地球信息科学学报

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地球信息综合分析

中国风能资源空间分布的估算

廖顺宝, 刘凯, 李泽辉

2008, 10(5): 551-556.

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风能是一种清洁的可再生能源,是太阳能的一种转化形式,但风能开发利用的成本比太阳能开发利用的成本要低,它是可再生能源中最具开发前景的一种能源。科学、准确地估算我国风能潜力及其空间分布是国家对风能资源开发中一项极其重要的基础性工作。本文利用全国395个气象站10年、每日4次的气象观测数据,计算了每个气象站所在地区常年有效风能密度和有效风时数,在此基础上,通过空间内插,形成全国范围的风能密度和有效风时数分布数据。结果显示,在全国范围内:有效风能密度大于150W/m²、100～150W/m²、50～100W/m²、小于50W/m²的区域面积占全国国土总面积的百分比分别为2.51%、16.45%、53.39%和27.65%;有效风时数大于5 000h、4 000～5 000h、2 000～4 000h、小于2 000h的区域面积占国土总面积的百分比分别为5.28%、22.19%、53.54%和18.98%。用风能密度和有效风时数两个指标分别表达风能资源潜力虽然存在局部差异,但在总体态势上基本一致,二者之间的相关系数,...

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地球信息综合分析

ChinaFLUX CO₂通量数据处理系统与应用

李春, 何洪林, 刘敏, 苏文, 伏玉玲, 张雷明, 温学发, 于贵瑞

2008, 10(5): 557-565.

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CO₂通量观测数据的规范处理及其高质量数据产品的发布,是CO₂通量及其相关领域研究的前提和基础。为解决目前通量观测数据处理工作中存在的过程繁琐、方法不统一、处理不及时等问题,本研究以MATLAB为开发工具,利用其强大的数学计算功能和可视化GUI技术,集成目前主要的通量数据处理方法,开发了一套具有自主知识产权的中国通量网(ChinaFLUX)通量观测数据处理系统。该系统的处理对象为30min的CO₂通量观测数据,其主要处理步骤包括湍流通量计算、观测数据的质量控制/质量保证、缺失观测数据的插补,以及不同时间尺度下碳交换量的分解和计算等。该系统自动化程度高、可视化程度强,为ChinaFLUX通量观测数据处理及服务提供了一个良好的平台。

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地球信息综合分析

日降水量的空间插值方法与应用对比分析——以深圳市为例

宋丽琼, 田原, 邬伦, 张晖

2008, 10(5): 566-572.

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综合分析了四种空间插值方法,即距离权重倒数法、局部多项式法、普通克里金法和考虑海拔的协克里金法的特点,并以深圳市36个雨量站2006年雨季27天的日累计降水量数据为实例进行了研究和验证,采用交叉检验的方法对插值结果进行比较。研究表明,四种方法均能反映降水总体情况,但插值曲面相对真实曲面较平滑,距离权重倒数法的插值曲面最为平滑;多项指标比较显示,克里金法优于距离权重倒数法和局部多项式法。与普通克里金法相比,考虑海拔的协克里金法对插值精度没有明显提高。依照雨量站海拔、日均降水量分别对插值结果数据分组统计比较表明,海拔高的雨量站插值结果普遍大于实测结果,海拔低的雨量站则相反;日均降水量较大时(>50mm),插值误差明显增大。

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地球信息综合分析

1990～2000年中国稻田甲烷排放变化模拟

王平, 魏丽, 杜筱玲, 张稳, 黄耀, 孙文娟, 刘文英

2008, 10(5): 573-577.

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甲烷（CH^₄）是大气中重要的温室气体之一。研究我国稻田的甲烷排放年际变化,客观评估我国稻田CH^₄排放量,对于区域乃至全球大气CH^₄浓度的贡献具有积极意义。本文将一个比较成熟的稻田甲烷排放模型CH^₄MOD和G IS空间化数据库结合,模拟估计了中国大陆1990～2000年水稻生长季稻田甲烷排放的年际变化。模拟结果表明:从1990年到2000年,我国稻田甲烷排放量具有比较明显的年际波动,其中1993～1995年由于播种面积较少,甲烷排放为一个低谷,排放量约为5.37Tg;其他年份的排放量在5.93～6.22Tg之间。虽然1997年之后我国水稻播种面积比1993年之前少约1.84×10⁶hm²,但两个时期的甲烷排放量却基本相等,这主要是由于1997年之后单位面积稻田甲烷的排放也较1993年之前高的缘故。从空间格局方面讲,我国稻田甲烷排放的高值区主要分布在湖南、湖北、江西、广东、广西、四川、江苏和安徽,东北地区稻田甲烷排放在20世纪90年代有逐年增加的趋势。

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地球信息综合分析

火险等级评估方法与应用分析

王丽涛, 王世新, 乔德军, 赵清

2008, 10(5): 578-585.

