随着遥感数据的不断积累,植被遥感产品逐渐形成了完善的时间序列数据,这些数据对阐明生态系统动态变化及分析有关的驱动因素具有重要价值。然而,云遮挡、仪器误差等因素严重制约着植被遥感产品的观测质量,往往造成连续观测数据的缺失。对存在数据缺失的序列进行时空重建是准确提取序列变化特征的重要前提,时空重建就是充分利用遥感数据的时空相关性对数据缺失进行插值以及平滑滤波,以重建完整时间序列。本研究主要以植被遥感时间序列数据为例,对以往常用的时间序列重建方法进行了简要回顾,时间序列重建大致包括插值、平滑2大步骤,插值又分为基于时间的、基于空间的、时空相结合的插值3大类型。然后,以模拟的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)时间序列、GIMMS NDVI真实时间序列为例,并随机制造不同比例的数据缺失,对比了线性插值、奇异谱分析、Whittaker和时间序列谐波分析等4种常用的不同类型的数据重建方法的时间序列重建效果。结果显示,4种方法的表现各有优劣,但Whittaker方法显示了整体更好的性能。由于随区域的不同,插值方法的表现可能有所差异,故不同数据重建方法还有待进一步推广验证。
悬浮物是近海海湾及潟湖水质的重要影响因素之一。遥感技术能够准确快速地反演水体的悬浮物浓度,但鲜有同时利用2种不同类型的数据源反演同一研究区的悬浮物浓度。该文基于同一时期(2019年9月)的GF-1C光学影像和GF-3微波数据,采用双波段比值算法和Cloude-Pottier分解算法分别对原始影像进行图像分割和目标提取,并在此基础上,结合同期野外采样数据,利用三次多项式回归算法,开展了茅尾海及其入海口水体悬浮物反演。精度分析显示,GF-1C反演模型相关系数(R2)、均方根误差和平均相对误差分别为0.88,130.25 mg/L和9.65%; 而GF-3反演模型对应结果分别为0.61,230.87 mg/L和15.13%,研究表明,GF-1C光学遥感反演精度(90.35%)要好于GF-3微波遥感反演结果(84.87%),但2种反演结果分布具有较高的相似性和一致性,进一步表明基于2种不同数据源建立的反演模型能够为茅尾海悬浮物反演和海岸带环境监测提供参考。
当前常见的潮滩遥感提取方法往往通过估算来确定潮滩的边界,难以保证较高的提取精度。本研究结合GEE遥感云计算平台和GIS技术,选用1990—2021年间共77景Landsat卫星影像,通过目视解译人工海岸线作为平均高潮线,利用水边线拟合平均低潮线,实现了对杭州湾南岸慈溪段的潮滩提取和面积估算,分析了潮滩区域时空变化。研究表明,杭州湾南岸慈溪段潮滩面积基本维持在20 000~24 000 hm2区间; 空间变化趋势是由南向北迁移,迁移速度为286.9 m·a-1; 影响潮滩面积和空间变化的最主要驱动力是地方政策。
掌握人工鱼礁水下物理状态是评估鱼礁效益的关键条件。传统调查方法存在效率低、信息不完整等缺陷,无法满足人工鱼礁精准监测的要求。该文利用多波束测深声纳系统获取礁区高精度数字高程模型(digital elevation model,DEM),结合地理信息系统(geographic information system,GIS)空间分析方法,对礁体分布、礁体高度、投礁空方量及礁区复杂地形特征进行定量分析。在山东近海某人工鱼礁区的实验结果表明,研究区水深范围在-9.92~-6.73 m之间,人工礁石堆砌成堆,礁堆间距离不一,50%的礁体高度在1.48~1.82 m之间,投礁空方量共计5 458.49 m3; 坡度、曲率、粗糙度以及地形起伏度等地形特征变量的高值区均集中在礁石分布区; 受自身重力及局地水动力影响,鱼礁沉陷深度约为0.5 m,礁体周围形成特殊的冲淤地形。本研究可为人工鱼礁水下物理稳定性的监测与评估提供技术与数据支持,具有较强的实践意义。
