航空遥感技术是地质调查的重要手段之一。在阐述航空遥感概念的基础上,简要回顾了航空遥感技术的发展历史,系统总结了航空遥感平台、传感器和数据处理技术的发展现状,并以地质灾害调查、矿产资源勘查、海岸带地质调查、矿山监测和航空物探遥感综合勘查等为例介绍了航空遥感技术在地质调查中的典型应用。该研究可为从事航空遥感地质调查工作提供技术参考。

针对目前Landsat8影像像素级融合算法中单因素评价指标对比性不强、置信度较低、难以实现融合效果综合评估的问题,基于居延泽地区的Landsat8影像,采用11种单因素指标和面向对象分类方法,从空间信息量、光谱特征及地物分类精度3个方面综合评价了主成分变换法(principle component transform,PC)、比值变换法(brovey transform,BT)、HSV(hue-saturation-value)变换法、相位恢复变换法(Gram-Schmidt pan sharpening,G-S)、高通滤波算法(high pass filtering,HPF)和小波变换法(wavelet transform,WT)等6种融合算法的融合效果。结果表明,各融合算法的空间分辨率及纹理特征相较于原始影像均得到增强。HSV法表达空间细节的能力最佳,但其光谱保真度较差; WT法可最大程度地保持光谱特征,且空间细节表达能力仅次于HSV法,最适用于Landsat 8的影像融合; 综合考虑空间信息量与光谱特征,PC法和G-S法效果适中,略低于HPF法,BT法最劣。从分类结果来看,WT法和HPF法的分类精度相较于原始影像的分类精度有一定的提高。

精确分割建筑物屋顶激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)点云是三维模型重建的重要环节。针对现有算法分割复杂建筑物屋顶面结构精度差的问题,提出一种以三角面为基元的基于区域生长算法的复杂建筑物屋顶点云分割方法。首先,构建Delaunay三角网建立各激光点间相互关系,计算各三角面法向量,利用同一建筑物面片上各三角面法向量基本一致的特征对点云进行初步划分; 然后,由于点云散乱性及误差影响产生诸多散乱三角面,对各构成散乱三角面的点进行剖分,并基于具有良好鲁棒性的随机采样一致性算法(random sample consensus,RANSAC),结合Alpha Shape算法获取建筑物各面片边界,合并过度分割的面片及孤立点,完成建筑物屋顶点云分割。实验结果表明,该方法对复杂建筑物屋顶点云分割的完整性、正确性及质量均较为理想。

随着遥感技术的发展,遥感应用已由定性发展至定量阶段,而大气校正是定量遥感研究中不可或缺的重要环节。Worldview3是全球最高空间分辨率的商业多光谱遥感卫星,相较于传统的多光谱遥感数据,该数据在定量遥感方面具有更大的潜力。利用ENVI软件的FLAASH模块对Worldview3进行大气校正,并以新疆罗布泊无人区为例,利用该地区典型地物盐碱地和闪长岩的ASD实测光谱数据对Worldview3大气校正前后的数据进行了评价。首先,将Worldview3的DN值转化为辐射亮度和表观反射率,并利用FLAASH模块对其进行大气校正; 然后,计算了研究区典型地物(盐碱地、闪长岩)的辐射亮度、表观反射率值,并把实测的盐碱地和闪长岩的波谱数据重采样到Worldview3相应波段; 最后对结果进行了定性分析和定量比较。研究表明,采用FLAASH模块对Worldview3数据进行大气校正方法切实可行、有效,典型地物——盐碱地、闪长岩的实测波谱和大气校正后获得反射波谱吻合程度较高,相关系数最高达到0.80。

