基于高分辨率遥感影像的土地利用数据库建设

基于高分辨率遥感影像的土地利用数据库建设,第1张

王文卿

(河南省国土资源厅信息中心 郑州 450016)

摘 要:针对目前国家级和省级国土资源管理对现势性土地利用数据的要求,在高分辨率遥感影像处理、基于遥感影像的土地利用信息提取及数据库建设等方面开展有益的尝试,以便为国土资源管理提供快速、准确的土地利用信息,为国土资源的管理提供基础信息服务和辅助决策工具。

关键词:高分辨率遥感影像 土地利用 数据库

0 前 言

我国人多地少,耕地资源稀缺,当前又处于工业化城镇化快速发展时期,耕地保护与建设用地需求的矛盾进一步凸显,充分发挥技术优势、及时掌握现势性土地利用现状,关系到控制布局和调控经济杠杆作用发挥的效率问题。位于我国南北交界的河南省拥有平原、丘陵、山区三种地形,本文利用法国 SPOT 5 卫星影像数据,在河南省开展全省基于遥感影像信息的土地利用数据库试点建设,快速获取国家级、省级国土资源管理所需要的土地利用现状。

1 试点地区及遥感影像数据源基本情况

河南省位于黄河中下游地区,面积 167 万平方千米,其中山地和丘陵共 74 万平方千米,平原和盆地共 93 万平方千米。采用覆盖河南全省范围的分辨率为 25 m 的法国 SPOT 5 数据源,数据获取时间为 2005~2007 年。数据共计 79 景,数据质量良好,基本满足一般条件下影像分类的要求。但由于影像接收时间跨度大,且多集中于春季和秋季,由于河南省季节分明的特点,因此,覆盖全省的影像存在着明显的色彩差异问题。

2 遥感影像数据处理

单景全色与多光谱数据是同步接收到的,其图形的几何相关性较好,影像处理采用先配准融合、后纠正的顺序 , 主要包括影像的配准、融合、正射纠正和镶嵌、裁切等。

21 影像配准

影像配准采用 ERDAS 软件中相对配准的方法,多光谱数据采用 XS2(红)、XS3(绿)、XS1(蓝)波段组合形式,重采样采用双线性内插法,以景为配准单元,以 SPOT 5 全色数据为配准基础,均匀选取配准控制点。对接收侧视角和地势起伏较大的个别区域增加控制点采集密度。

22 影像融合

采用乘积变换融合法和 ANDORRE 融合方法对全色和多谱两种空间分辨率的数据进行合成,融合后影像采用调整直方图、USM 锐化、色彩平衡、色度饱和度调整和反差增强等手段改善影像的视觉效果,使整景影像色彩真实、均匀、清晰,并且强化纹理等专题信息。

23 影像正射校正

影像正射校正采用 ERDAS 软件的 LPS 正射模块,利用 SPOT 5 物理模型,每景采集 25 个像控点均匀分布于整景影像,各相邻景影像重叠区有 2 个以上公共像控点。正射校正以实测像控点和 1∶5 万 DEM 为校正基础 , 以景为单元,对融合后的数据进行正射校正。

24 影像镶嵌

影像镶嵌以工作区为单元,在景与景之间镶嵌线尽量选取线状地物或图斑边界等明显分界处,尽量避开云、雾及其他质量相对较差的区域,使镶嵌后的影像色彩过渡自然,无裂缝、模糊和重影现象。

25 数字正射影像图制作

数字正射影像图(DOM)制作采用 Image Info 工具,按照 1∶1 万标准分幅进行裁切,覆盖完整的县级行政辖区。依据《高分辨率影像数据处理及数据库建设技术要求》,利用 MapGIS 下分幅进行图幅整饰。

3 基于遥感影像的土地利用信息提取

31 河南省土地利用遥感信息分类

结合河南省土地利用特点,本文制定了适用于河南省全省辖区的“基于遥感的土地利用分类”,将土地利用类型分为 3 个一级类,10 个二级类,5 个三级类,分类及相应含义见表 1。

表 1 基于遥感的河南省土地利用遥感信息分类

32 土地利用信息提取

以县级行政辖区为单元,将乡级及以上行政界线套叠在正射影像图上,结合样本影像信息并参考已有的土地利用数据库和土地利用详查资料,采用目视解译方法提取土地利用现状信息,同时建立遥感解译标志。建立遥感影像解译标志有助于缩小不同人员解译的差异,提高解译的准确性。本文采用的 SPOT 5 遥感影像的地面分辨率较高,因此,多数地物比较直观,易于判读。典型地类照片如图 1 所示。

图 1 典型地类照片

本文使用的数据源大部分为春、夏时相,因此,植被一般为绿色;耕地多呈绿色或浅绿色;水域呈深蓝或黑色;居民地多呈较规则的黑灰和灰白相间色;农村居民地则呈规则或不规则的绿和灰白相间色;铁路、公路多呈深灰或浅灰色。

地物的细部色调常呈现出有规律的纹理。塑料地膜育秧、蔬菜大棚、畜禽养殖场多为水平排列的条状纹理,但园地更为规则;林带、园林地的北侧或西侧一般会有阴影,而耕地没有。另外,根据有些地类常出现在特定的位置,可以利用此特征把色调、纹理相近的地类区分开来。如坑塘多出现在农村居民点内部及河流附近,工矿用地大多分布在公路、铁路两侧。

4 基于遥感影像信息土地利用数据库建设

基于遥感影像信息土地利用数据库建设,以县(市、区)为单位,结合河南实际,制定了“高分辨率遥感影像数据处理及数据库建设技术要求”、“省级基于遥感影像 1∶1 万土地利用数据库标准”等。在标准中定义了基于遥感影像的土地分类、文件命名规则、数据分层以及满足建库需要的属性数据结构。数据建库按照要求将矢量数据分别建立县级政区、地类图斑、线状地物、行政界线、地面控制点、地类界线、注记、样本图斑线、不一致图斑线等数据层,并对照标准,逐层输入属性内容,建立分县的基于遥感影像信息的土地利用数据库。

41 多元数据复合

利用已建成的土地利用数据库与正射影像数据叠加,参考数据库地类属性数据,根据遥感数据的光谱和空间特征,通过人机交互方式,采集土地利用现状信息。对于未建成土地利用数据库的区域,对收集到的土地利用现状图扫描、纠正、投影变换后与正射影像套合,辅助提取土地利用现状信息。