精确翔实、三维立体、尺度适宜的地类统计数据对于海岸带自然资源监测监管和生态保护具有重要意义,地类统计模型需要数字高程模型(digital elevation model,DEM)的支撑,然而当前鲜有DEM空间尺度与统计模型的适配性方面的研究。针对于此,该文提出了一种海岸带地类统计模型中DEM空间尺度优选方法,系统探讨了DEM空间尺度对地类统计模型的影响,从统计准确性、概括性、信息量和计算效率4个角度选取指标并构建评价模型,基于熵权法确定指标权重并加权计算得到DEM最优空间尺度。研究结果表明: ①DEM采样间隔越大,对统计准确性和信息量的负向影响越明显,对信息概括性正向影响越显著; ②准确性因子对DEM精细度要求高,为满足统计精度DEM分辨率不应超过30 m,而地貌概括则要求空间分辨率不能低于10 m; ③空间操作计算时间与DEM格网数量呈线性正相关; ④基于熵权法计算权重后综合评价,最优DEM空间尺度为10 m。该文形成的DEM空间尺度优选方法在海岸带自然资源及其他调查监测地类统计中具有通用性和可扩展性。
针对高光谱图像超分辨率过程中,图像细节信息容易丢失的问题,提出多感受野特征与空谱注意力结合的高光谱图像超分辨率算法,该算法充分利用高光谱图像中的高频信息与低频信息,减少图像细节信息丢失,提升了高光谱图像超分辨率效果。首先,在特征提取阶段采用不同大小卷积核的卷积,获取到多尺度感受野特征,更好地提取低分辨率图像中的高频信息与低频信息,有助于保留原始图像的特征信息; 然后,把获取到图像特征,经过“空间-光谱”结合的注意力机制增强,利用光谱维信息辅助空间维特征重建; 最后,把每组的特征融合,通过像素级反卷积层缓解棋盘格效应,输出清晰的高分辨率图像。实验结果表明: 提出的多感受野特征与空谱注意力结合的超分辨率算法在Chikusei和Pavia center scene这2个公开数据集上峰值信噪比分别达到了39.869 7和31.942 2,结构相似度分别达到了0.937 6和0.878 6,与最新超分辨率算法比较有明显的性能优势。该文提出的算法,结合了多感受野特征提取模块和空谱结合注意力模块的优势,超分辨率后的图像细节特征有了明显的改善。
图像分割是高分辨率遥感图像分析中的关键步骤,对信息提取精度起到重要作用。为提高传统基于像素的遥感图像分割算法性能,提出一种在超像素上进行Parzen窗密度估计的分割算法。包括超像素初始分割、特征测量、密度估计并重新聚类3个主要步骤。在超像素初始分割阶段,采用简单线性迭代聚类算法将图像进行超像素粗分割,并将每个超像素块标记为图结构中的一个顶点; 然后测量每个超像素块的Gabor纹理特征,构建高维特征向量并计算纹理间的相似度,作为图中连接2个顶点的边的权值,并在该图的最小生成树上计算2个顶点之间的距离; 接着将此距离用于Parzen窗,估计每个顶点的密度,并重新聚类得到最终结果。采用多幅多光谱高分辨遥感图像验证本文提出的算法,基于目视判别以及基于准确率和召回率的定量评价,将该方法与其他分割算法的结果进行比较,验证了提出算法的有效性。
随着遥感影像空间分辨率的提升,地物成像特征愈加复杂,基于纹理表达和局部语义等技术的变化检测方法已很难满足需求。为提升高分辨率遥感影像的变化检测精度,构建了一套较大规模的0.8~2 m高分辨率遥感人类活动变化检测数据集(HRHCD-1.0); 同时将空间注意力和通道注意力机制引入孪生变化检测网络中,设计了具有更强上下文变化语义特征提取能力的孪生注意力变化检测网络。模型对比实验中,孪生注意力变化检测模型相比非注意力机制模型在验证集上平均交并比提升24%,检测结果更完整,有效缓解了非注意力模型边界较差、局部漏检和空洞等问题。后处理方法对检测结果的小图斑去除、填洞和图形学平滑等处理,提升了图斑图形效果。变化检测训练中样本量增加对于模型应用的精度和泛化能力有显著提升作用。
地表变化检测是遥感大数据应用的重要内容,为此以植被区域为研究对象,结合相关系数和特征分析提出图斑级自动变化检测应用方法并研发软件。该方法结合光谱和纹理特征构建地物相关系数,采用相似性度量方式进行植被区域的变化检测; 然后通过分析植被与其他地物类型之间的光谱差异,选择红光波段比值进行伪变化去除; 最后基于.NET框架和ArcGIS Engine二次开发组件库,设计研发了一款变化检测工具软件。导入实验数据进行变化检测,实验结果表明软件的变化检测达到94.3%的正确率和8.5%的漏检率,相对人工交互解译,软件自动化水平较高。研究结果表明所提方法和软件具有良好的应用价值。
