北師大教育部自然科學獎公示材料
一、項目名稱
異質地表多尺度遙感信息建模與尺度效應機理
Multi-scale Remote Sensing Information Modeling and Scale Effect Mechanism for Heterogeneous Surface
二、提名單位（提名專家）
北京師範大學
三、項目簡介
遙感對地觀測技術發展迅速，具備多尺度、主被動的觀測能力，在各行業應用中具有不可替代的重要地位，是世界各國競争的高科技前沿。然而地表結構和光譜特征複雜多變，異質性強，傳統均質地表假設下的模型和信息提取方法在遙感像元尺度往往不适用，給遙感信息提取造成了極大的障礙，導緻地物信息提取能力長期落後于遙感數據獲取能力。對異質地表的多尺度信息提取和尺度效應闡釋，是定量遙感的核心科學難題。本項目經過十幾年持續研究，在異質地表主被動遙感信息提取、建模和尺度效應機理研究方面取得突破。主要發現點包括：
（1）揭示了點雲濾波過程與地物複雜程度無關的本質，首創了基于物理過程模拟的點雲濾波新方法（布料模拟濾波——CSF），解決了傳統點雲濾波方法對插值方法的依賴以及在複雜異質場景适用性差的問題，突破了異質地表準确三維信息提取的瓶頸，實現了超高密度點雲濾波的高效、高精度處理，開辟了以物理模拟方式進行點雲數據處理的新方向，成為點雲濾波處理的經典方法。研究成果集成于國内外著名開源和商業軟件，在國内多次大型遙感綜合試驗中發揮重要作用。
（2）闡明了空間異質性和模型非線性是遙感尺度效應的根源，率先建立了異質地表遙感普适性尺度轉換概念模型，完成了現有尺度轉換方法在數學形式上的統一，推演了遙感尺度效應及轉換的通用解析模型，解決了遙感尺度效應難以量化的核心科學問題，将遙感信息尺度轉換模型的适用範圍從先驗知識充足地區拓展至先驗知識缺乏或者不足地區，擺脫了傳統尺度轉換方法對于先驗知識的依賴，引領了遙感尺度效應研究方向，催生了一系列遙感産品真實性檢驗國家标準，為異質地表遙感産品的真實性檢驗奠定了堅實基礎。
（3）厘清了複雜背景下線性目标的空間結構特性，提出了基于知識的線性目标自動檢測方法（AEPL），實現了斷續、微弱線性目标的模型重建，成功應用于電力線檢測，開辟了航空攝影電力線自動提取新方向；基于色彩空間變換和光譜先驗知識，提出了高斯混合模型分解方法，解決了異質性地表植被覆蓋度地面測量精度和效率低的問題；發現了公裡級像元尺度發射率随觀測角度增加而變小的鐘形變化規律，建立了全球多地類發射率參數化模型，改進了美國NASA MODIS的地表溫度算法。
研究成果具有國際領先水平，所發展方法赢得了國際同行的廣泛認可，被譽為經典。引領了異質地表遙感信息提取和尺度效應研究方向，推動了定量遙感科學發展。
四、主要完成人情況（包括：排名、姓名、技術職稱、工作單位、完成單位、對本項目重要科學發現的貢獻）
姓名
| 排名
| 技術職稱
| 工作單位/完成單位
| 對本項目重要科學發現的貢獻（自然獎），對本項目技術發明或科技創新的貢獻
|
閻廣建
| 1
| 教授
| 北京師範大學
| 對《重要科學發現》中所列第（1）、（3）項做出了創造性貢獻，是第1、3-5篇代表性論文的作者。具體表現在：提出了基于結構知識的線性目标自動檢測方法，解決了複雜地表條件下弱信息提取的科學難題；提出了基于知識的多尺度異質地表遙感信息提取和建模方法。
|
張吳明
| 2
| 教授
| 中山大學/北京師範大學
| 對《重要科學發現》中所列第（1）項科學發現做出了創造性貢獻，是第1篇代表性論文的第一作者。具體表現在：揭示了點雲濾波過程與地物複雜程度無關的本質，首創了基于物理過程模拟的點雲濾波新方法（布料模拟濾波——CSF），開辟了以物理模拟方式進行點雲數據處理的新方向。
|
吳骅
| 3
| 研究員
| 中國科學院地理科學與資源研究所
| 對《重要科學發現》中所列第（2）項做出了創造性貢獻，是第2篇代表性論文的作者。具體表現在：創新了針對遙感産品的普适性尺度轉換概念模型，揭示了不同尺度信息源表達同一客觀事物的差異，闡明了空間異質性和反演模型非線性結構對遙感産品尺度效應的影響。
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穆西晗
| 4
| 副教授
| 北京師範大學
| 對《重要科學發現》中所列第（3）項做出了創造性貢獻，是第4 篇代表性論文的通訊作者。具體表現在：提出了基于色彩空間變換的高斯混合模型分解方法，壓縮了異質性場景幹擾因素。
