利用溶液中物质的分子或离子对紫外-可见光全谱段的吸收特性来定性、定量研究水质参数的光谱分析方法,具有检测速度快、成本低、原位测量、无二次污染、可实现水质的多参数同时在线监测等优点。在论述水质光谱分析理论依据的基础上,系统分析了各种测量方式的原理和各自特点,通过对比国内外全谱段水质在线监测设备,指出了建立高精度在线水质参数反演的关键技术难点,进一步展望了水质光谱多参数在线监测系统的发展趋势。为基于光谱分析理论的水环境监测技术研究和水质参数检测仪器开发提供参考。

土壤水分在农业生产应用中有着不可替代的作用,农业用水、估产、旱情监测等都与土壤水分有着密不可分的关系,因此进行土壤水分变化的监测具有重要意义。目前遥感技术是进行大区域土壤水分变化监测的有效手段。光学遥感对地表植被组份信息敏感,微波可穿透植被获取植被下土壤水分信息,但合成孔径雷达(synthetic aperture Radar,SAR)的后向散射对土壤水分变化的敏感性受冠层影响较大。在植被覆盖区,微波遥感会受到地表粗糙度和植被的双重影响,因此采用光学和SAR遥感协同的策略能更好地去除植被和粗糙度影响,提高土壤水分的反演精度。总结了目前光学与SAR遥感协同反演土壤水分研究中常用的遥感模型和反演方法,并对研究中存在的困难与未来发展进行了总结与展望。

物候是植被生理生态过程与环境变化相互作用的体现,研发基于时间序列遥感数据的植被物候信息提取软件具有现实意义。现有软件主要是国外科研人员结合特定遥感数据发展的,集成的数据平滑重建方法不同,服务的对象也有差异。对现有软件功能和特点的比较分析有助于用户在选用软件时更有针对性,也可为研发植被物候软件提供参考。在简述遥感监测植被物候原理和重建时间序列遥感数据常用数据平滑方法后,文章汇总了多款集成重建方法和物候提取方法于一体的植被物候软件。重点介绍了TIMESAT,SPIRITS和DATimeS软件,比较分析了这些软件的功能特点。最后,结合遥感大数据发展和植被物候监测应用需求的背景,针对发展友好图形用户界面且汉化版的应用软件进行了展望。

城市地面沉降属于缓慢性地质灾害,其对社会经济和人类生活具有持续性负面影响,对城市沉降进行广域高效监测具有重要现实意义。选取天津市为研究区域,以2009年4月7日—2010年12月14日获取的34幅高分辨率TerraSAR-X SAR影像为数据源,采用基于相干点目标分析(interferometric point target analysis, IPTA)的时序差分干涉处理方法进行沉降监测,使用精密水准数据进行精度验证,并提出一种基于最小二乘拟合的沉降时间序列验证方法,最后基于验证后的结果进行沉降分析和解释。与水准数据对比表明,IPTA解算沉降速率、时间序列最小二乘拟合沉降速率的均方根误差分别为3.15 mm/a和-3.25 mm/a。对沉降结果进行分析表明,实验区总体沉降呈不均匀性,最大沉降速率为-128.41 mm/a,沉降时空分布与研究区地表覆盖类型及地下水开采相关。

地面沉降是一种由多种因素引发的区域地面高程下降的环境地质现象,一定程度上会降低高速铁路的平顺性,影响高速铁路安全运营。针对传统随机森林模型对时序数据预测时未考虑数据内部复杂规律问题,该文构建基于小波变换的随机森林模型(wavelet transform-random forest,WT-RF),预测高铁沿线地面沉降信息,评价地面沉降对高铁坡度变化的影响。研究结果表明,2016—2018年,累积地面沉降影响津保高铁坡度变化范围为0~0.16‰; 基于WT-RF模型对地面沉降预测具有较高精度; 2018—2020年,地面沉降仍呈现加重趋势。津保高速铁路沿线坡度变化范围虽然在0~0.2‰之间,但较目前呈现增大趋势。研究发现地面沉降对津保高铁坡度变化具有影响作用,需控制地面沉降,保证高速铁路的安全运营。

