在果园种植管理向精准化和数字化发展的趋势下,苹果栽培对果园种植管理支撑技术提出了更高的要求。近些年,遥感技术的空间分辨率和重访频率不断突破,已经成为苹果园精准种植管理的主要支撑技术,然而目前鲜有综述文章进行这方面的现状梳理和展望,因此对这类研究进行总结很有必要。通过分析遥感技术在苹果园精准种植管理中的主要应用情况,将遥感技术的应用领域归纳为果园基础信息调查、果林参数反演和果园种植管理支撑3大类,并综述遥感技术在各领域中的应用方法、效果,探讨应用潜力。最后,总结出当前研究和应用存在机理性研究少且部分应用领域研究不足、多技术集成化程度不高、缺乏大范围的示范应用3类问题,并指出苹果树生长模拟机理模型、一体化苹果种植管理支撑系统、基于卫星数据的单木监测、遥感监测产品多元服务4个研究主题将成为下一步的研究和应用热点。

水下地形测量是测绘科学的重要分支,与人类开展海洋、湖泊等作业密切相关。在探测浅水区水下地形时,传统声学方法面临船体搁浅风险,被动光学方式则存在测量精度低等缺陷。机载激光测深技术的出现为解决浅水水深测量难题提供了新的手段,其在近岸区域应用可填补浅水区水下地形数据空白。文章首先简要介绍了机载激光测深系统的组成和原理; 其次,对激光测深数据的获取做了说明,并重点讨论了机载激光测深数据处理的关键技术,包括波形数据处理、误差修正和点云数据处理等; 最后,总结了机载激光测深存在的技术难点及未来的发展趋势。

露天开采矿区要素遥感提取是矿业活动监测研究中的热门话题,但少有对相关研究的系统梳理和总结。为此,该文首先对露天开采矿区要素进行了界定,按要素种类将要素提取分为单要素提取和多要素提取,并简述了与一般地物提取和土地利用分类的区别; 其次,简要总结了目前相关研究的遥感数据来源与处理平台; 然后,将露天开采矿区要素遥感提取方法分为目视解译方法、基于传统特征的方法和深度学习方法3类,分别总结其研究现状,并分析了各方法的优缺点以及适用情况; 最后,对露天开采矿区要素遥感提取的未来研究方向进行了展望。文章认为有效地利用多源多时相数据、更强特征提取能力网络和复杂场景优化方法,进一步推动矿区要素智能化、精细化和鲁棒性提取是未来发展的趋势。研究结果可为露天开采矿区要素遥感提取的研究与应用提供参考。

近岸海域监测包括自然环境监测和人类活动监测,其监测目标的高精准识别对海洋经济的健康发展、海洋环境的生态保护以及海洋防灾减灾等都有重要的作用。近岸海域监测目标具有多类型、多尺寸和不确定性等特征,现有识别模型在对近岸海域监测目标识别时,存在精度和效率欠佳、小目标漏检现象严重等问题。针对上述问题,利用可学习的图像调整模型(Resizer model)改进YOLOX,提出了面向近岸海域监测目标的识别模型(Re-YOLOX),包括: ①利用Resizer model加强模型训练,提升模型的特征学习能力和表达能力,提高模型的召回率; ②改进YOLOX的特征金字塔融合结构,减少小目标识别的漏检问题。用无人机监测的近岸海域视频数据作数据集,以车辆、船只和堆砌物为监测目标,将提出的Re-YOLOX模型与CenterNet,Faster R-CNN,YOLOv3和YOLOX等模型进行比较。结果表明,Re-YOLOX模型的平均预测精准率mAP可达94.23%,平均召回率mR可达91.99%,平均F1值mF1可达89.67%,均高于对比模型。综上所述,文章提出Re-YOLOX在保证目标识别效率的前提下提高了目标识别的精度,可为近岸海域管理提供技术支撑。

鉴于全球径流数据的可获得性逐年下降,替代水文站点实测河道流量的反演算法正变得越来越重要。当前卫星遥感技术不断发展,估算河道流量的方法亦逐渐丰富,为此,该文对遥感技术反演河道流量的方法进行系统总结,并归纳了与河道流量估算密切相关的水力遥感要素反演方法及其进展情况。首先,梳理基于水文模型和基于经验回归方程2 类算法的方法原理和应用现状; 然后,总结不同方法的适用条件和存在不足; 最后,展望未来通过卫星遥感技术反演世界范围内河道流量的发展趋势: ①积极开发先进卫星遥感数据同化技术; ②集成新的传感器产品; ③优化与创新算法。

持续海岸线动态变化监测对于掌握海岸线变迁规律和演变特征至关重要。长时间序列的海岸线数据集能够在时空维度上详细刻画海岸线的动态变化,进而反映人为活动和自然因素对滨海区域的影响,有利于滨海湿地空间资源的科学管理和可持续发展。该研究基于Google Earth Engine (GEE)平台,利用长时间序列Landsat TM/ETM+/OLI影像,研究了1990—2019年杭州湾海岸线的变化特征; 利用像元级修正归一化水体指数 (modified normalized difference water index,MNDWI)时间序列重构技术方法,结合Otsu算法阈值分割和数字化海岸分析系统,实现长时间序列海岸线信息自动提取和时空变化分析。结果表明,1990—2019年间杭州湾海岸线总长度增加了约20.69 km,陆域面积增加了约764.81 km²,年均增加速率为0.35%,平均终点变化速率和平均线性回归变化速率分别为110.07 m/a和 119.06 m/a。文章通过对30 a间杭州湾海岸线进行时空演变分析,为实现杭州湾海岸线资源的可持续发展和综合管理提供了基础支撑。

针对近海沿岸复杂地理环境中“同谱异物”效应导致传统方法提取水产养殖塘边界模糊、精度较低的问题,提出了基于U²-Net深度学习模型的沿海水产养殖塘遥感信息提取方法。首先,对遥感影像进行预处理,选择合适的波段组合方式以区分养殖塘和其他地物; 其次,通过目视解译进行样本制作; 然后,利用U²-Net深度学习模型训练并提取沿岸养殖塘; 最后,利用局部最佳法确定养殖塘范围。实验结果表明,该方法平均总体精度达到95.50%,平均Kappa系数、召回率和F值分别为0.91,91.45%和91.01%; 在养殖塘个数及面积评价方面,提取出养殖塘区19块,共计9.79 km²,区块数和面积的平均准确度分别为94.06%和93.18%。本研究能够快速、准确地开展海岸带区域养殖塘制图,能够为海洋资源管理和可持续发展提供技术支持。

