差较大,整体存在高估现象,中国雪深长时间序列雪深产品精度相对可靠,以作为对比icesat-2模拟雪深的参考数据;icesat-2雪深与中国雪深长时间序列雪深产品在空间上以及变化趋势方面吻合度较高,但icesat-2雪深变化更加连续,说明icesat-2激光雷达数据不但可以提取区域积雪的深度,对积雪深度的空间变化也比被动微波数据更加敏感,可以获取更加详细的积雪深度空间变化细节,为精细化的积雪深度空间分布提供数据支撑。

关键词：北疆 icesat-2 激光雷达雪深反演