针对现有算法在合成孔径雷达(synthetic aperture Radar,SAR)影像与光学影像配准时存在的效率和精度较低的问题,提出一种耦合标记控制分水岭与数学形态学的特殊纹理影像逐步求精的自动配准算法。首先,利用改进的标记控制分水岭算法分别提取影像中的水体特征,并进行二值化和数学形态学处理,以准确地提取水体区域; 其次,提取水体质心用于图像间的粗配准,提升后续算法搜索效率; 最后,基于优化算法搜索得到相似性测度最大时的最优变换参数,以此对待配准SAR影像进行空间变换,完成SAR影像与光学影像的精配准。实验结果表明,该算法耦合了图像分割与配准,在减少计算量的同时确保配准精度,有效地解决了灰度和分辨率差异大的SAR影像与光学高分辨率影像自动配准的难题。
针对无人机影像三维重建中匹配像对提取适应性差、效率低、需准确的先验知识等问题,提出一种顾及无人机影像地理空间信息的匹配像对提取方法。首先利用主成分分析(principal component analysis,PCA)方法将高维度的特征降至低维特征,提高检索词典构建效率; 其次,通过计算查询影像之间的反距离权重因子,构建综合检索因子,提高相似影像之间的可区分性; 最后,通过计算检索阈值,舍弃阈值后的无效匹配像对,进一步提高了影像查准率。实验结果表明,与传统脚印图法和128维特征检索方法相比,该方法获得了更高的处理效率及更全面的稀疏重建结果,尤其针对海量无人机数据更具优势。
建筑物是城市的载体和形象表达,是城市的重要组成部分,建筑物三维模型是构建数字城市、虚拟城市和智慧城市的重要基础。针对现有的建筑物三维建模方法成本高、操作繁琐和复杂、劳动强度大的缺陷,提出一种基于多源数据集成的城市建筑物三维建模方法,并借助GIS建模技术实现了城市建筑物三维模型的自动构建。其主要原理和操作步骤为: 首先,以高分辨率卫星遥感影像、建筑物轮廓电子地图和全景影像为数据源,在遥感和GIS系统集成平台下,通过数据集成和预处理,提取出建筑物的几何边界、高度、楼层数和屋顶类型等空间信息和属性信息; 其次,提出基于结构实体几何模型的建模物主体结构建模方案,借助GIS建模技术,组合数据处理、文件转换、空间分析、三维分析和脚本程序等多种ArcToolbox工具,通过设计模型实现了建筑物三维模型的自动构建; 然后,通过纹理贴图技术实现模型的可视化; 最后,选择淮阴师范学院北校区实验区域进行建模实证。通过对建模过程和可视化效果进行分析表明,该方法具有实现成本低、操作简单、自动化程度高的特点,并且构建的模型能满足较高的精度要求,具有较好的可视化效果,可为大规模城市建筑物三维建模与可视化提供可靠的技术解决方案。
为能及时监测和评估东北大面积的玉米出苗情况,估算苗株数,依据低空无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)遥感影像为玉米苗株数的快速估算提供有效支持。研究基于UAV多光谱数据,通过对比ExG,GBDI,ExG-ExR,NGRDI,GLI等颜色指数分割玉米与土壤背景,借助OTSU算法确定最佳阈值,选定最佳颜色指数ExG。优化出最佳形态学特征参数的组合: 面积A、周长B、矩形长D、矩形周长G、椭圆长轴长度H、形状因子Q。借助支持向量机回归(support vector regression,SVR)模型,预测出玉米苗株数,评价精度,并估算和绘制了局地玉米苗株数的空间分布图。该SVR模型测试的精度达到96.54%,统计误差为0.6%。研究成果能够在短时间内迅速、快捷、准确地预测玉米苗株数和长势趋势。
利用遥感技术对柴达木盆地枸杞种植区进行精准提取对当地政府开展市场管理与调控具有重要意义。以典型枸杞种植区诺木洪农场为例,选取Landsat8 OLI和GF-1 WFV影像构建作物生长期内时序NDVI/EVI数据,并采用4种新颖的集成学习分类器(LightGBM,GBDT,XGBoost,RF)和2种应用广泛的机器学习分类器(SVM,MLPC)对枸杞种植区进行分类。研究结果表明: ①LightGBM(90.4%),GBDT(90.4%),XGBoost(89.31%)和RF(86.96%)分类器能获得较高的分类精度,并以LightGBM+EVI的总体分类精度最高,达到了91.67%,Kappa系数为0.90; ②EVI指数在枸杞生长中后期表现更为灵敏,并在同一分类器下使用EVI时序数据能获得更好的枸杞作物制图效果; ③利用GBDT,XGBoost和RF分类器的特征重要性评分方法进行枸杞种植区分类时相特征优选,能够在获取高分类精度的同时进一步降低数据冗余。