42 数据采集

(1)将原土地现状数据库行政界线与 DOM 影像套合,以影像为基准,修正行政界限。

(2)最小上图图斑面积:耕地和农村居民点为 3 mm×3 mm, 其他地类为 3 mm×5 mm。

(3)线状地物:宽度小于 30 m 的铁路、公路、河流等,沿影像轮廓中心线勾绘,大于等于30 m 的按图斑处理,当线状地物宽度变化大于 20%时,分段标记。

(4)河流:河流宽度为常水位线水面宽度 , 以原土地利用数据库数据或正射影像为准。

(5)公路林带:公路两侧宽度大于等于 30 m 的林带,按实际宽度标绘。公路宽度小于 30 m,而单侧林带宽度大于 30 m 的情况,则将公路按线状地物标识、而林带按实际宽度勾绘。

43 数据分层

按照《省级基于遥感影像 1∶1 万土地利用数据库标准》的分层和命名规则将矢量数据分别建立县级政区、地类图斑、线状地物、行政界线、地面控制点、地类界线、注记、样本图斑线、不一致图斑线等数据层。

44 建立数据字典

全国民政部门行政编码标准中省级、省辖市、县级行政区的行政代码长度均为 2 位,乡级及行政村级政区代码均为 3 位。MapGIS 软件中县级行政区、市级行政区合并统称为“县级行政区”。因此,省级行政区代码为 2 位,县级行政代码为 4 位,乡级和村级行政代码为 3 位。

45 建立接合图表

接图表根据大地坐标建立索引,记录了每个图幅的图名、图号、经度、纬度等信息,是标准图幅输出的依据。

46 建立工程

以县级行政辖区为单位,对采编的行政辖区、行政界线、地类图斑、线状地物、地类界线、注记、影像、DEM 等文件进行数据整理入库,建立土地利用信息管理数据库。

5 基于遥感影像信息的土地利用分类面积对比分析

以县为单位将基于影像提取的土地利用分类面积与原土地利用数据库面积进行比较分析,以检验基于影像提取地类信息的准确度。分别抽取东部平原地区 2 个县、丘陵地区 2 个县、山区 2个县为例,以相对误差进行对比分析(表 2)。

计算公式:相对误差 =[(遥感数据库面积-原土地数据库面积)/ 原土地数据库面积]×100%

表 2 分类面积相对误差

由表 2 可见,公路、铁路、建制镇、居民点面积相对较大,但其占整体面积的权重较小(合计小于 16%);其他各二级类面积相对误差都小于 20%,尤其以山区吻合最好(相对误差小于10%),平原次之(相对误差小于 15%),丘陵较差(相对误差小于 20%)。各县(区)辖区面积误差都小于 3%。

6 结 论

(1)高分辨率遥感影像信息不仅可分辨耕地等一级类,分辨部分二级类也基本正确。本次基于遥感土地利用信息提取经外业验证,确定图斑正确率较高,不确定图斑正确率较低,平原较山区提取的准确率高,影像质量较好的信息提取的准确率也较高。地类不同提取的准确率也不同。建设用地在遥感影像上较易判读;耕地、园林地,由于受影像接收时间的影响,季节不同反应波谱也不同,且丘陵地区耕地与荒草地边界区分不明显,正确率较低。

检查结果显示,土地利用数据库中,土地利用遥感分类结果正确率达 97% 以上,尤其是耕地和居民点等地类正确率高,达 99% 以上。

(2)利用高分辨率遥感影像建立国家级、省级管理部门使用的土地利用现状数据库技术可行。在 MapGIS 软件下对利用高分辨率遥感影像信息土地利用数据库工程文件进行检查,检查项目包括:图形与影像套合精度、相邻图幅接边精度、属性数据正确性、各图层要素拓扑和逻辑错误检查等。经检查,数据采集精度误差小于 02 mm,相邻图幅接边误差小于 01 mm, 图形数据、属性结构及内容均符合技术设计和标准要求,数据库运行正常能够输出相关报表。

将基于遥感影像信息土地利用数据库与原详查土地利用数据库抽查对比,二者分类面积相对误差对应率为 80%以上,因此利用遥感影像信息建设土地利用数据库基本可行。

参 考 文 献

国家测绘局2007基础地理信息数字产品 1∶10000、1∶50000 生产技术规程[M]北京:测绘出版社

国土资源部2000TD/T 1010—1999 土地利用动态遥感监测规程[S]北京:地质出版社

国土资源部2008TD/T 1016—2007 土地利用数据库标准[S]北京:中国标准出版社

廖克,城夕芳,吴建生,等2006高分辨率卫星遥感影像在土地利用变化动态监测中的应用[J]测绘科学,(6):11~15

(原载《测绘科学》2009 年第 10 期)

第一,打开高光谱图像,如图1示。

              

                                                            图1

第二,选择Tools菜单下的Pixel Locator,如图2示

                  

                                                            图2

第三,在d出的#1 Pixel Locator中输入目标点所在的行(Line)、列(Sample),比如561行589列,单击Apply按钮即可,如图3示:

                                       

                                                                   图3

第四,选择Tools菜单下的Profile→Z Profile,如图4

                   

                                                                  图4

第五,d出Spectral Profile窗口,里面的光谱曲线就是该点的光谱曲线,如图5示

                     

                                                         图5

第六,Spectral Profile窗口中选择,File→Save Plot as→Spectral Liberary,如图6,d出对话框Output Plots to Spectral Liberary,如图7

                     

                                                               图6

                                         

                                                                 图7

第七,在d出的Output Plots to Spectral Liberary窗体中单击选中X: 589 Y:561 (50 bands),点击OK,如图8示

                                       

                                                                     图8

第九,在d出的对话框中选择文件的保存路径如本例中:C:\Users\wlb\Desktop\1234sli,sli文件名随便命名,本例中使用1234sli即可,如图9示:

                                   

                                                                            图9

第十,点击OK,即可生成您想要的点的Spectral Liberary文件到保存的文件夹。

第十一,选择ENVI软件界面上的Windows菜单下的Start New Plot Window,如图10,打开一个名为ENVI Plot Window的新的绘图窗口,图11。

                       

                                                                    图10

                             

                                                                         图11

第十二,选择File→Input Data→Spectral Libraty,如图12

                            

                                                                        图12

第十三,d出界面Spectral Library Input File,如图13

                    