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森林草原火灾不仅严重危害到社会和人民财产安全,还危及到我国生态安全。火险等级评估作为科学防火的一个重要方法,可以为森林草原防火提供科学有效的决策支持信息。本文在已有相关研究总结的基础之上,针对火险等级评估方法和应用进行了如下分析。并定义阐述了火险等级评估研究中的相关概念;对火灾危险评估已使用过的指标进行了总结,简要分析了各类评估指标对火灾的影响;总结和分析了已有的火险等级评估方法;并介绍了针对我国北方四省森林草原生态环境特点简要分析了遥感反演指标的火险等级评估应用。

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地学信息模型与算法研究

基于MST聚类的空间数据离群挖掘算法

林甲祥, 陈崇成, 樊明辉, 郑旻琦

2008, 10(5): 586-592.

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空间离群是指空间邻域中属性特征值明显不同于其他对象的空间对象,空间数据离群挖掘能为人们提供很多有趣的信息,但空间数据具有复杂的拓扑关系、方位关系和度量关系等空间特征,传统的面向事务型数据库的离群挖掘算法并不适用于空间数据库。本文提出了基于MST(Minimum Spanning Tree,最小生成树)聚类的空间数据离群挖掘算法(SOM);有机结合了最小生成树理论与密度的方法,既体现了空间离群的局部特性,又体现了空间离群的孤立程度。该算法通过MST维护空间数据的基本空间结构特征,通过打断MST中最不一致的边形成MST聚类,不仅具有密度的聚类方法能够聚集非球状簇和分布不均的数据集的特点,而且聚类结果不依赖于用户参数的选择,因此,离群挖掘结果更合理。最后,通过实例数据,验证了该算法的有效性,它适用于大规模空间数据集的离群挖掘。

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地学信息模型与算法研究

长输管道完整性管理GIS数据模型研究

贾庆雷, 王强, 万庆, 白俊波

2008, 10(5): 593-598.

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随着我国长输管道建设规模的不断扩大,管道运营过程中出现的安全问题逐渐成为行业内部乃至整个国家和社会所关注的焦点。针对上述问题,业内专家提出的以G IS为其实现手段,对管道进行完整性管理,是目前解决管道运营中的安全问题可采用的一种较好的方法。采用完整性管理方法,首先需要对管道数据进行建模,把管道的设计资料、竣工资料、检测数据以及设备信息等统一的用空间数据库来管理。本文首先分析了目前国际上现有的多个管道数据模型,然后参考国际上管道完整性管理的理论与方法,同时结合国内管道完整性管理的实践经验,阐述了设计适合我国管道工业的长输管道数据模型的具体过程。在模型的应用上,主要体现在建立管道完整性管理信息系统。该系统充分利用了模型中提供的各类信息,在此基础上,集中开发了线路管理模块、风险/完整性评价模块、站场管理模块等。实践证明,本文提出的管道数据模型在我国管道完整性管理中具有很高的应用价值。

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地学信息模型与算法研究

面向PPGIS的空间信息服务模型研究

谭玉敏, 刘赛楠, 江建金

2008, 10(5): 599-603.

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公众参与式GIS(PPGIS)是近年来GIS与社会科学和网络技术相结合产生的一个新的应用研究方向,本文首先从模型抽象的角度研究了面向PPGIS的空间信息服务的概念、组织构成、服务模式、过程行为以及评价体系等,揭示了公众参与GIS中空间信息服务模型的本质特征,其次从基于WebGIS的地理信息服务角度,对面向PPGIS的空间信息服务模型的实现。同时,为了用于PPGIS中实时参与空间信息的管理,构建了基于Ar-cIMS系统平台框架,并基于ArcIMS和ArcSDE开发了可以满足实时空间数据处理的扩展空间数据引擎。

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地学信息模型与算法研究

基于弧段标记的交通网络时间最短路径算法

高松, 陆锋

2008, 10(5): 604-610.