城市土地利用信息体现了城市的功能及结构,开展城市土地利用分类研究对于城市可持续发展具有重要指导意义。以哈尔滨市主城区为研究区,综合应用Sentinel-2A遥感影像、OpenStreetMap(OSM)数据、兴趣点(point of interest,POI)数据和珞珈一号夜间灯光数据等多源地理数据,采用面向对象和随机森林算法对哈尔滨城市土地利用进行分类。结果表明: 一级地类总体精度为86.0%,Kappa系数为0.75; 二级地类总体精度为73.9%,Kappa系数为0.69; POI数据可以显著提高住宅用地、工矿仓储用地和教育用地分类精度,夜间灯光数据能有效提高商务办公用地及商业用地分类精度。说明遥感影像与多源地理数据结合对城市土地利用分类有效。
研究黄河流域多年土地覆盖情况对科学推动黄河流域高质量发展有着重要的意义,而高频次高精度土地覆盖数据对于土地覆盖监测等至关重要。该文以多年稳定不变区域的几何中心作为样本点,快速选取了一套可用于逐年影像监督分类的样本点; 而后通过Google Earth Engine(GEE)对黄河流域2000—2020年间年均近千景Landsat影像进行无云筛选和逐年拼接操作,得到黄河流域逐年无云拼接影像; 再通过随机森林分类方法对无云影像进行监督分类,制作了黄河流域20 a逐年土地覆盖数据; 最后选择了2010年土地覆盖数据对比国内外知名逐年土地覆盖数据。结果表明: ①样本点选取方法合理可靠,样本点选取精度高于94.7%,满足监督分类样本精度要求; ②基于GEE平台制作的逐年土地覆盖数据总体精度为0.82±0.03,平均Kappa系数为0.82,分类精度、整体及局部分类结果均优于MCD12Q1数据集和ESA-CCI数据集; ③基于GEE平台制作逐年土地覆盖数据的方法一定程度上解决了大尺度土地覆盖数据频次与精度无法兼顾的问题。
干旱地区土壤水分是影响气候动态变化、植被生态恢复和土地荒漠化治理的重要指示因子。本研究采用Landsat8 OLI/TIRS多光谱遥感影像,在9个传统光谱指数基础上引入热红外波段(b10)进行改进,通过显著性检验和多重共线性检验后的优选光谱指数作为本研究的建模因子,并结合地形数据采用多元线性回归(multivariable linear regression,MLR)和随机森林(random forest,RF)算法构建荒漠土壤水分综合反演模型,选取最优模型分析土壤水分空间分布特征及驱动因素,结果表明: ①改进后,光谱指数EBSI,ECI,ECal,ENDVI和EPDI相关系数提升了0.02~0.11; ②光谱指数经改进后,线性和非线性模型预测集R2分别提升了0.12和0.05,相对分析误差提升了0.35和0.49,其中,RF-II模型的相对分析误差高达3.12,能精准地对土壤水分进行预测; ③非线性模型的精度明显优于线性模型,MLR线性模型预测集的R2仅为0.59和0.71,而RF非线性模型预测集的R2达到0.86和0.91; ④土壤水分分布受到自然、人为2种驱动因素影响,东北部沙漠呈现[0,5)%和[5,12)%,南部农田交错分布,北部及中部荒漠-绿洲过渡带受植被覆盖程度和地表盐结皮抑制土壤水分蒸散困难,多呈现[15,20)%和[20,40)%。
综合考虑大气降水-植被生长-海拔相互作用等多元成因,以新疆地区2001—2019年的MODIS数据、TRMM降水数据以及该地区数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据为遥感数据源,计算降水集中指数(precipitation concentration index,PCI)、温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI)以及DEM等参数,利用主成分分析建立了改进的综合干旱监测模型。利用该模型对研究区进行时空分析,结果表明: 干旱发生频率在空间上主要呈现中部高四周低的特点,研究时段内约47.7%的区域发生了干旱,其中32.3%的干旱区其干旱频率可达60%以上,主要集中于塔里木盆地以及吐鲁番盆地; 研究区旱情变化趋势存在较大差异,3—9月线性回归斜率正值数值远大于负值,根据结果预测研究区2020年干旱情况主要表现为春旱和夏旱。
