基于北斗/GPRS/3G技术的无人机遥感网络体系关键技术研究

无人机遥感网络是继卫星遥感网和有人机航空遥感网之后的我国遥感技术体系的重要组成部分。但我国无人机遥感系统机型多、装备分散、应用面广,缺乏统筹规划,难以实现快速调度与合理配置,整体效能较低,而且无人机遥感系统属于"低、慢、小"的飞行目标,我国现有空管技术手段和系统"看不到、管不到",无人机飞行安全管理存在隐患。所以为了充分发挥无人机遥感技术整体优势,统筹无人机遥感科技资源、优化配置,提高无人机遥感科技创新能力、应急救灾快速反应能力,2013年科技部组织863课题"基于北斗/GPRS/3G技术的无人机遥感网络体系关键技术研究与示范",开展基于北斗/GPRS/3G技术的无人机遥感网络体系关键技术研究。该文主要论述了无人机遥感网络运行管理机制与规范的研究过程与方法,并形成无人机组网系列标准规范初稿,将弥补国内民用无人机标准规范空白;论述了基于北斗/GPRS/3G技术的无人机遥感系统飞行监管的关键技术,实现无人机遥感网络对无人机超视距测控和信息传输,将改变我国无人机遥感系统用现有的空管系统监管手段"看不到、管不到"的现状;论述了无人机遥感网络综合运行管理平台的设计思路与技术,为统筹无人机遥感科技资源、优化配置,促进开放共享和综合利用提供技术平台支撑;论述了基于无人机遥感系统的灾害应急节点灾情提取与综合验证节点无人机遥感数据快速处理等关键技术研究,将为应用示范节点构建提供技术支撑。该文初步形成了无人机遥感网络运行管理机制与规范研究报告,5个无人机组网系列标准初稿,形成了无人机导航通讯技术研究、无人机遥感系统网络数据库结构和管理系统概要设计书等研究方案,进行了北斗/GPRS/3G技术的无人机遥感系统飞行监管与无人机遥感网络综合运行管理平台的原型系统的设计与开发,为该课题的"无人机组网关键技术攻关,社会化无人机遥感网络体系初步构建"的研究目标提供了技术支撑。     

基于鸽群层级交互的有人/无人机集群一致性控制

有人/无人机共融集群中的有人机可弥补无人机在复杂环境中能力的不足.利用鸽群层级交互机制能够高效传递信息的特点,提出一种有人/无人机集群一致性控制方法.根据动力学约束与人类行为特点,建立无人机动力学模型和多通道的有人机操作员模型.在此基础上,通过鸽群层级交互机制构建集群系统的层级交互网络:有人机对等级较高的无人机发送指令,并通过层级网络影响整个无人机群体.设计可节约资源的自适应牵制控制策略,实现有人/无人机集群运动状态的一致性.此外,对系统稳定性进行简要分析.仿真结果验证了方法的有效性.     

无人机低空航拍遥感在应急测绘保障中的应用

无人机低空航拍遥感测量具有高清晰、大比例尺、小面积、高现势性的优点,是卫星遥感与普通航空摄影不可缺少的补充,尤其是在预防与应对自然灾害方面有着明显优势。介绍了无人机低空航拍遥感系统的组成、数据获取和处理过程,对地质灾害监测、应急救援和灾情评估工作中无人机航拍遥感可提供的应用进行了分析。甘肃岷县地震救援实践表明,在灾害应急和复杂地形条件下,使用无人机低空航拍遥感进行实地数据采集和信息提取,能够为决策者提供第一手资料,从而最大限度地减少损失。     

四川芦山Ms 7.0级地震灾情快速评估与反思

 在四川芦山M_s 7.0级地震震后第一时间启动了灾情快速评估,对地震烈度图、受灾人口分布及比例、房屋倒损分布及比例、伤亡人口分布、道路损毁等灾情进行了演进式4次评估。评估过程充分考虑数据的完备性,从数据不完备情况下的初步定性评估到数据较完备情况下的定量评估,并将第4次评估结果与2013年4月23日民政部公布数据相比:受灾人口评估准确度为95%、房屋倒损评估准确度为73.3%。继玉树地震灾情评估之后,再次验证了本项目组开发的地震灾情快速评估体系(模型、方法、软件)的实用性。分析灾情评估过程中存在的问题,本文对其进行了反思并指明了解决办法和工作方向。     

遥感技术在我国资源和环境变化研究中的作用

从空间尺度看，遥感具有全球观测的能力，即遥感可从多波段、多时相和全天候角度获得全球观测的数据；从时间尺度说，在遥感平台上能够与地球同步进行观测，可获得地球表层及其环境瞬间变化的记录。这在全球环境变化研究中是其它任何方法或技术无可替代的。可以说，有了遥感平台，全球     