植被是联结大气圈、土壤圈、水圈和生物圈的重要纽带,因此植被的时空变化特征及其驱动因子之间的关系在区域生态环境变化研究中具有重要意义。基于GIMMS/NDVI和CRU等多种数据集,采用趋势分析法和地理探测器模型,分析了中亚地区1991—2015年间NDVI的时空变化特征,并对NDVI的空间分布和变化趋势进行因子探测、风险探测以及交互作用分析。结果表明,近25 a来,中亚地区植被变化整体上保持平稳波动,哈萨克丘陵中低海拔区域NDVI呈极显著上升; 咸海盆地西南部受干涸湖盆盐尘近距离扩散影响,NDVI则呈极显著下降; 由于中亚各国间水资源开发利用的矛盾,锡尔河中游和下游的NDVI变化趋势相反; 哈萨克斯坦北部旱地由于存在先弃耕后复垦的现象,NDVI下降趋势较大,但结果并不显著(P>0.1); 根据地理探测器模型分析结果,水分因素主导着中亚地区植被的生长格局,气温与NDVI变化呈显著负相关,此外不同地形、高程、土壤类型、土地覆被类型之间,NDVI的时空变化差异也十分显著; 在交互因子作用方面,双因子交互作用有助于增强对NDVI空间分布以及时空变化的解释力,潜在蒸散发与高程的协同作用对NDVI空间分布的解释力达到64%以上。

高光谱数据波段数多且波段间存在强相关性,采用光谱角制图(spectral angle mapper,SAM)算法进行信息提取容易受光谱信号噪声的影响,在一定程度上影响地物识别的精度。针对这一问题,提出一种基于小波包变换和权重SAM的岩心高光谱蚀变信息提取方法。其基本思路为: 在对原始高光谱数据进行辐射校正、反射率转换和小波去噪等预处理的基础上,选择daubechies4作为小波基,分别对高光谱图像像元光谱与参考光谱进行8层小波包分解,基于子分量系数构建小波包信息熵矢量来刻画原始光谱曲线特性,并找到像元光谱与参考光谱信息熵矢量差异较大的特征区间,对其设置权重,最后依据SAM算法原理进行蚀变矿物匹配,达到信息提取的目的。通过对我国南方某火山岩型铀矿区HySpex钻孔岩心短波红外高光谱数据的实验表明,该方法利用小波包信息熵特征矢量可以有效表征原始光谱信息,通过设置差异特征区间,突出了局部特征信息,增大了不同矿物类别间的可区分性,总体分类精度达到了75.33%,Kappa系数为0.706 3,优于传统的SAM算法,具有较好的适用性。

利用合成孔径雷达(synthetic aperture Radar,SAR)开展林地过火区提取主要基于单个像元开展,而以像元集合为分析单元的面向对象技术在该领域的应用研究还较少。本研究基于ALOS PALSAR影像的散射总功率数据,采用分型网络演化的多尺度分割算法提取2009年发生在美国Alaska中东部的林火灾后的过火区,并将林火区提取结果与获取的燃烧强度辅助数据进行对比,验证算法应用的有效性。研究表明,相比之前基于像元的阈值分类方法,基于本文方法火后单一时相和林火前后2时相SAR散射总功率的林火区提取精度分别提高了12.7%和15.8%。有效证明了面向对象技术能够有效应用于SAR影像的信息提取,SAR卫星遥感在森林火灾监测方面具有较好的应用潜力。

绿地的科学度量是城市绿地合理规划的基础,绿化指标是城市规划者在绿地建设中的重要依据。目前城市绿地建设中广泛应用的绿化评价指标均为二维指标,其对于绿地的评价过于宽泛,难以反映绿地立体景观及其生态效益。为此,基于高分二号遥感影像构建三维绿度指数(three-dimensional green index,TGI),以期更加准确地度量城市绿地建设质量。首先,采用面向对象的分类方法提取植被及其阴影信息; 然后,根据植被高度和阴影长度的几何关系模型反演植被高度; 最后,构建TGI,并以深圳市福田区沙头街道为研究区进行实验,与传统的绿化覆盖率指标进行比较分析。结果表明,与绿化覆盖率相比,TGI能够更客观细致地评价绿地立体景观,反映绿地实际生态效益,能够在城市绿地建设中为规划、决策、管理提供更加科学合理的绿度度量依据。

以昆明市某露天矿区为例,在地理信息系统(geographic information system,GIS)技术支持下,结合移动窗口分析法,利用2007—2017年间3期遥感影像数据,探究采矿背景下的区域景观格局时空演变模式。在获取景观类型与确定合适窗口尺度的基础上,提取研究区景观破碎化与多样性指数空间分布图,将其与矿区中心两两连接建立的剖面线进行空间叠置分析。结果表明,在最适宜尺度950 m的窗口下,10 a间景观破碎化与多样性高值区由区域边缘向中心扩散; 矿区内部的斑块团聚效应与周边1~2 km处的景观异质性程度均逐年提高,而离矿区中心2.5 km以外的区域则基本不受采矿活动影响。研究结果直观显示出了采矿活动影响下矿区的景观格局时空演变规律,能够为后续生态监测与制定工作计划提供依据。

