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一种改进的星载GNSS-R森林生物量反演方法

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北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2619-2626页

作者：周勋郑南山丁锐章恒一何佳星中国矿业大学环境与测绘学院徐州221116 中国矿业大学自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室徐州221116

基于Tau-Omega模型提出一种涉及地面土壤湿度修正的星载全球导航卫星系统反射测量(GNSS-R)森林地上生物量反演方法。选择SMAP卫星的土壤湿度作为辅助数据,运用Tau-Omega模型对旋风卫星导航系统(CYGNSS)反射率做出改正,提高建模参数的准... 详细信息

基于Tau-Omega模型提出一种涉及地面土壤湿度修正的星载全球导航卫星系统反射测量(GNSS-R)森林地上生物量反演方法。选择SMAP卫星的土壤湿度作为辅助数据,运用Tau-Omega模型对旋风卫星导航系统(CYGNSS)反射率做出改正,提高建模参数的准确性。将SMAP卫星提供的植被光学深度(VOD)和地上植被生物量(AGB)地图作为生物量参考数据,比较了改正前后观测值与参考数据的相关性变化。结果表明,改正后相关系数提升明显,改正后参数较反射率与VOD的相关系数从0.54提升到了0.67,与AGB的相关系数从0.46提升到了0.56。随后通过人工神经网络分别基于改正后的参数和反射率建立GNSS-R VOD和AGB反演模型。结果表明,所提方法能够有效提高VOD和AGB的反演精度,且在生物量水平较低的地区改进效果更优。对于VOD反演,改进后相关系数从0.70提升到了0.83,RMES从0.21降低到了0.17;对于AGB反演,改进后相关系数从0.61提升到了0.71,RMES从74 t/hm^(2)降低到了65 t/hm^(2)。

关键词： CYGNSS GNSS-R 森林生物量 SMAP卫星土壤湿度植被光学深度

基于轨迹聚类的GNSS-IR多系统组合土壤湿度估计方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 37-46页

作者：郑南山何佳星丁锐章恒一中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室江苏徐州221116

全球导航卫星系统干涉反射测量(global navigation satellite system-interferometric reflectometry,GNSS-IR)技术能探测浅层地表的土壤湿度。针对多系统组合的土壤湿度反演问题,基于轨迹聚类方法,从全球定位系统(global positioning system,GPS)、北斗卫星导航系统(BeiDou satellite navigation system,BDS)、格洛纳斯(GLONASS)、伽利略(Galileo)导航系统的信噪比观测数据中提取多径干涉相位,利用经验模型求解轨迹聚类后的土壤湿度估计值,以加权平均方式得到系统组合后的估计结果。结果表明,BDS、Galileo反演精度相当且优于GPS、GLONASS,基于轨迹聚类的多系统组合土壤湿度估计方法的均方根误差为0.0414 cm3/cm3,相比于单系统的综合反演精度提升约16.3%,相比于单系统的最佳频段反演精度提升约5.2%,所提方法能有效监测土壤湿度的变化。

关键词：土壤湿度 GNSS-IR 信噪比多系统组合轨迹聚类

融合多非线性因素的MODIS PWV神经网络差分校正模型

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测绘学报 2024年

作者：王梦瑶张书毕张文渊刘洋中国矿业大学自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室中国矿业大学环境与测绘学院

MODIS水汽产品凭借其高空间分辨率的优势成为重要的大气水汽产品，但由于降水、云层、地表反射光谱不确定等因素的影响，其反演精度有限。为有效提高MODIS水汽产品质量，本文通过分析云、地表类型、像元姿态、时间、位置等非线性因素，... 详细信息

MODIS水汽产品凭借其高空间分辨率的优势成为重要的大气水汽产品，但由于降水、云层、地表反射光谱不确定等因素的影响，其反演精度有限。为有效提高MODIS水汽产品质量，本文通过分析云、地表类型、像元姿态、时间、位置等非线性因素，首次构建了一个融合多类型非线性因素的MODIS PWV神经网络差分校正模型。首先分析MODIS PWV与同址高精度GNSS PWV观测值的相关性，并将两者的差值PWV＿diff作为神经网络模型的目标值，以MODIS产品的云掩膜置信度、地表覆盖类型、周期项年积日、周期项日积时、传感器天顶角、太阳天顶角、传感器方位角和太阳方位角等19个非线性因素作为模型的输入信息。与传统线性校正模型对比，校正后MODIS PWV的均方根误差（Root Mean Square Error， RMSE)由3.2713 mm降低为2.3602 mm，精度提高了27.85%。以高时空ERA5 PWV数据为参考值评估模型性能，实验结果表明：本文所提模型校正后MODIS PWV的均方根误差为2.0374 mm，较未校正MODIS PWV（RMSE=4.8503 mm）精度提高了57.99%；进一步地，针对云掩膜产品提供的四种置信度下的MODIS PWV产品分别构建神经网络差分校正模型，结果表明大于99%、大于95%、大于66%、小于66%四种云置信度的MODIS PWV产品较未校正MODIS PWV的RMSE分别提高了60.03%、61.21%、55.72%、54.57%。这说明本文所构造模型针对各种云覆盖下的MODIS PWV产品精度提高均具有较高的普适性，有望为气候变化和降雨预报研究提供高精度水汽信息。