时间序列合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture Radar,InSAR)技术因可以安全、高效地获取大范围、高精度地面沉降数据而被广泛应用。如何通过该技术准确、高效获取不同开采状态矿区的地面沉降数据,为矿区生态环境治理提供数据支撑依然是当前热点。文章基于58景Sentinel-1A影像数据,采用多主影像相干目标小基线InSAR方法(multiple master-image coherent target small-baseline interferometric SAR,MCTSB-InSAR),对徐州市6个矿区进行时序监测,得到矿区2016—2018年间地面沉降监测结果。用相近时段内的实测水准数据对年均沉降速率进行精度验证,二者差值的均方根误差为4.0 mm/a,满足监测要求。监测结果表明: 张双楼煤矿和三河尖煤矿沉降较为严重,最大年均沉降速率均超过100 mm/a,最大累计沉降量均超过300 mm; 旗山煤矿、拾屯煤矿、权台煤矿和张集煤矿沉降较轻,监测时段内沉降均发生在矿区范围内,无明显扩张趋势。结合江苏省2016年地理国情监测数据分析,三河尖煤矿有2 844个高相干点落入房屋及道路内,占该矿区总高相干点数的73.66%,张双楼煤矿有672个高相干点落入房屋及道路内,占该矿区总高相干点数的63.33%; 除权台煤矿外,其余矿区的时序沉降量与时间基本都呈线性关系,且在采矿区的沉降一般比停采矿区的线性规律更强,权台煤矿的时序沉降量符合非线性沉降规律。实验表明,Sentinel-1A影像数据和MCTSB-InSAR技术在矿区地面沉降监测与分析方面具有良好的应用前景。

京津冀地区是我国地面沉降发展最迅速,影响面积最大的地区。地面沉降已成为京津冀协同发展中不容忽视的地质问题。文章利用多时相合成孔径雷达干涉测量(multi-temporal interferometric synthetic aperture Radar,MT-InSAR)技术对2016年1月—2018年10月覆盖京津冀地区的多轨Sentinel-1A数据进行处理,经水准数据验证和相邻轨道数据结果交叉验证后,对多轨SAR数据结果进行融合获取了京津冀平原2016—2018年间的地面沉降结果。InSAR监测结果表明,监测时段内京津冀平原最大沉降速率达164 mm/a,研究区内地面沉降分布广泛,且空间分布不均。对京津冀地区地面沉降时空变化特征进行分析发现,2016—2018年间唐山—秦皇岛地区地面沉降呈不断加剧趋势; 其余地区地面沉降发展较为稳定。研究表明了InSAR技术在大区域地面沉降监测中的可靠性,研究结果为区域沉降防治提供重要依据,为京津冀特大城市群建设提供科学保障。

镶嵌线的提取是遥感影像镶嵌的重要步骤,针对现阶段高分辨率遥感影像镶嵌技术中镶嵌线提取存在的问题,提出了一种基于多尺度分割和A*算法的镶嵌线提取方法。首先使用简单线性迭代聚类(simple linear iterative cluster,SLIC)算法对影像重叠区域进行预分割,对明显地物区域进行聚类生成紧密的超像素,获取提取影像中地物纹理信息; 然后通过不断增大区域相异度阈值对相邻区域进行合并,使用尺度集模型记录区域合并过程; 同时根据光谱特征的局部方差和莫兰指数决定最佳分割尺度,解决过分割问题; 最后使用A*算法在分割路径上寻找最佳镶嵌线。实验结果证明,该方法有效解决了镶嵌线穿过建筑、农田、河流等明显区域的问题,减少拼接痕迹,使用尺度集模型记录合并过程能有效选择最优分割尺度,可以广泛应用于高分辨率遥感影像拼接镶嵌,对遥感影像自动镶嵌有实用意义。

