非点源污染物是水污染的重要来源,已成为影响水环境状况的决定性因素之一。目前常用的农业非点源污染评价模型包括统计模型和机理模型两大类,而无论采用哪种建模方法,多类型数据的获取和评价结果的精度验证都是研究的主要瓶颈。为了使人们对卫星遥感技术在农业非点源污染评价中的应用有所了解,从非点源污染研究所需数据种类的角度,对卫星遥感技术的获取能力和可行性进行了应用分析,并对卫星遥感技术在农业非点源污染评价结果的精度验证中的应用潜力进行了展望。
根据自然物质系统具有层次结构的特性,在多年实践的基础上,对遥感蚀变信息提取问题提出了多层次分离技术模型。在这个技术模型框架下,首先讨论了遥感蚀变信息提取这一复杂研究对象的简化问题; 然后系统地阐述了该技术模型的基本原理和模型结构,以及该模型框架下的主要技术体系。应用实例分析结果表明,该模型所提出的技术思想不仅简化了遥感蚀变信息提取问题的复杂性,而且在实际应用中显现出良好的实用性。
为了反演出全天各个时刻的地表温度数据,在不考虑大气水汽含量和地表比辐射率的情况下,首先建立"风云2号"C星2个热红外通道数据相对于MODIS地表温度数据之间的回归方程,反演出各个时刻的5 km空间分辨率的地表辐射温度; 然后根据地表温度最大值和最小值出现的时间,将反演的地表辐射温度降尺度到1 km空间分辨率,在同时刻、同尺度的前提下,通过对"风云2号"C星数据反演得到的5 km空间分辨率地表辐射温度和MODIS数据升尺度得到的5 km空间分辨率地表温度以及它们的空间分布进行对比分析,发现二者的空间分布格局 趋于一致; 最后,结合植被覆盖分类图,求出不同植被覆盖类型区域在"风云2号"C星(1 km空间分辨率)影像和MODIS(1 km空间分辨率)影像上的平均地表辐射温度,计算得到的绝对误差为1.95 K,相对误差为10.7%。 反演结果表明,以土壤和植被为主体的地表面,用该方法得到的地表辐射温度与MODIS地表温度的最大误差在2 K之内。
与传统的基于像元的影像分类方法相比,面向对象的分类方法能够提供更为准确的地类识别结果。对象作为信息提取过程的中间实体,对其划分的好坏直接关系到影像的分类精度。为了更准确地对农区多光谱影像进行分类,提出了一种基于高精度历史耕地地块数据的影像分割方法。该方法首先判定现势遥感图像上耕地地块的均质性,然后通过计算区域对比度指标指导局部最优参数的动态选择,最终获得影像的分割结果。基于农区的案例研究表明: 1在相同的全局分割参数条件下,基于高精度历史耕地地块数据的影像分割方法能够在保持稳定的耕地地块边界的同时,获得比直接影像分割更均一的对象; 2局部参数的应用使得影像"欠分割"和"过分割"现象基本消除,分割结果较使用全局参数的分割结果更为合理; 3局部最优分割参数的自动选取,极大地增强了该方法的客观性; 4区域对比度指标对"欠分割"和"过分割"现象十分敏感,能够较好地指导影像分割,为评价农区影像分割的优劣提供了有效的评价指标。
面向对象的影像分析方法是当前信息提取的研究热点,而影像分割是面向对象方法的核心技术,分割效果的好坏直接影响影像对象的提取。将Canny算法在边缘检测上的优势同面向对象信息提取软件eCognition 8.0提供的二次开发平台结合在一起,提出一种基于Canny算法的面向对象的影像分割新方法。试验结果表明,该方法不仅准确可靠,且分割结果连续,很好地解决了"淹没"和"破碎"现象; 而且结合了面向对象方法的优势,很好地解决了"椒盐"问题,最大限度地减小噪声对分类的影响,从而达到准确提取感兴趣地物对象的目的。
利用2010年6月在内蒙古贡格尔辐射校正场(简称内蒙古辐射校正场)实测的地表反射率和大气气溶胶数据,分析了该辐射校正场的地表反射率和大气气溶胶特性,并与敦煌辐射校正场相关数据进行了对比分析。结果表明: 内蒙古辐射校正场地表反射率的相对方差小于5%,表现出较好的均一性; 在天气晴朗的情况下,各通道的大气气溶胶光学厚度可达0.1~0.2; 内蒙古辐射校正场地理条件优越,交通便利且定标成本低,可作为我国备用的卫星传感器辐射校正场,用于开展卫星传感器的在轨辐射定标及遥感数据真实性检验实验,以进一步提高国产卫星遥感数据定量化应用的可靠性与精度。
采用最小核值相似区算法(Smallest Univalue Segment Assimilating Nucleus,SUSAN)计算QuickBird图像的梯度,并采用标记控制的分水岭变换(Watershed Transform,WT)算法分割图像,取得了较好的结果。SUSAN方法能有效地检测图像梯度,对噪声不敏感; 梯度值范围明确,不因图像而改变,为后续处理相关参数的选择提供了便利; 亮度阈值容易确定,模板半径可选,具有很大的灵活性; 适合于采用WT的遥感图像的分割。采用基于SUSAN梯度和NDVI的标记图像,利用形态学灰度图像重建方法修改梯度图像,能够有效地抑制梯度图像中大量的局部灰度极小值,提高WT图像分割的精度。
在对塔里木河下游大西海子水库周边芦苇生物量实地调查基础上,使用同期TM数据建立了芦苇生物量遥感估算模型。结果表明: TM1~5、TM7的灰度值和垂直植被指数(PVI)、亮度植被指数(BVI)及归一化差值植被指数(NDVI)与芦苇生物量实测值显著相关; 生物量遥感估算模型中非线性回归模型的拟合精度高于线性回归模型。NDVI在一元线性、非线性回归模型中的拟合精度最高,TM4的拟合精度最低; 多元逐步回归比一元线性、一元非线性回归拟合度精度高。若仅考虑简单、可靠、便于生产部门使用,基于PVI、NDVI的一元线性模型和基于TM1的一元非线性模型是较好的选择。