准确获取土地利用/覆盖(land use/land cover,LULC)信息,对区域空间规划和可持续发展具有重要指导意义。地表形态的复杂性、地物类型的多样性、遥感图像特征的非线性给传统的遥感图像分类方法带来了挑战,且传统方法未充分利用遥感图像所蕴含的丰富信息。文章发展了一种随机森林遥感图像分类方法,融合指数与主成分分量开展LULC信息提取。首先,选择研究区影像进行云量筛选、影像中值合成,得到年际遥感影像; 其次,计算多种指数,提取主成分分量,将其融入到遥感图像波段堆栈中; 然后,构建不同机器学习算法分类器; 最后,基于混淆矩阵,使用总体精度与Kappa系数对分类结果进行评估。在杭州湾区域的实验结果表明, 植被指数、水体指数、建筑物指数与主成分分量的辅助决策能够提高分类的准确性,总体精度和Kappa系数分别为91.42%和0.894 2,高于传统随机森林、分类回归树和支持向量机等方法。融合指数和主成分分量的遥感图像分类方法能够准确地提取遥感图像中的地表覆盖特征,得到高精度的土地利用分类结果,为地表精细分类提供方法支持。

日平均气温作为反映气候特征的重要指标,在城市热岛效应、农业生态环境等众多领域发挥着举足轻重的作用。气象站实测的日平均气温应用在大区域模型时,在空间上缺乏一定的代表性。相比之下,日平均气温遥感反演结果更能够满足大范围监测的需要,但同时也存在着精度和质量上的限制和挑战。首先,总结了几种目前广泛使用的日平均气温遥感估算算法,如多元线性回归方法、机器学习法和基于特征空间外推法; 其次,基于日平均气温遥感估算的原理和过程,系统分析了云、气溶胶等不确定因素的影响,并提出了相应的解决方案; 最后,对日平均气温遥感估算的发展趋势进行了展望,并指出了不同过境时刻影像融合和多源数据融合是提升云干扰下日平均气温遥感估算精度的重要途径。

针对传统的遥感数据处理方法处理数据速度慢、耗时长等缺点,基于GEE云平台和Landsat TM/OLI遥感数据,采用面向对象分类方法提取2000年、2010年和2020年广西山口自然保护区红树林分布信息,结合景观分析方法监测研究区红树林时空变化特征并揭示其驱动因素。结果表明: ①2000—2020年,山口自然保护区红树林面积增加约63 hm²,其中2010—2020年间面积增幅较大,约40 hm²; ②相对于其他土地利用类型,互花米草和滩涂与红树林的面积转化最剧烈,20 a间共有152 hm²互花米草和滩涂转化为红树林,有122 hm²红树林转化为互花米草; ③2000—2020年,研究区红树林景观表现为破碎化程度减小、斑块聚集度增加、景观优势性不断扩大,且红树林质心呈现向陆迁移的趋势; ④在影响保护区红树林面积变化的因素中,入侵植被治理与适度的水产养殖能促进红树林面积增加,而气候变化、外来植被入侵对红树林植物群落生长有消极影响。研究结果可为广西山口红树林湿地保护与管理提供方法借鉴和数据基础。

云检测是光学卫星影像预处理过程的重要组成部分,对于后续应用分析具有重要意义。随着光学卫星遥感影像的不断丰富,如何实现海量多源卫星遥感影像的快速云检测是一项具有挑战性的任务。针对传统云检测方法精度低、通用性差等问题,本研究提出了一种多尺度特征融合神经网络模型,称为多源遥感云检测网络(multi-source remote sensing cloud detection network, MCDNet),MCDNet采用U型架构及轻量化骨干网络设计,解码器部分运用多尺度特征融合及通道注意力机制提升模型性能。模型在上万个全球分布的多源卫星影像上训练而成,其中不仅包括谷歌、Landsat等常用卫星数据,还包括GF-1,GF-2和GF-5等国产卫星数据。实验中引入多个经典语义分割模型作为对比参考,实验结果显示该文提出的方法在云检测方面具有更好的性能,且在所有不同类型卫星数据上均取得90%以上的检测精度。模型对未参与训练的哨兵数据进行测试,依然取得较好的云检测效果,表明模型具有良好的鲁棒性,在作为中高分辨率卫星影像云检测通用模型方面具有一定潜力。

海岸带是世界上容纳人口最多的区域,其生态系统受到人类活动的强烈影响。潮滩、海岸线、养殖水体变化是海岸带生态系统健康监测的重要要素。由于潮汐作用,海陆水边线处于动态变化状态,是应用遥感技术进行潮滩、海岸线检测的主要难点,故通过综合Landsat4/5/7/8和Sentinel-2A/B卫星遥感数据对1989—2021年间中国大陆海岸带潮滩、海岸线、养殖水体进行了7期监测,发挥了多源卫星观测频次高的优势,通过检测不同潮位的水边线实现潮滩、海岸线、养殖水体的识别。结果表明: 针对不同水色的海水应选用不同的水体指数组合,对于清澈或低浑浊度的海水,应分别采用修正的水体指数(modified normalized difference water index,mNDWI)与归一化差值水体指数(normalized difference water index,NDWI)检测高潮位、低潮位水边线,有效提高潮滩检测的可靠性,检测的潮滩面积比通常仅用mNDWI指数检测的潮滩面积大122%; 对于高浑浊度海水(浙江省、江苏省和上海市),应采用mNDWI进行高潮位、低潮位水边线的检测,以避免NDWI将高浑浊度海水误识别为潮滩,对养殖水体应采用NDWI检测。1989—2021年,中国大陆海岸带发生了巨大变化,潮滩快速消失,养殖水体面积和海岸线长度增加,整个中国大陆海岸带的潮滩减少率、海岸线长度和养殖水体增加率平均分别为46.2%,34.4%和149.3%,潮滩面积减少了7 173.2 km²,海岸线长度增加5 320.5 km,养殖水体面积增加了9 046.5 km²。北方省份或城市遭受的潮滩损失比南方省份或城市更严重。以1989—2021年潮滩平均减少率计算,辽宁省、河北省和天津市、山东省的潮滩将分别在27 a,10 a和22 a内完全消失。潮滩和养殖水体的面积变化高度负相关,表明养殖水体的扩展是潮滩减少的重要驱动因素。

大型海藻养殖的时空动态变化监测对其环境管理至关重要,目前关于不同品种的大型海藻养殖的对比监测鲜有研究报道。文章基于Sentinel-2卫星影像,利用归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)与支持向量机(support vector machine,SVM),对山东省威海市文登区南部海域紫菜养殖区与荣成市南部海域海带养殖区的动态特征进行了监测。研究结果表明: ①威海市文登区的紫菜养殖在2016年遥感影像上首次出现,与该市历史上首次出现紫菜养殖的年份相符; 基于文章方法提取的紫菜养殖区与海带养殖区的整体提取效果较好,总体精度可达84%以上; ②2017—2021年度紫菜养殖区的遥感监测面积整体呈逐年增加趋势,空间上养殖区呈现远离岸边的分布趋势; ③紫菜与海带养殖区监测面积总体呈冬高、夏低的冷水型藻类养殖季节变化特征,但紫菜养殖区监测面积最小值与最大值出现时间较海带养殖区早1~2个月。卫星遥感较统计年鉴能提供更精确的时间与空间信息,研究可为中国北方海岸带大型海藻养殖管理提供监测技术与数据上的参考与借鉴。