关键词： MODIS PWV GNSS PWV PWV差分校正 BP神经网络 ERA5 PWV

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一种地磁特征辅助的室内运动恢复结构方法

激光与光电子学进展 2024年

作者：何周猛陈国良束明聪狄开宇刘虎中国矿业大学环境与测绘学院中国矿业大学自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室

针对室内场景的复杂性和封闭性导致重建出的室内三维模型耗时较长，覆盖度不佳的问题，提出了一种利用地磁特征辅助的室内运动恢复结构(structure from motion,SFM)方法。首先，利用普通智能手机传感器采集室内的影像和地磁数据；其次... 详细信息

针对室内场景的复杂性和封闭性导致重建出的室内三维模型耗时较长，覆盖度不佳的问题，提出了一种利用地磁特征辅助的室内运动恢复结构(structure from motion,SFM)方法。首先，利用普通智能手机传感器采集室内的影像和地磁数据；其次，为了实现整体影像集划分为局部影像集，通过聚类算法将地磁数据进行聚类，并将地磁数据聚类结果作为对应影像的属性得到局部影像集；然后，运用分层式SFM对各局部影像集进行稀疏子模型构建并对各个稀疏子模型间匹配点进行确定；最后，利用RANSAC generalized Procrustes analysis算法实现各局部重建的配准得到完整模型。室内同楼层和不同楼层的重建实验结果表明，本文方法在重建效率、重建覆盖度和点云生成速率方面的表现较好，相比分层式SFM方法，其重建效率在两个数据集上平均提升了37%，重建覆盖度更接近重建目标，为同种类型室内环境重建提供一种补充方案。

关键词：地磁特征聚类算法室内环境分层式运动恢复结构点云配准

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地磁特征辅助的室内运动恢复结构方法

激光与光电子学进展 2024年第18期 431-438页

作者：何周猛陈国良束明聪狄开宇刘虎中国矿业大学环境与测绘学院中国矿业大学自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室

针对室内场景的复杂性和封闭性导致重建出的室内三维模型耗时较长、覆盖度不佳的问题，提出一种利用地磁特征辅助的室内运动恢复结构（SFM）方法。首先，利用普通智能手机传感器采集室内的影像和地磁数据；其次，为实现整体影像集划分... 详细信息

针对室内场景的复杂性和封闭性导致重建出的室内三维模型耗时较长、覆盖度不佳的问题，提出一种利用地磁特征辅助的室内运动恢复结构（SFM）方法。首先，利用普通智能手机传感器采集室内的影像和地磁数据；其次，为实现整体影像集划分为局部影像集，通过聚类算法将地磁数据进行聚类，并将地磁数据聚类结果作为对应影像的属性得到局部影像集；然后，运用分层式SFM对各局部影像集进行稀疏子模型构建，并对各个稀疏子模型间匹配点进行确定；最后，利用RANSAC generalized Procrustes analysis(RGPA)算法实现各局部重建的配准，得到完整模型。室内同楼层和不同楼层的重建实验结果表明，所提方法在重建效率、重建覆盖度和点云生成速率方面表现较好，相比分层式SFM方法，其重建效率在两个数据集上平均提升了37%，重建覆盖度更接近重建目标，为同种类型室内环境重建提供了一种补充方案。

关键词：地磁特征聚类算法室内环境分层式运动恢复结构点云配准

义能矿区景观格局及生态环境时空动态遥感监测

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遥感技术与应用 2024年第2期39卷 426-434页

作者：陈杏闪陈宇陆慧李杰闫庆武李彤云孙萌中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 中国矿业大学自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学公共管理学院江苏徐州221116

煤炭资源在国民经济中占有非常重要的地位,而煤炭的开采则会引发诸多环境问题,制约矿区绿色可持续发展。对矿区的景观格局及生态环境时空动态监测,能为矿区生态环境治理提供决策支持,缓解人与自然之间的矛盾,引导矿区生态环境协调发展... 详细信息