中科院报告:汶川震区堰塞湖风险基本消除

正为系统监测十年来地震灾区的环境变化与灾后重建进展,中科院A类战略性先导科技专项"地球大数据科学工程"于今年3月启动了"汶川地震十年遥感动态监测",并于日前发布了监测报告。科研人员基于十年间海量卫星数据,以及高空遥感飞机及无人机获取的航空观测数据,通过空间遥感认知汶川震后动态变化,全面评估了震区生态环境恢复进程。对震区堰塞湖情况进行的监测与评估表明,至2018年,汶川震区堰塞湖风险     

黄河宁蒙河段凌情无人机遥感监测系统设计应用与研究

2008年初黄河凌汛期间内蒙古河段出现堤防溃决,引发大面积淹没灾情,灾害发生后如何快速获得决口位置、淹没范围、灾情及蓄滞洪区运用情况等信息为黄河防汛遥感监测提出了新的课题。根据这一需求,结合实际防凌工作业务,2008至2009年黄河凌汛期间,开展了基于无人机遥感数据采集进行CCD高分辨率照片及视频快速处理技术研究．并完成了黄河宁蒙河段凌情无人机遥感监测系统的设计开发。本文简述了此系统的设计组成及关键技术,并对系统在实际防凌工作中的应用进行了讨论研究。     

基于无人机遥感平台的城市变化检测技术研究

通过遥感变化检测的手段获取城市空间地理信息,进行城市违章建筑的快速监测,具有省时,又省钱,效率高的特点,可为执法部门提供科学客观定量的依据。本文基于笔者多年从事无人机遥感的相关工作经验,以城市建筑变化监测为研究对象,提出了基于无人机遥感平台的城市建筑快速变化监测方法,论文一并探讨了遥感数据的选择和处理流程,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。     

“震害遥感综合评估技术与示范应用”2013年度总结报告

我国是地震多发国家,地震造成的经济损失和人畜伤亡均呈上升趋势。地震发生后,快速、准确地获取灾情信息,开展有效救援工作,可以大大地减轻灾害损失,是地震应急与评估工作中的重要环节。多源的遥感数据能够提供给人们更多的灾情信息,从而能够让人们对灾情有更全面、准确地了解。地震应用实践表明,卫星遥感技术以其速度快、范围大、动态性好等技术优势已在地震灾害调查和评估中发挥越来越重要的作用。我国利用遥感卫星和航空影像资料已开展了一些震害评估的研究,然而在灾情信息获取的时效性、准确性、应用层次、应用系统开发水平等方面还与国外存在差距。针对我国防震减灾工作的紧迫性及重要性,课题对震害评估中多源遥感技术应用的技术途径进行深入研究,开展多角度、多形式与多任务的研究,充分利用多源遥感技术的优势,研究基于遥感地面模型的震害综合评估技术,研究基于遥感成像机理及定量遥感技术的定量震害参数提取方法,建立基于纹理结构特征和散射等特征的遥感地面震害模型,并设计出定量的震害程度参数算法和标准,建立快速有效和经过效率优化的遥感震害评估系统,进行示范应用。通过2年的研究,课题在4类典型震害目标(建筑物倒塌、山体滑坡、泥石流和堰塞湖)的散射机理、SAR图像精确配准技术、高分辨率SAR图像建筑物成像表征分析和仿真技术、光学遥感影像变化检测技术、典型震害信息提取的极化SAR目标分解技术、Li DAR数据处理与特征提取技术以及震害信息提取与综合评估技术等诸多方面取得了一定的研究成果。这些成果,可以促进遥感技术、灾害监测预警技术、灾害损失实物量评估技术的综合发展,对我国灾害遥感信息处理研究及相关科研领域产生积极的促进作用。同时,通过后续研究及应用,将大大地提高灾害遥感信息处理效率,促进无人机测量、Li DAR等新型技术及传感器的发展与完善,同时也为我国的防震减灾事业提供技术及人才队伍支撑。     

主题模型建模框架下的高分辨率遥感影像半监督分类研究

<正>1研究背景与意义随着卫星与传感器技术的迅速发展,高(空间)分辨率遥感影像的可获取性日益增强。一系列的在轨高分辨率遥感卫星平台连同低空平台的轻小型航空飞机和无人机所构建的立体观测系统,为全天候、全天时精确地观测全球地表覆盖提供了可能。为了有效地推进这一发展,高分辨率对地观测系统已经被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020年)》所部署的16个重大专项之一(中华人民共和国国务院,2006)。     

