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自然资源遥感  2022, Vol. 34 Issue (2): 271-277    DOI: 10.6046/zrzyyg.2021150
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基于GEE的遥感生态指数时序计算
骆泓鉴(), 明冬萍(), 徐录
中国地质大学(北京)信息工程学院,北京 100083
Time series calculation of remote sensing ecological index based on GEE
LUO Hongjian(), MING Dongping(), XU Lu
School of Information Engineering, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083, China
全文: PDF(2842 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

生态评价对城市发展规划起到重要支撑作用。利用遥感指数进行生态评价是一种可行的方法。在云计算发达的今天,针对大数据计算过程中出现的不同传感器计算结果差异大的问题,探索了一种适用于谷歌地球引擎的遥感生态指数时序计算方法。首先,以新疆维吾尔自治区奎屯市为研究区,对1989—2019年的Landsat影像进行去云融合处理; 其次,计算了融合影像的4大分量,并在湿度分量和温度分量的计算方式上进行了优选; 最后,提出了整体最值的归一化方法,并以此方法为基础计算了各年份的遥感生态指数。通过对所得结果进行分析发现,该方法得到的第一主成分分量具有更高的贡献率,在此基础上的时序结果有更高的多项式拟合度。说明该方法能为不同传感器规定统一标准,增强不同传感器之间计算结果的可对比性,优化遥感生态指数的计算结果,保证生态评价分级结果的可解释性。

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骆泓鉴
明冬萍
徐录
关键词 遥感生态指数时间序列谷歌地球引擎奎屯市生态评价    
Abstract

Ecological evaluation plays an important role in supporting urban development planning and using a remote sensing index to carry out ecological evaluation is a feasible method. Today, with the development of cloud computing, this paper explores a time-series calculation method of remote sensing ecological index suitable for Google Earth Engine, to address the problem that the calculation results of different sensors differ greatly in the process of big data calculation. Firstly, by taking Kuitun City, Xinjiang Uygur Autonomous Region, as the study area, this paper performs the de-clouded fusion process on Landsat images from 1989 to 2019. Secondly, this paper calculates the four major components of the fused images and makes preferences in the calculation of the humidity component and temperature component. Finally, this paper proposes the normalization method of the overall optimum and calculates the remotely sensed ecological index for each year on this basis. The analysis of the obtained results shows that the first principal component under the calculation by this method has a higher contribution rate, and the time series results on this basis have a higher polynomial fitting effect. It indicates that the method can specify uniform standards for different sensors, enhance the comparability of calculated results between different sensors, optimize the calculated results of remote sensing ecological indices, and ensure the interpretability of ecological evaluation grading results.

Key wordsremote sensing ecological index    time series    Google Earth Engine    Kuitun City    ecological evaluation
收稿日期: 2021-05-11      出版日期: 2022-06-20
ZTFLH:  TP79  
基金资助:国家自然科学基金项目“基于对象的高分辨率遥感地表覆盖信息精细提取及其尺度效应分析”(41671369)
通讯作者: 明冬萍
作者简介: 骆泓鉴(1998-),男,硕士研究生,主要从事遥感信息提取研究。Email: 2004200020@cugb.edu.cn
引用本文:   
骆泓鉴, 明冬萍, 徐录. 基于GEE的遥感生态指数时序计算[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(2): 271-277.
LUO Hongjian, MING Dongping, XU Lu. Time series calculation of remote sensing ecological index based on GEE. Remote Sensing for Natural Resources, 2022, 34(2): 271-277.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2021150      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2022/V34/I2/271
Fig.1  减云拼接方法
Fig.2  去云效果对比
Fig.3  RSEI生产流程
Fig.4  湿度结果对比
Fig.5  2种归一化方式示意图
参数 2017年 2018年
原图
文献[12]参数
文献[13]参数
文献[14]参数
文献[15]参数
Tab.1  部分年份湿度分量结果对比
模型 文献[23]方法 NDVI阈值法 文献[22]方法
平均值/
中位值/
方差 平均值/
中位值/
方差 平均值/
中位值/
方差
文献[21]中的模型 3.463 3.159 5.101 3.313 3.016 4.676 3.055 2.676 4.730
亮温转换模型 3.279 2.966 5.095 3.156 2.852 4.400 3.076 2.705 4.755
Tab.2  基于2种LST模型的3种比辐射率算法测试结果
年份 时序贡献率 传统贡献率
1996年 78.88 74.49
1997年 83.08 78.37
1998年 85.29 81.65
2000年 88.16 83.51
2001年 89.54 85.76
2002年 88.20 84.69
2010年 83.15 83.78
2011年 89.25 87.97
2012年 89.33 89.33
2015年 88.56 88.68
2016年 85.85 86.20
2017年 92.20 92.44
总均值 85.37 83.81
Tab.3  部分贡献率对比
Fig.6  RSEI均值时序
拟合函数 RSEI1 RSEI2 变化幅度
线性 79.39 76.56 2.83
二次多项式 87.74 86.11 1.63
三次多项式 88.39 86.41 1.98
Tab.4  趋势线R2比较
[1] 徐涵秋. 城市遥感生态指数的创建及其应用[J]. 生态学报, 2013, 33(24):7853-7862.
