高分三号山地冰川表面运动提取与分析

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0107

冰川冻土 ›› 2021, Vol. 43 ›› Issue (5): 1594-1605.doi: 10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0107

高分三号山地冰川表面运动提取与分析

张齐民^1,²(),闫世勇^1,²(),吕明阳³,张露³,刘广³

^1.自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室，江苏徐州 221116
^2.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州 221116
^3.中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094

收稿日期:2021-05-23 修回日期:2021-08-11 出版日期:2021-10-31 发布日期:2021-12-09
通讯作者: 闫世勇 E-mail:lwyzzqm@163.com;yanshiyong@cumt.edu.cn
作者简介:张齐民，硕士研究生，主要从事雷达遥感与冰川变化研究. E-mail： lwyzzqm@163.com
基金资助:
国家对地观测科学数据中心开放基金项目(DAOP2020010);中国科学院战略性先导科技专项(XDA19070202);国家自然基金项目(41876226)

Accurate extraction and analysis of mountain glacier surface motion with GF-3 imagery

Qimin ZHANG^1,²(),Shiyong YAN^1,²(),Mingyang LÜ³,Lu ZHANG³,Guang LIU³

^1.Key Laboratory of Land，Environment and Disaster Monitoring，Ministry of Natural Resources，Xuzhou 221116，Jiangsu，China
^2.School of Environment Science and Spatial Informatics，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，Jiangsu，China
^3.Key Laboratory of Digital Earth Science，Aerospace Information Research Institute，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100094，China

Received:2021-05-23 Revised:2021-08-11 Online:2021-10-31 Published:2021-12-09
Contact: Shiyong YAN E-mail:lwyzzqm@163.com;yanshiyong@cumt.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

冰川表面运动提取在冰川动力学与物质平衡变化研究中具有重要意义。针对当前我国自主遥感卫星数据在冰川运动监测应用中存在的不足，选用GF-3卫星FSI模式下获取的2019—2020年间覆盖亚洲高山区典型冰川的SAR数据，借助并行化偏移量跟踪算法获取了研究区冰川表面流速分布。研究结果表明：优化后的偏移量跟踪算法极大地提高了运行效率；全局形变拟合估计、地形偏差校正及滤波降噪后，冰川运动分布形态更加直观，精度可达0.5 m；通过与准同期Landsat-8影像提取的冰川流速对比以及对非冰川区位移残差的统计分析，验证了GF-3影像在监测不同区域冰川流速结果方面的可靠性及适用性；GF-3影像凭借其良好的空间分辨率，在规模较小、运动缓慢的冰川运动提取方面具有显著的优势，能够更好地体现冰川运动细节信息及其差异性。该研究有助于分析气候变化背景下青藏高原地区冰川的运动规律及其时空演变特征。

关键词: 偏移量跟踪算法, 冰川表面流速分布, 亚洲高山区, GF-3, 气候变化

Abstract:

Accurate extraction of glacier movement holds special significance in the analysis of the glacier dynamics and mass balance. There is few research of glacier movement with Chinese high-quality remote sensing images in High Mountain Asia. In this paper， based on the SAR imagery of the High Mountain Asia acquired by GF-3 with FSI imaging modes， the distribution of ice surface motion is obtained with GPU parallel algorithm pixel-tracking algorithm from 2019 to 2020. The results demonstrate that the operating efficiency was greatly improved. The accurate ice motion with an accuracy of 0.5 m was extracted by removing the global deformation， the topographic-related offset and the noise. The glacier flow velocity was assessed by the results of quasi-same period Landsat-8 data and the statistical analysis of the residual movement in the non-glacial region， then the usability and applicability of GF-3 data in monitoring glacier motion was evaluated. Because of the high spatial resolution， GF-3 satellite imagery plays a unique advantage in monitoring the glacier motion on the small-sized and slow-moving glaciers， which could better reflect the detailed information of glacier movement and corresponding variation. Furthermore， the accurate extraction of glacier surface movement in Qinghai-Tibet Plateau region would provide better insight into the spatiotemporal evolution of glaciers and global climate change.

Key words: pixel-tracking algorithm, distribution of ice surface motion, GF-3, High Mountain Asia, climate change

中图分类号:

P512.4

张齐民,闫世勇,吕明阳,张露,刘广. 高分三号山地冰川表面运动提取与分析[J]. 冰川冻土, 2021, 43(5): 1594-1605.

Qimin ZHANG,Shiyong YAN,Mingyang LÜ,Lu ZHANG,Guang LIU. Accurate extraction and analysis of mountain glacier surface motion with GF-3 imagery[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2021, 43(5): 1594-1605.

图/表 11

图1

表1

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表2

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参考文献 42

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冰川信息（RGI编号）	成像时间间隔	时间基线/d	垂直基线/m
南以内里切克冰川（G080211E42128N）	2019-07-01—2020-06-13	348	-207
却哥隆玛冰川（G075218E35874N）	2019-07-27—2020-05-12	290	830
巴尔托洛冰川（G076367E35737N）	2019-07-15—2020-04-01	261	2 642
雅弄冰川（G096685E29331N）	2020-01-31—2020-11-16	290	2 172

冰川区	GPU线程	影像尺寸	模板窗口	搜索窗口	步长	加速比
南以内里切克冰川	64	21 000×11 000	128×128	64×64	5×5	23.7
却哥隆玛冰川	64	19 000×13 000	128×128	96×96	5×5	23.1
巴尔托洛冰川	64	15 000×11 000	96×96	48×48	5×5	22.4
雅弄冰川	64	12 000×10 000	128×128	64×64	5×5	21.6

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