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任華忠
| 5
| 研究員
| beat365/北京師範大學
| 對《重要科學發現》中所列第（3）項做出了創造性貢獻，是第5篇代表性論文的作者。具體表現在：發現了異質地表像元尺度的發射率方向性規律，建立了全球多地類發射率參數化模型，改進了美國NASA MODIS的地表溫度算法，實現了像元尺度地表溫度角度效應糾正。
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漆建波
| 6
| 講師
| 北京林業大學/北京師範大學
| 對《重要科學發現》中所列第（1）項做出了創造性貢獻，是第1篇代表性論文的通訊作者。具體表現在：突破了傳統點雲濾波方法對插值方法的依賴，實現了超高密度點雲濾波的高效、高精度處理，成為點雲濾波處理的經典方法。
|
劉耀開
| 7
| 助理研究員
| 中國科學院空天信息創新研究院/北京師範大學
| 對《重要科學發現》中所列第（3）項科學發現中的第3項做出了創造性貢獻，是第4篇代表性論文的第一作者。具體表現在：開展異質性地表特征分析和大量野外實驗觀測，實現了基于色彩空間變換的高斯混合模型分解方法。
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謝東輝
| 8
| 副教授
| 北京師範大學
| 對《重要科學發現》中所列第（1）項科學發現做出了創造性貢獻，是第1篇代表性論文的作者。具體表現在：提出激光雷達點雲倒置處理新思路，測試和拓展新算法的精度和适用性。
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李召良
| 9
| 研究員
| 中國科學院地理科學與資源研究所
| 對《重要科學發現》中所列第（2）項科學發現做出了創造性貢獻，是第2篇代表性論文的通訊作者。具體表現在：推演了遙感尺度效應及轉換的普适解析表達式，構建了尺度不變反演模型，完成了現有尺度轉換方法在數學形式上的統一。
|
五、主要完成單位
北京師範大學、中國科學院地理科學與資源研究所
六、代表性論文（專著）目錄（包括：論文（專著）名稱/刊名/作者）。
序号
| 論文（專著）
名稱
| 刊名
| 作者
|
1
| An Easy-to-Use Airborne LiDAR Data Filtering Method Based on Cloth Simulation
| REMOTE SENSING
| Wuming Zhang, Jianbo Qi, Peng Wan, Hongtao Wang, Donghui Xie, Xiaoyan Wang
and Guangjian Yan
|
2
| Scale Issues in Remote Sensing: A Review on Analysis, Processing and Modeling
| SENSORS
| Hua Wu, Zhao-Liang Li
|
3
| Automatic extraction of power lines from aerial images
| IEEE GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING LETTERS
| Guangjian Yan, Chaoyang Li, Guoqing Zhou, Wuming Zhang,Xiaowen Li
|
4
| A novel method for extracting green fractional vegetation cover from digital images
| JOURNAL OF VEGETATION SCIENCE
| Yaokai Liu, Xihan Mu, Haoxing Wang and Guangjian Yan
|
5
| Angular effect of MODIS emissivity products and its application to the split-window algorithm
| ISPRS JOURNAL OF PHOTOGRAMMETRY AND REMOTE SENSING
| Huazhong Ren, Guangjian Yan, Ling Chen and Zhaoliang Li
|
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