Xu H Q. A remote sensing urban ecological index and its application[J]. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(24):7853-7862.
[2] 贾浩巍, 颜长珍, 邢学刚, 等. 基于改进的遥感生态指数(MRSEI)的青海省都兰县生态环境质量评价[J]. 中国沙漠, 2021, 41(2):181-190.
Jia H W, Yan C Z, Xing X G, et al. Evaluation of ecological environment in the Dulan County based on the modified remote -sensing ecological index model[J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(2):181-190.
[3] 李红星, 黄解军, 梁友嘉, 等. 基于遥感生态指数的武汉市生态环境质量评估[J]. 云南大学学报(自然科学版), 2020, 42(1):81-90.
Li H X, Huang J J, Liang Y J, et al. Evaluating the quality of ecological environment in Wuhan based on remote sensing ecological index[J]. Journal of Yunnan University(Natural Sciences Edition), 2020, 42(1):81-90.
[4] 缪鑫辉, 梁勤欧. 基于遥感生态指数的甬江流域生态环境变化分析[J]. 长江流域资源与环境, 2021, 30(2):427-438.
Miao X H, Liang Q O. Analysis of ecological environment changes in Yongjiang River basin based on remote sensing ecological index[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2021, 30(2):427-438.
[5] 孙从建, 张文强, 李新功, 等. 基于遥感影像的黄土高原沟壑区生态效应评价[J]. 农业工程学报, 2019, 35(12):165-172.
Sun C J, Zhang W Q, Li X G, et al. Evaluation of ecological effect of gully region of loess plateau based on remote sensing image[J]. Transaction of the China Society of Agricultural Engineering, 2019, 35(12):165-172.
[6] Noel G, Matt H, Mike D, et al. Google Earth Engine:Planetary-scale geospatial analysis for everyone[J]. Remote Sensing of Environment, 2017, 202:18-27.
doi: 10.1016/j.rse.2017.06.031
[7] 陈炜, 黄慧萍, 田亦陈, 等. 基于Google Earth Engine平台的三江源地区生态质量动态监测与分析[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(9):1382-1391.
doi: 10.12082/dqxxkx.2019.190095
Chen W, Huang H P, Tian Y C, et al. Monitoring and assessment of the eco-environment quality in the Sanjiangyuan region based on Google Earth Engine[J]. Journal of Geo-Information Science, 2019, 21(9):1382-1391.
[8] 王渊, 赵宇豪, 吴健生. 基于Google Earth Engine云计算的城市群生态质量长时序动态监测——以粤港澳大湾区为例[J]. 生态学报, 2020, 40(23):8461-8473.
Wang Y, Zhao Y H, Wu J S. Dynamic monitoring of long time series of ecological quality in urban agglomerations using Google Earth Engine cloud computing:A case study of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area,China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2020, 40(23):8461-8473.
[9] Xiong Y, Xu W H, Lu N, et al. Assessment of spatial-temporal changes of ecological environment quality based on RSEI and GEE:A case study in Erhai Lake basin,Yunnan Province,China[J]. Ecological Indicators, 2021, 125(125):107518.
doi: 10.1016/j.ecolind.2021.107518
[10] 赵英时. 遥感应用分析原理与方法[M]. 北京: 科学出版社, 2003:368-369.
Zhao Y S. Principles and methods of remote sensing application analysis[M]. Beijing: Science Press, 2003:368-369.
[11] Crist E P, Cicone R C. A physically-based transformation of thematic mapper data-the TM tasseled cap[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1984, 22(3):256-263.
[12] Crist E P. A TM tasseled cap equivalent transformation for reflectance factor data[J]. Remote Sensing of Environment, 1985, 17(3):301-306.
doi: 10.1016/0034-4257(85)90102-6
[13] 李博伦, 遆超普, 颜晓元. Landsat8陆地成像仪影像的缨帽变换推导[J]. 测绘科学, 2016, 41(4):102-107.
Li B L, Xi C P, Yan X Y. Study of derivation of tasseled cap transformation for Landsat8 OLI images[J]. Science of Surveying and Mapping, 2016, 41(4):102-107.
[14] Baig M H A, Zhang L F, Shuai T, et al. Derivation of a tasselled cap transformation based on Landsat8 at-satellite reflectance[J]. Remote Sensing Letters, 2014, 5(5):423-431.
doi: 10.1080/2150704X.2014.915434
[15] Huang C, Wylie B, Yang L, et al. Derivation of a tasselled cap transformation based on Landsat7 at-satellite reflectance[J]. International Journal of Remote Sensing, 2002, 23(8):1741-1748.
doi: 10.1080/01431160110106113
[16] 徐涵秋. 一种基于指数的新型遥感建筑用地指数及其生态环境意义[J]. 遥感技术与应用, 2007, 22(3):301-308.