四川芦山Ms 7.0级地震导致周边断层的应力变化

 2013年4月20日,四川雅安市芦山县发生M_s 7.0级强烈地震,造成重大的人员伤亡和经济损失。地震造成的区域库仑应力变化、对周围断层的影响及后续地震带发展趋势是应该关注的问题。利用USGS震源机制解,根据地震静态触发原理,基于弹性位错理论和分层地壳模型,计算得出芦山地震引起同震库仑应力变化从断层的1.0MPa量级减小到200km外的0.1kPa,研究认为在地震之后大部分区域的应力得到释放,鲜水河断裂道孚—康定段和玉龙希断裂南段危险性增加。     

四川芦山Ms 7.0级地震震源机制解初步研究

 震源机制解研究是认识地震发震断层的重要手段,也是理解深部构造应力和地震发震机理的重要依据。2013年4月20日四川芦山发生M_s 7.0级地震,利用近震直达P波初动极性反演了地震机制解,同时利用全球地震台网波形记录,反演了地震机制解和矩心深度。两种方法所得发震断层走向倾角滑动角分别为208°/41°/98°和220°/46°/93°,表明这次地震为一高角度逆冲型地震,远震波形反演得到的矩心深度为12km。     

神东矿区土壤湿度遥感监测与双抛物线型NDVI-Ts特征空间

 结合神东矿区环境与灾害遥感监测与分析,根据MODIS/AQUA卫星产品的归一化植被指数(NDVI)和地表温度(T_s)数据,分析了基于1km和500m分辨率数据的NDVI-T_s特征空间,发现NDVI-T_s特征空间均具有双抛物线型特征。与基于1km和500m分辨率数据的NDVI-T_s三角形特征空间进行对比分析,并将得到的温度植被干旱指数(TVDI)数据与实测土壤湿度进行相关性分析,结果表明1km双抛物线型NDVI-T_s特征空间能更好地反映地表0—5cm土壤湿度,而500m双抛物线型NDVI-T_s特征空间在监测10cm土壤湿度时更有优势。以通过双抛物线型NDVI-T_s特征空间得到的TVDI作为旱情遥感监测指标,评估了2010年10月8—23日16d和2010年10月8日当天的神东矿区旱情,揭示了矿区旱情的空间特点。     

2010年海地太子港地震触发滑坡危险性区划和合理性检验

 2010年1月12日海地M_w 7.0级地震触发了数以万计的滑坡。本文应用二元统计分析模型、地理信息系统与遥感技术,开展海地地震区滑坡危险性区划研究,并对结果合理性及模型预测功能进行检验。地震前后多源高分辨率遥感数据目视解译结果表明,海地地震触发了30828处滑坡。选择高程、坡度、坡向、曲率、与水系距离、地震动峰值加速度(PGA)、与恩里基约－芭蕉园断裂距离、沿恩里基约－芭蕉园断裂距离8个地震滑坡影响因子进行海地地震滑坡危险性区划。将这30828处滑坡随机分为训练样本与预测样本两类,分别进行模型的建立与测试,训练样本包括滑坡总数的70%(21579处滑坡,覆盖面积为11.18km²);预测样本包括滑坡总数的30%(9249处滑坡,覆盖面积为4.56km²)。基于滑坡训练样本、8个滑坡影响因子、权重系数模型(二元统计方法模型)和GIS技术,构建了滑坡危险性概率分布图。结果合理性检验表明了模型的正确率为84.966%,预测率为84.547%,两者都表明了实际滑坡位置与滑坡危险性结果图具有良好一致性。按照滑坡危险性索引值的大小,将研究区分为非常高、高、中等、低、非常低5类。本文证明了在地震滑坡危险性区划中,权重系数模型作为一种二元统计方法具有良好的建模与预测能力,可为海地地震灾区恢复重建中滑坡的防灾减灾工作提供参考。     

四川芦山Ms 7.0级地震前卫星线性云异常现象

 对四川芦山地震前1个月内的FY-2卫星云图与红外亮温数据分析发现,震前3d即4月17日的06:30—09:30,在青藏高原东部出现延展达数百千米的两条线性云,两者延伸交叉处正是芦山地震的震中位置。通过与汶川Ms 8.0级地震前数小时出现的线性云异常进行比较,认为龙门山断裂带强震前屡次出现的“无中生有”线性云异常现象,可能与青藏高原东部地下未知的隐伏构造及油气赋存有关,具有一定的临震指示性,应该作为该地区地震遥感监测的重点。今后,在全球综合地球观测系统(GEOSS)大数据的支持下,考虑孕震过程中的地球系统多圈层作用与耦合效应,将开展遥感多参数异常时空特征及其关联性分析,为解开该地区的线性云异常之谜提供科学依据。     