随着湛江市城镇化的发展,湛江市生态用地面积减少,生态环境恶化。因此,快速、全面及准确地定量监测湛江市生态环境质量变化具有重要意义。选用2000年、2005年、2009年、2015年、2020年Landsat系列卫星影像,选取绿度、湿度、干度、热度、土地利用与人口分布6项指标,构建改进遥感生态指数(improved remote sensing ecological index,IRSEI),定量分析湛江市2000—2020年间生态环境质量变化。研究结果表明: 2000年、2005年、2009年、2015年与2020年IRSEI指数均值分别为0.18,0.18,0.35,0.42和0.38,呈先升后降的变化趋势; 对2000—2020年间IRSEI进行差值处理,研究区生态环境变化“明显变好”、“轻度变好”、“基本不变”、“轻度变差”、“明显变差”的面积占比分别为78.95%,8.70%,8.01%,1.35%和2.99%,以“明显变好”为主; IRSEI指数可以较好地反映出2000—2020年间海岸带城区环境较差的现象,具体表现为海岸带区域的建筑用地IRSEI指数较低,研究结果将为湛江市生态环境保护提供理论基础和科学依据。

随着我国社会经济的快速发展和对自然资源需求的日益增加,自然保护区面临的压力越来越重。在对于红树林扰动和恢复的监测当中,应用时间序列分析法对其进行遥感研究还处于起步阶段,并且时间序列算法本身都十分复杂。文章基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine, GEE)云平台的LandTrendr时间分割算法和Landsat影像时序数据,研究了东寨港红树林自然保护区1990—2020年期间红树林的扰动情况。研究结果表明: 1990—2020年间,共有42.39 hm²的红树林发生了扰动,其中2014年保护区内红树林扰动面积最大,为12.78 hm²; 1990—2020年间,轻微扰动和中度扰动所占比例较大,分别为65.39%和30.78%,严重扰动所占比例最少,只有3.83%; 红树林变化像元的总体识别精度为89.50%,对扰动年份检测的总体精度为88%,Kappa系数为0.79。本研究基于LandTrendr算法解析了30 a间东寨港保护区内红树林发生扰动的年份和面积,结合实际情况分析了导致扰动的因素,认为人类活动是红树林扰动的主要原因,自然因素(如病虫害和极端天气等)是导致扰动的次要原因。研究结果能够为红树林保护区的管理提供科学依据和决策参考。

石漠化是我国西南岩溶山区的首要生态环境问题,必须制定科学的石漠化防治措施,全面推进石漠化防治进程。遥感技术快速定位、覆盖区域广以及经济高效的特点使其成为调查区域石漠化空间分布情况的重要技术方法。为此,采用基于高分五号(GF-5)高光谱数据的混合像元分解法和基于Landsat8多光谱数据的光谱指数法,分别对研究区植被覆盖率、基岩裸露率和土被覆盖率3个表征石漠化信息的关键指标进行提取。结果表明,2种卫星遥感数据对于植被覆盖信息都能进行准确提取; 但是Landsat8的波段设置和光谱分辨率很难区分裸露基岩和裸露土壤; 而GF-5高光谱数据不仅能直接有效提取基岩裸露率和土被覆盖率,并能精确识别裸露基岩中方解石和白云石等矿物成分。研究结果可为石漠化的评价和分级以及综合治理提供更科学有效的技术基础和理论依据。

影像解译中对土地利用单分类的关注成为遥感研究的热点问题。最大熵模型(MaxEnt)被评价为最有潜力的单分类算法,被广泛应用于土地利用的单分类研究。然而,单分类算法(包括MaxEnt)是否能够进行土地利用多分类尚不明晰。为了解决该问题,文章建立了利用MaxEnt进行遥感土地利用多分类的技术流程,并将该流程应用在云岩河流域的土地利用多分类研究中。使用总体分类精度、Kappa系数、灵敏度以及特异度评估MaxEnt的总体分类效果以及在各个地类上的预测表现; 同时使用Kappa值评估MaxEnt与随机森林(randem forest,RF)、最大似然法(maximum likelihood classification,MLC)、支持向量机(support vector machine,SVM)在土地利用预测上的一致性表现。结果表明: ①MaxEnt的分类表现最好,总体分类精度为84%,Kappa系数为0.8; ②MaxEnt在各个地类上没有最差的表现,甚至在某些地类上达到了最优的表现; ③MaxEnt与RF和SVM的分类一致性较高,这3种算法预测的土地利用之间一致性评估Kappa值均超过了0.6; ④MLC与其他3种分类算法预测土地利用的差异较大,Kappa值小于0.4,说明MLC不适合该地区的土地利用解译。文章建立的技术流程仅仅依赖于土地利用发生概率,而不依赖于阈值选择,从而使得以MaxEnt为代表的单分类算法在遥感土地多分类应用中能够发挥巨大潜力。对于大范围的土地利用解译,加入并行计算将有利于提高利用MaxEnt解决多分类问题的时间效率。

景观指数是用以反映景观生态结构的组成和空间配置特征的定量指标。当前的景观指数体系普遍建立在对二维空间特性的表征上,评价结果难以准确反映真实三维景观系统的格局与构成,亟需一套描述海岛三维景观特征的指标体系及全过程评价方法。以山东省田横岛为例,基于无人机倾斜摄影测量点云,采用深度学习方法进行点云分类处理,构建了一套涵盖类型及景观尺度的6个三维景观基础指标用以定量化描述海岛三维景观特征,并建立了评价人类建设活动对海岛生态系统影响程度的建筑物景观指数。结果表明: 基于三维景观基础指标分析,田横岛建筑物三维体量较低且空间分布较为密集,高大植被类型具有较高的隔离度、规律性和空间聚集性,低矮的植被类型则多样性、紧凑性和连通性更大; 由于存在维度差异,三维景观指数比二维景观指数包含了更多的空间信息且受地面起伏影响程度较大; 同一景观类型下,形状指数TLSI对于高度变化更为灵敏(灵敏度指数为7.480); 同一景观指数下,建筑物类型较空间特征不规律的植被变化更大(灵敏度指数为5.861),且受建筑物设计特征的影响; 田横岛三维建筑物指数TBI为0.523,其大小随着建筑物的愈加密集、复杂而增加,较建筑物密度指数和空间拥堵指数可更好表达人工构筑物对海岛三维景观格局特征的影响程度。研究旨在为基于现代测绘技术支持下的三维景观指数构建、发展三维空间景观规划与管理评价体系提供方法学支撑和案例研究。

