地球信息科学学报

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遥感综合研究与深化应用研讨专栏

我国砂岩型铀矿“断隆成矿观点”的提出与应用分析——将遥感应用“从技术层面提升到科学层面”的探索

刘德长, 叶发旺, 杨旭, 赵英俊, 伊丕源

2010, 12(4): 451-457.

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本文对鄂尔多斯盆地和塔里木盆地铀矿床(含矿化集中区)进行了遥感研究,发现其成矿环境与断块隆起(断隆构造)密切相关。鉴此,与重力、航磁、航放、地震探矿等物化探信息和现代信息技术(G IS技术、三维可视化技术、计算机模拟技术)结合,注入铀矿地质专业知识,使信息转化为新的认识,提出了中国克拉通盆地铀矿"断块成矿的理论"和"断隆成矿的观点",并强调围绕断隆构造及其边缘是这类盆地区域找矿的主要方向。通过上述研究,探索了陈述彭院士倡导的将遥感应用从"技术层面提升到科学层面"的理念。这一理念指明了遥感技术深度开发与深化应用的方向。实践表明,首先,充分利用遥感技术的优势,发现问题,提出问题,然后,通过信息综合和技术集成,对遥感的发现进行延伸研究,并注入专业知识,使数字和信息转化为创新知识,来指导实践和决策。这是将遥感应用从"技术层面提升到科学层面"的重要途径。

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遥感综合研究与深化应用研讨专栏

风云三号A星(FY-3A)的主要性能与应用

董超华, 杨军, 卢乃锰, 杨忠东, 施进明, 张鹏, 刘玉洁, 蔡斌

2010, 12(4): 458-465.

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我国的气象卫星发展计划始于上世纪70年代,它包括极轨和静止两个系列卫星,以及相应的地面应用系统。气象卫星由航天科技集团公司负责组织研发,第二代极轨气象卫星系列的第一颗星——风云三号A星(FY-3A)于2008年5月27日在太原卫星发射中心成功发射,它又如太空中的一个流动气象观测站,对地球-大气进行全天候、全天时、三维、定量、多光谱的不间断观测。卫星观测资料通过地面加工处理后生成各类产品数据,例如,大气温度和湿度随高度的分布及变化、云参数、雪和冰、大雾、气溶胶、臭氧、辐射等,可用于气象、气候、农、林、牧业、海洋、水文等多领域。风云三号A卫星数据和产品可通过多种方式向用户提供使用。两年来,在奥运、汛期、生态和自然灾害监测中发挥了重要作用。风云三号A星已是世界气象组织全球对地观测系统的重要成员,不仅为我国经济社会提供服务,同时也服务于世界各国。本文综合性地介绍了我国第二代极轨气象卫星系列首发星的主要特点,分析了可能的应用领域,并给出代表性的产品和应用实例。

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遥感综合研究与深化应用研讨专栏

基于支持向量机理论的地下水动态遥感监测模型与应用

付俊娥, 苏庆珣, 潘世兵, 路京选

2010, 12(4): 466-472.

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地下水是我国内陆干旱地区水资源的重要组成部分,也是极为敏感的生态环境因素之一。地下水动态变化影响着绿洲和湿地的演化,以及土地资源的开发。西北地区地下水监测网尚不完善,动态资料相对缺乏。遥感技术可以弥补传统地下水位监测手段的不足。由于降水极少,西北干旱区地表反射率与地下水水位埋深关系极其密切。选用归一化植被指数(NDVI)、地表温度(LST)数据,应用支持向量机回归方法,建立西北干旱地区地下水位遥感监测模型。提取MODIS影像中的NDVI和LST产品上的地表温度和植被指数信息,作为模型的输入,通过合理选择核函数进行支持向量机的回归分析,从而建立地表植被指数、地表温度与地下水位的相关数学模型,并分析了不同核函数所拟合结果。在河西走廊疏勒河流域的研究成果表明,运用MODIS数据开发地下水动态模型反演水位变化是可行的,模型拟合的结果比较符合实际情况,尤其是对于细土平原地下水浅埋地区模型应用效果更为理想。一次多项式核函数适合模拟埋深小于3m浅埋地下水,径向基函数RBF核函数和三次多项式核函数法则更适合模拟较大埋深情况。开发的地下水位遥感监测模型可为西北干旱区水循环研究和流域水资源管理提供技术手段。

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遥感综合研究与深化应用研讨专栏

基于Erdas和DirectX平台的三维景观建模与应用

伊丕源, 赵英俊, 刘德长, 刘光华

2010, 12(4): 473-479.