船企场景识别对修复沿岸生态环境、保护水域环境以及促进船舶产业的协调发展具有现实意义,但传统方法基于中、低层次的特征难以实现卫星遥感图像中船企的自动识别。为此,提出了结合空间约束的卷积神经网络多模型多尺度船企场景识别方法。首先分别采用全局尺度的船企场景和局部尺度船坞(台)、厂房和船只样本训练多个卷积神经网络模型,并进行多模型多尺度检测; 进而对局部对象进行像素级定位并计算对象空间距离; 最终结合多尺度检测结果、对象标签组合方式、对象空间距离进行船企场景综合判别与提取。将此方法分别应用于中国江苏省、日本长崎县和爱媛县周边以及韩国木浦市和巨济市周边5个典型造船密集区。结果表明,江苏省整体识别精确度为87%,召回率为85%; 日本研究区整体识别精确度为91%,召回率为87%; 韩国研究区整体识别精确度为85%,召回率为92%。实验结果表明,此方法可以较好地实现遥感船企复杂场景的识别。

在遥感图像变化检测领域中,后验概率空间变化向量分析(change vector analysis in posterior probability space,CVAPS)方法具有诸多优点而被广泛应用。CVAPS法使用支持向量机(support vector machine,SVM)估计后验概率向量,但对中低分辨率遥感影像分类时SVM无法有效处理同物异谱、异物同谱及混合像元问题,从而无法保证最终检测结果的精度。由此,文章针对混合像元问题采用模糊C均值聚类(fuzzy C-means, FCM)进行建模,并耦合简单贝叶斯网络(simple Bayesian network,SBN)以解决混合像元问题及估计后验概率向量,实现了一种新的后验概率空间变化向量分析方法。实验结果表明,本文算法的总体精度和Kappa系数均优于基于SVM的CVAPS算法,算法性能受训练样本的数量影响较小,且参数设置简单,耗时少。文章提出的算法有助于提高遥感图像变化检测的精度和效率。

科学合理地划定城区范围,是建立城乡统计、制定城乡政策、实施国土空间规划的重要依据。目前尚未建立统一的城区范围概念体系和划定方法,给国土空间规划的编制和实施带来诸多不确定性。因此,针对目前我国城区范围概念不统一、划定方法不一致、空间界线不明确等问题,在广泛调研的基础上,界定了城区范围的空间内涵,并利用测绘地理信息、遥感等技术手段,提出了城区范围的空间划定方法。研究基于第三次全国国土调查数据,依次通过城区用地特征判断和空间连接判断,确定纳入城区的地物,提取城区的空间范围。以巴中市为例进行实证研究,验证了流程的合理性与可行性,证明该方法可用于城区空间范围的提取,具有广泛推广的价值。

合成孔径雷达(synthetic aperture Radar, SAR)图像分类是遥感应用中的关键技术之一。针对对象高斯-马尔可夫随机场(object-based Gaussian-Markov random field,OGMRF)模型中区域类别标签对分类精度影响的问题,提出了区域类别模糊概率(regional category fuzzy probability, RCFP)标签场方法,使临界对象具有多种类别划分的可能性,避免唯一标签导致的错分类现象。该方法综合考虑区域特征与邻域特征,利用区域边缘信息和后验概率获得RCFP,并将其纳入特征场参数求解过程中,使特征场参数更加接近真实情况,从而提高SAR图像分类精度。以河南省开封市东部约1 400 km²的区域为研究区,采用Sentinel-1卫星SAR图像开展农田、建筑、水域3类地物的分类验证实验,与K-means,FCM,马尔可夫随机场和具有区域系数的OGMRF等方法相比较,所提出方法的总体分类精度达到94.16%,Kappa系数为0.895 7,在5种方法中效果最好。

滨海湿地信息提取对于准确掌握滨海湿地分布现状、保护与管理滨海湿地珍稀资源具有重要意义。通过可分性指数筛选极化分解特征并利用随机森林法对全极化SAR影像进行分类,以提高滨海湿地保护区地物信息提取精度。选取辽宁省辽河口湿地自然保护区作为研究区域,基于国产高分三号全极化雷达影像,采用5种极化目标分解方法提取极化特征,利用可分性指数优化特征选择,最后利用随机森林法进行辽河口自然保护区地物分类及精度评价。实验结果表明,基于优化选择的极化特征地物分类精度可达75.47%; 优化选择后的极化特征参数能够有效避免信息冗余,提高滨海湿地保护区地物信息提取精度。