在海-气环境变化剧烈的今日,准确高效地实现珊瑚礁底质信息识别是进行珊瑚礁动态监测研究的基础。文章获取了2013—2021年4个时期西沙群岛永乐环礁的Landsat8卫星数据,结合不同底质的光谱和纹理差异,提出了一种基于光谱纹理指数的决策树分类模型,采用面向对象和基于像元的分类方法进行珊瑚信息提取,并定量统计了永乐环礁底质变化情况。结果表明: 面向对象的分类结果整体上优于基于像素的分类结果,且决策树分类结果的Kappa系数在0.631~0.681范围,分类精度高于传统监督分类精度约7~10个百分点; 珊瑚丛生带大多分布在岛礁的中部水动力较弱区域,除银屿和金银岛上的珊瑚呈面状分布外,其他岛礁上的珊瑚多呈带状分布; 总体时段内永乐环礁的珊瑚丛生带和沙洲面积变化显著,虽然珊瑚丛生带的总面积增加了1.689 km²,但石屿、晋卿岛、全富岛、珊瑚岛和羚羊礁的珊瑚丛生带退化情况严重,其面积减少了0.107~0.892 km²不等。该文证明了利用中等空间分辨率影像建立的底质指数是可靠的,可应用于珊瑚遥感信息提取,能够为珊瑚礁资源调查及科学管理提供技术支持。

浙江省是“两山”理论的发源地,同时也是我国第一个生态省,研究该区域植被生态质量状况对生态文明建设具有重要的参考价值。该文结合多源遥感数据与气象观测资料,探究了浙江省2000—2020年植被生态质量的时空变化及其对气候因子与人类活动的响应。结果表明: ①2000—2020年,浙江省净初级生产力(net primary productivity,NPP)和植被覆盖度(fractional vegetation cover,FVC)呈上升趋势,植被“绿度”显著提升; ②2000—2020年,浙江省植被生态环境质量呈波动上升趋势,且山地区域的植被生态质量指数(vegetation ecological quality index,VEQI)明显高于盆地和平原地区; ③浙江省2000—2020年间VEQI变化的主导驱动因素是人类活动,仅在浙江省西南小部分区域气候因子占据主导因素。研究结果加深了对浙江省植被生态质量时空变化及其驱动因素的认识,对浙江省甚至全国其他地区的生态文明建设具有重要意义。

杨梅是浙江省的特色作物之一,栽培面积居全国之首。为了对浙江省杨梅的种植适宜性进行全面研究分析,科学利用现代化气象观测数据,更好地为杨梅种植服务,基于气候因子分布式模拟,引入土壤、地形影响因子,利用层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)确定各因子权重,结合各影响因子适宜性等级指标,将浙江省分为适宜、较适宜和不适宜3个种植区。结果表明: 浙江省气候适宜性区域占绝大部分面积,气候资源优越; 土壤条件较为优异,基本处于杨梅种植较适宜和适宜区间; 地形差异较大,地形是精细化杨梅种植适宜性的关键因子,地形适宜区海拔在250~450 m,坡度在5°~25°之间; 除浙江省北部地区和绍兴市、宁波市交界处外,其他地区均适宜或较适宜杨梅种植。研究结果实现了对气象因子的空间模拟,可为浙江省的杨梅种植布局发展和改进提供数据支撑,对提高杨梅产量和品质具有重要的现实意义。

合理快速评价矿山重金属污染修复的效果对于矿山生态恢复与重建治理工作具有重要意义。以德兴铜矿为例,根据野外实测植被光谱,分析矿区内主要植被的典型光谱特征; 根据实验室化验的植被叶片内重金属含量,分析其重金属含量与光谱特征参数红边位置的关系; 利用 2003年和2009年2景Hyperion高光谱卫星数据计算矿区植被的红边位置,推断矿区植被富集重金属的情况,进而评价矿山重金属污染修复的效果。研究结果表明,在典型复垦区1号、2号尾矿库四周重金属污染修复取得了较好的效果; 与2003年相比,2009年重金属污染修复整体上取得了一定的成效,大部分区域被修复,但仍有部分新增污染区,需采取修复措施。该方法可快速、合理、大范围地评价矿区重金属污染修复的效果。

500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST) ——“中国天眼”举世瞩目,是世界上最大的单口径射电望远镜。如果再建造几个 FAST 型大射电望远镜,开展联合观测,那么不仅可以进一步提高探测的灵敏度,也可以提高分辨率,从而拓展射电天文研究领域,这正是当前中国射电天文科学家的期盼,FAST型大射电望远镜选址洼地地形搜寻就是为实现这一期盼而开展的前期研究。当前,可以共享的地形数据数字高程模型(digital elevation model,DEM)资源已经实现洲际覆盖,且有不同的地面分辨率供选择; 计算机技术发展带来了地形数据 DEM 处理分析能力大大增强,处理技术不断创新,分析表达实现了可仿真。为此,通过比较分析阿雷西博射电望远镜(Arecibo radio telescope,Arecibo)和FAST 望远镜工程结构尺度、台址岩溶洼地地形的形态特点,提出 500 m口径望远镜的理想洼地地形条件; 在评价分析网络共享 DEM 地形数据的分辨率和数据质量的基础上,总结认为省级区域大射电望远镜选址以 30 m分辨率的 ASTER_GDEMV3 数据为宜; 在贵州全省大型洼地地形搜寻研究中,开发了基于 ArcGIS 平台提取洼地地形特征参数和拟合填挖方、叠合剖面等定量分析专题模块,归纳了应用 ArcGIS 主要工具搭建专题模块的关键步骤。研究结果解决了省级区域大型岩溶洼地地形搜寻中的关键技术,并提出了在实际工作中需要注意的几个问题。

针对遥感影像疏林地提取方法少且精度不高,缺乏智能识别的数据集情况,提出了一套遥感影像疏林地智能识别方法。分别使用QGIS插件和Python语言对该方法进行实现,完成了数据集制作的环节,为模型训练提供了数据支撑; 通过特征提取生成特征图,在特征图中提取感兴趣区域(region of interest,ROI),通过池化操作(ROI align)对这些感兴趣区域进行过滤操作,减少因疏林地图像感兴趣区域过多而造成的内存消耗。实验表明,该方法可快速进行数据集制作,有效辅助遥感影像中疏林地的识别,使用基于Mask R-CNN的遥感影像疏林地智能识别方法对疏林地目标检测的均值平均准确率可以达到0.92。

黄河流域内蒙古段目前的生态屏障功能出现严重的退化现象,诊断其景观格局及生态风险对促进内蒙古黄河流域高质量发展具有重要意义。该研究采用内蒙古黄河流域1980年、2000年和2020年的土地利用数据,计算区域景观格局指数和生态风险指数,分析其生态风险空间分布特征和时空演化规律。结果表明: 1980—2020年草地为主要用地类型,面积占50%以上,耕地、草地、水域和未利用地面积分别减少578 km²,1 911 km²,383 km²和255 km²,林地和建设用地面积增加了1 055 km²和2 072 km²,土地转移的主要方向为草地、耕地和水域转变为建设用地和林地; 2000—2020年综合土地利用动态度1980—2000年上升了0.85百分点; 1980—2020年,斑块数量除水域和未利用地减少外其余用地均增加,景观破碎化程度除建设用地外其余用地均增加,景观干扰度除林地上升外其余用地均减少,景观损失度除建设用地有明显下降外其余用地无明显变化; 黄河流域的生态风险值呈下降趋势,较低风险区和低风险区的面积增加9 000 km²,主要集中在北部和中部地区,高风险区和较高风险区的面积减少1 350 km²,分散布局在东部和北部边缘。