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标号算法是经典的最短路径算法之一,在交通领域中具有广泛的应用。在交通领域中,时间最短路径比距离最短路径更有意义,而时间最短路径不仅与道路的时间权值有关,还与道路之间的转弯阻抗有关。在传统的交通路网抽象方式下,道路抽象为平面图中的弧段,道路间的交叉口抽象为节点。本文介绍了一种适用于传统交通路网模型的弧段标记时间最短路径算法,详细阐述了该算法的原理、数据基础与运行结构。通过分析和实例测试表明,该算法可以顾及城市路网在路口的交通限行与转弯延迟的影响,并且时间复杂度低,具有一定的实际应用价值。

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地理信息系统技术与应用

GIS技术创新模式与其战略实施方法

潘懋, 金江军, 李军, 王占刚, 屈红刚

2008, 10(5): 611-614.

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实施GIS技术创新战略,不仅能够更好地满足人们对地理信息的需求,而且能够使地理信息产业发展壮大。本文首先分析了GIS技术创新的三种模式,即技术推动型、需求拉动型、混合型,认为引入其他技术、应用的深入是促进GIS技术创新的主要原因。然后,提出了GIS企业技术创新战略实施方法,如在GIS技术研发过程中充分吸收新的科技成果;了解GIS市场,掌握用户实际需求,定好自己的位置;与用户单位、科研单位、其他GIS企业、社会各界广泛开展合作,完善GIS技术创新激励机制。最后论述了政府在GIS技术创新战略实施中的作用,如大力支持GIS基础研究,培养创新型GIS技术人才;为中小GIS企业搭建技术创新信息平台;为GIS技术创新活动创造良好的环境。

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地理信息系统技术与应用

蔬果农产品可追溯物流信息系统的构建与应用

屈晓晖, 庄大方, 邱冬生

2008, 10(5): 615-622.

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蔬果农产品是人们生活的必需品,其安全问题关系着国计民生。北京2008年奥运会的食品安全问题引起各级政府的普遍关注。本文将蔬果物流过程与可追溯相结合,提出了可追溯物流的概念,并从技术层面对物流过程可追溯的实施进行了分析,提出了一个利用IC卡记录、存储蔬果物流信息的可追溯信息传递方案,并对系统原型进行了构建,最后以北京市数据为基础对系统进行了应用。实践证明,利用GIS技术辅助实现蔬果农产品物流过程的可追溯方案是高效可行的,它为我国建立可靠实用的质量跟踪和可追溯蔬果物流体系提供了一个新的思路。

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地理信息系统技术与应用

企业地理信息服务内容和框架研究——以“数字烟草”为例

梅新, 崔伟宏, 吴孟泉

2008, 10(5): 623-628.

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地理信息服务是地理信息发展的新阶段,当前的研究工作主要侧重在模式研究,而对于地理信息服务与企业和商业的具体应用研究目前还不多见。烟草行业是我国财政税收的重要来源,"数字烟草"是烟草企业的信息化的新的战略阶段。地理信息服务进入数字烟草将给烟草企业和相关商业带来革命性的变化。本文结合数字烟草论述企业地理信息服务的具体应用内容,并给出了相关的框架设计和应用实例。

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地理信息系统技术与应用

嵌入式GIS数据采集与导航系统设计技术与功能

陈颖彪, 千庆兰, 陈健飞

2008, 10(5): 629-637.

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嵌入式GIS软件是一个主要技术发展的新方向。目前,在国内外得到广泛的应用,本文以北京超图地理信息技术有限公司的eSuperMap GIS+Embedded Visual C++技术进行了嵌入式GIS数据采集与导航系统的设计开发。文章首先对嵌入式GIS数据采集与导航系统的实现作了分析,指出移动计算、嵌入式技术及移动接入与访问技术是系统实现的关键技术。在系统设计中,重点分析了EVC及eSuperMap GIS技术体系,并对矢量数据分层组织方法、空间数据显示比例控制、数据模型及SIT影像压缩技术做了具体的分析。在此基础上,结合应用系统开发,对EVC主要开发接口进行了分析描述。另结合eSuperMap GIS+Embedded Visual C++技术进行了原型系统的设计开发,实现了地图显示和浏览功能、地图数据管理与地图量算、属性管理与查询功能、对象编辑与移动目标计算、最佳路径分析与轨迹回放及GPS数据接收及移动数据终端处理等功能。在GIS数据采集与导航系统开发中,移动计算、嵌入式技术及移动接入与访问技术是系统实现的关键技术。在系统设计中,矢量数据分层组织方法、空间数据显示比例控制、数据模型及SIT影像压缩技术是系统实现的技术关键。通过Mi-crosoft eMbedded C++结合SuperMap嵌入式GIS开发工具,对解决上述关键技术提供了有效解决方法。通过本案例开发实践,我们认为研发一套实用、方便、有针对性的工具软件十分重要。该软件系统对车载导航、军事应用、公安消防等方面的应用具有重要的实践意义和理论参考价值。