近些年我国光伏产业发展迅速,评估大型光伏电场对环境的影响对指导光伏产业的健康发展具有重要意义。光伏电场对局地热环境的改变开始得到了国内外研究人员的关注。浮岛(也称水面漂浮式)光伏电场作为近年来光伏发电的新开发模式,其对地表温度(land surface temperature, LST)空间分布特征的影响尚不清晰。该文基于Landsat8时间序列遥感数据,利用单通道算法提取了安徽省淮南市典型浮岛光伏电场及其邻近区域的LST数据集,通过构建逐月LST与对应月份的气温之差(LSTs-a)判断光伏电场对LST空间分布特征的影响模式、影响范围和季节差异进行了分析,并明确了建设区不同建设阶段对LST的影响程度。结果表明: ①浮岛光伏电场的建设明显改变了建设区的热环境,在温度变化最明显的夏季和冬季都存在增温效应,增温效应主要集中在建设区200 m范围内,对其周围典型地类的增温效应非常微弱。②浮岛光伏电场建设阶段和建成阶段,建设区的月均LST普遍高于水体,接近于林地的LST; 2个阶段的年均增温幅度分别为3.26 ℃和4.50 ℃。③该研究可为光伏电场对局地环境影响评价的相关研究提供借鉴,并建议从无云时间序列LST构建,光伏电场增/降温幅度的分离,不同下垫面光伏电场对邻域LST空间分布特征的影响范围、程度与归因分析等方面进行深入研究。
为分析宁夏沿黄城市群时空演变特征,基于1998—2018年5期DMSP/OLS及NPP/VIIRS夜间灯光数据,辅以相应年份的Landsat影像数据,采用较高分辨率数据比较法提取出20 a间研究区5个年份的城市建成区范围,从形态、规模、结构3个方面进行分析。结果表明: ①宁夏沿黄城市群在1998—2018年间迅速扩展,其中,2008—2013年期间增量、增速都达到顶峰。②城市群内部形态更为紧凑,破碎度不断降低,建成区斑块更加集中; 分形维数不断降低,几何形状趋于规则; 扩展以“内部填充”为主。③城市群重心向西南方向迁移,趋近于城市群几何中心,南部的城市发展速度加快。④城市群的首位度和基尼系数先降后升,城市群各城市间差距先缩小而后又拉大。
金川矿区是我国最大的镍矿生产基地,2018年提出复采计划以来,对该矿区地表形变的监测还是空白。该文基于3个轨道(升轨128、降轨33和135)的Sentinel-1A数据,利用小基线集雷达干涉 (small baseline subset InSAR,SBAS-InSAR)和结合先验条件的最小二乘迭代法获得金川矿区2018—2020年的地表三维分量形变速率和时序形变量,并使用水准实测数据对垂直向累计形变值进行验证。结果表明: 金川矿区在3个开采区(龙首矿、西二矿、东三矿)形成了3个大面积的形变区域,主要表现为地表沉降,其中最大垂直向形变量和形变速率发生在西二矿区,分别为-408.9 mm和-162.8 mm/a。龙首矿区西南和东北边坡向矿脉处收缩,西二矿区和东三矿区形成的形变区域位移方向相似,均为沉降漏斗东西两侧向矿脉处收缩。金川矿区地表形变与人机采动、地质断层以及岩性构造紧密相关,其中人机采动是地表形变的主要原因,断层和岩性构造是地表形变的控制性因素。研究结果为金川矿区安全生产和开采规划提供理论支撑。
低成本微小卫星及其星座组成是近年来卫星遥感领域发展的重要方向之一,可有效弥补单一卫星过境频次过少和组网成本过高的问题。遥感卫星监测具有覆盖面广、不易受人为干扰的优点,是生态环境领域获取裸地信息的重要手段。该文基于国产微景系列低成本微小卫星的遥感影像数据开展了城市裸地识别的探索性研究,并将其结果与美国陆地系列卫星(Landsat8)影像进行了对比分析,探讨国产微小卫星在生态环境领域裸地识别应用中的可靠性。以山东省日照市东港区城区为研究区域,构建无监督植被指数(ExG-ExR)和最大似然法结合的提取方法,并加以应用。结果表明: ①微景一号02星拍摄的5 m空间分辨率全色影像能清晰反映研究城区现状,影像具有高空间分辨率,对地物细节拍摄更清楚,但相比Landsat8影像缺乏波段优势; ②微景一号02星影像总分类精度为93.3%,Kappa系数可达到0.85,微景系列小卫星在裸地识别具有一定的可靠性; ③微景一号02卫星与Landsat8卫星提取日照东港城区裸地面积相差1.5个百分点,表明在拍摄时间相近和一致地理坐标校正情况下,算法得当,微景系列小卫星在裸地识别方面具有与传统主流卫星相当的城区裸地反演识别能力。