川西高原是青藏高原与四川盆地间重要的生态屏障,生态坏境脆弱敏感,研究其植被归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)动态变化及其驱动因子,对监测生态环境质量具有重要现实意义。以2001—2021年MODIS NDVI 数据为基础,结合气象数据、地表因子数据以及人类活动数据,利用趋势分析、Hurst指数以及地理探测器分析时空尺度下川西高原植被NDVI的分布特征,探索影响NDVI变化的主要驱动因子。结果表明,2001—2021年川西高原67.19%的区域植被NDVI表现为波动上升趋势; 高程是影响植被NDVI的最主要因子,其解释力为0.529,其次为≥0 ℃积温与气温; 影响因子间交互作用为非线性增强与双因子增强,其中相对湿度∩高程的q值最高,为0.623; 84%的因子组合对川西高原植被 NDVI 空间分布的影响存在显著差异。研究结果有助于研究植被生长的驱动机制,可为川西高原植被保护提供参考。

我国西南地区是地质灾害高发区,在矿产资源开发过程中极易引发地质灾害和相关次生灾害。为研究采煤塌陷区遥感动态监测技术,以贵州省六盘水市煤矿开采集中区为研究区,利用高空间分辨率遥感影像,通过建立黔西南山原地区采煤塌陷遥感地质解译标志,对六盘水地区2009—2018年地质灾害情况进行了动态监测,并分析了研究区的地质灾害现状。根据遥感解译成果,发现该地区地质灾害情况多年来明显加剧,相较于2009年,2018年地质灾害面积扩大167%,且新增地质灾害区域面积占40%、变差区域面积增加34%。根据研究区地质灾害程度划分出4个地质灾害集中区,发现地质灾害集中区和该地区采矿密集区域高度重合。根据遥感数据剖析了矿山地质灾害损毁地类类型,判断研究区矿山地质灾害可能对广大人民和生态环境产生的危害情况,其中对土地严重损毁的灾害类型中,毁损面积最大的为林地和耕地(共193处),面积总计约为333.55 hm²。研究区内共有潜在隐患威胁区域360处,面积为506.36 hm²,其中对道路威胁数量最多(共有126处),面积为110.04 hm²。研究结果可为当地生态环境修复和矿山地质灾害治理提供可靠参考数据和重要研究思路,并针对研究区的特点,深入分析该地区矿山地质灾害成因,探讨治理方案,提出对策建议。

高光谱图像具有数据量大、波段多和波段间相关性强等特性,传统高光谱分类方法通常单独考虑光谱和空间信息,特征提取不充分,忽略了图像纹理构造和重要光谱信息。针对这些问题,提出一种基于卷积神经网络(convolution neural network,CNN)的高光谱分类方法。该方法基于三维CNN(3D CNN),处理多尺度空谱数据,并对双重注意力机制进行改进,提出光谱注意力机制; 其次,采取跨层特征融合和多通道特征提取策略,进一步提高地物分类精度。选取“高分五号”卫星拍摄的2景影像共6 043个样本作为实验数据,并将提出的方法与支持向量机(support vector machine,SVM),一维CNN(1D CNN),二维CNN(2D CNN),3D CNN和残差网络(residual network,ResNet)进行比较分析。结果表明,所提方法的总体精度(overall accuracy,OA)和Kappa系数均有显著提高,OA值均达到95%以上。其中,OA在江苏南通地区数据集上达到了95.84%,较SVM,1D CNN,2D CNN,3D CNN和ResNet方法分别提高了21.54,21.71,7.28,3.94,2.56百分点。

时空融合能够生成具有足够时间和空间分辨率的图像序列。然而,当前的研究趋向于使用尽可能多的时相数据、复杂的非线性模型来提高预测的准确性,极少的研究将重点放在图像本身的分析,即充分利用影像包含的如趋势和纹理等内在特征。为此,文章基于二维奇异谱分析(2D singular spectrum analysis,2DSSA)技术,提出了一种2DSSA时空融合模型(2DSSA spatial-temporal fusion model,2DSSA-STFM),通过将已有影像分解为趋势分量和细节分量,分别对目标时刻影像的主要空间趋势和空间细节进行预测。首先,建立高空间分辨率数据趋势项与低空间分辨率数据的线性关系,计算得到目标时刻影像的趋势成分; 然后,建立2个时相下低分辨率细节分量和高分辨率细节分量的线性关系,得到目标时刻影像的细节成分; 最后,将计算得到的趋势和细节成分进行合成,即为目标预测影像。在2组中分辨率Landsat7 ETM+和MODIS影像上对提出的2DSSA-STFM进行了实验,结果表明,提出的模型在实验误差方面要优于传统的时空融合模型。

土壤水分与全球气候变化、碳循环、水循环等过程,以及农业生产、生态保护修复等环节密切相关。土壤水分的探测经历了从地面测量到遥感探测的发展过程,实现了全球及区域尺度的调查监测。由于数据谱段不一、辐射传输机制不同、反演算法多样,需从算法机理、优势、局限等角度进行全面分析,为精度提升、算法改进提供基础。为此,该文从光学遥感、微波遥感、光学微波协同3个方面,系统梳理了光学遥感温度-植被指数空间特征、温度-地表短波净辐射时间特征反演土壤水分,被动、主动微波反演和主、被动微波遥感联合反演,以及基于精度改善和时空尺度转化的光学微波协同反演等技术方法的特点、存在的问题。目前,多源遥感数据联合反演土壤水分主要存在如下问题: ①数据存在缺失及时空尺度不匹配问题; ②不同数据源对地表穿透性不一致; ③联合反演模型依赖于经验参数和大量辅助参数。随着卫星监测网络的完善、数据源对地表探测深度研究的深入,以及联合反演物理机理的明确、辅助参数时空连续数据集的建立,上述问题会得到有效解决。

地理大数据的出现为城市空间结构研究提供了新的数据源,如何利用地理大数据识别城市多中心空间结构是目前学术界研究热点。文章提出了一种基于多源地理大数据的城市多中心识别方法,使用基于分水岭的区域分割算法获取研究区内部空间单元,使用两阶段城市中心识别算法识别了城市的主中心与次中心,并对所提方法的识别结果进行了对比验证,研究结果表明: ①基于分水岭的区域分割算法可以有效地挖掘夜间灯光数据的空间特征,获取的基础空间单元可适用于识别城市空间结构; ②微博签到数据可以较好地反映城市人类活动,基于微博签到数据与两阶段城市中心识别方法获取的城市中心与城市规划设定的城市中心基本吻合。文章提出的应用地理大数据识别城市多中心的方法,对拓展地理大数据的应用领域、丰富现有城市空间结构研究的方法具有重要意义。