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三维GIS已成为当前地理信息系统研究的一个热点,而高分辨率卫星图像则是建设三维GIS的重要数据源。本文以IKONOS卫星图像立体像对为数据源,利用数字摄影测量的方法,开展目标地区的三维可视化信息提取,包括DEM生成、正射影像图制作,以及地面建筑物的三维信息和纹理图像的提取,然后,探讨应用ERDAS IMAGINE和3ds Max软件进行混合建模的技术方法,达到优势互补,完成地面建筑物的模型构建。最后,基于VC++6.0平台,结合DirectX软件开发包,综合利用多种技术自主开发构建目标地区的三维虚拟景观,实现地形地貌景观的浏览;进一步通过构建粒子系统对研究区冷却塔的烟雾效果进行模拟,通过加入生产环境和设施的各种影响因子模拟烟雾的变化,推理特定目标的生产活动状况,为项目的决策提供三维分析支持。

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遥感综合研究与深化应用研讨专栏

汶川地震地质灾害遥感调查与空间特征分析

王猛, 王军, 江煜, 马晓波

2010, 12(4): 480-486.

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采用多源遥感数据、DEM数据和地形图等资料,对汶川地震地质灾害遥感进行了解译和调查。查明了汶川县境内地震地质灾害体的位置、类型、规模、边界等形态特征;论述了地震崩滑地质灾害溃滑型、溃崩型、抛射型、剥皮型、震裂型遥感影像特征;分析了汶川县境内地震地质灾害与地震断裂带、河谷地貌、高程、坡度、岩性等空间分布关系。研究表明,多源数据在地震地质灾害详细调查中具有采集范围广、速度快,可解译程度高、时效性高等优势,能较快、较好地应用于地震地质灾害突发性、区域性地震地质灾害遥感调查工作。

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地球信息综合分析

地理信息共享行为模型及其实证研究

余旭, El-Sayed Ewis Omran, 何建邦

2010, 12(4): 487-495.

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地理信息共享不仅是地球系统科学发展的必然要求,而且对推动科学数据共享具有重要意义。自地理信息共享的概念提出以来,对地理信息共享的研究主要集中在地理信息共享技术上,但地理信息共享的实践证明,并非所有地理信息共享的障碍都能通过技术方法来解决,因此需要从非技术视角对地理信息共享进行研究。本文从新的视角,即行为的视角对地理信息共享进行了研究。本文介绍了地理信息共享行为模型,在对我国同地理信息共享有关的主要部门的问卷调查的基础上,通过实证研究,定量地分析了影响我国地理信息共享的非技术因素。结合Omran在埃及和荷兰的实证研究结果,分析了文化差异对地理信息共享行为的影响。在定性和定量分析的基础上,检验和修正了地理信息共享行为模型,并以此为基础,为我国的地理信息共享环境建设提出了相关的建议。实证研究的结果也表明,地理信息共享行为模型在不同的文化背景下的适用性。

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地球信息综合分析

地学知识图谱的定义、内涵和表达方式的探讨

许珺, 裴韬, 姚永慧

2010, 12(4): 496-502,509.

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在地学图谱和地学信息图谱的基础上,本文提出了地学知识图谱的概念,并介绍了地学知识图谱的基本框架、特征和理论意义。地学知识图谱将地学知识以虚拟空间坐标的形式反映在地图上,用以展示地理对象特征空间分布,揭示出一些隐含的规律。它是对地理知识形式化的图形表达,具有语法和语义特征,因此,有可计算性。它的基本组成要素和结构由所表达的内容决定。地学知识图谱,不仅是一种知识表达和数据挖掘的手段,也是空间认知的一种方式和结果。

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地球信息综合分析

城市局域动态人口估算方法与模拟应用

张子民, 周英, 李琦, 林俞先

2010, 12(4): 503-509.

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获取城市局部区域内的实时人口是应急决策等诸多城市管理应用需要解决的问题。但时空的不确定性导致了估算操作的困难:空间范围不确定,即给定的城市区域是可变的;时间不确定,即估计的时间事先不可知。根据城市居民的总体出行规律,居民日常活动基本以城市建筑为中心,或者认为居民因受建筑物所承载功能的吸引而出行。鉴此,给定区域内的静态人口可使用区域内的居住型建筑,以及人均住房建筑面积等统计数据来估算,而动态人口的估算则需要确定每类建筑物在不同时刻所吸引的居民人数。为此,引入建筑物修正系数和建筑物吸引率两个指数。修正系数是其他类型建筑物的容纳能力与作为基准的居住型建筑物的容纳能力之比。通过修正系数可获得每类建筑物的额定容纳人数。吸引率是不同时刻每类建筑物的实际容纳人数与其额定容纳人数的比值。根据居民出行的一般时间分布,将一天按照休息日和节假日分别都划分成七个时段,建筑物类型参照调查城市交通出行率时的分类划分。利用居民出行和交通出行率调查资料等数据,估算每类建筑物的修正系数和吸引率,计算区域内的实时人口数,模拟了一起突发化学品泄漏事故,将所提方法应用到模拟场景的动态人口估计中,并对方法应用中的问题进行了讨论。

