北师大教育部自然科学奖公示材料
一、项目名称
异质地表多尺度遥感信息建模与尺度效应机理
Multi-scale Remote Sensing Information Modeling and Scale Effect Mechanism for Heterogeneous Surface
二、提名单位（提名专家）
北京师范大学
三、项目简介
遥感对地观测技术发展迅速，具备多尺度、主被动的观测能力，在各行业应用中具有不可替代的重要地位，是世界各国竞争的高科技前沿。然而地表结构和光谱特征复杂多变，异质性强，传统均质地表假设下的模型和信息提取方法在遥感像元尺度往往不适用，给遥感信息提取造成了极大的障碍，导致地物信息提取能力长期落后于遥感数据获取能力。对异质地表的多尺度信息提取和尺度效应阐释，是定量遥感的核心科学难题。本项目经过十几年持续研究，在异质地表主被动遥感信息提取、建模和尺度效应机理研究方面取得突破。主要发现点包括：
（1）揭示了点云滤波过程与地物复杂程度无关的本质，首创了基于物理过程模拟的点云滤波新方法（布料模拟滤波——CSF），解决了传统点云滤波方法对插值方法的依赖以及在复杂异质场景适用性差的问题，突破了异质地表准确三维信息提取的瓶颈，实现了超高密度点云滤波的高效、高精度处理，开辟了以物理模拟方式进行点云数据处理的新方向，成为点云滤波处理的经典方法。研究成果集成于国内外著名开源和商业软件，在国内多次大型遥感综合试验中发挥重要作用。
（2）阐明了空间异质性和模型非线性是遥感尺度效应的根源，率先建立了异质地表遥感普适性尺度转换概念模型，完成了现有尺度转换方法在数学形式上的统一，推演了遥感尺度效应及转换的通用解析模型，解决了遥感尺度效应难以量化的核心科学问题，将遥感信息尺度转换模型的适用范围从先验知识充足地区拓展至先验知识缺乏或者不足地区，摆脱了传统尺度转换方法对于先验知识的依赖，引领了遥感尺度效应研究方向，催生了一系列遥感产品真实性检验国家标准，为异质地表遥感产品的真实性检验奠定了坚实基础。
（3）厘清了复杂背景下线性目标的空间结构特性，提出了基于知识的线性目标自动检测方法（AEPL），实现了断续、微弱线性目标的模型重建，成功应用于电力线检测，开辟了航空摄影电力线自动提取新方向；基于色彩空间变换和光谱先验知识，提出了高斯混合模型分解方法，解决了异质性地表植被覆盖度地面测量精度和效率低的问题；发现了公里级像元尺度发射率随观测角度增加而变小的钟形变化规律，建立了全球多地类发射率参数化模型，改进了美国NASA MODIS的地表温度算法。
研究成果具有国际领先水平，所发展方法赢得了国际同行的广泛认可，被誉为经典。引领了异质地表遥感信息提取和尺度效应研究方向，推动了定量遥感科学发展。
四、主要完成人情况（包括：排名、姓名、技术职称、工作单位、完成单位、对本项目重要科学发现的贡献）
姓名
| 排名
| 技术职称
| 工作单位/完成单位
| 对本项目重要科学发现的贡献（自然奖），对本项目技术发明或科技创新的贡献
|
阎广建
| 1
| 教授
| 北京师范大学
| 对《重要科学发现》中所列第（1）、（3）项做出了创造性贡献，是第1、3-5篇代表性论文的作者。具体表现在：提出了基于结构知识的线性目标自动检测方法，解决了复杂地表条件下弱信息提取的科学难题；提出了基于知识的多尺度异质地表遥感信息提取和建模方法。
|
张吴明
| 2
| 教授
| 中山大学/北京师范大学
| 对《重要科学发现》中所列第（1）项科学发现做出了创造性贡献，是第1篇代表性论文的第一作者。具体表现在：揭示了点云滤波过程与地物复杂程度无关的本质，首创了基于物理过程模拟的点云滤波新方法（布料模拟滤波——CSF），开辟了以物理模拟方式进行点云数据处理的新方向。
|
吴骅
| 3
| 研究员
| 中国科学院地理科学与资源研究所
| 对《重要科学发现》中所列第（2）项做出了创造性贡献，是第2篇代表性论文的作者。具体表现在：创新了针对遥感产品的普适性尺度转换概念模型，揭示了不同尺度信息源表达同一客观事物的差异，阐明了空间异质性和反演模型非线性结构对遥感产品尺度效应的影响。
|
穆西晗
| 4
| 副教授
| 北京师范大学
| 对《重要科学发现》中所列第（3）项做出了创造性贡献，是第4 篇代表性论文的通讯作者。具体表现在：提出了基于色彩空间变换的高斯混合模型分解方法，压缩了异质性场景干扰因素。
|
任华忠
| 5
| 研究员
| 北京大学/北京师范大学
| 对《重要科学发现》中所列第（3）项做出了创造性贡献，是第5篇代表性论文的作者。具体表现在：发现了异质地表像元尺度的发射率方向性规律，建立了全球多地类发射率参数化模型，改进了美国NASA MODIS的地表温度算法，实现了像元尺度地表温度角度效应纠正。
|
漆建波
| 6
| 讲师
| 北京林业大学/北京师范大学
| 对《重要科学发现》中所列第（1）项做出了创造性贡献，是第1篇代表性论文的通讯作者。具体表现在：突破了传统点云滤波方法对插值方法的依赖，实现了超高密度点云滤波的高效、高精度处理，成为点云滤波处理的经典方法。
|
刘耀开
| 7
| 助理研究员
| 中国科学院空天信息创新研究院/北京师范大学
| 对《重要科学发现》中所列第（3）项科学发现中的第3项做出了创造性贡献，是第4篇代表性论文的第一作者。具体表现在：开展异质性地表特征分析和大量野外实验观测，实现了基于色彩空间变换的高斯混合模型分解方法。
|
谢东辉
| 8
| 副教授
| 北京师范大学
| 对《重要科学发现》中所列第（1）项科学发现做出了创造性贡献，是第1篇代表性论文的作者。具体表现在：提出激光雷达点云倒置处理新思路，测试和拓展新算法的精度和适用性。
|
李召良
| 9
| 研究员
| 中国科学院地理科学与资源研究所
| 对《重要科学发现》中所列第（2）项科学发现做出了创造性贡献，是第2篇代表性论文的通讯作者。具体表现在：推演了遥感尺度效应及转换的普适解析表达式，构建了尺度不变反演模型，完成了现有尺度转换方法在数学形式上的统一。
|
五、主要完成单位
北京师范大学、中国科学院地理科学与资源研究所
六、代表性论文（专著）目录（包括：论文（专著）名称/刊名/作者）。
序号
| 论文（专著）
名称
| 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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