油膜厚度是溢油量估算的一个关键参数,是水面溢油事故评价的重要指标。为了确定不同油品油膜厚度的特征响应谱段以及Landsat TM/ETM多光谱遥感探测水面油膜厚度的可行性,以渤海海水为背景水,重原油、轻原油、柴油和汽油为实验油品,将石英卤素灯作为模拟太阳光源,ASD FieldSpec3便携式光谱仪作为探测仪器,在暗室开展了不同厚度油膜模拟及其光谱测量实验。通过计算油膜厚度与其在全谱段(350~2 500 nm)范围反射率的相关系数,确定了4个重原油、7个轻原油、6个柴油和4个汽油油膜厚度的特征响应谱段; 针对Landsat TM/ETM多光谱数据,根据其传感器的光谱响应函数,将不同厚度油膜的全谱段光谱进行重采样,获得不同厚度油膜在Landsat数据对应波段的反射率,通过制作油膜厚度-多光谱指标(波段反射率、波段比值)散点图,发现指示油膜厚度的特征多光谱指标,建立基于特征多光谱指标的油膜厚度估算模型。研究结果表明,对于重原油,波段B4反射率和波段比值B4/B5是较好的光谱指标; 对于轻原油,波段比值B1/B2和B1/B3是较好的光谱指标; 对于柴油,波段B1和B2反射率以及波段比值B1/B2,B1/B3,B1/B4,B2/B3,B2/B4和B3/B4都是非常好的光谱指标; 对于汽油,所有多光谱指标都存在分段特征,没有特别好的光谱指标。基于重原油、轻原油和柴油在全谱段范围内各自具有的多个油膜厚度特征响应谱段,Landsat TM/ETM多光谱遥感数据可以用于水面重原油、轻原油和柴油的油膜厚度估算。

在以往的郯庐断裂带安徽段研究过程中,普遍认为郯庐断裂带安徽段由五河—合肥断裂、石门山断裂、池河—太湖断裂以及嘉山—庐江断裂4条主干断裂共同构成,但对于该断裂带的准确边界位置缺乏全面和系统的研究,尤其是郯庐断裂带安徽段南部大别山区域的边界问题。为此,基于Landsat8、资源3号影像与数字高程模型(digital elevation model,DEM)等多源数据,综合利用GIS空间分析和空间统计等功能,对郯庐断裂带安徽段进行遥感解译,并对解译成果进行统计分析得出郯庐断裂带安徽段较准确的边界范围。现有地质资料在一定程度上验证了该边界范围合理可靠。研究结果表明,郯庐断裂带安徽段的南北2段空间分布特征各异,北段平均走向约N23.5°E,平均宽度约25.99 km,南段平均走向约N34.9°E,平均宽度约38.38 km,整个郯庐断裂带安徽段的总体走向约N33.3°E,平均宽度约30.35 km; 该断裂带在空间分布上呈现出“南短北长”、“南宽北窄”、“由南到北断层带走向逐步向北偏”的空间分布格局。研究成果可为郯庐断裂带安徽段范围内的城市规划、工程建设以及地质灾害防治等提供参考依据。

青藏高原地区复杂的气候环境与地形构造给水文气象数据观测造成了很大的困扰,缺少有效的高时空分辨率观测数据成为区域气象预报与预测的重要阻碍。以2001—2015年间热带降雨测量卫星 (tropical rainfall measurement mission,TRMM)降水产品为基础,使用1 km空间分辨率增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)空间数据,基于地理加权回归(geographically weighted regression, GWR)模型实现TRMM产品的降尺度计算,并以地面站点实测数据对降尺度结果在年、月尺度上进行结果检验与对比分析。研究结果表明: TRMM产品在降尺度处理前后的空间分布特征整体上趋于一致,但降尺度后的结果精度明显高于原始TRMM产品; 2001—2015年间各年TRMM产品降尺度后的降水量与实测降水量的相关系数R ²均高于原始TRMM降水量,均方根误差和平均绝对偏差分别平均降低了21.652 mm和16.379 mm; 2001—2015年间TRMM产品原始降水量准确率相对较低,在使用时需进一步进行修正,经过降尺度处理的TRMM降水量与实测降水量的拟合程度有显著性提高,除6月、8月和11月外,其他月份R ²均达到了0.65以上,表现出较好的一致性和适用性。

