1 长安大学地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054
2 西安测绘研究所，陕西 西安 710054
以ICESat-2为代表的光子计数激光雷达对地观测手段具有地面足印小、采样频率高、波束数量多等特点，获取点云的平面精度和飞行方向数据密集程度得到很大提升，可作为一种新型三维控制条件以提高卫星影像定位精度。为解决光子点云没有同步影像记录平面位置的应用难题，提出一种星载光子计数激光点云支持下的卫星影像定位精度提升方法。首先采用三维地形剖面匹配方法实现对光子点云数据与卫星立体影像自动生成的数字表面模型（DSM）的精确配准；然后依据坡度变化从光子剖面点云中提取地形特征点，联合DSM多种地形特征生成共同地形特征控制点；最后将该地形特征控制点作为平高控制条件引入带附件参数的卫星影像区域网空中三角测量过程，以进一步提升定位精度。利用陕西省两个地区的ZY-3影像和ATLAS ATL03级数据进行实验，结果表明与完全无控定位方法和SRTM数据辅助定位方法相比，所提方法能够显著提高ZY-3影像平面和高程定位精度，提升幅度相对于SRTM数据分别可以达60%和34%左右，验证了所提方法的有效性和可行性。
星载光子剖面点云 地形匹配 地形特征点 平高控制点 联合区域网平差 激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1028013
贵州师范大学地理与环境科学学院, 贵州 贵阳 550025
喀斯特山区因地形复杂、 地表破碎等特点使得遥感影像中阴影、 混合像元及光谱变异现象普遍存在, 传统基于多光谱遥感的像元二分法(DPM)在光谱变异和阴影显著的区域难以准确的对喀斯特石漠化(KRD)信息进行提取。 采用高光谱遥感的混合像元分解技术可将复杂的混合像元分解为纯净的地物光谱与各地物光谱对应的混合比例, 为复杂山区获取更高精度的石漠化信息提供可能。 然而, 由于光照、 环境及大气等诸多因素的变化会引起端元发生不同程度变异, 导致在混合像元分解过程中出现显著的误差, 其次要从地形复杂、 地表异质性强的山区影像上直接获取地物纯净光谱建立用于应对光谱变异的光谱库极其困难。 因此, 如何在这种情况下应对光谱变异和地形效应, 获取有效、 准确的对石漠化信息进行提取是当前研究的重点。 针对以上问题, 采用通过模拟由光照条件造成的地物反射率变化, 并考虑每个波长间隔光谱变异情况的广义线性混合模型(GLMM), 以减轻喀斯特地区石漠化信息提取过程中光谱变异与地形效应的影响。 首先, 从GF-5高光谱影像中提取喀斯特地区主要地物(植被、 裸岩、 裸土)的典型代表性光谱, 然后基于提取的地物光谱模拟不同光照下每个像元光谱的变异情况, 选择最适合的光谱组合对像元进行分解, 得到最优的解混效果。 为了验证方法的可靠性, 利用高分辨率影像目视解译的结果作为参考对方法预测结果进行验证, 同时选择未考虑端元变异的全限制最小二乘法(FCLSU)和DPM进行对比。 结果表明, 在地形高度复杂的喀斯特山区, 考虑阴影、 混合像元及光谱变异是必要的, GLMM在石漠化信息提取中总精度达到了84.89%, 明显高于其他两种方法的59.68%和67.34%。 通过对光照区和阴影区分别进行精度检验, 发现GLMM在光照区与阴影区有着相似的精度表现, 而另外两者则差异较大, 阴影区明显低于光照区。 这反映GLMM能较为有效地减轻地形效应的影响, 对喀斯特石漠化信息提取的精度有一定提升。
光谱混合分解 广义线性混合模型 石漠化信息提取 地形效应 Spectral mixed decomposition Generalized linear mixed model Rocky desertification information extraction Terrain effect 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2269
针对传统地表特征提取算法存在特征识别不完整，拓扑关系构建复杂，难以进行拓扑简化的问题，本文实现了基于分段线性Morse理论的特征提取，并提出一种新的特征重要性度量指标进行拓扑简化。首先识别关键点构成关键线，生成Morse-Smale复形完成地表拓扑特征构建；然后提出一种新的特征重要性度量指标，利用Morse-Smale复形的平均特征值反算关键点的特征值，使其对Morse-Smale复形的特征重要性进行双重评估；最后基于该度量指标实现了地表拓扑特征的简化与表达。实验结果表明，地表特征被清晰提取并构建了良好的拓扑结构，特征提取点云压缩率达36.29%，拓扑简化的点云压缩率达70.73%，大大缩减了点云数据量，并将冗余拓扑结构剔除，为后续地表点云的表达与应用奠定良好的数据基础。
遥感 分段线性Morse理论 地形特征提取 拓扑简化 重要性度量 激光与光电子学进展
2022, 59(8): 0812001