探明西北干旱区典型人工绿洲阿拉尔垦区的土地利用变化及未来发展情况,为类似地区土地利用变化的调控和管理提供参考。将逐年各月份影像进行多时相合成后,运用支持向量机分类方法获得逐年土地利用分类图,从面积变化、类型转化、空间动态变化3方面进行土地利用变化分析,采用CA(cellular automaton)-Markov模型模拟2050和2080年土地利用变化情况,基于累积距平法和通径分析方法探究其突变情况和驱动因素。研究结果表明: 1990—2019年,阿拉尔垦区耕地、园地、水体和建设用地的面积呈增加趋势,其中耕地和园地面积的增加主要是由塔里木河沿岸区域之外的未利用地转换而来。至2080年,垦区东北和东南部的未利用地将被逐渐开垦,耕地、园地和建设用地的面积将大幅增加。阿拉尔垦区土地利用类型面积在2005年发生转折性变化,耕地、园地和建设用地的面积急剧增加; 垦区土地利用变化的主要驱动因素为总人口、农业生产总值和棉花价格。研究结论: 在未来土地开发利用过程中,应当制定可持续发展的耕地开发政策,严格控制建设用地面积,构建合理的土地利用结构。
为分析海南岛橡胶林物候特征,探究热带森林植被物候变化特征,本研究利用MODIS归一化植被指数( normalized difference vegetation index,NDVI) 数据,采用Savitzky-Golay( S-G) 滤波法重建2001—2015年的MODIS NDVI时间序列,利用动态阈值法和典型样区提取海南岛橡胶林物候,分析了橡胶林物候的时空变化特征。结果表明: 15 a间海南岛橡胶林春季在1月中旬—3月下旬开始展叶,秋季在11月中旬—12月下旬开始落叶,生长季长度约7~10个月; 在时间尺度上,15 a间橡胶林物候没有显著性变化,春季物候每年提前约0.94 d,秋季物候每年延迟约0.84 d,生长季长度每年延长约1.79 d; 在空间尺度上,15 a间春季物候显著提前地区主要有白沙黎族自治县、屯昌县、琼中黎族苗族自治县、万宁市和琼海市等,变化幅度为-1.8~-0.1 d/a,秋季物候显著延迟地区在儋州市、白沙黎族自治县、屯昌县、琼中黎族苗族自治县、琼海市、万宁市、乐东黎族自治县、三亚市和保亭黎族苗族自治县等地,变化幅度为0.5~2.7 d/a,生长季长度显著延长区域主要分布在儋州市和白沙黎族自治县等地,变化幅度为0.2~0.8 d/a,落叶期开始日显著延迟是橡胶林物候变化的主要特征。
在目前植被遥感监测中,大类作物往往得到更多的关注,而对于某些具有重要生态功能和经济效益的小类树种却明显关注不足。花椒树是我国重要但小众的生态树种,其果实花椒是常见的油料和药用原料。对花椒树种植信息进行及时、准确的监测,对当地生态、经济和社会的协调发展至关重要。该文基于GF-2 PMS影像和随机森林算法探讨了花椒树遥感监测的可行性。结合光谱波段、归一化植被指数、纹理特征以及数字高程模型共4种分类特征,分别设计了3种分类方案。通过分析各分类方案的分类精度,进一步探讨了不同分类特征在花椒种植识别中的作用。研究结果表明,仅使用光谱波段时,总体精度最低,为65.90%; 增加归一化植被指数和数字高程模型特征时,总体精度小幅提升,为67.67%; 进一步增加纹理特征,总体精度大幅提高为74.43%,说明纹理特征的重要性。基于最优分类方案的结果显示,2018年研究区内花椒树主要种植在黄河沿岸和刘家峡库区周边,其总种植面积为231.59 km2,占研究区总面积的22.56%。其中,仅种植花椒树地块的面积为189.06 km2,混合种植花椒树的地块面积为42.53 km2。90%以上的花椒树分布在[1 683,2 300) m海拔范围内,且随着海拔升高呈现出“先减少-再增加-再减少”的变化趋势; 58%的花椒树分布在[8,25)°坡度范围内。总的来说,GF-2 PMS影像在花椒树种植监测中具有较大的潜力。开发对花椒树的遥感识别方法,不仅有助于当地生态产业调控和后续生态工程布局,并且对其他地区的生态树种或小类植被物种开展相关遥感监测工作也具有较强的借鉴意义。