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地球信息综合分析

中国北方典型农牧交错区的土壤风蚀危险度研究

梁海超, 师华定, 白中科, 胡云锋

2010, 12(4): 510-516.

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土壤风蚀及其引发的土地退化、沙化和沙尘暴是中国北方严重的环境问题之一。通过定量评估中国北方典型农牧交错地区土壤风蚀危险程度,可以为区域生态环境的保护和生态修复提供科学支撑。本文基于文献调研、兼顾数据的可获得性,建立了包括风场强度、植被覆盖率、地形起伏度、土壤干燥度等因子在内的风蚀危险程度评价指标体系。同时,依据遥感参数反演和地面气象观测数据,在地理信息系统技术支持下,形成了上述因子的空间分布数据。另外,利用层次分析方法,构建土壤风蚀危险度评价模型,得到研究区土壤风蚀危险度的空间分布。最后,结合研究区土地利用数据,探讨了风蚀危险度空间分布格局的自然环境和土地利用背景。研究表明:研究区土壤风蚀极险型区域面积为1.47×10⁴km²,强险型区域面积为6.09×10⁴km²,危险型区域面积为3.47×10⁴km²,轻险型区域面积为3.45×10⁴km²,无险型区域面积为2.19×10⁴km²。本区土壤风蚀危险度呈现出从东南到西北逐渐增强的趋势,这与区域的植被、气候,以及土地利用的空间格局具有内在的有机联系。

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地球信息综合分析

面向对象的极高海拔区水体及冰川信息提取——以珠穆朗玛峰国家级自然保护区核心区为例

张继平, 刘林山, 张镱锂, 聂勇, 张学儒, 张琴琴

2010, 12(4): 517-523.

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极高海拔地区多为河流发源、冰川发育地,由于地形起伏强烈,且野外考察验证工作困难,传统的遥感信息提取方法很难保证该地区水体及冰川的提取精度。本文基于ASTER影像,运用面向对象的图像信息自动分析方法,对珠穆朗玛峰国家级自然保护区核心区的水体及冰川信息进行了提取研究。为保证信息提取的准确度,将数字高程模型(DEM)及其衍生数据(坡度、坡向),归一化植被指数(NDVI)数据,及有助于区分水体、冰川与其他地物的相关指数(冰雪指数NDSII)及波段运算结果(b1-b3)、(b3/b4)等,分别作为一个波段叠加到原始图像中,使之成为对目标地物光谱特征的有益补充。并对不同类型的水体及冰川进行多级、多尺度分割,以满足其对分割尺度的不同要求。分割完成后,综合考虑目标地物的光谱特征、纹理特征、空间结构特征,根据各特征指数的直方图信息,设定合适的阈值,建立了各水体及冰川类型信息提取的知识规则,并结合实地调查对信息提取的精度进行验证,改进了ASTER遥感影像自动快速提取极高海拔区水体及冰川信息的实用模型。

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地理信息系统技术与应用

空间拓扑关系若干问题研究现状的评析

吴长彬, 闾国年

2010, 12(4): 524-531.

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空间拓扑关系是G IS研究中的基础性问题。其对空间数据的存储与表达、空间查询分析与实际应用等都具有重要的意义。从空间拓扑关系认知与语义、空间拓扑关系形式化表达、空间拓扑关系推理、时空拓扑关系表达几个方面介绍拓扑关系的研究现状,特别对空间拓扑关系形式化表达,一直是国内外G IS研究的一个热点,存在交叉、区域连接演算、二维字符串等模型;讨论了拓扑关系最新的研究方向,针对当前模型无法表达复杂的点、线、面间拓扑关系的突出问题;探讨了复杂空间拓扑关系描述研究的思路,根据实际中地理目标的不确定性和模糊性特点,介绍了不确定对象的拓扑关系表达的一些研究动向。

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地理信息系统技术与应用

空间数据访问集成与分布式空间数据源对象查询

高昂, 陈荣国, 赵彦庆, 颜勋

2010, 12(4): 532-540.