煤炭资源在国民经济中占有非常重要的地位,而煤炭的开采则会引发诸多环境问题,制约矿区绿色可持续发展。对矿区的景观格局及生态环境时空动态监测,能为矿区生态环境治理提供决策支持,缓解人与自然之间的矛盾,引导矿区生态环境协调发展。以山东省济宁市汶上县义能矿区为研究区,基于2000~2021年Landsat影像,采用景观分类方法、景观格局指数法、遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index,RSEI)法和重心迁移模型,分析义能矿区景观格局及生态环境时空动态变化。结果表明:2000~2021年义能矿区最大斑块指数下降,景观破碎度和形状指数上升,煤矿开采对矿区原有景观格局影响较大;生态环境质量呈现下降—上升—下降变化趋势;绿度和干度指标对生态环境影响较大;义能矿区差等级和优秀等级迁移幅度较大。

关键词：义能矿区景观格局 RSEI 生态环境质量评价

融合区域生长的DS-InSAR相位优化与应用

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第2期49卷 216-224页

作者：杜玉玲闫世勇张豪磊赵峰仇春平自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院甘肃兰州730050

常规时序合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术应用于矿区地表形变监测时存在监测点少且分布不均等不足,难以全面反映采空区地表变形特征,而分布式目标受时空失相干等因素的影响相位稳定性较差,... 详细信息

常规时序合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术应用于矿区地表形变监测时存在监测点少且分布不均等不足,难以全面反映采空区地表变形特征,而分布式目标受时空失相干等因素的影响相位稳定性较差,因此开展分布式目标相位优化是融合分布式目标时序InSAR形变监测的关键步骤。针对当前分布式目标相位优化中存在的空间连续性约束不足问题,提出了融合区域生长的分布式目标相位优化方法,开展时间和空间联合约束下的分布式目标相位优化,实现复杂地表环境下的精细化地表形变信息获取,并以潘安湖区域为例对分布式目标相位的优化效果进行了定性和定量分析。在此基础上,以该方法和Sentinel-1数据开展了徐州市废弃矿区2018-05—2020-05的地表形变监测,并利用连续运行参考站和裸露基岩验证了该方法的精度和可靠性。结果表明,分布式目标相位时空二维优化方法能够有效减小相位噪声影响,有助于城市废弃矿区地表形变监测。

关键词：区域生长合成孔径雷达干涉测量分布式目标相位优化废弃矿区地表形变

基于DS-InSAR的南京江北区域地面沉降监测与分析

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大地测量与地球动力学 2024年

作者：宋秋月范洪冬朱邦彦张建阳中国矿业大学自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室南京市测绘勘察研究院股份有限公司

本文提出一种基于分布式目标InSAR(DS-InSAR)的地表形变监测方法，该方法采用HTCI算法进行同质像元识别，通过特征值分解方法实现相位优化，根据时空相干性确定分布式目标(DS)，最后建立DS相位与形变间的关系模型来解算时序地表形变。... 详细信息

本文提出一种基于分布式目标InSAR(DS-InSAR)的地表形变监测方法，该方法采用HTCI算法进行同质像元识别，通过特征值分解方法实现相位优化，根据时空相干性确定分布式目标(DS)，最后建立DS相位与形变间的关系模型来解算时序地表形变。实验利用50景Sentinel-1A影像获取2021-10～2023-10南京江北区域地表形变时空分布信息。结果表明：1）与PS-InSAR结果的相关系数为0.731，点位密度提高6.22倍，DS-InSAR可更加完整地反映研究区时空地表形变。2）与水准实测数据整体吻合较好，最大误差为5.6 mm，平均误差为2.6 mm，均方根误差(RMSE)为3.0 mm。3）地质构造、城市建设以及降雨情况等是引起地面沉降的主要影响因素。

关键词：南京江北区域 InSAR 分布式目标地面沉降监测

基于InSAR技术的天津局部地表沉降特征分析

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测绘通报 2024年第2期 74-79页

作者：张倩马悦周洪月闫世勇中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室江苏徐州221116 天津市测绘院有限公司天津300041

天津是我国地面沉降最严重的地区之一。本文基于融合分布式的DS-InSAR技术处理了2021年1月—2023年6月的58景Sentinel-1A数据,获取了天津南部地区最新地表形变特征;并结合土地覆盖和水文地质等信息,开展了天津市典型沉降成因分析。结果... 详细信息

天津是我国地面沉降最严重的地区之一。本文基于融合分布式的DS-InSAR技术处理了2021年1月—2023年6月的58景Sentinel-1A数据,获取了天津南部地区最新地表形变特征;并结合土地覆盖和水文地质等信息,开展了天津市典型沉降成因分析。结果表明:①天津地面沉降分布差异性较大,不均匀沉降特征明显,西南部地区为沉降重灾区,最大沉降速率达85.2 mm/a;②天津地面沉降与地下水过度开采、地面载荷增加及地质构造密切相关。该研究可为天津市地质灾害防治提供数据支撑和决策依据。

关键词： DS-InSAR D-InSAR 天津地面沉降特征分析