为探讨土壤重金属含量的高光谱快速监测方法,以石家庄市水源保护区褐土为研究对象,基于土壤有机质敏感波段对应的多种光谱变换指标,采用偏最小二乘回归方法,建立了土壤重金属镉(Cd)的高光谱间接反演模型。结果表明,研究区土壤样本Cd含量平均值为0.220 mg/kg,处于严重污染水平; 有机质含量与Cd含量之间显著相关,两者存在一定的吸附赋存关系; 有机质原始光谱反射率对应的敏感波段为797 nm,各种光谱变换中倒数对数的一阶微分(absorbance transformation and first derivative,ATFD)与有机质含量的相关性最大,一阶微分(first derivative,FD)与有机质含量存在最大的正相关关系; 基于建模和验证样本分析,多光谱变换指标偏最小二乘回归模型优于单光谱变换指标偏最小二乘模型和多光谱变换指标逐步回归模型,模型解释变量为1 409 nm波段处的倒数对数的二阶微分(absorbance transformation and second derivative,ATSD)和1 396 nm波段处的FD,建模和验证样本R ²分别达0.83和0.80。采用基于有机质光谱诊断特征建立多光谱变换指标集成估算模型来间接反演重金属Cd含量是可行的,所建最优模型可以为该地区重金属Cd的快速遥感监测提供参考。

水系分维是地貌发育程度的定量表示方法之一。水系分维的研究对于喀斯特筑坝流域地貌的产汇流机制研究具有重要意义。以1:5万地形图提取水系和30 m空间分辨率ASTER-GDEM为数据源,利用基于ArcGIS10.2的Horton-Strahler理论、水系栅格法、渔网法估算黔中筑坝工程区龙场桥流域水系分维,探讨筑坝区地貌发育对流域水文特征的影响。结果表明: 喀斯特地区复杂地貌组合结构下不同方法、不同数据源估算的水系分维相差较大。Horton-Strahler法、水系栅格法、渔网法估算1:5万地形图提取水系分维值分别为1.69,1,53和1.54; 估算ASTER-GDEM提取水系的分维值分别为0.66,1.59和1.60。其中Horton-Strahler法估算分维值差别显著,差值达到1.03。综合分析Horton-Strahler理论、水系栅格法、渔网法估算喀斯特筑坝区不同数据源水系分维与实际地貌发育的关系可知,渔网法估算的水系分维与研究区实际地貌现状最为吻合。根据渔网估算的水系分维可知,研究区利用渔网法估算的1:5万地形图提取水系分维值为1.54,通过ASTER-GDEM提取水系估算的分维值约为1.60,这说明研究区处于地貌发育阶段的幼年晚期、壮年期早期,此结果与研究区实际发育地貌吻合。此外3种方法估算喀斯特筑坝流域的水系分维精度排序为: 渔网法>水系栅格法>Horton-Strahler法。

针对天山云杉在高空间分辨率卫星遥感图像上的成像呈圆形或近圆形特征,从空间几何特征入手进行森林立木树冠信息提取。将多尺度斑点检测和梯度矢量流(gradient vector flow,GVF) Snake主动轮廓模型有序地结合在一起,提出了“树冠顶点探测——树冠轮廓绘制——树冠轮廓优化”的树冠信息提取的技术流程,解决了标记分水岭变换目标标记难以准确设定、主动轮廓模型演化结果受制于轮廓线初始位置的问题,从而得到了定位准确、边界简洁的树冠轮廓结果。经与调查样地当中每一株树的实测冠幅值进行比较,该方法对高、中、低郁闭度的天山云杉树冠信息都有较好的提取结果,平均误差分别为10.8%,4.5%和6.4%。表明该方法适用于天山云杉林木树冠信息提取,在中亚山地森林资源遥感监测领域具有应用推广价值。