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大气下行辐射简化计算及朗伯假设下大气下行辐射效应计算分析

朱利, 顾行发, 王桥, 陈良富, 余涛

2008, 10(5): 638-644.

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地表温度反演及真实性检验必须考虑大气下行辐射效应,其简化计算通常假设地表为朗伯体以及大气下行辐射各向同性。本文从理论和方法上分析了大气下行辐射简化计算公式,提出了以某个最佳角度下行辐射值作为半球方向下行辐亮度的平均值来估算大气下行辐射的方法,研究了地表朗伯假设对大气下行辐射效应及传感器入瞳处总辐射的影响,给出了朗伯假设导致的最大可能相对误差的表达式。研究以TERRA-MODIS热红外通道31和32为例,以内蒙古二连浩特地区草场为研究区,输入2004年的探空资料和地温数据到大气辐射传输模型进行实验论证和数值模拟,得到以下初步结论:①对于二连浩特这样的典型内陆地区,忽略大气下行辐射效应最多能引起4K的误差,且随着卫星扫描角增加大气下行辐射效应在增加;②半球空间大气下行辐亮度为各向同性假设不是很合适,但可以获取某个最佳角度的下行辐射作为半球方向下行辐射平均值,以简化计算大气下行辐照度,对于二连浩特地区最佳角度取57°;③地表朗伯假设对大气下行辐射效应计算有影响,最大可能相对误差可达33.3%,随着卫星扫描角增加误差随之减少,综合考虑大气下行辐射效应占总辐射的比重,地表朗伯假设对总辐射影响不大,其带来的误差在可接受范围内。

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三江源南部草地退化时空特征分析

张小咏, 邵景安, 黄麟

2008, 10(5): 645-650.

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本文利用三江源南部1977年MSS、1990年TM和2004年TM三期遥感影像,结合1∶10万地形图、1∶100万草地图、1∶100万植被图和野外考察等资料,分析该区草地退化的时空变化特征和规律。结果表明:该区草地总体呈轻度退化,即为轻度破碎化退化、轻度覆盖度下降、轻度破碎化和轻度覆盖度下降复合型退化,共占研究区退化总面积的84.3%;轻度退化草地主要散布在唐古拉山东北部区域,中度退化草地多数分布于河流、居民点周围,草地轻度沙化/盐化退化主要发生在湖盆周围、河岸附近、滩地等区域。草地退化面积随海拔高度升高近似于正态分布,退化面积集中4 400～5 300m左右。1977～1990年和1990～2004年前后两期草地退化面积占研究区草地面积12.6%和18.9%,指示着草地状况的恶化。同时,对前后两个时段比较发现,草地退化发生以破碎化为先导,随后发生覆盖度持续降低。沼泽和沼泽化草甸的变化反映了区内气候的趋干化。另外,受气候条件等因素的影响,前期草地和沼泽变化有转好迹象。

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应用InSAR技术测量矿山沉降与变化分析——以河北武安矿区为例

张景发, 郭庆十, 龚利霞

2008, 10(5): 651-657.

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卫星合成孔径雷达干涉(InSAR)技术,已经发展成为一种测量地表微小形变的有力工具。河北省武安地区,采矿活动造成多处矿山出现不同程度的地面形变,引起较多的地质灾害,测量沉陷的位置和强度,分析其变化趋势,才能制定相关治理措施。本文利用InSAR技术处理了自1992年以来该地区积累的数十景Jers-1和ENVISAT雷达数据。经过对数据的时相、基线距等的参数分析,选择了最优的像对组合,确定了可行的处理方案,获得了不同像对的差分干涉图像,从而获得了不同时期采矿造成的地面沉降分布及幅度信息。以惠兰村为例分析了矿区沉降区域和沉降量的演变过程。通过测量河北武安矿山开采沉降的InSAR技术应用,总结了干涉技术的处理流程及关键技术;最后,对干涉处理结果进行了评价分析。

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遥感信息与知识交换共享元数据系统设计

张慧芳, 施润和, 栗琳, 胡勇

2008, 10(5): 658-662.