城市扩张是宜宾市近年来的主要特征,研究其对生态环境的影响,对城市发展与生态保护具有重要意义。为了更好地评价城市扩张对生态的影响,基于遥感生态指数(remote sensing ecological index, RSEI),构建归一化不透水面和裸土指数替代原有建筑指数作为干度指标,建立了改进型遥感生态指数(improved remote sensing ecological index, IRSEI),耦合对生态具有重要影响的绿度、湿度、温度及改进后的干度指标信息,利用主成分分析法及相关性对IRSEI进行了分析,建立基于IRSEI的宜宾市三江汇合区生态评价模型,对该地区2013—2020年间生态环境做出分析评价。结果表明: IRSEI能够更加精准地反映出干度对生态造成的负面影响,较RSEI在第一主成分分量中能够集中更多有用信息,对城市生态环境质量评测具有更好的适用性。2013年,该区域IRSEI为0.54,生态总体状况一般,原因在于城区扩张严重,破坏了原有植被; 2017年,IRSEI为0.67,退耕还林的持续推进以及城区生态的恢复,使得绿度明显上升,因此生态状况较2013年大为好转; 2020年,IRSEI为0.63,绿度、湿度以及干度基本与2013年持平,但由于城市扩张带来的热岛效应,温度较2017年有所上升,因此生态水平轻微下降。
为因地制宜地选择适合江苏省的区域发展模式,综合运用Logistic,Auto-Logistic和SBS-Logistic这3种回归方法,识别江苏省土地利用格局演化的驱动力,进而运用Markov-CLUES模型模拟了江苏省2030年4种情景下的“生态-农业-建设”用地空间格局。结果表明: ①3种回归方法精度优劣顺序为Auto-Logistic>SBS-Logistic>Logistic,Auto-Logistic回归下3种土地利用类型的接收者操作特性检验值均大于0.75; Markov-CLUES模型在2005—2018年江苏省土地利用格局验证模拟中效果较好,精度评定Kappa值为0.758。②自然增长情景保障了“三圈”“四沿”地区的快速发展,但是部分河流缩窄,粮食安全受到威胁,发展可持续性较弱; 生态保护情景通过大力开展河渠及环湖地区生态环境整治,使得流域环境得到明显改善; 耕地保护情景下粮食主产区的优质耕地得到有效保护,苏北和苏中地区的耕地面积增长明显; 生态与耕地双保护情景下的发展可持续性较强,建设用地的无序扩张受到了明显限制,但短期内建设用地需求与供给矛盾较为突出。③太湖与淮河流域、长江湿地保护区域和沿海区域所属县区宜采取生态保护情景发展模式; 苏北、苏中平原宜采取耕地保护情景发展模式; 苏南五市宜采取生态与耕地双保护情景发展模式; 苏中地区的扬州市和泰州市由于沿江开发战略的进一步实施,可采取自然增长情景发展模式。研究揭示了江苏省“生态-农业-建设”用地空间格局演化的时空规律,不同情景下的用地格局模拟可为江苏省实现因地制宜的区域发展模式提供决策支持,有助于推进江苏省形成生态、农业和建设用地耦合协调发展的国土空间格局。
Google Earth Engine(GEE)平台使植被遥感监测突破了数据获取难、本地存储量大和处理效率低的限制。基于GEE平台,利用空间分辨率为30 m的Landsat卫星数据和空间分辨率为250 m的MODIS卫星数据,结合温度和降水气象数据研究2000—2017年间青海省诺木洪洪积扇地表植被的时空变化趋势及持续性,并分析不同时代洪积扇上枸杞种植园和盐碱化区的植被关系及未来变化。结果表明: ①2000—2017年间最大化合成归一化差异植被指数年均值从0.029上升到0.054,增幅为0.025,最大增强植被指数(enhanced vegetation index,EVI)年均值从0.633上升到0.771,增幅为0.138,多年EVI最大化的均值结果显示峰值区间在每年的5—10月; ②对最大EVI均值与温度、降水量数据进行相关分析和偏相关分析,最大EVI均值与温度相关系数为0.839,表现为强相关性,与降水量相关系数为0.457,表现为弱相关性,且最大EVI均值与温度、降水均存在显著的正相关关系; ③在18 a内枸杞种植园植被改善较快,而盐碱化区植被有所衰减; ④未来枸杞种植区与盐碱化区植被变化均具有强持续性,枸杞种植区植被增长对盐碱化区植被有一定的制约效应,且在未来一段时间会持续存在。