油气田中烃类物质渗漏引起的物质变异可以通过遥感手段进行探测。与传统的油气勘探方法相比,遥感技术具有无侵入、大面积、高效、低成本等特点,尤其在地形、地貌环境复杂险恶的地区优势明显。为进一步研究遥感油气探测技术,以烃类微渗漏理论为基础,采用去串扰、大气校正、波段比值、主成分分析和单窗算法处理中非Salamat盆地的ASTER数据,提取了黏土类、碳酸盐类、二价铁离子类矿物蚀变信息和亮度温度值。结果表明,上述几种矿物强蚀变信息和地表高温异常信息主要分布在研究区中部和南部,即中部隆起带和南部洼陷带含油气可能性高。结合已有地质、地震和物化探资料,圈定了5处油气远景区,可为下一步油气勘探提供参考依据。

为了评估木孜塔格峰冰川在全球气候变暖背景下的变化,利用历史地形图数据、Landsat遥感影像、数字高程模型(digital elevation model , DEM)数据及TerraSAR-X/TanDEM-X数据,基于合成孔径雷达干涉测量(interferometry synthetic aperture Radar,InSAR)和大地测量法对木孜塔格峰地区1972—2011年间的冰川面积变化和物质平衡进行了详细研究。结果表明: 1972—2011年间木孜塔格峰地区冰川面积年均缩减率为0.02±0.06%,其中47条冰川表现为退缩,2条冰川表现为前进; 木孜塔格峰地区冰川物质呈现微弱的负平衡(-0.06±0.01 m w.e./a)趋势,其中1999年以前为-0.11±0.02 m w.e./a,主要受气温升高所影响,1999年后几乎接近于平衡状态(0.02±0.04 m w.e./a),降水的增加弥补了气温升高造成的物质亏损; 木孜塔格峰地区冰川前进不同于正常前进冰川,其前进原因可能是冰川内部消融引起的液态水润滑作用导致上游物质向下转移; 在当前气候背景下,该区域大部分冰川表现为退缩,2条冰川有前进现象,1条冰川有过跃动(崩塌)现象,总体上该区域冰川呈现微弱的物质负平衡。

植被对环境变化有重要影响,特别是在碳循环中起着关键性作用。随着局地植被精细化监测要求的提高,传统中低分辨率遥感植被监测方式已经很难满足需求,而高分辨率卫星具有高空间分辨率优势,可以对植被进行更精细的遥感监测。本研究从高分一号卫星数据的特征出发,研究高分一号卫星数据辐射定标、大气校正和正射校正的预处理方法及高分一号卫星植被覆盖度遥感反演方法。最后,以福建省厦门市为例,利用高分一号多光谱相机(GF-1-WFV1)16 m影像数据反演植被覆盖度,并划分植被覆盖等级。根据植被覆盖度分布显示,高分一号卫星能精确监测厦门市植被覆盖度分布状况。监测统计结果表明,厦门市大部分地区为高或较高植被覆盖度区,其中,海沧、集美、翔安和同安内陆地区植被覆盖等级明显优于沿海地区,厦门岛南部地区植被覆盖度优于北部地区。

海南岛东部滨海区是海南省最具潜力的锆钛砂矿开采区,长期的采矿活动破坏了砂矿区原有的生态环境,导致区域生态环境的整体恶化,故亟待进行采矿区环境的恢复治理。利用高空间分辨率遥感数据开展了2016—2017年间海南岛东部滨海锆钛砂矿开发占损土地及矿山环境恢复治理状况监测,结果表明,2 a间该区锆钛砂矿开发占损土地面积增加了40.65 hm ²,在建/生产矿山开采面数量增加了15个,存在规模减小并分散化的趋势; 矿山环境恢复治理总面积有一定增长,矿山环境状况呈现局部好转趋势。通过年际对比分析,提出了海滨砂矿废弃地的生态修复建议,包括因地制宜地以木麻黄为当家树种,以青梅、相思树、湿地松等为辅助树种来重建/重现矿区森林生态系统,或种植西瓜、番薯、花生等农作物进行典型区域修复试验,或改建成海水养殖场等。

