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层析SAR三维成像方法与森林参数反演研究进展

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遥感学报 2024年第3期28卷 576-590页

作者：万杰汪长城朱建军付海强中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083

森林是陆地上最大的生态系统,在全球碳氧循环中发挥着举足轻重的作用。森林植被集中了85%以上的陆地植被生物量,森林的生物物理参数,如森林高度、林下地形、生物量等,对森林资源管理、森林碳汇能力及碳储量的评估、生物多样性保护等具... 详细信息

森林是陆地上最大的生态系统,在全球碳氧循环中发挥着举足轻重的作用。森林植被集中了85%以上的陆地植被生物量,森林的生物物理参数,如森林高度、林下地形、生物量等,对森林资源管理、森林碳汇能力及碳储量的评估、生物多样性保护等具有重要意义。合成孔径雷达层析技术TomoSAR (Synthetic Aperture Radar Tomography)具备对观测目标的三维成像能力,可以获得森林的内部结构信息,在森林植被参数反演中发挥着重要的作用。本文从层析SAR的三维成像原理出发,系统阐述目前层析SAR技术进行多维感知的主流算法:首先,根据SAR数据获取模式的不同,将层析SAR的三维成像方法归纳为单极化层析SAR算法和全极化层析SAR算法两类,对比分析植被参数反演中两种不同层析SAR成像算法在垂直分辨率、辐射分辨率、鲁棒性、计算复杂度等方面的表现;然后,基于层析SAR的三维成像能力,阐述层析SAR技术在森林垂直结构重构、森林高度反演、林下地形测绘、生物量估计等应用中的研究进展;最后对层析SAR技术在森林植被区前沿应用进行展望,提出面临的关键挑战。

关键词：遥感层析SAR 三维成像林下地形森林高度森林垂直结构森林生物量

顾及时变特性的时序极化SAR图像自适应超像素生成方法

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遥感学报 2024年第4期28卷 1066-1075页

作者：叶家伟汪长城高晗沈鹏宋天祎胡驰浩中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083

超像素生成是对象级数据处理体系的重要预处理步骤,这对于拥有大数据量的多时相、多极化SAR数据的高效处理和应用具有很大的现实意义。针对单时相超像素分割方法没有充分利用地物在时序上完整散射信息的问题,本文综合利用时序极化SAR数... 详细信息

超像素生成是对象级数据处理体系的重要预处理步骤,这对于拥有大数据量的多时相、多极化SAR数据的高效处理和应用具有很大的现实意义。针对单时相超像素分割方法没有充分利用地物在时序上完整散射信息的问题,本文综合利用时序极化SAR数据观测充分、可描述时变特性等优势,提出了一种基于简单线性迭代聚类(SLIC)模型的多时相极化SAR影像自适应超像素生成方法。该方法首先联合多个时相的极化协方差矩阵,基于Wishart分布计算时序极化SAR相似性距离;然后利用多时相极化SAR数据进行梯度计算,检测图像边缘;最后提出一种基于多时相极化SAR边缘检测的同质性测度因子,用于自适应平衡极化距离和空间距离的权重关系。本文使用8景Radarsat-2全极化SAR影像,从可视化效果和定量精度两个方面评价方法有效性。相关结果表明,本文方法优于单时相极化SAR超像素生成方法和现有的多时相极化SAR超像素方法,超像素能够有效贴合研究区域地块边界,是一种有效的超像素生成方法。

关键词：遥感极化SAR 图像分割 SLIC算法超像素多时相

晋南地区煤系黏土岩中锂的赋存状态及其沉积环境

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地质学报 2024年第8期98卷 2395-2408页

作者：程宏飞武振晓长安大学地球科学与资源学院陕西西安710054

关键金属锂等战略资源及其引发的国家安全问题,在当今国际政治、经济、军事舞台中愈显突出和重要。华北克拉通是我国沉积型锂矿床主要分布区域之一,富锂黏土岩资源丰富,成为重要的沉积型锂资源勘探区域。本文以华北克拉通晋南地区的煤... 详细信息