1 火箭军工程大学基础部，陕西 西安 710025
2 北京遥感设备研究所，北京 100854
地形匹配导航是一种重要的利用地形和地物特征进行导航的技术。为了进一步提高地形匹配算法的精度，提出了一种基于形态学增强型方向梯度直方图（EHOG）的地形匹配算法。该算法采用形态学闭运算对干涉合成孔径雷达（InSAR）获取的实时高程图（REM）进行预处理，获取EHOG特征；将地形匹配转换为HOG特征描述子的匹配，以特征向量间的欧氏距离作为相似性度量。匹配过程中，采用粗细精结合的三步优化匹配搜索策略，提升了算法实时性。实验结果表明，与未增强的HOG算法、传统的梯度互相关算法相比，所提匹配算法具有更好的匹配精度和抗噪性，同时具有较强的鲁棒性和实用性，能够很好地应用于InSAR地形匹配。
数字图像处理 形态学 增强型方向梯度直方图 InSAR地形匹配 欧氏距离 激光与光电子学进展
2022, 59(8): 0810001
1 陆军工程大学通信士官学校, 重庆 400035
2 中国科学院国家天文台, 北京 100101
3 中国人民解放军78092部队, 四川 成都 610036
针对起伏地形环境下紫外光非直视通信路径损耗大、站点选址难的问题,提出了基于数字高程模型(DEM)的紫外光非直视传输的最佳收、发仰角求解方法。依托紫外光非直视单次散射模型,研究了路径损耗与收、发仰角之间的关系。针对不同地形原始DEM数据,通过插值提高分辨率,并提出了切线传输方案。采用顺序遍历法对收、发端位置及仰角变化对通信系统路径损耗的影响进行了研究。仿真结果表明,路径损耗在[10°,80°]收、发仰角区间内为增函数。在使用反距离加权插值法提高数据分辨率后,路径损耗值相较原始数据分别降低了0.014 dB、0.043 dB和0.385 dB。当按切线传输方案布设时,通信系统路径损耗值最小,设计的仿真程序可为收、发端站点科学布设提供支持。
光通信 紫外光 单次散射模型 起伏地形 路径损耗
光学 精密工程
2021, 29(12): 2745
1 兰州交通大学电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
2 兰州交通大学计算机科学与技术国家级实验教学示范中心, 甘肃 兰州 730070
3 甘肃省人工智能与图形图像处理工程研究中心, 甘肃 兰州 730070
基于面元的多视立体(PMVS)算法应用于遥感多视地形影像三维场景重建时,影像中的弱纹理、灰度值变化不明显区域使得重建出的三维地形点云存在整体分布密度低和局部孔洞现象。结合遥感地形影像的特点,提出了基于影像块的并发SIFT算子和地面高程范围约束的改进PMVS算法,首先在特征提取阶段得到分布密集、均匀的特征点,进而通过地面高程范围约束的匹配传播过程高效地得到种子面元,再通过迭代种子面元扩充、面元过滤过程得到地形影像的三维点云数据。实验结果表明,相比原PMVS算法,改进的PMVS算法可在幅宽大、存在弱纹理区域的多视遥感地形影像上重建出稠密点云,有效修复了地形点云场景中的孔洞,并提高了重建时间效率。
遥感 遥感地形影像 三维场景重建 点云孔洞 地面高程范围约束 激光与光电子学进展
2021, 58(22): 2228009
红外与激光工程
2021, 50(8): 20200396
航迹规划与航迹跟踪的结合是无人飞行器执行地形跟随任务的方案之一。根据目标区域地形高程数据, 将地形跟随最优航迹规划转化为二次规划问题。以矢量场法为制导策略, 并给出可行矢量场的参数设计和以航迹倾斜角为被控量的航迹跟踪控制器。仿真验证规划结果满足地形跟随的预定安全高度要求和飞行器机动性能约束, 所提制导策略具备精确且可靠的航迹跟踪能力, 两者结合可有效完成地形跟随任务。
地形跟随 航迹规划 二次规划 矢量场 航迹跟踪 terrain following path planning quadratic programming vector field path tracking
1 海军航空大学 a.航空基础学院
2 海军航空大学 b.作战勤务学院, 山东烟台 264001
为提高部分森林覆盖山区电波传播特性预测的时效性, 提出了一种基于宽角抛物方程(PE)的快速预测算法。采用 PE通过分步傅里叶变换 (SSFT)求解; 在 SSFT步进迭代过程中, 根据传播路径上森林的等效介电常数、地形的起伏情况, 动态选择 PE的水平步长。通过对部分森林覆盖的不规则地形条件下的电波传播特性进行仿真, 探讨了该方法的可行性和有效性。结果表明: 相比于均匀大步长算法, 该方法更准确; 而相比于均匀小步长算法, 该方法能够保证抛物方程的计算精确度, 同时极大地提高计算效率。
电波传播 抛物方程 森林 山区 radio propagation parabolic equation forest irregular terrain 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(2): 256