为提高GPM卫星降水产品的空间分辨率,扩展其应用范围,以贵州省为研究区域,通过建立空间降尺度模型对其进行降尺度研究。首先,以经度、纬度、高程、坡度、坡向等地形因子为解释变量,以原始GPM卫星降水数据为目标变量,分别建立多元线性回归、地理加权回归、极限学习机、支持向量机、随机森林回归等降尺度模型; 然后对多年平均时间尺度进行应用与评价; 最后选择效果最佳的模型分别对典型年的年、月降水量进行空间降尺度研究。结果表明,除随机森林回归模型外的其余4种空间降尺度模型均表现良好,其中以多元线性回归模型表现最为稳定、效果最优; 多元线性回归模型的降尺度结果在观测精度和空间相关性上均有较大程度的提升。该研究可为贵州省提供高分辨率的网格化降水产品,对区域水文气象研究等工作提供支持。

钢铁业是国民经济发展中重要组成部分,掌握钢铁企业月产量有利于开展宏观调控及合理分配资源。以钢铁企业的月产量为研究对象,运用景观格局指数的理论和方法,利用卫星热红外遥感数据表面温度反演后的分级结果,结合厂房矢量数据来获取表面温度异常值和热力景观分布参数,以此提出并建立钢铁企业炼钢月产量估算模型。再结合华中和华北两个典型钢铁企业实际月产量数据,根据最小二乘拟合分别求估算模型,模型的决定系数(R²)大于0.9。分析后验差检验结果可知,该估算模型精度等级为二级; 且在95%的置信度下,实际产量值均落在估算值的置信区间内,综合反映本文提出的炼钢月产量估算模型精度较高。

火星沙丘遥感识别对于人类探索火星大气与其表面交互作用具有重要的研究意义。针对传统的机器学习方法自动提取火星沙丘精度低的问题,设计了一种纹理特征提取与深度学习相结合的方法来自动识别火星沙丘。该方法在火星遥感影像纹理特征提取的基础上结合深度学习模型对火星沙丘进行提取,实现火星遥感影像端到端的语义分割。同时将U-Net方法提取结果与传统的随机森林提取方法进行对比,实验结果表明: U-Net方法能够充分利用影像中丰富的纹理信息,提取沙丘的准确率为96.7%,比传统的随机森林方法提高了3.2个百分点; U-Net方法提取的火星沙丘轮廓更为准确清晰,且对破碎程度大的沙丘提取效果较好,U-Net方法可用于火星沙丘的精确自动提取。

近年来受全球气候变暖等因素的影响,全球珊瑚礁白化事件频发,而美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)的珊瑚礁监测(Coral Reef Watch, CRW)系统在南海的监测结果存在低估问题。文章基于1985年起的180例南海及周边海域的珊瑚礁白化相关报道,通过计算不同阈值组合的白化漏检率、误检率与准确率,评估得到最佳阈值组合,最终实现对南海珊瑚礁白化热应力检测的改进。实验结果表明: ①NOAA阈值对应的白化检测结果漏检率为70.70%,长期的白化低估现象确实存在; ②采用改进后的临界阈值(critical threshold,CT)与警报阈值(alert threshold,AT),可将白化检测准确率由58.13%提升至73.90%,同时漏检率与误检率均低于30%。通过2007年6月南沙群岛的白化事件,发现相较过去的低估,改进后的热应力指数能对事件做到有效检测,并能适时标记白化警报级别。结果证明热应力检测的改进方法能提高珊瑚白化监测水平,有利于南海珊瑚礁的管理与保护。