                                                                            图13

第十四,选择点击Open按钮选择Spectral Library单击,如图14

                          

                                                                      图14

第十五,在d出的Please Select a File对话框中选择第九步中保存的1234sli文件,如图15示

                 

                                                                        图15

第十六步,单击打开按钮,返回Spectral Library Input File界面,选择刚导入的1234sli文件,点击OK按钮,如图16示

              

                                                           图 16

第十七步,d出Input Spectral Library界面,如图17

                                  

                                                              图17

第十八步,选中'Available Spectra'下面的X: 589 Y: 561,单击OK按钮,如图18

                                   

                                                            图 18

这样保存的某个点的Spectral Library波谱库文件1234sli的波谱曲线就顺利的导入到了新建的ENVI Plot Window绘图窗口中,如图19示

                      

                                                                图 19

注:第十步生成的1234sli就是您想要的某个点的波谱库Spectral Library数据。

第十一步到第十九步说明了怎样将生成的1234sli导入到新的绘图窗口中显示。

第二和第三步使用了Pixel Locator来定位某个像元点,您也可以直接根据需要在图1中的#1图像中通过拖动鼠标将红色光标移动到您想要的点的位置,其余步骤(第三到第十步)相同。

1、遥感的概念

所谓遥感,是从远距离感知目标物,也即从远距离探测目标物的物性。

广义遥感,已拓展到对地观测和对地外星体的观测。

狭义遥感是指不与目标物接触,从远处用探测器接收来自目标物的电磁波信息,通过对信息的处理和分析研究,确定目标物的属性及目标物相互间的关系。

2、遥感的分类

1按遥感平台分类

(1)航天遥感 高度大于80km卫星、飞船、火箭、航天飞机

(2)航空遥感 高度小于80km飞机、气球

(3)地面遥感 平台放在地面上的遥感遥感车、船、塔

2按遥感媒介分类

(1)电磁波遥感 以电磁波为信息传播媒介的遥感

(2)声波遥感 以声波为信息传播媒介的遥感

(3)力场遥感 以重力场、磁力场、电力场为媒介的遥感

(4)地震波遥感 以地震波为媒介的遥感

3、遥感分类

按遥感平台分类

(1)航天遥感 高度大于80km卫星、飞船、火箭、航天飞机

(2)航空遥感 高度小于80km飞机、气球

(3)地面遥感 平台放在地面上的遥感遥感车、船、塔

按辐射源分类

(1)被动遥感(无源遥感):探测仪器直接接收记录地物反射来自太阳的电磁波或地物自身发射的电磁波,即电磁波来自天然辐射源——太阳或地球。

(2)主动遥感(有源遥感):传感器本身携带的人工电磁辐射源向地物发射一定能量的电磁波,然后接收从地物反射回来的电磁波。

按成像方式分类

(1)摄影遥感:以光学摄影进行的遥感。

(2)扫描方式遥感:以扫描方式获取图像的遥感。

4、遥感技术的特点

1、空间特性(探测范围大)—— 视野辽阔,具有宏观特性

2、波谱特性(信息丰富)—— 探测波段从可见光向两侧延伸,大大扩展了人体感官的功能

3、时相特性(周期短)—— 高速度,周期性重复成像

4、收集资料方便,不受地形限制

5、经济特性—— 工作效率高,成本低,一次成像,多方受益

6、数字处理特性—— 使其与计算机技术融合在一起,实现了多元信息的复合

5、一个完整的遥感技术系统应包括地物电磁辐射信息的收集、传输、处理、存贮直至分析与解译(应用)。

1、空间信息收集系统:主要完成遥感数据的采集传输工作

① 传感器:是收集、记录地物电磁辐射信息并发送至地面接收站的设备,是遥感工作系统的核心部分。

② 遥感平台:装载传感器的设备,又称为运载工具。

2、地面接收和预处理系统:主要完成遥感数据的接收、处理、存贮、分发和应用开发工作。

① 机载系统—— 一般采用直接回收方式,即信息被记录在胶卷或磁带上,待飞机返回时将得到的信息进行预处理

② 星载系统——地面系统,即卫星地面站地面站接收到的原始信号要经过预处理,制成图像胶片或计算机兼容磁带(CCT),提供给用户。进过预处理后,还要对资料进行存贮,这是为了方便用户查询而建的资料数据库及自动检索系统。

3、信息分析应用系统

是用户为一定目的而应用遥感信息时所采取的各种技术,主要包括遥感信息的选择技术、应用处理技术、专题信息提取技术等等。

第二章 遥感物理基础

1、电磁波谱

将各种电磁波按波长的大小(或频率的高低)依次排列成图表,就称为电磁波谱。按波长从短到长可分为:

2、大气窗口

电磁波在大气中传输过程中损耗较小,透射率很高的波段。

3、地物波谱特征

概念:地物波谱特征是指各种地物各自所具有的电磁波特性(反射、发射、吸收、透射)。

地物反射波谱特性:地物波谱反射率随波长变化而改变的特性。

地物反射特性曲线:将地物的波谱反射率与波长的关系在直角坐标系中描绘出的曲线。

影响地物反射波谱特征的因素:

1、水份 2、矿物成份 3、可溶盐量 4、风化作用 5、表面结构

6、季节、植被覆盖 7 、产状、坡向 8 、其它:如时间、气候条件等

4、几类常见地物反射波谱特性

1.植物:a在可见光的055μm(绿)附近有一个小反射峰,在045μm(蓝)和067μm(红)附近有两个明显的吸收带。b在07~08μm是一个陡坡,反射率急剧增高,在近红外波段08~13μm之间形成一个高的,形成反射峰。c以145μm、195μm和27μm为中心是水的吸收带。

2土壤:没有明显的波峰波谷,土质越细反射率越高,有机质含量越高含水量越高,反射率越低

3 水体:反射主要在蓝绿波段,其它波段吸收都很强,近红外吸收更强。水中含泥沙时,可见光波段反射率会增加,峰值出现在黄红区。水中含叶绿素时,近红外波段明显抬升。

4 岩石:形态各异,没有统一的变化规律。岩石的反射波谱曲线受矿物成分、矿物含量、风化程度、含水状况、颗粒大小、表面光滑程度、色泽等影响

第三章 遥感图像类型及特性

1、中心投影

是设想地物投射出一束投影直线,经过投影中心聚焦至投影面上成像。在航空摄影中,地面景物是投影物,镜头为投影中心,摄影胶片即为投影面。其特点为:

① 点的投影仍为点

② 直线的投影仍是直线,仅当直线的延长线通过投影中心,该直线的像就成 为一个点

③ 面的投影仍为面,只有通过投影中心的平面其像为一直线

2、彩色合成

真彩色合成:图像上显示的色调与地物的真实颜色相同或相近。

假彩色合成:任意三个波段或者经过处理产生的三个分量图像分别用红、绿、蓝显示而合成彩色。

3、彩红外航片

像片上影像的色调与实际地物不一致。它在摄影时加用黄滤光片,滤去蓝光,并使用彩色红外胶片摄影而得。

4、至少五个卫星图像

Landsat陆地卫星(MSS、TM、ETM传感器)。SPOT卫星(HRV传感器)。中巴资源一号卫星CBERS-1(CCD、WFI、IRMSS传感器)。IKONOS卫星。Quickbird数据

5、各波段卫星图像的解译特点

①TM1(045~052μm)属蓝光波段

对水体有较强的穿透力,有利于浅水底部地貌判读;一般地物在此波段的反射率较低,而雪的反射率最大,所以在此波段图像上的雪地与其他地物分界明显,植被最暗,水体次之,新鲜雪最浅。但蓝光波段影像受大气散射影响严重,有时影像会模糊不清。

②MSS4(05~06μm)、TM2(052~06μm)属绿光波段

对水体有一定的透视能力,在清澈的水域,能反映几十米的深度,有利于观察水下地形,这在海岸带调查中作用很大。

植被在此波段的反射率相对出现峰值,图像上易于区分植被的分布范围及生长密度,可用于林业资料分布,草场分布情况的调查。

对水体污染(特别是由污染)情况也有好的反映。

对陆地上颜色较浅的地层岩性和第四系松散沉积物、城市居民区、道路、采石场等均有明显的反映(呈浅色调)。

③MSS5(06~07μm)、TM3(063~069μm)属红光波段

对水体有一定的透视能力,有利于反映水体混浊程度和泥沙流动情况。

各类岩石(沉积岩、岩浆岩、变质岩)在此波段有较大差别,同时该波段图像能较好地反映地貌特征,有利于地质地貌判读。

能区分健康植被和病害植被。在这一波段,健康植被反射率低,呈深色调,病害植被具有较高反射率,呈浅色调。

④MSS6(07~08μm)、MSS7(08~11μm)、TM4(076~09μm)属深红-近红外

这几个波段效应相似,是水的强吸收和植被的强反射阶段

对水和湿地反应灵敏,水陆边界清晰,有利于研究水体分布、岸线轮廓、土壤含水性、浅层地下水等方面的调查。

对平原区与水体有关的地质体有良好反映。如充水断层为黑色、淡黑线段,隐伏隆起与凹陷为浅与深相间组成的环带,此外,对研究平原区的石油构造、第四纪沉积物类型、新老洪积扇的划分等有帮助。

对植被反映敏感,易于圈定植被分布范围,能区分树林、农作物、草地,对植被的病虫害调查较好,健康植被对近红外波段具有较强的反射,为明亮的浅色调,而病害植被为较深色调。

从整体上说,MSS7、TM4的图像清晰、立体感强,能较清楚地显示各种地物细节。

⑤TM5(155~175μm)属近红外波段

主要用于探测地物含水量、土壤湿度(植物含水量)植被长势的调查,及地质调查中的岩石分类(不少岩石的反射高峰值在此波段内)。并能区分雪与云,雪比云深。

⑥TM7(208~235μm)属近红外波段

这是应地质工作者的要求而专门设计的。

主要用于探测岩石类型,对粘土类矿物、碳酸盐类矿物及其岩性的研究有利(暗色调)。有利于区域地质填图、大型蚀变带的研究。

在TM7图像上水体呈黑色,其它物体影像与可见光差不多。

⑦MSS8(104~126μm)、TM6(104~125μm)属热红外波段

此波段记录的是地物自身的热辐射信息。提供热显示的温度场资料。探测与热异常有关的石油天然气、煤、铀、硫化矿床氧化带等矿产,探测地热、森林火灾(3~5μm)等。

6、四个分辨率

空间分辨率:指像素所代表的地面范围的大小,即扫描仪的瞬时视场,或地面物体能分辨的最小单元。

波谱分辨率:传感器能分辨的最小波长间隔。间隔越小,波谱分辨率越高。

辐射分辨率:是指传感器接收波谱信号时,能分辨的最小辐射差。表现为每一个像元的辐射量化级。

时间分辨率:指对同一地点进行遥感采样的时间间隔,即采样的时间频率,也称重访周期。

7、像元

是组成数字化影像的最小单元。在遥感数据采集,如扫描成像时,它是传感器对地面景物进行扫描采样的最小单元。

8、瞬时视场角

从卫星到这最小面积间构成的空间立体角称瞬时视场。卫星的空间分辨率与卫星的高度有关,卫星高度越高,分辨率越低,而且与卫星视角有关,视角越倾斜,观测面积越大,分辨率就差。

9、真实孔径侧视雷达

RAR直接将地物目标的回波信号记录在移动的照像胶卷上。通过增大安装在平台上(飞机)的天线长度和缩短工作波长来改变方位分辩率,缺点是分辩率随距离增大迅速变坏。

10、合成孔径侧视雷达

合成孔径是利用平台的前移把实际的天线看成是天线阵列中的一个独立收发单元,对雷达回波信号进行专门的存贮处理来合成的。SAR可以在远距离获得高分辩率图像,而不用增加天线的长度,但是其设备复杂、造价昂贵,需要很复杂的信号处理技术。

可以参考下(后面还有网址):