地面沉降是京津冀地区常见的地质灾害之一,地面不均匀沉降对于明长城的保护存在着潜在威胁,从而造成不可逆转的损失。文章采用2016—2018年的53景Sentinel-1数据,基于永久散射体合成孔径雷达干涉测量(persistent scatterer interferometric synthetic aperture Radar,PS-InSAR)和小基线集(small baseline subsets,SBAS)技术获取秦皇岛段明长城地表形变信息。将合成孔径雷达(synthetic aperture Radar,SAR)数据基于不同的处理方法获取的形变结果进行交叉验证检验监测结果的精度,得到两者数据线性相关性R²达到0.81。结合地下水水位变化、地质构造、地层岩性数据、土地利用数据及高速公路铁路分布等辅助数据,对明长城沿线沉降进行成因分析。最后基于广义回归神经网络(generalized regression neural network,GRNN)对明长城沉降进行预测。结果表明: 秦皇岛段明长城沿线表现出不同程度的形变,形变严重的区域主要集中在东部及东北部区域,最大沉降速率超过-12 mm/a; 地面沉降与地下水开采关联不大; 明长城在与断裂带相遇前后沉降速率表现出微小差异; 沉降严重区主要发生在第四系全新统黏土层; 交通道路运营暂时未对明长城沿线沉降造成较大影响。GRNN预测结果表明未来明长城沿线沉降有逐渐增大的趋势,部分区域需要重点关注。研究对位于山地地貌明长城进行系统的监测和整体保护提供技术支持。

资源是人类社会存在和发展的物质保障,然而作为资源发现的基础,地质勘查工作往往造成生态环境的破坏,2021年6月随着《绿色地质勘查工作规范(DZ/T 0374—2021)》的正式发布,我国绿色勘查正式上升到国家层面,并在全国全面开展,然而与之相对应的绿色勘查监管却在实际工作中面临诸多困难与挑战。该文以满足勘查责任主体对绿色勘查项目的监督检查及管理需求为目标,开展了基于遥感的绿色勘查高效监管方法体系研究和探讨,并结合青海省某多金属普查项目的应用工作,梳理和阐明了该方法的具体实现过程以及地勘项目监管服务的有效性。结果表明: 基于遥感的绿色勘查监管方法应用不仅能够查明项目区外部环境基本情况,而且能够掌握项目工程实施布设及实施进展情况,检验与项目工作方案的一致性,并能通过信息定量化调查工作充分掌握项目工作实施过程中对生态环境的扰动、破坏情况以及恢复治理情况,为绿色勘查实施成效评估工作提供有效的技术支撑与基础数据。

本研究以滁州市全椒县为研究区,借助GEE平台,基于Sentinel-2卫星数据构建光谱特征、传统植被指数特征、红边植被指数特征、纹理特征等90个特征,选用基于随机森林的递归特征消除算法(random forest-recursive feature elimination,RF_RFE)、基于Relief拓展的Relief F算法、基于相似性的特征优选算法(correlation-based feature selection,CFS)结合随机森林分类器对农作物种植类型进行识别,探究不同的特征优选算法在农作物遥感识别中的效果优劣。在此基础上,进一步分析最佳特征优选算法在不同机器学习分类方法中的分类效果。研究表明: ①光谱特征在农作物识别中最为重要,其次是红边指数特征,纹理特征影响较小; ②基于RF_RFE特征优选方法的遥感识别结果精度最好,总体精度为92%,Kappa系数为0.89; ③在RF_RFE特征优选方法下,随机森林(random forest,RF)的Kappa系数比支持向量机分类(support vector machine,SVM)和最小距离分类(minimum distance classification,MDC)分别高0.01和0.41,说明基于多特征的RF_RFE特征优选方法结合RF算法可以有效提高农作物遥感识别精度和效率。

蒙古高原广袤的干旱半干旱地区存在大量未经规划的自然道路,也称临时道路或越野公路。此类道路由车辆任意行驶碾压导致,会对地表生态及其稳定性造成影响,加剧干旱半干旱地区土地退化。由于自然道路数量众多、分布不规则且易随着区域发展而改变,因而高效精确获取这些信息是大范围草原地区的一个紧迫需求和难点。该文以蒙古国自然道路为主要提取目标,基于国产高分一号(GF-1)影像采用面向对象的方法进行研究区道路信息提取。首先对覆盖研究区的GF-1影像进行数据预处理,采用多尺度分割方法进行影像对象分割; 然后对需要提取的自然道路进行特征分析,通过计算光谱、几何特征参数及随机选取道路样本统计样本特征值,选出能表达自然道路特征的参数构建道路提取规则集; 进而结合多种方法的组合应用,最终通过最邻近分类法实现对道路的初步提取,采用阈值分类法等分类算法优化道路信息。结果表明,提取的蒙古国古尔班特斯苏木研究区自然道路长度为3 708.745 km,密度为0.129 km/km²,总体呈现东南密集,西、北部稀疏的分布特征,与本地区实际的煤矿企业生产和居民城镇生活情况相符。研究表明所提方法可以较完整地提取出研究区自然道路,可为蒙古高原等广大干旱半干旱地区自然道路提取提供方法借鉴。

以亚洲为研究区,选用1982—2015年长时间序列GIMMS NDVI3g、CRU Ts降雨量、气温和潜在蒸发量(potential evapotranspiration,PET)数据集,运用最大值合成法、Mann-Kendall检验法和相关性分析法识别了34 a间亚洲地区植被覆盖和气候要素的时空变化规律,分析了植被覆盖对气候变化的响应效应,探讨了气候变化对植被动态变化的影响机制。结果表明: ①东南亚、日本、印度以及东亚的中国南部沿海等地区的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)较高,NDVI>0.5,亚洲中部大部分地区植被稀疏; ②1982—2015年间,亚洲NDVI呈上升趋势,增长速率为0.000 7/a,同时季节性增长明显,其中春季对年际NDVI增长贡献率最大; ③亚洲地区的潜在蒸发量表现为西高东低,如在干旱半干旱的中亚、西亚地区较高,PET>40 mm; ④亚洲地区气温南高北低,如中国的南部地区气温较高(>15 ℃),北部地区气温较低(<15 ℃); 降雨量和气温空间分布相似,南高北低,但两者相比较,降雨量趋势更为显著; ⑤气温、降雨量、PET对NDVI的影响呈现出区域性,如亚洲北部NDVI的影响因子主要为降雨量与PET,而在亚洲中南部,影响植被NDVI的主要因子则是气温; ⑥春、夏季节尤其是夏季,气候变化对NDVI影响显著,秋、冬季节不显著; ⑦气候变化对NDVI的影响有明显的滞后性,滞后期为1个月。