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目前,针对空间数据库的访问与处理方法,无法满足分布式环境下异构数据源的服务化存取和面向空间数据源的对象查询处理需求。本文给出了数据网格环境下的分布式空间数据访问与查询的方法和实现,并在服务化查询处理过程中,嵌入符合SQL/MM查询规范的空间拓展函数,实现分布式空间数据对象查询和嵌入查询过程中的空间数据分析处理。在此基础上,给出空间数据对象查询树的构造过程,以及分布式空间查询工作流的执行流程。数据访问与集成策略在空间数据处理上的应用,对异构空间数据源协同处理等,涉及大规模空间数据存取访问的应用需求,有很好的理论和实际应用价值。

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地理信息系统技术与应用

多源地理空间数据同化的主动更新与应用分析

安晓亚, 孙群, 张小朋, 陈艳丽

2010, 12(4): 541-548.

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为提高数据更新过程中多源数据整合利用的效率和更新的自动化程度,将"数据同化"和主动数据库的思想与方法引入空间数据的更新。论述了"多源地理空间数据同化"和"主动更新"的概念、内涵和关键技术,提出了"地理事件-条件-动作"规则驱动下数据同化的地理空间数据主动更新机制。最后,将数据同化中常用的最优插值方法,应用于多源地理空间数据的合并,该方法与其他合并方法相比,能提高数据的精度;将主动更新机制应用于数据更新实践,结果表明,该机制可以提高更新的自动化程度。

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地理信息系统技术与应用

村镇民俗旅游景观三维可视化方案设计

段福洲, 马鹏飞, 赵文吉, 蔡文博, 胡卓玮

2010, 12(4): 549-554.

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针对现有的旅游信息化产品往往只提供对于旅游主、客体自身的属性特征信息的发布与查询功能,而很少对其空间特征信息,以及空间信息的相互关系进行发布、查询与分析,不能让用户对旅游目的地产生直观、形象的认识,面向旅游者、旅游企业和村镇管理部门,集成WEBGIS技术、多媒体技术、Web3D技术和虚拟现实技术,利用Commercial Off-The-Shelf(COTS)软件组件开发村镇民俗旅游景观三维展示构件。并结合村镇民俗旅游景点的平面、空间、图形、三维等多种漫游方式,对不同资源类型、不同区域自适应展示旅游景观,实现立体展示村镇的风景名胜、风土人情、休闲娱乐、旅游交通等,深入挖掘村镇地方特色,搭建对外宣传的窗口,促进民俗文化交流,保护优秀传统民俗旅游资源,势在必行。

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地理信息系统技术与应用

三维虚拟地球的海洋信息适用性分析及原型研究

肖如林, 苏奋振, 杜云艳, 何亚文, 刘伟

2010, 12(4): 555-561.

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分析了三维虚拟地球在海洋应用上具有的优势及可能面临的挑战的基础上,首次提出了一种结合网格、语义网等前沿技术和理念,利用三维虚拟地球实现三维虚拟海洋的技术方案;并按照SOA的多层次架构,采用XML的多源异构海洋环境数据快速交换、海洋环境信息服务快速封装与发布、海洋环境信息服务虚拟组织、远程可视化等关键技术,实现了海洋环境信息网格平台及网格前端门户系统——三维虚拟海样(VRMarine)。VRMarine不仅能够集成网格环境下多源海洋环境信息服务,再现逼真的三维海洋环境场景,同时,还支持对功能服务的动态集成,实现多维时空特征分析。研究表明,该方案是切实可行和有效的,对三维虚拟海洋具有一定的现实及指导意义。

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地理信息系统技术与应用

基于中间件的瓦片地图服务设计与实现

许虎, 聂云峰, 舒坚

2010, 12(4): 562-567.

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为了对WebGIS遗留系统进行平滑升级,提高传统WebGIS服务器的响应速度和改善用户体验,设计并实现了一个瓦片地图服务中间件(Tile Map Service,TMS,又译为缓存服务)。通过分析其工作原理和体系结构,从瓦片空间索引、瓦片切图策略及系统部署等三个方面,给出了优化对策,并与传统WMS进行了性能对比。实验测试数据采用世界地图的第8缩放级别,在该缩放级别下地图瓦片总数为32768个,随机生成21000个包含3×3个瓦片的地图请求窗口,将随机生成的测试数据分成20组,每组依次包含100-2000个请求窗口。实验分别采用WMS请求和TMS请求两种请求方式,其中,WMS请求直接向GeoServer发送WMS数据请求,TMS请求采用多线程同时向瓦片地图服务中间件发送9个WMS瓦片请求。实验结果表明,该瓦片地图服务中间件比WMS的平均响应时间减少约46%,并具有很高的瓦片动态切图效率,对提高传统WebGIS的响应速度和平滑升级现有遗留系统具有重要的应用价值。

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地理信息系统技术与应用

区域土地信息集成管理模型（RLI²M）与应用

朱思源, 黄迎春

2010, 12(4): 568-573.