为探寻区域土壤重金属含量最佳反演模型,以龙海市为研究区,对土壤原始光谱数据分别进行SG平滑、小波变换、高斯滤波和多元散射校正4种光谱预处理,运用基于模型集群分析(model population analysis,MPA)策略开发的波长选择算法: 竞争适应性重加权采样算法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)、变量空间迭代收缩算法(variable iterative space shrinkage approach,VISSA)、迭代变量子集优化算法(iteratively variable subset optimization,IVSO)和区间组合优化算法(interval combination optimization,ICO)剔除干扰与无信息波长变量,采用线性模型偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)、非线性模型支持向量机(support vector machine,SVM)及神经网络模型极限学习机(extreme learning machine,ELM)进行土壤重金属铅(Pb)含量回归预测。结果表明: 经过多种预处理方法建立的Pb含量反演模型中,基于小波变换第七层重构后的光谱数据构建的模型预测精度最优,其验证集R²=0.736,RMSE=5.426,RPD=1.976,RPIQ=2.560。基于MPA策略开发的CARS,VISSA,IVSO和ICO都能显著提升模型解释性与泛化性能,并且提高建模效率。3种回归模型总体的预测表现排序: ELM>PLSR>SVM。其中ICO-ELM预测精度最高,其验证集R²=0.863,RMSE=3.953,RPD=2.712,RPIQ=3.514。所建最优模型可为区域土地质量和生态指标快速准确监测提供新的理论参考。

实现目标区域尾矿信息的识别和提取是矿山环境动态监测的重要组成部分。中低空间分辨率影像多是基于光谱信息进行地物分类,但由于矿区环境特殊,部分道路与尾矿的光谱反射率相近,仅利用光谱信息进行地物分类易将尾矿错误划分为道路,影响尾矿库结构完整性以及其占地面积统计。针对这一问题,基于北京二号高空间分辨率影像对迁西地区铁尾矿的光谱特征、形状特征以及纹理特征进行综合分析,提出了一种基于多特征的面向对象分类方法。首先,对北京二号影像进行多尺度分割,并以地物在各波段的反射率及光谱差值作为地物光谱特征值; 然后,利用协方差矩阵和对象边界提取长宽比作为地物形状特征值; 再利用主成分波段进行灰度共生矩阵计算,并从中选取对比度、相关度、熵这3个能有效区分尾矿与其他地物纹理特点的值作为遥感图像的纹理特征值; 最后,结合以上地物特征信息利用最近邻方法实现面向对象分类并进行精度评价。结果表明: 该方法可有效避免尾矿库内道路的误分,为开展大范围高精度尾矿识别与动态监测提供研究基础。

以京杭大运河沿线地区城市为研究对象,运用夜间灯光数据和Landsat数据分别建立表征城市化水平的夜间灯光指数和表征生态环境质量的遥感生态指数,研究京杭大运河沿线地区城市1992—2018年的城市化及生态环境变迁; 运用耦合协调度模型及其分类原则判定两者协同发展格局,为京杭大运河沿线地区城市与生态环境协调发展提供科学依据和决策支持。结果表明: ①京杭大运河沿线地区城市发展水平具有空间不平衡性,呈现出南北高,中部低的空间格局,1992—2018年京杭大运河沿线地区高城市化水平的城市逐年增多,1992—2002年为城市化缓慢发展阶段,2002—2013年为城市化进程加速阶段,2013—2018年为城市化稳步提升阶段; ②1992—2018年京杭大运河沿线地区遥感生态指数均大于0.4,表明京杭大运河沿线地区生态环境均较好,1992—2002年京杭大运河沿线地区生态环境状况相对稳定,2002—2007年生态环境质量提升,2007—2018年生态环境质量有所下降; ③1992—2018年京杭大运河沿线地区城市化与生态环境系统耦合协调度先上升后下降,协同发展类型整体上逐渐由城市化滞后演变为生态环境滞后,生态环境质量需要进一步提高。大运河沿线地区在发展经济的同时,也应加大对生态环境的保护。

常规区域性水深测量方法主要是利用船载的声学探测技术,但是由于船体无法进入沿岸浅水区域和岛礁密集区域,故近海岸区域常存在数据空白。机载激光雷达测深技术的出现和发展能有效解决这一问题,成为一种快速高效的水深及海底地形测探方法。以机载激光雷达测深仪CZMIL Nova系统为例,介绍其海陆地形一体化的测量技术特点和影响因素,及其在岛屿海陆一体地形测量的初步应用情况。