通过利用葵花-8(Himawari-8)卫星气溶胶光学厚度(aerosol optical depth, AOD)数据三级(L3)资料(时间分辨率为60 min/次)和MODIS的归一化插值植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)资料,构建了卫星遥感空气清新度(remote sensing atmosphere index, RSAI)指数,并以福建省为例,分析其季节变化的规律。研究表明,四季中福建省沿海地区均为AOD高值区,西部地区为AOD低值区; 全省秋季AOD数值全年最低,且福建省四季整体AOD皆低于大陆周边省份。与长江三角洲、珠江三角洲和南昌市城市群相比,福建省境内福厦泉城市群植被覆盖良好,季节差异不大。根据RSAI指数,福建省四季皆为清新以上等级,福建省四季RSAI指数皆高于大陆周边省份,显示出福建省特有的生态优势。通过对AOD,NDVI和RSAI的分析表明,福建省空气质量好,透明度高,植被覆盖好,卫星遥感空气清新度指数高,对研究区旅游业发展,提高人类健康水平,脱贫致富,减少污染及改善环境等方面都大有裨益。

以全国土地利用遥感监测工程积累的几百万个新增建设用地图斑为训练样本,利用卷积神经网络完成深度学习变化检测模型的训练,实现重大工程中新增建设用地信息的自动提取。与人工提取结果进行的对比分析表明,基于深度学习的新增建设用地自动检测技术在全国土地利用遥感监测工程中有很好的适用性,当新增建设用地信息提取查全率达80%左右时,辅以少量的人工干预可大大提高工程实施效率。

湖泊水储量通常采用观测水位和实测水下地形数据相结合的方法进行估算,因此对于无资料或资料匮乏区域很难获得湖泊水储量信息。为了探讨针对这一问题的解决方法,以西藏自治区纳木错为例,基于湖泊水面以上和水下地形具有相似性的特性,利用湖泊水面以上的数字高程模型(digital elevation model,DEM)构建高程与面积的关系以及面积与体积增量的关系,进而对湖泊水下高程—面积—体积增量递推计算,最终构建面积—体积模型从而估算湖泊水储量。试验结果表明,利用湖泊周围地形构建的基于面积的湖泊水储量估算模型具有较高的精度,以纳木错湖盆DEM求得其湖面面积,计算得其水储量为1 115.70亿m ³,该结果与基于实测水深数据建立的纳木错水下地形DEM计算的水储量(1 019.50亿m ³)相比,绝对误差为96.20亿m ³,相对误差为9.40%。该文为无资料地区水上和水下的地形特征参量基本一致的自然湖泊水储量的估算提供了方法参考。

基于综合校正后的2002—2016年间9景高分辨率影像、加密的ASTER GDEM高程数据产品和1:20万洛阳市幅区域地质图,采用数字滑坡技术解译了洛阳市东苗家滑坡地形地貌,分析了滑坡形成条件和活动特征,并推测了滑坡稳定性现状。结果显示,东苗家滑坡过程可以分为首次滑坡活动、随后牵引活动、前部滑坡活动和后续滑坡活动4个阶段; 形成7个平台和前部陡坡的四级台地地形; 东苗家滑坡的总方量约为425.4万m ³; 整体和各局部无明显变形位移现象,状态稳定。

不同空间分辨率、光谱分辨率和辐射分辨率传感器数据的协同反演,对于提高水体叶绿素a浓度反演精度具有重要作用。以GF-1 WFV和Landsat8 OLI数据为对象,分别以单波段替代、单波段融合和三波段融合的协同方法,分析空间分辨率和光谱分辨率在多源遥感数据协同反演过程中对于提高水体叶绿素a反演精度的主导特征; 在此基础之上,进一步探索GF-1 WFV和Landsat8 OLI数据协同反演的最优组合方式,以提高叶绿素a浓度的反演精度。结果表明,在GF-1 WFV和Landsat8 OLI协同反演过程中,近红外波段光谱分辨率和辐射分辨率对精度的影响占据主导,近红外波段光谱分辨率的提高更有利于提高叶绿素a浓度的反演精度; 在蓝光波段与红光波段,则是空间分辨率越高叶绿素a浓度反演精度越高; GF-1 WFV和Landsat8 OLI最优叶绿素a协同反演光谱指数组合因子为: Landsat8 OLI近红外波段、GF-1 WFV和Landsat8 OLI融合红光波段、GF-1 WFV和Landsat8 OLI融合蓝光波段。通过实测数据验证表明,协同前GF-1 WFV和Landsat8 OLI单独反演结果的平均相对误差分别为41.93%和38.37%,优化协同反演后平均相对误差降低到17.35%。