贵州山多平地少,耕地资源紧缺,坝区成了现代农业高质量发展和农民增收致富的主要载体,开展坝区提取与特征研究可为农业产业结构调整和土地资源的可持续利用提供科学参考。以2020年2 m分辨率的国产高分卫星影像为主要数据源,借助“3S”技术手段,对500亩^①(①1亩=666.67 m²。) (33.33 hm²)以上的坝区进行了遥感提取、验证与分析。遥感监测结果表明: 贵州省500亩以上坝区大约1 749个,土地面积约337 080.14 hm²,占耕地面积的9.71%。全省主要以小面积坝区为主,其中等级2(66.67~133.33 hm²)和等级1(33.33~66.67 hm²)的坝区个数占比较高,占比分别为36.88%和26.13%; 而等级11(万亩大坝)的坝区面积占比最多(32.05%),且坝区个数与面积之间不成对应比例关系。500亩坝区主要聚集分布在沿东北—西南一线的中部区域,黔南州、遵义市和安顺市坝区面积位列前三; 坝区海拔主要分布在1 000~1 500 m之间,面积占比为46.68%,丘陵和山地区域坝区分布多,盆地和台地区域分布较少。

该文基于自然资源综合调查监测国家试点“一查多用”技术研究任务,以实现一次综合调查、衔接多个自然资源专项调查和多部门用途为目的,通过对已有土地分类和《国土空间调查、规划、用途管制用地用海分类指南(试行)》等分析研究,在《土地利用现状分类》基础上,通过细化部分地类的方式,制订形成自然资源综合调查监测“一查多用”分类标准。通过对“一查多用”分类标准的验证,证实其既可实现用地用海分类、国土调查等分类之间的相互转换,又能快速提供专项资源调查图层,实现与专项调查的衔接。

挖塘养蟹是耕地“非粮化”行为的一种,若不及时发现制止,将对国家粮食安全造成危害。为了应对这一行为在遥感智能解译工作中所存在的人工判读量大、核查效率不足的挑战,提出了一种基于协同判读机制的养殖蟹塘遥感智能检测方法,该方法集成了HRNet分割网络和Swin-Transformer分类网络模型,并进一步介入人工核查,提高检测精度和工作效率。以江苏省南京市高淳区为研究区域进行了实验,结果表明,提出的基于协同判读机制的耕地“非粮化”遥感智能检测方法能够自动筛去83.4%的待检测图斑,最终识别精度为0.972,可在大幅降低识别难度与人工核查工作量的同时提高检测精度,为实现准确高效的蟹塘等“非粮”地物检测提供可靠的解决思路。

消落带区域多发生地质灾害,因此理清库水位、降雨等因素在消落带区域地表形变中的作用对于地质灾害预警及防治具有重要意义。为此,采用短基线集差分干涉测量技术对三峡库区奉节段2018年7月—2020年7月的63景Sentinel-1A升轨影像进行地表形变反演,结合地面监测点进行对比界定,通过形变量-库水位-月降雨量的时间序列图进行水要素分析。获得结论如下: ①库水位变化和降雨是造成地表形变的重要因素,库水位变化对坡体影响主要体现在浮托减重效应和坡体内外的水位差,而降雨会减弱坡体的抗剪强度同时增加坡体自重进一步增加形变; ②库水位变化快则地表形变大,库水位变化慢则地表形变小; ③降雨与地表形变成正比,极强降雨时降雨完全主导着地表形变; ④研究区地表总体稳定,但消落带邻近区域发现2个形变异常区域: 异常区域年形变速率超过30 mm/a,区域内最高形变速率可达89 mm/a。结论具有较强的理论和实用价值,可为消落带区域地质灾害精准防治提供科学支撑。

自然资源的调查和变化监测能够为资源分类施策、保护和合理利用提供重要保证,对构建国土空间规划体系、资源管理体制改革、空间治理能力现代化以及国家的生态文明建设等工作具有重大意义。我国西部地区面积广阔,土地基础数据薄弱,地类变化检测可靠性差,因此通过较低的成本投入,高效地为大范围地区提供精准的调查成果已成为当前的迫切需求。为此,利用国产高分六号(GF-6)影像,结合第三次全国国土调查(以下简称“三调”)成果,在四川省叙永县开展西部快速发展地区村镇土地智能调查技术应用示范。通过全色与多光谱影像融合技术获得高空间分辨率与高光谱分辨率的遥感影像; 利用融合后的遥感数据对叙永县进行土地资源基础调查; 采用面向对象的影像分类方法、参照已有的土地“三调”成果,对遥感影像进行监督分类,并自动提取土地变化区域,形成西部快速发展地区土地高效调查新模式。调查结果可为我国西部特色产业的快速发展提供强有力的土地基础信息支撑,具有一定的推广应用价值。

土壤水是衔接大气、地表、土壤和地下的水分转换和循环的核心,土壤湿度是全球气候观测系统的基本气候变量之一,在区域尺度的水分和能量交换中起着重要作用。根区土壤湿度的估算和时空变化特征的获取,对农业产量评估、洪水和干旱预测、水土保持等均具有重要意义。以西辽河流域作为研究区,基于人工神经网络,以遥感表层土壤湿度、累积降水量、累积日最高温、累积日最低温、相对湿度、日照时长、云覆盖度、风速、土壤属性、归一化植被指数、实际蒸散发量等作为解释变量,以站点实测的根区土壤湿度作为目标变量,采用2013—2018年的数据训练模型,估算研究区内2019—2020年每天的根区土壤湿度。结果表明,基于人工神经网络的根区土壤湿度估算值与站点实测根区土壤湿度之间的平均均方根误差为0.056 7 m³/m³,平均相关系数为0.611 7,表明人工神经网络模型能够有效地估算西辽河流域内的根区土壤湿度。研究发现土壤湿度的变化量与降水量密切相关。

本研究联合1948—2014年GLDAS_2.0数据和2000—2021年GLDAS_2.1数据,构建河南省1948—2021年逐月土壤含水量数据集。利用M-K趋势分析和突变检验、小波分析、互相关分析,揭示河南省土壤含水量的时空分布特征及主要影响因素。结果表明: 重构的2000—2014年逐月土壤含水量与GLDAS_2.1提供的月度土壤含水量的平均偏差为2.09 mm,平均绝对误差为13.01 mm,均方根误差为18.26 mm,数据是可信的。基于该构建的土壤含水量数据,1948—2021年土壤含水量则以0.301 0 mm/a的速度减少,其中,春季河南省土壤含水量的变化率为-0.236 8 mm/a,夏季土壤含水量的变化率为-0.085 5 mm/a,秋季土壤含水量的变化率为-0.380 5 mm/a,冬季土壤含水量的变化率为-0.240 3 mm/a。空间上,土壤含水量变化整体上由南向北递减,与降水和蒸散发具有明显的一致性。垂向上,单位深度土壤含水量为2.63 mm/cm。小波分析与互相关分析表明降水是影响土壤含水量的主要因素。本研究不仅揭示了河南省长时间序列的土壤含水量及其时空分布特征,还可为河南省地表水资源科学管理提供依据。