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为解决国土系统间复杂而独立的各个业务系统之间的集成与共享中所存在的一系列问题,在传统土地信息系统集成模式基础上,提出了区域土地信息集成管理模型(Regional Land Information Integration Model,RLI2M)。通过基础数据与业务数据的分离,实现同一区域内不同业务系统在同一地图上的集成化应用。研究对数据仓库应用中的操作数据存储(Operational Data Store,ODS)进行扩展,根据国土资源应用特点提出土地信息操作数据存储(Land Information Operational Data Storage,L-ODS),将业务数据与基础数据实现隔离,利用面向事务处理方式提高了系统的响应速度,成功实现"一张图"应用与系统响应效率提高;通过统一建模语言(Unified Modeling Language,UML)中的消息/返回机制实现业务系统间的信息流与业务系统内的工作流的无缝集成,解决了传统集成方式中无法因数据结构与业务流程的差异,而对不同业务系统难以实现连接的问题。模型增强了跨系统间的集中监管,最大程度上避免了各业务系统各自监管所带来的弊端,对土地资源的集约化应用具有一定的技术参考意义。

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遥感建筑用地信息的快速提取

徐涵秋, 杜丽萍

2010, 12(4): 574-579.

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建筑用地的急剧增加和耕地资源的迅速减少,使得土地利用动态变化监测显得尤为重要。遥感作为监测土地利用动态变化的一种有效手段,已经得到日益广泛的应用。但是建筑用地由于其光谱的异质性,而难以用简单的方法将它们从遥感影像中准确提取出来,遥感建筑用地指数(Index-based Built-up Index,IBI)是针对这一问题提出的。它的构建采用的是三个专题指数波段(SAVI植被指数、MNDWI水体指数、NDBI建筑指数),而不是影像的原始波段。由于这三个指数互为负相关,因此,可以有效地增强和提取遥感影像中的建筑用地信息。通过将IBI指数提取建筑用地的影像处理过程编成可自动执行的模块,并集成于大型的遥感商业软件中,使得影像数据处理和建筑用地信息提取时间大大缩短,提高了建筑用地信息增强和提取的效率。

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福建省森林生态系统NPP的遥感模拟与分析

江洪, 汪小钦, 孙为静

2010, 12(4): 580-586.

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利用MODIS遥感影像,结合气象资料等数据,采用BEPS过程模型对2004年福建省的森林生态系统植被净初级生产力(NPP)进行了模拟验证。研究结果表明,2004年福建省森林生态系统NPP平均值为578.97gC/m²·a,NPP总量累计达到46.18×106tC;不同林地NPP全年平均值大小依次为:竹林≈阔叶林>杉木>马尾松,其值分别为:788.6gC/m²·a,780.0gC/m²·a,519.8gC/m²·a,437.3gC/m²·a;时空分析结果表明,2004年6-8月NPP形成较为明显的"坑"形分布形态,主要的原因之一很可能是有效降水量偏少;在空间分布上,福建省森林生态系统NPP与海拔高程显著相关,体现了该地区森林生态系统NPP空间分布的地域特征,这在一定程度上表明随着海拔上升,山高坡陡,人类对森林生态系统的干扰活动减少,有助于森林生态系统生产力的提高和维持。最后,分析了应用BEPS过程模型模拟福建省森林生态系统净初级生产力的不确定性问题。

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MODIS影像的局地云量信息元数据提取算法与应用

钟洪麟, 施润和, 曲培青, 张慧芳, 高炜

2010, 12(4): 587-592.

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云对于光学遥感影像质量及其反演地表参数精度有着重要影响,且其作为时空多变要素之一,在一定程度上制约了光学遥感影像的应用。对于具有2 330km的大扫描幅宽MODIS影像而言,现有的元数据标准仅能反映影像的总体云量,而无法反映云的空间分布状况,限制了MODIS数据的局地研究和应用。本文在现有遥感影像元数据标准的基础上,提出了新的元数据项——局地云量,用于反映云在条带影像中的空间分布状况,并实现在MODIS二级云掩膜条带产品(MOD35)中针对特定区域的局地云量信息提取算法。经验证,本算法能较快速和准确地提取省级行政区的局地云量信息,并可根据用户的需求进一步推广到任意指定的多边形区域,为MODIS数据在局地研究和应用提供了便利。

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