裸地被认为是导致城市热岛效应的下垫面之一,然而以往研究对于裸地在热岛效应中的贡献度仍缺乏定量刻画。以2005年、2011年和2017年3期Landsat TM/OLI 遥感影像为数据源,以西南山地城市绵阳市为研究区,通过反演土地利用/土地覆被变化过程中地表温度响应特征,构建裸地热岛效应贡献度指数,分析了在城市化进程中裸地时空变化的地表热环境响应特征。主要结论有: ①2005—2017年间,裸地占整个研究区面积最低为4.73%(即2005年的53.98 km ²),最高为6.34%(即2011年的72.28 km ²),12 a间总面积减少了5.54 km ²,城市开发区、城乡过渡带以及沿新建道路是裸地集中分布区; ②2005—2017年间,随着裸地斑块的空间集聚,高密度区裸地地表温度显著高于低密度区,但地形(高程、坡度、坡向),斑块面积和形状等对裸地地表温度的影响不显著; ③2005—2017年间,裸地与农村地区地表温度的绝对差由1.73 ℃增加到2.12 ℃,低于同时期城市不渗水面与农村区域的地表温度差(3.07~3.23 ℃),裸地对区域热岛效应的贡献度由34%(2005年)增长到37%(2011年),最后又下降至20%(2017年)。研究结果可为评估城市裸地要素的热场时空变化特征、缓解城市热岛效应提供科学依据。

内陆岛屿型封闭生境的人-地关系紧张,是区域环境变化和人类活动的敏感指示器。基于Landsat MSS/TM/OLI数据(1982—2016年)、气象站点(1982—2012年)年均降水、气温数据和ASTER GDEM数据,对山东省徂徕山—莲花山地区的气候变化要素(年均降水和气温)、人类活动要素(耕地和建筑用地面积)以及遥感指数(归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)和归一化建筑指数(normalized difference building index, NDBI)进行时序分析和相关性分析。结果表明: 近35 a间,林地和灌丛向草地和稀疏草地转变,草地和稀疏草地向裸地转变的趋势明显; 形成了耕地、建筑用地包围林地,林地中有耕地和建筑用地的景观格局; 核心区NDVI增速为0.006 9/10 a,NDBI降速为-0.014/10 a; 核心区周围NDVI降速为-0.018/10 a,NDBI增速为0.0035/10 a; 耕地转出大,主要转化为建筑用地和林地; 林地面积变化与耕地和建筑用地面积呈显著负相关。总体上,徂徕山—莲花山地区生态结构和景观格局均发生了不利变化。

在分析川西螺髻山地区地质构造以及环境地质背景条件的基础上,采用RapidEye数据、Landsat8 OLI数据以及奥维网络高清数据,对该区地层、构造等基础地质要素,地表水体、地下水等水文地质要素,地质灾害、植被、耕地及居民地、地表温度等环境地质要素开展了综合解译和分析。并结合野外调查资料,对研究区水文地质环境进行了评价,以遥感信息为主对各含水岩组的富水性进行了分级,划分了水资源丰富区、中等区及贫乏区,为在该区进一步开展水文地质调查工作提供了基础遥感资料。

城市群时空演变过程研究对优化城市群空间结构及促进城市间协调发展均具有重要意义。以1992—2013年DMSP/OLS夜间灯光数据为数据源,综合利用地理信息系统(geographic information system,GIS)空间分析技术、城市位序-规模法则、城市空间扩展速率指数及标准差椭圆等方法对环渤海城市群时空演变过程进行研究,结果表明: ①1992—2013年间,该城市群各城市夜间灯光总量均呈显著增长,整体增长率为135.89%; ②随时间推移,该城市群中心城市对周边地区的辐射带动作用逐步增强,城市规模分布由不均衡状态向均衡状态转变; ③该城市群空间扩展呈中心城市圈层化特征,演变格局表现为由西向东,由北向南的趋势,重心向西南方向偏移,空间范围呈扩张态势。研究可为环渤海及我国其他城市群时空演变研究提供方法借鉴与数据支持。