现代交换原理Modern Exchange Theory

模拟电子技术基础 Analog Electronics

数电课程设计 Practical Course for Digital Electronics

数字电子技术基础 Digital Electronics

控制系统计算机仿真 Computer Simeulation for Control System

模电课程设计 Practical Course for Analog Electronics

模糊控制技术 Fuzzy Control

信号与系统Signals and Systems

通信电子线路 Electronic Circuit of Communication

通信原理 Principle of Communication

通讯写作专题 Current Issues on Report Writing

计算机网络新技术 Modern Computer Network Technologies

网络信息系统 Network Information System

图像传输与处理 Image Transmission and Processing

图像编码理论 Theory of Image Coding

遥感技术 Remote Sensing Techniques

虚拟仪器系统设计 Design of Virtual Instrument System

生物医学信号处理技术 Signal Processing for Biology and Medicine

光纤光学 Fiber Optics

VLSI的EDA技术 EDA Techniques for VLSI

电子系统的ASIC技术 ASIC Design Technologies

VLSI技术与检测方法 VLSI Techniques & Its Examination

专题阅读或专题研究 The Special Subject Study

信息论 Information Theory

计算机传输技Computer transmission technology

半导体物理学 Semiconductor Physics

通信原理 Principle of Communication

现代数理逻辑 Modern Mathematical Logic

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食品包装原理 Principle of Food Packaging

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天然产物研究与开发 Research and Development of Natural Products

食品工艺学 Food Technology

生物化学 Biochemistry

食品分析 Food Analysis

食品机械与设备 Food Machinery and Equipment

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711 低信噪比处理方法

由于测量仪器的敏感性及测量环境等多种因素的影响,获取的样本波谱曲线中难免会存在噪音,对于一些特定波段,比如水汽吸收带,在野外光谱测量中,则是信噪比大大降低,有时岩石反射的有用光谱信号完全被噪声所掩盖。针对这种情况,在进行岩矿波谱分析之前,首先需要对这些信噪比较低的波段进行去除,以减少波谱分析过程中噪声信号的影响。目前波谱库软件系统提供了用户交互式地去除低信噪比方法,由用户指定信噪比低的波段,系统在后期的处理中自动过滤掉这些低信噪比波段的数据。

712 光谱重采样

对于不同传感器获取的数据,为了进行波谱运算与分析,需要对波谱的波段范围及波长间隔进行统一化处理,这项处理工作由波谱库的波谱重采样模块完成。光谱重采样通过光谱反射率与波长之间的回归与内插实现。

713 光谱平滑滤波

对于光谱数据的噪音,如果不进行剔除 *** 作,可能会造成假特征的出现。因此,在进行波谱特征提取及比对分析之前,需要对波谱数据进行平滑滤波。在本系统中,软件提供了滑动平均与S-G滤波的平滑方法。

遥感图像解译知识库是生态环境因子定量分析和信息自动提取的基础,几乎所有大型的和有影响的遥感综合实验中都有地物波谱的观测项目,人们尝试在遥感像元和地面观测的不同尺度上建立地物波谱测量数据的对应关系。而主流遥感图像处理商业软件都挂接了光谱库,如在PCI软件的高光谱分析模块中提供了基于USGS光谱库发展的高光谱地物库,同时提供用户各种光谱分析能力,自动地物判识能力。ERDAS软件中提供了USGS的500种地物光谱和JPL的160种矿物波谱(04~25μm)。ERMaper中也同样挂接了USGS光谱库。这些光谱库与相应软件模块在遥感应用分析中都发挥了巨大作用。

但由于搭载卫星、飞机的多光谱遥感器和地面观测情况各异,而遥感数据的应用又有不同的地域、不同的需求,目前尚无规范的地物光谱与环境参数配套的数据库应用与服务体系(苏理宏等,2003)。

通过野外实地考察,根据土地利用、植被类型、植被覆盖、土地沙漠化、土壤盐渍化的分类系统要求和不同遥感图像特点即色彩、影纹结构、纹理图案等要素,对调查对象使用GPS进行定位,将地物的时空特征按一定的描述手法记录下来,对比影像图,进一步采集地物的光谱特征,然后输入计算机,在遥感影像判读系统内,建立新的样本信息知识库或是更新、增加已有的信息库。随着知识库知识量的积累,以及样本信息精度的提高,进行遥感影像的监督分类将更加容易、更加迅速、更加准确可靠(陈志伟,2004)。

遥感解译知识库的建设应该综合考虑地物的空间特征、地物的时间特征、地物的光谱特征,综合考虑上述因素针对特定应用目的而建立的知识库在国内为数甚少,并且建设内容大多很简单。在调查了国内建设情况后,调查整理了300多个样方点数据,并对其进行了各种属性的划分,并对浏览和更新知识库的程序模块进行了调整,实现了对知识库各属性项、地物样方、地物光谱、解译标志的浏览(图5-5)。

图5-5 遥感解译知识库浏览界面图

1知识库属性项设置与说明

样方点:按类型统一编号。命名规则:分类名称()+编号(从01开始)。如土地利用中的灌溉水田第一号样方点,命名为“灌溉水田01”。

位置描述:具体描述该样方点所在的位置,如果能具体尽量具体。如某个样方点的地理位置为:某流域某县某某团场附近。

X坐标:野外记录的采集点的精确经度坐标(经纬度坐标系)。

Y坐标:野外记录的采集点的精确纬度坐标(经纬度坐标系)。

高程:样方采集点的高程值。

采集时间:野外样方采集的具体时间。

风向:该样方点常年风向。

降雨量:该样方点多年平均降雨量。

影像类型:解译标志所对应的遥感影像类型。

波段数:该影像数据的波段数。

合成方案:解译标志的波段合成方案。如ETM数据:5,4,3合成。

时相:采用的影像数据的时相(影像数据获取的具体时间)。

影像特征:从色调,纹理,形状,大小,分布规律等角度进行文字描述。要求简洁准确(100字符以内)。

样方特征:从植被的覆盖,类型,生长状况等,以及实际野外该类地物的特征描述。

影像光谱:从影像上提取的某个地类的影像特征光谱。

野外光谱:野外光谱仪测得的光谱值,数据格式为野外光谱仪提供的数据格式。

分类名称:具体采用的分类名称。

分类代码:具体采用的分类代码。

2地物光谱数据

不同的地物类型由于其光谱反射率的强弱差异而在遥感图像上表现出灰度(亮度)值的不同,地物的光谱特征是地物分类的标准和依据。

地物光谱的来源有两个:一是实测各类地物的光谱特性数据;二是采用图像区内已知地物类别的图像光谱数据作为训练区。前者的光谱数据是有限的,且由于卫星成像过程中往往受到大气、辐射等的影响,其光谱值是地表植被、土壤、水分等的综合反映,与实测值有很大差异,因此使用比较困难;后者是从图像上量取的光谱值用于相同的图像进行分类,因而是一种比较实际比较方便的数据来源。