“311”东北日本M9.0大地震可预测性特征探索

 大地震不是任何地方都能发生的,大地震也不是任何时间都能发生的,大地震有其特定的时空结构。前期工作表明,条环交会、差异活动以及深震与“天外来客”事件等是制约发震时空窗口的主要因素。2011年3月11日发生在日本海沟俯冲带的M9.0大地震,其震前地震活动全面、清晰地展现出了其可预测性特征：(1) 1925年开始出现的板间地震长期平静区;(2) 2003年开始出现的位于平静区中部,起始于深震的海沟垂向地震活动条带;(3) 2009年3月(海沟垂向地震活动条带形成后)开始出现的广义前震发震地方时的非随机显著聚集特征;(4) 2011年3月9日(主震前2天)发生在平静区内的前震。主震发生在平静区边缘,海沟垂向地震活动条带与日本海沟板间地震带的交会处的地震活动差异性较大的地方,其断层面与海沟垂向地震活动条带内另外两个板间地震(2005-08-16地震和前震)的断层面共面。主震发生于广义前震发震地方时非随机聚集时段的中位时辰。日本大地震的可预测性特征逐一印证了我们的前期研究。     

遥感技术对地质灾害早期识别和动态监测——以昌波乡至羊拉乡段为例

经过长期发展,中国地质灾害监测预警手段已从最原始的人工巡查、单点监测发展到目前的高精度面域非接触式的遥感监测,并逐渐得到普遍应用。首先对原始监测手段及遥感技术的发展历程进行了概述,然后利用高精度光学影像结合升、降轨道Sentinel-1A雷达影像,对金沙江昌波乡至羊拉乡之间滑坡隐患进行解译和编录,结果表明该区域存在滑坡隐患34处,其中具有堵江风险的滑坡隐患22处,对居民生命财产直接造成损失的滑坡隐患4处,并利用时序曲线分析了研究区在内外动力(地震、降雨)作用下变形特征,验证了遥感手段在滑坡隐患识别中的便捷性和先进性。最后针对遥感技术在中国的发展现状及瓶颈,创新性地提出了滑坡灾害遥感识别的发展框架,对遥感技术在滑坡识别方面的发展方向具有长期参考意义。     

Ms7.0芦山地震的发生与水库有关吗？

 2013年4月20日芦山地震发生后,围绕芦山地震的发生是否与三峡水库、紫坪铺及瀑布沟等水库蓄水有关的争论较多。但定性的讨论难以给出一个确切的定论。本文拟从定量计算分析讨论三峡、紫坪铺和瀑布沟水库蓄水对芦山地震震源处弹性应力场和孔隙压力场的影响。计算结果初步表明,三峡、紫坪铺及瀑布沟水库蓄水引起芦山地震震源处的弹性应力变化仅为几十Pa;在低渗透系数(扩散系数小于1m²/s)时,3个水库蓄水造成的孔隙压力变化接近于0,对M_s^7.0芦山地震的发生几乎没有影响;当取高渗透扩散系数(10m²/s)时,只有瀑布沟水库蓄水引起震源处孔隙压力增加3.2kPa,库仑应力变化1.9kPa,然而连续延伸100km高渗透率断层基本不可能存在;在选取扩散系数1m²/s时,3个水库若均蓄水100a对M_s^7.0芦山地震震源处孔隙压力也仅仅达到kPa量级。研究结果表明,此次M_s^7.0芦山地震的发生与三峡、紫坪铺、瀑布沟等水库蓄水无关。     

国产HJ小卫星遥感影像多特征融合用于日本海啸灾情快速监测

 针对特大地震和海啸灾害的特点与灾情监测的需求,设计和构建了一种基于多特征决策级融合的灾情快速变化检测方法,首先利用遥感影像中提取的NDVI、主成分变换分量、独立成分变换分量等特征分别提取变化信息,然后对多种变化信息进行决策级融合,获得具有更高可靠性的变化图,用于灾情分析。将所设计的方法用于国产环境与灾害监测预报小卫星HJ-1A/B数据处理分析,对日本东部沿海区域海啸灾害前后进行变化检测与灾情信息提取试验,有效地检测了海啸灾害后的海水倒灌区域、陆地积水区、植被淹没区以及建筑受损区等变化区域。研究表明,基于多源特征融合的非监督变化检测流程可以快速、有效地提取海啸受灾区域,为灾害应急响应与灾情评估提供支持。