关键金属锂等战略资源及其引发的国家安全问题,在当今国际政治、经济、军事舞台中愈显突出和重要。华北克拉通是我国沉积型锂矿床主要分布区域之一,富锂黏土岩资源丰富,成为重要的沉积型锂资源勘探区域。本文以华北克拉通晋南地区的煤系黏土岩为研究对象,利用X射线粉末衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和魔角旋转固体核磁共振谱(MAS NMR)等表征技术,结合化学物相分析及黏土矿物分离提取实验对研究区本溪组黏土岩中锂的赋存状态及其沉积环境进行研究。发现黏土矿物是锂的主要载体矿物,其主要包括锂绿泥石、伊利石和高岭石;锂含量与锂绿泥石含量呈显著正相关关系,与伊利石和高岭石的含量呈微弱的正相关关系;样品中的锂主要赋存于锂绿泥石的氢氧化物八面体晶格中,部分赋存于伊利石和高岭石中。古盐度指标m值(100×(MgO/Al_(2)O_(3)))和1000×Rb/K_(2)O值显示研究区富锂黏土岩主要形成于淡水—半咸水环境;古氧化还原指标V/(V+Ni)和Th/U值显示研究区富锂黏土岩主要形成于缺氧和贫氧环境;古气候指标Sr/Cu、C值((V+Cr+Mn+Fe+Co+Ni)/(Na+Mg+K+Ca+Sr+Ba))和CIA值显示研究区富锂黏土岩主要形成于炎热潮湿的古沉积环境中。该研究有助于完善沉积型锂矿的成矿理论,也有利于攻克该类型锂资源高效分离与提取的技术瓶颈。

关键词：锂赋存状态煤系黏土岩沉积环境晋南地区

闽北邵武地区玄武安山岩的成因和意义——来自年代学、地球化学及Nd-Hf同位素的约束

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吉林大学学报（地球科学版） 2024年第3期54卷 840-861页

作者：周伏顺林鑫王郅睿邵程波长安大学地球科学与资源学院西安710054

东南沿海地区中生代火山岩研究成果颇丰,但有关中侏罗世晚期基性火山岩的报道较少,限制了对该区域中生代构造-岩浆活动及大地构造演化的深入理解。本文对江绍断裂带东南侧邵武地区的中生代火山岩开展了系统的岩石学、锆石U-Pb年代学、锆... 详细信息

东南沿海地区中生代火山岩研究成果颇丰,但有关中侏罗世晚期基性火山岩的报道较少,限制了对该区域中生代构造-岩浆活动及大地构造演化的深入理解。本文对江绍断裂带东南侧邵武地区的中生代火山岩开展了系统的岩石学、锆石U-Pb年代学、锆石Lu-Hf同位素、地球化学和Sm-Nd同位素研究。结果显示:邵武地区玄武安山岩喷发年龄为(161.0±2.0)Ma;同位素地球化学结果显示,这些样品中—晚侏罗世锆石的ε_(Hf)(t)值介于-14.33~-10.41之间,ε_(Nd)(t)值较低(-9.2~-8.4),反映富集Nd同位素的特征;岩石地球化学结果表明,该套火山岩具有高w(Al_(2)O_(3))、w(Na_(2)O)、低w(MgO)、w(TFe_(2)O_(3))等特征,稀土总量较低,稀土配分曲线为右倾型,且具弱的Eu负异常,大离子亲石元素Rb、Ba和K相对富集,高场强元素Nb、Ta、Ti、P等相对亏损。综合岩石学和地球化学研究结果,本文认为邵武玄武安山岩起源于交代岩石圈地幔的部分熔融,并经历一定结晶的分异作用,其大地构造背景总体为板内环境。结合前人对区域构造-岩浆活动的认识,本文认为在中侏罗世晚期,太平洋俯冲板片发生回撤、撕裂,导致幔源岩浆底侵并置换了古老壳源岩石,从而东南沿海地区虽整体处于挤压背景,但仍存在局部拉张环境。