本系统地物光谱库的数据来源主要是从图像内训练区量取,以及少量野外实测光谱数据。

3地物样方数据

地物样方数据主要存储遥感图像上典型地物类型的实地照片和文字说明,与所划分的生态环境因子类型一一对应。地物样方数据采集的内容包括类型、时间、照片、坐标,通过野外调查验证实地采集而获取,遥感数据更新时,地物样方数据亦同时更新。

4解译标志数据

解译标志数据是人工交互解译的基础,尤其是对于用户遥感解译经验较少,往往难以建立遥感图像与地物类型的对应关系。解译标志库的建立,使用户可以参照地物的解译标志,在遥感专题信息自动提取的基础上,进行人工交互解译,补充自动提取精度上的不足。解译标志包括典型地物遥感图像、时相、文字说明等。遥感图像更新后,由于不同时期卫星的大气辐射等有一定的差异,且采集的卫星图像的时相也不尽完全相同,因此典型地物图像也需同时更新。在生态环境监测过程中,由于采用的遥感图像不同,以及相同图像在不同时间成像的条件不同,其知识库中各属性项和解译标志、地物样方数据、地物光谱数据也将不同,因此遥感解译知识库内容将不断补充更新。

唐文周

(航空物探遥感中心,北京 100083)

“八五”期间,航空物探遥感中心(以下简称航遥中心)继续发挥遥感技术优势,承担国家基础地质调查、矿产勘查、环境评价、城乡规划和国土资源调查等领域的任务,紧密跟踪国内外遥感技术发展趋势,开展遥感新技术、新方法研究,完成各种比例尺的航空遥感飞行366万km2,完成勘查项目31项、科研项目22项和市场项目11项,取得了丰硕的成果和显著的技术进步。五年间,中心共获得地矿部科技成果奖和勘查成果奖二等5项;三等6项;四等10项,为提高我国遥感技术的总体水平,为地质工作发展和国民经济建设做出了积极贡献。

一、遥感地质应用的主要成果及技术进步

(一)基础地质调查中遥感应用继续加强

11:5万区域地质调查中的遥感应用试验

在各省、自治区近年应用遥感技术进行1:20万和1:5万区调所取得经验基础上,“八五”期间原地矿部继续在1:5万区调工作中大力推广应用遥感技术。这期间,航遥中心与中国地质大学(北京)共同承担了内蒙古苏尼特左旗8幅1:5万图幅的遥感区调联测试验。由于充分发挥了遥感技术的特点,遥感与常规方法紧密结合,这8幅图实际观察路线总长度仅2000km,比常规方法减少了一半,而且在岩性单元识别、断裂构造解译、侵入体圈定及其单元超单元划分、地质界线追踪、航片连图等方面均更为直观、准确。项目人员仅用3年时间就完成了任务,质量达到优良,明显缩短了填图周期,减轻了劳动强度,节省了投资。工作中,项目人员还对1:5万遥感填图的方法技术作了系统总结,取得了有借鉴和推广意义的好经验。

2重点成矿区带遥感编图

“八五”期间,航遥中心与有关省局配合,承担了华北地台北缘、长江中下游、秦巴和华南四个重点成矿区片的物化遥编图及综合解释工作,采用TM和多源地学数据综合分析方法,对这些地区的区域构造格架等基础地质问题和区域成矿遥感判别模式等找矿问题进行了系统研究,取得了许多新认识,预测了一系列找矿远景区和靶区,为这些地区深化基础地质研究,部署进一步的矿产勘查工作提供了科学依据。

(二)矿产勘查遥感技术应用不断深入

1矿产遥感信息形成机理和成矿模式研究

地质遥感信息形成机理研究是遥感理论研究的新领域,是提高遥感找矿方法科学性、针对性和有效性,促进遥感地质解译向规范化、模式化方向发展的必由之路。“八五”期间,航遥中心在总结以往油气田和金属矿床遥感应用成果基础上,从地物波谱形成的物理基础和成矿机理分析着手,分析了油气田的构造信息(间接标志)和烃类物质微渗漏信息(直接标志),以及以金为主的内生金属矿床的遥感图像特征信息的形成机理。

在矿床勘查中,航遥中心还注意把遥感技术与地质新理论相结合,开展成矿遥感识别模式的研究。例如,在长江中下游、华南和中条山等地区运用遥感综合分析技术、深源岩浆动力学理论和遥感构造模式理论,并引入遥感地质变量统计的找矿预测方法,建立了多种遥感识别模式,对区域地质构造和矿田构造进行再认识,为扩大找矿远景提供了科学依据。应用西天山—西昆仑地区的航天遥感图像以境内外若干已知大型—特大型矿床的遥感影像特征为参照,依据板块构造理论系统对比了该区境内外的成矿地质条件,提出了南费尔干纳—阿特巴希沟岛弧带的东部进入我国境内,西天山地区存在大型金矿成矿地质环境的新认识。这项研究结果为该区今后开展以金、铜为主的矿产勘查工作提供了科学依据。

2遥感方法的综合应用取得明显找矿效果

“八五”期间,航遥中心运用遥感和多源地学数据的综合分析方法取得了可喜的找矿效果。例如,在新疆阿舍勒、阿希地区的遥感地质找矿应用研究中,综合应用航天及航空遥感资料,圈定找矿有利地段9处和金、铜靶区7个,其中,布哈依塔勒德靶区金品位最高达1549g/t;与青海地矿局遥感站合作,在柴达木盆地南北缘区域化探异常评价与金矿靶区遥感预测中取得了大量与金矿有关的近矿遥感信息,筛选出找矿靶区43个,使该区金矿勘查工作有了突破,得到省局的好评。航遥中心较早地提出新疆罗布泊地区的卫片存在钾盐矿床的特征影像,其后的航空伽马能谱调查以及1995年与地科院等单位联合组队,进入罗北凹地所进行的实地考察和浅地表取样工作,证实该区赋存着一个大型钾盐矿床。