为了给西昌市生态保护修复提供依据,对其生态地质脆弱性做出评价。在生态地质调查、综合研究的基础上,选取了10项影响西昌市生态地质脆弱性的主要因素,构建了评价指标体系; 在地理信息系统(geographic information system,GIS)的支持下,采用改进后的层次分析法,对西昌市开展了生态地质脆弱性评价。结果表明: 西昌市生态地质较为脆弱,虽然没有极脆弱区,但中度脆弱—高度脆弱达50.14%。不脆弱与轻度脆弱区主要集中于安宁河谷和邛海盆地,中度脆弱—高度脆弱区域主要集中在西昌市西部的牦牛山一带和东南部的螺髻山一带; 全市可划分为5个生态地质脆弱性分区,包括2个生态地质轻度脆弱区——安宁河谷生态地质轻度脆弱区(Ⅰ)和大箐生态地质轻度脆弱区(Ⅱ),1个生态地质中度脆弱区——巴汝—马鞍山生态地质中度脆弱区(Ⅲ),2个生态地质高度脆弱区——螺髻山西坡生态地质高度脆弱区(Ⅳ)和牦牛山生态地质高度脆弱区(Ⅴ)。对于不同的生态地质脆弱性分区,应实行不同的生态保护修复方案与开发建设措施。

2014年8月31日—9月2日重庆市渝东北地区出现一次强降雨过程,引发了大量滑坡,造成了人员伤亡和重大经济损失。为掌握此次降雨诱发滑坡情况,分析滑坡与降雨关系,结合遥感和地理信息系统技术,通过该地区“8·31”暴雨前后的高空间分辨率卫星遥感影像解译,获得了暴雨诱发滑坡分布情况,分析了滑坡发生与降雨、地形之间的关系,研究发现: 渝东北地区复杂的地质构造条件以及由其产生的特有的构造侵蚀地貌格局,不仅使得该区域成为暴雨中心,也导致了该地区降雨型滑坡多发、频发。当日降雨量和累积降雨量分别超过80 mm和160 mm时滑坡开始持续发生; 当日降雨量超过100 mm或累积降雨量超过210 mm时滑坡大量发生。迎风坡且坡度在25°左右斜坡最易发生滑坡。研究认为,在降雨诱发地质灾害易发性分析及预测预报中,应考虑山区地形对局地降雨强度和分布的影响,以提高地质灾害时间和空间分析预测精准度。

快速城市化形成超大城市导致地表覆盖快速变化,改变地表热平衡,使得城市热环境剧烈变化。以1990s,2000s和2015年这3个时期为研究时相,选取中外6个典型超大城市(北京、上海、广州、伦敦、纽约和东京)为研究对象,多时相Landsat遥感影像为主要数据源,进行城市热环境变化对比及成因分析。利用普适性单通道算法反演各城市地表温度,计算城市热岛比例指数(urban heat island ratio index,URI)来定量对比研究期间各城市热岛效应时空变化。城市热岛效应对比研究结果表明,1990s—2015年间,北京、上海和东京的URI呈总体上升趋势,广州、伦敦和纽约的URI呈总体下降趋势。到2015年,东京城市热岛效应最严重(URI=0.630),其次是北京、上海、纽约和广州,分别为0.617,0.594,0.555和0.530,伦敦的URI指数最小为0.433。整个研究期间,北京、上海、广州和东京等超大城市均有较大幅度扩张,建成区面积均增加500 km²以上,不透水面面积增加370 km²以上,不断向外蔓延并占用生态用地,加上城市组团间无法形成良好的绿化分隔带,造成城市地表温度等级大幅上升,尤其是新城区热岛效应增强显著; 而在老城区通过旧城改造,热环境得到显著改善。伦敦和纽约城市无明显扩张,地表温度变化幅度较小。在今后城市建设中,需注重生态理念,优化城市地表空间格局,提高生态用地效益。