针对珠三角地区广泛分布的地表水、植被易造成合成孔径雷达干涉(interferometry synthetic aperture Radar, InSAR)技术失相干和多云多雾多雨高湿的气候易造成严重的InSAR大气延迟“噪声”的问题,以珠三角东南部的深圳市龙岗区为研究区,采用干涉相干性最优原则生成小基线集技术(small baseline subset InSAR,SBAS InSAR)干涉像对连接图,使用35景Sentinel-1A影像获取了2019年9月—2020年11月龙岗区的地表形变信息,而后与永久散射体InSAR技术(persistent scatterer InSAR,PS InSAR)反演结果进行对比,最后分析、推断了地表形变成因。结果表明: ①SBAS InSAR和PS InSAR反演的地表形变场基本一致,SBAS InSAR在大形变量区域的相干点密度远大于PS InSAR,说明干涉相干性最优原则的SBAS InSAR反演结果准确、可靠,反演完整形变场更具优势; ②龙岗区及周边的地表形变成因主要有持续强降雨触发的岩溶塌陷或斜坡失稳,工业采排水导致的地下水文地质环境变化,地下施工引发的采空沉降,新建高层建筑施加的地基静荷载等。研究技术路线可为珠三角地区地质灾害隐患InSAR早期识别的自动化、工程化应用提供借鉴。

基于现有生态系统服务理论与方法,通过引入文教科研指标、优化气体调节指标,提出了湖南省本土自然资源生态系统生产总值(gross ecosystem product,GEP)核算指标体系,集成构建了GEP格网化评估模型,在30 m×30 m格网尺度评估分析了全省2000年、2010年和2020年GEP时空演化特征。研究结果表明: ①时间维度,近20 a间湖南省GEP上升3.34×10⁵亿元,增幅达40.28%; 各生态系统类型对GEP贡献的排序为: 森林>农田>草地>湿地>城市。②空间维度,湖南省GEP总体呈现出西部和东南部高、中部和北部低的空间分布格局; 西部武陵山片区增长率高,北部洞庭湖区增长率低。③与已有10 km×10 km研究结果相比,本研究高空间分辨率GEP结果在水域及城市生态系统呈现的空间分布细节信息更多。④各单项生态系统功能价值量对湖南省GEP的贡献度排序随时间呈现规律性变化,土壤保持功能价值量的贡献对武陵山片区和洞庭湖区GEP变化占据主导作用。研究结果可为湖南省自然资源监管及生态环境保护提供科学决策依据。

视频合成孔径雷达(synthetic aperture Radar,SAR)技术被广泛应用于军事侦查、地质勘探和灾害预测等领域。由于SAR视频存在很多的相干斑(Speckle)噪声以及镜面反射、叠掩效应等干扰因素,运动目标容易与背景或其他目标混淆在一起。针对上述问题,文章提出了一种有效的视频SAR目标检测与跟踪算法。首先,提取视频SAR的多个特征用于构造多通道特征图; 然后,使用改进的轻量EfficientDet网络对更深层的特征进行提取,从而在兼顾算法效率的同时提升SAR目标检测的准确度; 最后,采用基于目标检测框的轨迹关联策略对视频SAR中同一目标进行关联。实验表明,本研究提出的方法针对SAR阴影目标检测与跟踪任务取得了较好的效果。

城镇化水平时空演变研究对城市空间结构优化有重要意义。通过对DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜间灯光遥感数据的饱和校正和一致性校正,构建了2000—2019年黄土高原夜间灯光遥感数据集,计算了黄土高原不同空间尺度的综合夜间灯光指数(compound night light index,CNLI),并利用二分模型提取了黄土高原建成区面积,在此基础上,利用标准差椭圆等方法分析了其空间演变格局。结果表明: ①基于夜间灯光指数构建的黄土高原CNLI与统计数据构建的城镇化综合发展水平指数(urbanization development index,UDI)及各分指标的相关系数均较高; ②2000—2019年整个黄土高原及5个城市群CNLI值均呈现显著上升趋势,空间上呈从东南向西北递减的趋势; ③基于二分模型提取的黄土高原建成区绝对误差和相对误差的均值分别为2.45 km²和3.72%; ④黄土高原建成区重心在2000—2019年期间呈现向东南方向移动的趋势,标准差椭圆的覆盖面积表现为显著下降的趋势(slope=0.010 7 km²/a,p<0.01),方位角的值由北偏东83.33°变为88.37°。研究结果可为黄土高原及生态脆弱区城镇化时空格局研究提供数据支持和方法借鉴。

针对传统的全色锐化融合中细节信息提取不准确、融合光谱精度不高等问题,结合非下采样轮廓波变换(nonsubsampled Contourlet transform, NSCT)的多尺度多方向分解特点和脉冲耦合神经网络(pulse coupled neural networks, PCNN)脉冲同步发放特性等优点,提出了一种基于NSCT和PCNN的遥感图像全色锐化算法。该算法首先采用NSCT变换提取全色图像细节特征,然后将该特征注入PCNN模型获得的非规则分割区域,最终采用统计加权方式获取高分辨率的多光谱遥感图像锐化融合结果。采用WorldView-2和GF-2高空间分辨率遥感图像数据集实验结果表明,该算法在细节保持和光谱一致性等评价指标上均优于其他遥感图像融合算法,验证了该算法有效性。

建筑物层数获取可为城市安全和灾害隐患提供数据支撑和决策服务。目前,建筑物层数往往是基于人工调研和统计为主; 基于遥感影像的建筑物高度自动反演,也存在算法效率低、提取不完整、自动化程度偏低等问题。为解决这些问题,实现快速和大范围获取建筑物层数,基于GF-7卫星影像,设计、实现了一种楼层数识别的算法,在主成分分析等预处理的基础上,采用渔网法阴影线自动提取算法,并利用阴影形成的几何关系计算楼高并转换为楼层数,最终为消除阴影长度测量误差的影响,采用支持向量机回归对算法提取结果进行误差改正。以北京市朝阳区为研究区,进行模型的训练与测试; 以河南省郑州市为验证区的实验结果表明,建筑物层数总体识别精度为90.21%,6~50层的建筑物层数识别误差在3层以内。研究可为基于卫星数据快速和大范围自动获取建筑物层数提供全新的技术支撑和应用服务。

河流水位是了解水循环和水资源变化状况的重要参数。新型雷达高度计技术是提取河流水位变化的有利工具。为了验证新型雷达高度计Sentinel-3A/SRAL数据监测河流水位的能力,提高其提取河流水位变化的精度,以长江中下游干流为研究对象,利用重心偏移法、阈值主波峰重跟踪算法(阈值取50%和80%)、重心主波形重跟踪算法和多回波波峰一致重跟踪算法对Sentinel-3A/SRAL L2级数据进行波形重跟踪,提取了长江中下游干流各区域2016—2021年间河流水位,并对比不同算法获取水位的精度,得到最优重跟踪算法,从而提取了12条轨道过境区域的水位变化信息,分析了水位变化规律。结果表明,重心偏移法算法是提取河流水位精度最好的重跟踪算法,各区域虚拟水位与实测水位相比具有最大相关系数(达0.968)、最小均方根误差(达0.680 m); 2016—2021年间长江中下游干流水位总体呈上升趋势,年内水位变化呈现明显的季节性。