(三)环境与灾害调查中遥感应用更加广泛

随着我国经济的高速发展和人口的不断增长,环境问题已成为全社会关注的重要问题之一。“八五”期间,航遥中心配合国家和地方区域性环境整治及重大工程建设,开展了一系列遥感环境评价和地质灾害调查工作。在国家计委下达的新欧亚大陆桥(中国段)沿线遥感综合调查项目中,中心承担了连云港—宝鸡段地质灾害和区域构造稳定性遥感评价工作,全面调查了沿线200km宽条带内的地质灾害类型,并建立了相应的数据库,探讨了区域减灾、防灾体系的建设。在长江上游攀枝花—泸州段沿岸遥感综合调查中,全面分析了金沙江下游地区滑坡、泥石流的分布规律、生成环境和活动方式,查明了植被分布现状,建立了重点城镇及周边地区土地利用分类系统及数据库,提出了防护林体系建设、水力资源梯级开发和小流域治理的措施。

(四)国土资源遥感综合调查又获新成果

为适应地方经济建设和国土规划整治的需要,“八五”期间,航遥中心承担了海南省以及重庆、海口、岳阳、温州、宁波、深圳等大、中城市的遥感综合调查。这些多学科、跨部门的综合调查为当地的资源开发利用、环境整治、城乡规划和工程建设提供了大量现时性好、技术含量高、潜在效益显著的遥感资料。

海洋是人类征服自然、获取资源的重要领域,遥感技术的发展为研究海洋环境,探索海洋资源开辟新的捷径。“八五”后期,航遥中心在我国远离大陆的海洋国土调查中,以TM和典型海区特种航摄资料为数据源,结合应用机载GPS定位数据和雷达测高数据,查明了该海域岛礁的分布现状;改进了传统的遥感水深模型,根据测量数据绘制了各岛礁30m以浅的水深图;编制了全区1:25万遥感影像海图。这些成果在海洋油气资源普查、测绘、科学考察、航运、渔业、军事等方面均有重要参考价值。该项任务的完成为探索遥感在海洋调查中的应用技术积累了新经验,为今后在大陆架和海洋专属经济区调查中开展更加深入的遥感工作打下了基础。

(五)遥感新技术新方法研究取得显著进展

1航空多光谱技术实用化研究

此项研究是原地矿部“八五”科技攻关项目。研究中,对已有多光谱数据做统计处理和综合分析后,提出了航空多光谱数据采集的最佳方法;建立了辐射度归一化和图像校正模型,在国内首次实现了航空多光谱图像的辐射校正、几何校正和多磁带数据镶嵌;建立了以岩矿为主的地物波谱数据库;在对数剩余模型基础上开发了新的视反射率模型;在多光谱数据的地质应用方面采用波谱形态编码方法,成功地提取出了以针铁矿和赤铁矿为主的两种褐铁矿化蚀变类型;系统总结出一套航空多光谱地质应用的工作程序和方法。这些成果为航空多光谱技术,乃至成像光谱技术在地质找矿中的广泛应用准备了技术条件。

2微波遥感技术及应用研究

微波遥感,由于具有全天时、全天候以及对某些地物有一定穿透能力等特点,近年来得以迅速发展。从1991年起,航遥中心参加国家863计划,对雷达图像的地质应用方法进行了研究,在雷达图像空间结构信息增强、图像噪声平滑、雷达图像与TM图像的准确套合和彩色合成、线性构造和隐伏构造信息提取等方面取得了初步进展,为进一步开展微波遥感技术地质应用研究奠定了基础。

3图像处理方法与GIS技术应用研究

“八五”期间,航遥中心在地学勘查图像模式识别和数量分析方面继续进行研究,取得了许多新进展。例如,采用单元控制码压缩和快速寻址技术,实现了遥感、物化探及地质图像不规则单元的自动划分、图像分割和自动提取;提出了多源地学数据综合的相容性分析方法;将分维方法应用于多元统计中,创造性地发展了分维KL变换新方法;在GIS支持下,对地质线性体、环形体及水系进行数量化分析和人工神经网络识别,在微机上实现了利用遥感数据对地学图件属性和点、线的更新。对以上方法开发的微机软件,经过试验区实例验证,结构合理、使用方便、应用效果良好,均有一定的推广价值。

4测绘制图技术研究

随着经济的发展,各部门对利用遥感数据进行测绘制图的需求越来越大。航遥中心在“八五”期间依据摄影测量原理,制订了SPOT影像多级匹配策略,提出影像配准快速算法和相关系数法匹配的自适应窗口技术,建立了简化的最小二乘法匹配模型,实现了从SPOT立体像对自动提取高程信息,建立DEM数字高程模型,并形成了基本达到实用化程度的完整的微机软件系统;利用数字图像处理技术,对航天遥感数据做高精度几何畸变校正和数字镶嵌,形成数字影像原图,并与经过综合取舍原则编制成的地理基础底图准确叠合,制成数字影像地图,几何精度达到一个像元以内。此外,还与比利时欧洲遥感公司合作,对航空图像数字正射影像图制作技术进行了研究,成功制作了1:10000西安市彩红外航空数字正射影像图。

二、遥感地质应用面临新的挑战和机遇

(一)在经济体制改革中遥感地质面临挑战和机遇

“八五”以来,随着我国经济体制改革的逐步深化,原地矿部在加快地质工作发展步伐,攀登地质科技高峰的同时,积极稳妥地推进管理体制和机构改革,进行地勘队伍战略性结构调整,以适应社会主义市场经济发展的需要。在这种变革过程中,航遥中心面临遥感指令性地勘任务相对减少,遥感应用市场竞争日趋激烈,遥感技术队伍需要减员增效等一系列挑战。

然而,广大遥感科技人员在挑战面前始终保持着清醒的头脑和饱满的情绪,一方面意识到只有在改革浪潮中努力转变观念,在市场经济条件下审时度势,面向社会,面向市场,发挥自己的特长和优势,找准自己的生存发展空间;一方面坚信,在这种变革中遥感技术作为现代高新技术将继续得到重视和发展。通过遥感技术队伍的结构调整,一支用地质新理论和高科技武装、有先进装备、能够肩负“九五”和2010年发展规划提出的宏伟任务的精干遥感技术队伍将以崭新面貌出现,为我国地质工作的发展作出更大贡献。因此,经济体制改革本身就是一种发展机遇。

(二)在技术发展中遥感地质面临挑战和机遇

随着国民经济建设对矿产资源需求的日益增长和矿产开发工作的加剧,我国寻找“近、浅、富、易”矿产地的前景已经越来越小,找矿工作开始瞄准国内主要成矿区带内一些成矿环境相对复杂、研究程度相对较低、调查和开发条件相对困难的地区,其中,包含许多边远地区,如西南“三江”、西昆仑、西天山等,因而找矿难度越来越大。国家对遥感地质工作寄予了更高的期望。遥感地质工作不仅需要遥感技术人员能从遥感信息中提取与成矿有关而用常规地质方法难以获取或发现的新信息;更需要从遥感数据所反映的地表、浅地表地质体和自然景观的波谱信息及其空间组合特征中去辨认与之有关的地下深部信息,推测隐伏的各种地质构造、地质体和成矿特征。这无疑是遥感地质在矿产勘查技术领域面临的新挑战。

