佳作分享| IEEE GRSM:光学遥感影像地形校正综述

山区占地球总陆地面积的25%，占中国陆地面积比超过60%，在地球系统中具有独特的地位。崎岖地形使光学遥感观测产生畸变，进而影响山区的土地覆盖分类和生物理化参数反演精度。因此，地形校正是山区遥感应用的先决条件。从20世纪80年代开始，国内外学者就开始研究山区遥感辐射订正技术，建立了多种地形校正方法来缓解遥感影像中的地形效应。但目前还没有从文献计量角度对地形校正相关研究进行系统梳理，从而限制了对地形校正研究现状的全面认知。近日，西南交通大学尹高飞教授团队联合国内外多家科研单位的一线学者在IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine期刊(IF:14.6)上发表了题为“Topographic Correction of Optical Remote Sensing Images in Mountainous Areas: A systematic review”的综述论文。该文章系统梳理了地形效应产生的机制，分析总结了常用地形校正方法的优缺点，对地形校正相关文献进行了概述，探讨了地形校正的关键科学问题并展望了地形校正未来主要发展方向。西南交通大学尹高飞教授为通讯作者，陈瑞博士为第一作者。

研究方法

基于Web of Science和Scopus数据库的文献数据，检索了1980年到2022年与光学遥感地形校正相关的文献（426篇）。首先基于VOSviewer对关键词进行共现网络分析，挖掘当前地形校正研究的热点；然后提取每篇文献中地形校正相关评价指标，并借助Meta分析方法对上述指标进行量化分析；最后构建光学遥感地形校正研究的知识图谱，主要就文献的发展历程、时空模式等展开讨论，目的是定量揭示地形校正的研究现状（图1）。

图1 整体研究框架

主要研究结果

1. 时空分布特征分析

地形校正研究整体上呈现逐年增加趋势，这显示出对山地生态系统研究的兴趣日益浓厚和卫星数据可用性的增加（图2）。免费开放的数据政策（Landsat卫星数据于2008年免费开放获取）极大地促进了地形校正的研究。

图2 1980-2022年地形校正发文数量变化及主要卫星传感器的时间轴

不同国家发文量和研究区的空间分布在全球尺度上表现出明显的不平衡，大部分研究集中在亚洲，其次为欧洲（发文量和研究区占比分别为28.9%、19.4%和16.9%）（图3）。从具体的分布来看，研究区主要集中在喜马拉雅山脉、阿尔卑斯山脉和落基山脉；从所处的海拔来看，研究区主要集中在低海拔地区（0-1000 m），其平均海拔（1298 m）略低于全球山区的平均海拔（1467 m）。

图3 地形校正研究不同国家发文量和研究区全球分布

2. 研究热点分析

关键词共现网络分析直观地揭示了遥感观测（红色集群），地形校正方法和数字高程模型（绿色集群），以及地形校正应用（蓝色集群）的相互关系（图4）。关键词的时间趋势也表明未来的地形校正研究更趋向于基于物理的地形校正方法开发和基于google earth engine云平台的时间序列分析等。

图4 地形校正研究关键词共现网络分析

3. 地形校正方法性能Meta分析

文章系统评估了地形校正方法在不同地点、地形和季节中缓解地形效应的综合性能（图5）。R2的范围和均值表示抑制干扰因素（不同照明条件、地形和传感器）的能力，其范围和平均值越小则性能越好。结果表明，经验方法（如SCS+C何SE）、物理方法以及通过简化辐射传输模型发展的PLC方法对照明条件，地形和传感器配置等的敏感性较低。

图5 不同地形校正方法下反射率与当地太阳入射角余弦线性关系的决定系数分布

总结及未来展望

地形校正是开展山区遥感应用的先决条件。考虑到不同地形校正方法的性能和适用性，建议在未来的研究中优先选择对照明条件，地形和传感器配置等的敏感性较低的地形校正方法，并进行多准则评估，以增强其可靠性。文章研究结果定量展示了光学遥感地形校正的发展历程和研究热点，将有助于后续研究更明确地开展研究选题、创新研究方法，并为其他领域开展此类研究提供一定借鉴。

论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10264871

引用格式：R. Chen, G. Yin, W. Zhao, K. Yan, S. Wu, D. Hao, G. Liu. Topographic Correction of Optical Remote Sensing Images in Mountainous Areas: A systematic review. IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine, pp. 2-22, 2023, doi: 10.1109/MGRS.2023.3311100

转自：“科研圈内人”微信公众号

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