关键词：中侏罗世地球化学伸展背景玄武安山岩东南沿海

海洋和陆地碳循环对二氧化碳正负排放响应的模拟研究

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气候变化研究进展 2024年第4期20卷 416-427页

作者：张靖宇曹龙浙江大学地球科学学院大气科学系杭州310058

人类活动导致大气浓度上升和全球变暖,威胁人类生存。CO_(2)移除作为一种可能的减缓全球变暖的手段,近年来受到了广泛关注。文中使用维多利亚大学地球系统模式(UVic ESCM),模拟分析在工业革命前平衡状态下(大气CO_(2)浓度285×10^(-6))... 详细信息

人类活动导致大气浓度上升和全球变暖,威胁人类生存。CO_(2)移除作为一种可能的减缓全球变暖的手段,近年来受到了广泛关注。文中使用维多利亚大学地球系统模式(UVic ESCM),模拟分析在工业革命前平衡状态下(大气CO_(2)浓度285×10^(-6)),以不同强度脉冲形式施加的正负碳排放对碳循环的影响。模拟结果表明,在100 Pg C正脉冲排放情景下,脉冲排放后第100(1000)年,排放到大气中的CO_(2)有28%(18%)滞留在大气中,38%(61%)和34%(21%)分别被海洋和陆地吸收。在100 Pg C负脉冲排放情景下,海洋和陆地向大气释放CO_(2),从而减弱CO_(2)移除的效果。负排放后第100(1000)年,大气中减少的CO_(2)占初始CO_(2)移除量的23%(12%),其余36%(65%)和41%(23%)分别被海洋和陆地碳释放抵消。不同强度正负脉冲碳排放情景对比结果显示,正脉冲情景下累积空气分数始终高于同等强度负脉冲情景下累积去除分数,这说明正负脉冲碳排放情景下海陆碳循环的响应具有不对称性,要抵消正排放造成的大气CO_(2)浓度上升,需要进行更高强度的负排放。

关键词：气候变化 CO_(2)移除碳循环地球系统模拟

基于深度学习的地震叠加速度谱自动拾取算法研究

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地球物理学报 2024年第3期67卷 1223-1236页

作者：朱四新孟凡可姜彤华北水利水电大学地球科学与工程学院郑州450053

为解决人工拾取地震叠加速度谱时耗时长、效率低等问题,本文提出了一种基于深度学习的地震速度谱自动拾取算法模型VSAP(Velocity Spectrum Accurate Pickup).该算法运用卷积神经网络Faster R-CNN模型构建的多分类任务拾取目标能量团,然... 详细信息

为解决人工拾取地震叠加速度谱时耗时长、效率低等问题,本文提出了一种基于深度学习的地震速度谱自动拾取算法模型VSAP(Velocity Spectrum Accurate Pickup).该算法运用卷积神经网络Faster R-CNN模型构建的多分类任务拾取目标能量团,然后将初步拾取后的能量团坐标输入循环神经网络LSTM(Long-Short Term Memory)模型来进行目标能量团拾取时坐标的取舍和微调,最后输出模型分析和调整过的速度谱自动拾取图像.并通过实际的地震数据集拾取结果验证了该算法模型在叠加速度谱复杂信息的干扰中自动、准确拾取速度谱中能量团的能力,同时验证了该模型的准确性以及鲁棒性.经过改进,该算法模型有效地提高了速度谱拾取的效率和拾取精度.