为满足各行业对高分辨率、高精度降水数据的需求,以湘江流域为例,分别建立了基于多元线性回归法(multiple linear regression,MLR)和地理加权回归法(geographic weighted regression,GWR)的TRMM卫星降水降尺度模型,采用留一交叉验证法对模型进行优选,反演得到0.05°卫星-地面融合降水产品,并在此基础上分析了湘江流域的时空变化特征。结果表明: 相比热带降雨测量卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)降水,降尺度后TRMM降水的空间分辨率得到大幅度提升,且与气象站点观测降水之间的决定系数平均提高了0.27以上,均方根误差和平均相对偏差平均降低了28.42 mm和29.88百分点以上,表明考虑植被、地形和地理要素的回归降尺度模型能够较为准确地刻画降水的空间分布特征; 相比MLR降尺度模型得到的降水,GWR降尺度模型得到的降水与气象站点观测降水之间的决定系数平均提高了0.06,均方根误差和平均相对偏差平均降低了14.88 mm和8.83百分点,表明GWR降尺度效果更好; 2006—2017年湘江流域不同时间尺度的降水时空变化特征迥异,表现在变化趋势及其显著性、对应区域的位置及面积上。

中尼铁路作为世界上首条穿越喜马拉雅山脉的铁路工程,面临着高海拔、高落差、高寒气候、地震活动带、软岩变形、不良地质发育等诸多环境、地质问题,线路方案的设计、选择明显受地质条件的约束,需要彻底摸清区内各类地质问题。为了克服地表调查的局限性、减轻外业调查工作量、提高工作效率,文章充分发挥遥感技术特长,在分析已有基础地质、工程地质、地质环境等资料的基础上,采用多源遥感技术,对研究区内的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、滑坡、泥石流、风沙等不良地质要素开展了详细的解译分析,为工程地质调查以及线路方案设计、选线提供了较详细、全面、可靠的遥感成果资料,发挥了重要的技术支撑作用。

研究三峡工程对周边生态环境的影响对维护生态安全具有重要意义。目前,相关研究已经揭示了三峡大坝的建设与蓄水在气象、植被、土地利用以及灾害发生等方面的影响,而地表水作为地球水资源的重要组成部分,受三峡工程的影响程度还不清楚,尤其是在长江上游。本研究利用多源数据在GEE(Google Earth Engine)平台上分析了重庆地区1990—2019年间常年地表水、植被以及气象要素在三峡蓄水前期(1990—2002年)、中期(2003—2012年)和后期(2013—2019年)3个阶段的时空变化情况。结果表明: ①地表水和植被在1990—2019年都表现出增长的趋势,且其不同的增长模式都表现出对三峡蓄水明显的响应,而温度和降雨表现出持续的波动,对蓄水过程无明显响应; ②常年地表水面积在蓄水过程中以18.32 km²/a的速度增加,而在蓄水前后变化不大,新增的常年地表水主要分布在长江及其支流沿岸,且集中在长江重庆段的中部,少数的地表水面积增加出现在湖泊和水库,如长寿湖在蓄水期间增加了超过其面积20%的水域; ③归一化植被指数在3个阶段表现为台阶式增长(共增长18.55%),这一变化为地表水资源增加和生态修复工程的共同作用。本研究表明三峡蓄水对重庆地区水资源的时空动态有着较为显著的影响,同时发现了水利工程改变地表覆盖及水资源分布的有效证据,这为重庆地区乃至整个长江流域的水资源管理提供了科学依据。