Xu H Q. A new index-based built-up index(IBI) and its eco-environmental significance[J]. Remote Sensing Technology and Application, 2007, 22(3):301-308.
[17] Xu H Q. A new index for delineating built-up land features in satellite imagery[J]. International Journal of Remote Sensing, 2008, 29(14):4269-4276.
doi: 10.1080/01431160802039957
[18] Rikimaru A, Roy P S, Miyatake S. Tropical forest cover density mapping[J]. Tropical Ecology, 2002, 43(1):39-47.
[19] Jimenez-Munoz J C, Sobrino J A, Skokovic D, et al. Land surface temperature retrieval methods from Landsat8 thermal infrared sensor data[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2014, 11(10):1840-1843.
doi: 10.1109/LGRS.2014.2312032
[20] Shlens J. A tutorial on principal component analysis[J]. Eprint Arxiv, 2014, 58(3):219-226.
[21] Weng Q H, Lu D S, Schubring J. Estimation of land surface temperature-vegetation abundance relationship for urban heat island studies[J]. Remote Sensing of Environment, 2004, 89(4):467-483.
doi: 10.1016/j.rse.2003.11.005
[22] 覃志豪, Zhang M H, Arnon K, 等. 用陆地卫星TM6数据演算地表温度的单窗算法[J]. 地理学报, 2001, 56(4):456-466.
doi: 10.11821/xb200104009
Qin Z H, Zhang M H, Arnon K, et al. Mono-window algorithm for retrieving land surface temperature from Landsat TM6 data[J]. Acta Geographica Sinica, 2001, 56(4):456-466.
doi: 10.11821/xb200104009
[23] Nichol J. Remote sensing of urban heat islands by day and night[J]. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 2005, 71(6):613-621.
doi: 10.14358/PERS.71.5.613
[24] Sobrino J A, Jimenez-Munoz J C, Soria G, et al. Land surface emissivity retrieval from different VNIR and TIR sensors[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2008, 46(2):316-327.
doi: 10.1109/TGRS.2007.904834
[25] Yu X L, Guo X L, Wu Z C. Land surface temperature retrieval from Landsat8 TIRS:Comparison between radiative transfer equation-based method,split window algorithm and single channel method[J]. Remote Sensing, 2014, 6(10):9829-9852.
doi: 10.3390/rs6109829
[1] 王静, 王佳, 徐江琪, 黄邵东, 刘东云. 改进遥感生态指数的典型海岸带城市生态环境质量评价——以湛江市为例[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 43-52.
[2] 于森, 贾明明, 陈高, 鲁莹莹, 李毅, 张博淳, 路春燕, 李慧颖. 基于LandTrendr算法海南东寨港红树林扰动研究[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 42-49.
[3] 秦乐, 何鹏, 马玉忠, 刘建强, 杨彬. 基于时空谱特征的遥感影像时间序列变化检测[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 105-112.
[4] 曾晖, 任华忠, 朱金顺, 郭金鑫, 叶昕, 滕沅建, 聂婧, 秦其明. 叙利亚战争对植被的影响[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(3): 121-128.
[5] 李伟光, 侯美亭. 植被遥感时间序列数据重建方法简述及示例分析[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 1-9.
[6] 宋奇, 冯春晖, 马自强, 王楠, 纪文君, 彭杰. 基于1990—2019年Landsat影像的干旱区绿洲土地利用变化与模拟[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 198-209.
[7] 张秦瑞, 赵良军, 林国军, 万虹麟. 改进遥感生态指数的宜宾市三江汇合区生态环境评价[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 230-237.
[8] 钞振华, 车明亮, 侯胜芳. 基于时间序列遥感数据植被物候信息提取软件发展现状[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4): 19-25.
[9] 赖佩玉, 黄静, 韩旭军, 马明国. 基于GEE的三峡蓄水对重庆地表水和植被影响研究[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4): 227-234.
[10] 陈震, 夏学齐, 陈建平. 土地生态质量遥感评价模型与主控因子研究——以广安市为例[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(1): 191-198.
[11] 孙超, 陈振杰, 王贝贝. 基于SAR时间序列的建设用地扩展监测——以常州市新北区为例[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(4): 154-162.
[12] 王德军, 姜琦刚, 李远华, 关海涛, 赵鹏飞, 习靖. 基于Sentinel-2A/B时序数据与随机森林算法的农耕区土地利用分类[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(4): 236-243.
[13] 王碧晴, 韩文泉, 许驰. 基于图像分割和NDVI时间序列曲线分类模型的冬小麦种植区域识别与提取[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(2): 219-225.
[14] 杨玉婷, 陈海兰, 左家旗. 1990—2017年间杭州市不透水面比例遥感监测[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(2): 241-250.
[15] 朱爽, 张锦水. 时间序列低分影像修正中分遥感冬小麦分布[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(1): 19-26.
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