面向高分遥感共性产品真实性检验的无人机空港布局研究

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研制高分遥感共性产品不仅在应用层面上可以推动我国遥感技术在各行业领域中被广泛使用,同时在技术水平上可以提高我国遥感应用的定量化、产业化水平,对推动我国的遥感技术发展具有重要的意义。研制高分遥感共性产品的一个关键步骤是对产品的真实性进行验证。常用的真实性检验手段是使用地面实测数据与待检验的遥感产品数据进行对比分析,但是地面观测数据由于尺度问题,通常无法直接与卫星产品的数据进行对比验证,因此需要在二者之间引入高分辨率的无人机遥感数据作为过渡,然后进行逐级检验。由于无人机的飞行高度和续航能力约束,无法随时待命,其获取数据的空间范围有限,因此在地面建设无人机空港,依托无人机空港网络在卫星过境时,短时间内获取较大区域无人机影像,来实现对卫星产品验证很有必要。综上,本文面向高分遥感共性产品的真实性检验需求在全国范围内布局无人机空港,以已有科研院所建设的324个野外台站作为无人机待选空港位置构建无人机遥感观测网络,开展如下研究工作:(1)考虑到高分遥感共性产品的空间变异受地表覆被、地形、气温等地理背景信息的影响,基于土地利用数据和生态地理分区数据提出了地理背景覆盖率的概念,可定量衡量区域内含有的地理背景信息情况,并以地理背景覆盖率作为无人机的观测价值。结果表明,全部台站都被选择建设空港时,地理背景覆盖率总和达到58.82%,空港所覆盖的陆地面积占中国陆地总面积的64.34%。(2)由于空港建设成本的限制,本文采用了随机抽样的方法确定了空港的限制数量为60个。首先基于不同的目标效益在最大覆盖模型的基础上分别构建了最大面积覆盖模型、最大地理背景覆盖模型和双因子覆盖模型。结果表明,三种模型的空港布局结果各有差异。布局60个空港时,最大地理背景覆盖模型的布局结果所取得的观测价值最高,观测价值的服务能力达到65.15%,但是此时牺牲了观测面积,观测面积的服务能力仅为43.99%。最大面积覆盖模型的布局结果所取得的观测面积最高,观测面积服务能力达到51.19%,但是此时所获取的观测价值较低,仅占全部台站都使用时的45.32%。双因子覆盖模型的空港布局结果在综合观测价值和观测面积两种因子的总价值效益中表现最优,其服务能力达到54.94%,高于其它两种模型。(3)分析三种模型空港布局结果的代表性,从空间代表性和空间异质性两个方面进行评价。结果表明,相较于其它两种模型,双因子覆盖模型布局结果的代表性是最高的,空间范围上可代表的区域面积占全国陆地面积的74.26%,地表覆盖比例达到45.31%。综上所示,遥感产品真实性检验既要保障验证的区域范围足够充足,又要保障获取较高的观测价值,因此从高分遥感共性产品的验证需求和空港布局结果的代表性上考虑,由双因子覆盖模型得到的无人机空港布局更适用于构建面向高分遥感共性产品真实性检验的无人机遥感观测网络。
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