众所周知,包括遥感技术在内的各种新技术是为满足人们生产、科研活动的需要在实践中不断发展起来的。进入90年代以来,遥感技术,特别是卫星遥感技术迅猛发展,种类繁多的卫星遥感数据源源不断地进入应用市场;数据的空间分辨率、光谱分辨率越来越高,工作谱段范围越来越大。这无疑为遥感地质工作带来了新机遇和更加广阔的应用前景。其中,最有代表性的发展当数成像光谱技术和微波雷达技术。成像光谱技术,由于同时具有反映地物连续波谱特征和成像的两大特点,有明显的高光谱分辨率的优势。显然,它在地质找矿中对识别不同矿物、岩石、矿化蚀变带以及与矿化作用或油气微渗漏有关的环境变异特征,进而推测以至量化矿产的赋存状态是十分有用的。雷达遥感技术具备的特殊的优势,为我国南方多云、多雨、植被覆盖稠密区,北方沙漠干旱区,以及高海拔冰雪覆盖区的地矿工作提供了新的数据源。

与此同时,一系列相关技术,如计算机、GIS、GPS、地球物理、地球化学等技术的高度发展也在一定程度上促进了遥感技术的发展,增强了遥感地质应用的活力,无疑也是一种好机遇。例如,基于计算机技术的GIS技术进入地质工作,可以使遥感地质应用走出以往侧重于波谱信息增强、提取的小圈子,在数据管理、空间特征分析、多时相信息动态对比、多源地学数据拟合等方面启发新思想,获得好效果;GPS和遥感数据的结合应用给区域填图、地质测绘、矿点检查、地质灾害监测中的定位带来了许多方便;遥感、地球物理、地球化学数据的综合应用,互为补充,则有利于全面揭示从地表到地下深部的地貌景观、地质构造和物质分布迁移特征。

三、遥感地质应用的发展方向

(一)遥感地质应用近期发展趋势

遥感技术是一门综合性的高新技术。随着社会需求的增长和相关科学的发展,它始终在迅速发展和完善之中。“九五”和今后10多年里,遥感地质应用的发展趋势将有以下主要特点:

1随着资源卫星日趋多样化、小型化,以及航空遥感资料获取方式向数字化方向发展,数字化地质填图技术将全面替代常规地质填图技术;遥感数据的获取和处理将更加便捷。

2遥感数据的光谱分辨率和空间分辨率继续提高,并能全天时、全天候获取信息,使遥感在矿产勘查和地质灾害监测等方面应用的有效性将显著提高。

3细分光谱信息处理、微波雷达、激光测深等应用技术不断完善和出新,遥感地质应用领域不断拓宽。

4遥感技术与各种地学学科、多种高新技术进一步融合,图像地质解译向自动化、定量化方向发展。

5遥感资料与成果,通过国际信息网络的频繁交流,将有力地推动地质遥感产业化的进程。

(二)航遥中心遥感地质应用的努力方向

为了适应遥感技术的发展趋势,满足我国国民经济高速发展,以及实现原地矿部“九五”期间“3项计划、2项工程”和2010年远景目标的需要,在今后10多年里,应该在总结“九五”以来所取得成绩和经验的基础上,扬长避短,努力做好以下几方面工作,把遥感地质应用和遥感方法研究的总体水平推向新的高度。

1配合原地矿部1:25万第二轮填图计划和1:5万区调,充分发挥遥感数字图像处理、图像制作和地质解译方面的优势,为各省、自治区提供与填图图幅配准的系列遥感影像图件和满足新填图要求的高质量地质解译成果;与有关部门配合,努力发展数字化地质填图技术,建立国家或大区域填图网络系统,逐步替代常规地质填图技术。

2在航空多光谱技术实用化研究基础上,开展成像光谱技术和微波雷达技术的应用研究,使这些新方法及时在矿产勘查、大陆架和海洋专属经济区调查、城市和省区国土资源调查以及环境评价中发挥积极作用,促进社会经济的可持续发展和生态环境的良性循环。

3更深入地开展遥感地质矿产信息形成机理、遥感信息增强—提取以及遥感解译定量化等方法研究,加强遥感与GIS、GPS技术相结合的应用开发;做好遥感新技术攻关、技术储备、技术推广工作和技术队伍建设工作。

4进一步发挥“中心”在国内航空遥感领域的技术优势,重视遥感设备的更新改造和合理配置,注意已有航空图像资料的二次开发,在完成国家地质任务的同时,努力拓宽遥感应用和研究领域,在国土资源调查、生态环境评价等方面占领更多的国内外市场。

THE ACHIEVEMENTS IN REMOTE—SENSING TECHNOLOGY GAINED BY THE AEROGEOPHYSICAL SURVEY AND REMOTE-SENSING CENTER DURING THE 8TH FIVE-YEAR PLAN AND THE PROSPECTS FOR THE NEAR FUTRUE

Tang Wenzhou

(Aerogeophysical Survey and Remote-Sensing Center,Beijing 100083)

Abstract

Based on a review on the major achievements gained by the Aerogeophysical Survey and Remote-Sensing Center during the 8th Five-Year Plan in such applied aspects of re- mote-sensing technology as regional geological mapping,mineral resource exploration,geological hazard monitoring,environmental quality evaluation and territory resource investigation,the present paper analyses the challenge and the opportunity encountered by the remote-sensing geologists in the new situation,predicts the development trend of remote- sensing technology and corresponding working orientation in the coming years,and emphatically points out the increasingly important role that the remote-sensing technology should play in speeding up geological work and promoting the social and economic continued development of China

以上就是关于基于高分辨率遥感影像的土地利用数据库建设全部的内容,包括:基于高分辨率遥感影像的土地利用数据库建设、ENVI怎么提取图像里某一个点的Spectral Library、TM影像、SPOT影像、航空影像的区别等相关内容解答,如果想了解更多相关内容,可以关注我们,你们的支持是我们更新的动力!

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