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随着遥感技术的飞速发展,遥感数据成为城市规划、地球科学研究、数字地球等重大科学研究和工程建设的重要数据源。但随着遥感数据量的不断增加和应用领域的扩大,如何科学有效地管理、存储、更新和重用已有的遥感数据资源,已成为当前空间信息元数据研究的热点。因此,有必要制订专门用于描述遥感数据及其相关资源的元数据系统,满足用户正确了解和使用遥感数据的需要,推动遥感数据共享。本文在研究和参考现有国家和国际地理信息元数据标准的基础上,设计了针对遥感信息与知识交换共享的元数据系统,该系统实现了遥感数据、相关辅助测量数据、应用方法模型以及传感器、平台等相关知识等信息的统一、规范表示,为遥感信息与知识交换共享搭建了元数据层次上的平台。

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基于谱间特征与比值型指数的水体影像识别分析

钟春棋, 曾从盛, 柳铮铮

2008, 10(5): 663-669.

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根据杨存建等人发现LandsatTM影像水体具有TM₂+TM₃>TM₄+TM₅的特征,本文以2000年福州市Landsat-TM为例,分析了水体及其他几类主要地物的光谱特性在影像中的表现特征,发现除水体外,居民地的影像以及山体影像也都具有TM₂+TM₃>TM₄+TM₅(即(TM₂+TM₃)/(TM₄+TM₅)>1)的特征,但是三者(TM₂+TM₃)/(TM₄+TM₅)的比值却存在着较大的差异,所以辅以适合的阈值(水体(TM₂+TM₃)/(TM₄+TM₅)>2.0,TM₂>40)可以将水体信息区别于其他背景地物。将该方法在含不同水体类型的福州市Landsat-TM遥感影像上进行实验,表明其可以将水体与全部居民地的阴影和山体阴影有效区分开来;同时可用于快速、简便和准确地提取城市和山区中的湿地水体信息,解决水体提取中难于消除居民地阴影与山体阴影的难题。

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基于MATLAB的IHS变换与小波变换影像融合与应用

刘丽娟, 范文义

2008, 10(5): 670-677.

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为了提高Landsat系列卫星多光谱影像的目视解译效果,提出了一种基于IHS变换和小波变换相结合的影像融合方法。在Matlab开发环境下,将多光谱影像的亮度分量I与全色影像先进行直方图匹配,以加大两者的相关性,减小融合影像的光谱偏差,然后分别进行小波分解,最后按照一定融合规则进行影像融合。融合规则中最重要的是小波基、小波分解层数和小波系数的选择。通过比较不同的小波基函数,在不同分解层数下的统计参数值及目视融合效果,最终确定选择coif5作为小波基函数,进行三层小波分解。小波高频系数的选择采用区域的标准差法,选取以当前处理像元为中心的局部区域标准差最大的影像小波系数作为融合影像对应的小波系数。从融合后影像看,本文提出的方法要优于单一的IHS或小波变换融合方法,道路、河流、农田及林地等纹理及细节信息都较融合前明显提高,同时,较高的相关系数和较低的光谱扭曲度,表明光谱信息也保留很好。实验表明,将ETM+多光谱影像和全色影像融合的方法是可行的,融合后影像不仅空间分辨率明显提高,而且又较好地保留了多光谱影像的光谱信息特征。

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EO-1 Hyperion高光谱数据的质量评价

周雨霁, 田庆久

2008, 10(5): 678-683.

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本文以影像的客观评价方法对扬州地区一景Hyperion影像的L1R数据进行质量评价。主要采用辐射精度、信息量、清晰度、信噪比等指标对图像质量进行分析,经过评价认为,影像获取时受到成像环境和天气的影响,可用波段数量可能产生一定范围的浮动。本文的影像存在44个未定标波段,25个受水汽影响波段,而SWIR130以后的波段中存在大量噪声。影像信息主要集中于VNIR和SWIR波长较短范围的约94个波段内,该范围内影像质量较高,能发挥高光谱分辨率优势,并为正确还原光谱信息提供可能。影像数据中存在的条带现象和辐射畸变经过一定处理去除后,在农业调查、监测、管理,森林覆盖、灾害预警,地质调查,找油以及海洋水色研究等领域将有良好的应用前景。

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