土壤是储存碳的最大潜在储层,土壤有机质(soil organic matter,SOM)含量则是影响土壤碳的关键驱动因素,因此,SOM是分析土壤碳储量变化的重要指标。了解煤矿开采过程中光谱对SOM含量最佳响应波段以及整体煤矿区的SOM时空动态格局变化情况,以位于陕蒙交界的典型煤矿区为研究区,利用实测SOM、近地高光谱反射率和卫星多光谱反射率线性回归分析,对研究区2019年6月1日、7月4日和9月21日SOM变化进行定量分析,同时监测井工矿(大海则、巴拉素、纳林河二号、营盘壕)及其所在流域周边的SOM变化情况。结果表明: 与实测SOM对比,近地高光谱反射率一阶微分变换的SOM反演效果最佳。通过对高光谱、多光谱特征波段提取以及SOM相关性分析,建立回归反演模型,验证精度结果表明,反演SOM预测值与SOM实测值相关性达到0.90; 研究区内土壤有机质含量呈东高西低态势,河流上、中、下游及河口处SOM逐渐降低。采矿前模拟SOM含量得到结果与采矿过程中遥感估算的SOM相比高5%,说明煤矿开采在一定程度影响SOM含量。证明线性回归SOM反演模型具有推广应用前景。上述结果将对研究区土壤资源和生态环境定量研究、管理以及可持续发展提供依据。

土地利用冲突识别对协调干旱区绿洲生态保护与社会经济发展之间的平衡具有重要意义。选取乌鲁木齐河流域的河谷绿洲新疆乌鲁木齐市为研究区,基于 2000年、2010年和2018年土地利用现状数据,构建土地利用冲突综合测度模型,通过空间自相关及冷热点分析方法,进一步分析了土地利用冲突空间格局的分布特征。结果表明: ①土地利用冲突面积呈逐年增加趋势,等级面积表现为无冲突>中度冲突>轻度冲突>重度冲突; 草地、耕地、建设用地和林地较容易发生土地利用冲突。②研究区土地利用冲突有显著的空间正相关性,空间集聚程度较高; 通过冷热点分析发现,2000—2018年,土地利用冲突的热点区由中心城区北部及西南地区迁移至东部及南部,且分布范围缩小,冷点区主要聚集在中心城区内部以及东部和南部的山区。③研究区土地利用程度与土地利用冲突呈空间正相关关系; 块金值与基台值的比值从0.21上升至0.49,空间相关性减弱,随机性因素对该区土地利用冲突的影响增强。

利用遥感手段实现尾矿库空间范围的快速识别对我国尾矿库监测监管具有重要意义。以U-Net网络框架为基础,提出了基于深度学习的尾矿库空间范围遥感智能识别方法,利用国产高分六号影像在云南省红河哈尼族彝族自治州开展了应用验证。结果表明,该方法对尾矿库空间范围识别的精确率(Precision)、召回率(Recall)、F1-score值分别达到0.874,0.843和0.858,显著优于随机森林、支持向量机、最大似然法; 尾矿库空间范围识别的耗时与上述3种方法保持相同的数量级水平。该方法在全国尾矿库空间范围变化的遥感快速监测中具有广阔的应用前景。

基于2000—2015年的陕北地区MODIS数据,通过地理信息系统和遥感技术,结合SPSS22.0平台,运用反距离权重、Pearson相关分析等方法,研究了陕北地区的植被覆盖度时空变化,结合降水、气温、社会经济等数据,研究植被变化的驱动因素。研究表明: 2000—2015年的16 a间,研究区植被覆盖度整体在0.35~0.55之间; 气候因素分布具有时空差异性,对植被覆盖度的影响程度不同。根据主成分分析结果,国内生产总值、农村人口、总人口、耕地面积、降水和气温的贡献率分别为41.4%,-38.3%,35.7%,32.8%,21.3%和7.1%。通过研究植被覆盖的驱动因素,为未来的生态环境保护提供了科学依据。

随着我国全民健身运动的深入开展,社会公众的健康意识明显提高,体育健身设施逐渐无法满足人民日益增长的健身需求。通过对地理信息系统(geographic information system,GIS)技术应用于全民健身的历史发展、应用范围和应用方式的回顾与总结,认为GIS在全民健身中的应用范围主要集中在空间数据分析、健身设施资源配置以及健身信息查询检索等,应用方式主要包括全民健身设施的空间与分布特征分析、可达性评估以及相关性验证。GIS技术可以高效处理体育健身设施的布局问题,方便群众参与体育锻炼活动,大幅提升全民健身活动效果,且在科技进步和多学科交叉研究的发展中,为全民健身活动提供更多有力的技术支持。