地形起伏度作为反映斜坡地质敏感性的重要指标,对评价冰湖溃决隐患具有重要意义。针对藏南希夏邦马峰东部冰湖集中区,基于国产高分卫星数据及ASTER GDEM V3数据,在1∶5万比例尺下解译获取冰湖现状信息,优选均值变点法实现地形起伏度特征提取,在此基础上开展相关性分析,实现冰湖溃决隐患评价分级。结果表明: ①在1∶5万比例尺下地势起伏度的最佳采样单元为21×21(采样单元面积为0.39 km2),研究区总体以小起伏山地为主; ②冰湖起伏度特征可分为单一型、组合型及跨级型3类,对应溃决隐患等级依次升高; ③全区1 020处冰湖中,溃决隐患为低、中、高级别的数量分别占总体的97.35%,1.77%和0.88%,实地验证结果符合预期。研究揭示了以地形起伏度作为冰湖溃决隐患评价指标的现实意义,可为同类地区开展相关研究提供理论参考。
西藏自治区藏东南地区冰川广布,在全球变暖背景下,冰川失稳现象凸显,冰崩隐患的光学遥感调查对该区域防灾减灾工作具有实际意义。根据遥感影像上冰崩隐患的色调、形态、纹理、阴影等特征,建立遥感解译标志,开展研究区冰崩隐患的遥感解译。在藏东南地区共解译出冰崩隐患232处,其中大型47处,特大型147处,巨型38处,结合地形地貌、地质环境特征,分析了其基本特征和空间分布规律,划分出4个集中分布区、2个集中分布带。研究区冰崩隐患具有明显的链式特征,根据冰崩隐患与其可能引起的次生灾害之间的时空关系,将藏东南冰崩灾害链分为冰崩-冰湖溃决-泥石流灾害链、冰崩-碎屑流-堰塞湖-洪水灾害链、冰崩-碎屑流灾害链等3种类型,分别以米堆沟、尖母普曲、则隆弄沟为例,基于光学遥感技术对其动态变化特征、链式结构进行了详细分析,以期为藏东南地区冰崩灾害的深入研究提供基础资料。
利用CASI/SASI机载高光谱遥感数据,对新疆阿尔金成矿带索拉克一带的蚀变矿物异常信息进行提取和分析,在此基础上总结区内蚀变矿物异常的分布规律及成因,结合典型岩石、矿物的地面光谱测量对不同地质体蚀变矿物的光谱曲线特征进行分析和总结,并选取索拉克铜金矿床的矿化蚀变地质剖面开展光谱测量分析,构建该区标志性蚀变矿物组合,建立了基于区内金矿床的高光谱遥感找矿模型。综合成矿地质背景及地球化学异常特征,探索高光谱异常在成矿预测中的应用,验证表明圈定的高光谱异常区域金矿化较好,说明高光谱遥感能为找矿提供准确且可靠的信息。
无人机航空物探已成为航空物探技术的新兴分支,为了获取高质量的无人机航空物探测量数据,应按照航空物探应用特点规划无人机飞行轨迹。围绕无人机三维航迹规划和自主避障需求,基于无人机激光雷达点云数据的三维地障信息提取技术,实现地面点和非地面点(电力杆塔、电力线点和植被点等)的提取。通过对地形信息构建和电力杆塔、电力线三维重建,为无人机三维航迹规划软件提供重要基础数据。
针对全国矿山遥感监测矢量数据覆盖范围广、数据复杂程度大、面积统计精度高的特点,及现有软件所存在的计算效率较低、计算精度不高的问题,提出了基于空间数据转换处理系统 (feature manipulate engine,FME)的解决方法。首先,根据图斑、矿权的位置进行分带; 其次,对各带的图斑、矿权进行相对位置分析,得到相离、包含、包含于、压盖4种相对位置类型图斑; 最后,根据各相对位置关系类型图斑与矿权的关系分别计算其开发占地面积(KFZDMJ)、矿权内面积(KQNMJ)和矿权外面积(KQWMJ)。通过对一个中等规模省份的矿山矢量数据计算结果进行验证,其计算效率与精度都有了较大的提高,且操作简单可行。实验结果表明该图属一致性检查功能可以为矿山遥感监测数据的编制工作提供有效的支持,具有较高的适用性。