利用夜间灯光数据(nighttime light data,NTL)与光学遥感影像提取城市建成区是当今的一个研究热点,其中基于植被校正的城市夜间灯光指数(vegetation adjusted NTL urban index,VANUI)被学者广泛利用,但它容易混淆城市边缘的建筑、水体,空间分辨率较低。对VANUI做出改进,提出基于建筑校正的城市夜间灯光指数(building adjusted NTL urban index,BANUI)。利用该指数对包头市南部的城市建成区进行提取,首先,借助Sentinel-2A遥感影像数据提取研究区的归一化建筑指数; 然后,将其与NTL数据结合得到BANUI(空间分辨率为20 m),并由此得到空间分辨率更高、建筑信息更丰富的BANUI图像; 最后,利用分水岭分割算法从BANUI,VANUI和NTL中提取出城市建成区并进行对比。结果表明,由BANUI提取的城市建成区总体精度可达93.61%,Kappa系数为0.793 4,用户精度为81.34%,生产者精度为85.34%,提取结果与实际城市建成区的分布较吻合、提取精度较高,且优于另外2种数据。此方法可为NTL在城市建成区提取的研究中提供参考意见,也可用于对城市规划发展的监测。

石漠化在喀斯特地貌发达的区域广泛存在,快速获取大范围的石漠化现状,监测石漠化的变化具有重大意义。以喀斯特地貌发育最广的贵州省为研究区域,基于2007年、2010年、2016年3个时期的MODIS影像估算植被覆盖度和基岩裸露度,加入坡度和人口密度共同作为评价因子,比较各个因子对石漠化的贡献量,建立判断矩阵,采用层次分析法计算各因子的权值并进行一致性检验。根据所计算的权值建立石漠化评价模型划分石漠化程度,提取贵州省近10 a间的石漠化信息,获得了研究区石漠化概况及转移特征,分析了石漠化的时空演化和动态变化。研究结果表明: ①研究区石漠化在近10 a间有了显著改善,2010—2016年间石漠化治理效果尤为突出,由2010年轻度石漠化与中度石漠化各占总面积的55.67%和40.53%,到2016年轻度石漠化与中度石漠化各占总面积的79.71%和17.35%; ②在石漠化等级转化过程中,中度石漠化为重度石漠化与轻度石漠化相互转化的过渡期,从石漠化治理角度可以先由重度石漠化改善为中度石漠化,再由中度石漠化改善为轻度石漠化; ③中度石漠化与轻度石漠化具有跳跃性,重度石漠化改善难度大,转移比例小且较为稳定。

提出考虑地表土地利用/植被对汇流影响的基于多流向上坡汇流累积的地形因子提取算法,改进了修正通用土壤流失方程(revised university soil loss equation,RUSLE)中地形因子算法,提高了土壤侵蚀提取的精度。利用地理信息系统和遥感技术研究了淮河流域商城县的土壤侵蚀强度空间分布及其与环境因素的关系。结果表明: 研究区年平均土壤侵蚀模数为28.16 t·hm ^-2·a ^-1,属于中度侵蚀; 总侵蚀面积达905.95 km ²; 随着坡度的升高,土壤侵蚀强度和侵蚀模数也显著升高。研究为RUSLE模型应用在生态功能区进行土壤侵蚀评估提供了技术范例,为该区域治理水土流失和环境可持续发展提供了依据。

“地质云1.0”是我国地质调查领域第一个云端的综合性集成应用平台,地质环境分节点作为其分布式节点之一,提供地质环境领域的数据共享与产品社会化服务。为更好地服务于“地质云1.0”建设,从基础设施建设、数据共享服务、地质信息产品服务和服务门户建设4个方面介绍了“地质云1.0”地质环境分节点具体技术实现,并对该节点的建设效果进行了介绍。结果表明,地质环境分节点提供了地质环境领域内的数据和产品等资源,为今后“地质云1.0”的运行、维护和升级提供了技术支撑。

数学精度、要素属性正确性、逻辑一致性是当前地理信息产品质量检测的主要内容,其中精度和属性的检查多采用人工外业实地巡检方式,检测数据的获取具有离散性,属性正确性检查受人为因素影响较大,且该方法劳动强度大、成本高、效率低,对于特殊区域的检查实施困难。通过研究面向地理信息产品质量检测的低空机载激光点云、影像、视频及位置与姿态数据(position and orientation system,POS)的融合处理技术,提出了基于多源低空遥感数据的地理信息产品要素数学精度分类检测与属性评估方法。研究表明,本文方法能够有效用于地理信息产品的质量检测。