关键词：速度谱自动拾取卷积神经网络循环神经网络

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一种适用于单频GNSS数据的多周跳探测与修复方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第3期49卷 465-472页

作者：徐天扬章浙涛何秀凤袁海军河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100

随着低成本接收机的广泛使用,单频GNSS(global navigation satellite system)已成为主要应用场景之一。单站单频GNSS通常由于观测环境较为复杂,其周跳率往往较高。虽然传统的无几何(geometry-free,GF)组合可探测部分大周跳,但对小周跳... 详细信息

随着低成本接收机的广泛使用,单频GNSS(global navigation satellite system)已成为主要应用场景之一。单站单频GNSS通常由于观测环境较为复杂,其周跳率往往较高。虽然传统的无几何(geometry-free,GF)组合可探测部分大周跳,但对小周跳不敏感;几何(geometry-based,GB)组合可有效解决该问题,但在多个周跳同时发生时,GB组合的探测成功率会大幅下降。因此,提出了一种将GF组合与GB组合相结合的周跳探测修复方法。首先利用GF组合将大周跳探测并剔除,然后采用GB周跳探测方法探测小周跳,并在选权迭代的过程中不断修复发生大周跳的观测值。实验结果表明,所提方法可有效提高多周跳发生时的探测修复率,在极端情况下与传统方法相比成功率可提高约50%。

关键词：单频观测值周跳探测与修复无几何组合几何组合

结合正态分布变换与线面ICP的弹性激光SLAM算法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第4期49卷 672-680页

作者：王彬章浙涛何秀凤河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100

激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)同时定位与建图(simultaneous localization and mapping,SLAM)中的位姿估计依赖于高精度和高可靠性的扫描匹配算法。针对实时LiDAR里程计与建图(LiDAR odometry and mapping in real-time,LOAM)框架中的点到线和点到面的迭代最近点算法(iterative closest point,ICP)在非结构化场景中退化的问题,提出了用于识别非结构化场景的环境特征值(environmental feature values,EFV),并根据EFV弹性地选择用正态分布变换(normal distributions transform,NDT)进行粗配准,实现了一种基于扫描匹配的弹性实时激光SLAM算法NDT-LOAM。实验结果表明,EFV可以有效区分非结构化场景,并给出了EFV阈值的调试方法。定位与建图实验分析表明,所提算法相比LOAM等经典的纯激光SLAM算法,在精度以及可靠性上均有较大提升,室外定位精度可从米级提升至分米级,在面对手持数据时也不会建图失败,能够得到全局一致性地图。因此此算法具有很好的环境适应性,丰富和发展了面向复杂环境的SLAM方法。

关键词： LiDAR SLAM 扫描匹配 NDT 线面ICP 弹性系统

GPS L2P(Y)信号在GNSS-IR技术中的特殊误差源及改正方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 122-130页

作者：王笑蕾杨泽艺何秀凤宋敏峰河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100

全球导航卫星系统干涉反射测量(global navigation satellite system interferometric reflectometry,GNSS-IR)技术只基于传统测量型接收机便可完成对站点周围环境的遥感,具有成本低、自动化程度高、全天候、连续监测、框架固定等优势... 详细信息

全球导航卫星系统干涉反射测量(global navigation satellite system interferometric reflectometry,GNSS-IR)技术只基于传统测量型接收机便可完成对站点周围环境的遥感,具有成本低、自动化程度高、全天候、连续监测、框架固定等优势。然而,其中的全球定位系统(global positioning system,GPS)L2P信号表现出一类特殊的GNSS-IR误差,在对信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)的频谱分析中存在“双峰”现象,从而导致GNSS-IR反演误差。目前,对于该误差源的成因认识不清晰,也没有相应的改正策略,使得GPS L2P信号应用受限。因此,对GPS L2P信号“双峰”误差的成因进行分析,并提出了对应的改正策略。首先,选择位于海洋或水库边的4个站点,利用不同的跟踪方式捕获了站点的L2P信号;然后,根据不同L2P跟踪方式的SNR数据的频谱表现,分析了不同跟踪方式下的“双峰”误差对水位/潮位反演结果的影响;最后,提出了一种“双峰”误差改正策略并进行了相应的误差改正实验。结果表明,所提误差改正策略可以较好地改正L2P“双峰”误差,增加GPS L2P信号的GNSS-IR水位/潮位反演可用性。

关键词： GNSS干涉反射测量技术 “双峰”误差 GPS L2P(Y)信号水位/潮位反演