提出了一种基于高分辨率卫星遥感图像检测汽车的新方法--背景迭代搜索(Background Iterative Search,BIS)算法。该算法首先利用背景与目标的局部差异,用距离作为判别准则逐步迭代搜索并去除背景,根据汽车的物质特性初步检测汽车; 然后采用动态双峰阈值分割方法,利用全局信息把道路和非道路分开,并根据形状特征粗略提取道路; 最后利用道路信息约束初步检测的汽车,得到最终的汽车检测结果。通过使用IKONOS和QuickBird卫星遥感数据进行实验,验证了BIS算法的有效性。
从图像预处理和地学应用两个角度对不同载荷指标的模拟HyMap数据质量进行评价。在图像预处理角度上,利用图像的均方差异常、直方图异常、数据相关异常等3个参量分别对模拟HyMap图像质量加以分析和评价; 在模拟数据的地学应用角度上,利用模拟的HyMap数据进行矿化蚀变信息提取和矿物填图。通过对提取信息的种类、数量及矿物填图精度的分析,获得了对不同载荷指标和不同尺度模拟HyMap数据质量评价方法的许多重要认识。
高空间分辨率遥感图像在土地覆被分类方面应用广泛,但传统的基于像元分类方法的精度较低。为了提高高分辨率图像的分类精度,通过灰度共生矩阵法快速提取纹理特征,利用支持向量机(SVM)并辅以纹理特征,对浙江湖州典型实验样区的ALOS图像进行土地覆被分类。结果表明: 基于纹理特征和SVM的图像分类能更好地提取地物信息,分类总精度达到90.88%; 单纯SVM的分类精度(89.96%)高于最大似然法(分类精度86.16%)。本文方法可快速准确地提取土地覆被类型,为研究农业非点源污染的产生和时空分布提供服务,进而为寻求太湖流域内合理的土地利用模式和土地的可持续利用提供科学依据。
在GIS空间分析和数理统计分析技术的支持下,以四川省为研究区域,基于ArcGIS平台分析提取出了绝对高程、相对高程、坡度和地面粗糙度这4类因子; 然后利用这4类因子参与确立山地特征分类临界值,在此基础上,运用数理统计方法将其归并为两大类,并制定出山地分类标准体系; 最后在ArcGIS软件平台下,运用栅格计算器提取出了四川省山地与非山地的分类结果。研究表明,该分类方法尝试将更多的关键要素信息参与到分类体系中,达到了与传统方法一样的较为准确的分类目的,从而为"数字山地"的数字化实现奠定了研究基础。
无人机影像重叠度高,单个控制点可能会出现在多张相邻影像上,因此在空中三角测量工作中,在影像上展绘控制点(展点)是一项繁琐的内业工作。为解决该问题,将通过影像和控制点纠正后的POS数据应用到展点工作中,提出了一种适用于大重叠度影像的自动展绘控制点(自动展点)方法,并针对不同地形区域对展点精度进行了评估分析。结果表明,在地形平坦区域,该方法展点精度较高,可直接应用到影像的快速拼接和空中三角测量等影像后续处理中。
首先介绍了无人机低空航测系统的组成,然后针对无人机影像分辨率高、像幅小的特点提出了3种影像地图的制作方法,即单张影像几何纠正法、拼接后纠正法及空中三角测量法。文中着重对3种方法的关键性技术问题进行了论述,并从成图效果、精度及效率等方面对每种制图方法进行了综合分析和实验验证。结果表明,拼接后纠正法效率高,空中三角测量法精度高,而单张影像几何纠正法在效率和精度方面均介于二者之间。
为研究应用MODIS地表参数产品估算近地层气温的可行性,对MODIS地表温度(LST)、反照率(ALBEDO)、植被指数(NDVI)等产品数据和高程(ALT)、纬度(LAT)等地理数据进行主成分分析,并以主成分累积方差较大的前若干个主成分作为自变量,建立自变量与各气象台站气温之间的多元线性关系。结果显示: 所建立的多元线性回归模型的均方根误差(RMSE)均在0.5~2.4之间,其中,与月平均最高气温(Tmax)和14时气温(T14)回归得到的RMSE整体较大,与月平均最低气温(Tmin)回归得到的RMSE整体较小; RMSE的波动呈现出冬季大、夏季小的季节特征; 利用Terra/MODIS数据得到的结果优于利用Aqua/MODIS数据得到的结果,且其夜间数据对Tmin的估算精度较高,日间数据对Tmax和T14的估算精度较高; 各参数对气温回归权值影响从大到小依次为LST、ALT、LAT、NDVI和ALBEDO。因此,利用MODIS地表参数产品可以监测不同时刻的近地层气温空间分布,但对不同时刻的气温回归分析,最优数据选择有所不同。
为了评估遥感反演叶绿素a浓度的精度,以2004年8月19日太湖38个水质样本数据和同步Hyperion卫星遥感影像数据为基础,借鉴四波段半分析算法,结合空间数据不确定性原理,构建了基于四波段半分析算法的"带模型"。通过研究与探讨可知,当叶绿素a浓度为10~20 μg/L和50~100 μg/L时,叶绿素a浓度的反演误差较小,大约为±20%; 当叶绿素a浓度在20~50 μg/L时,叶绿素a浓度的反演误差较大,大约为±40%,局部区段的误差高达±60%左右。与传统的误差表示方法相比较,"带模型"能更详细且能准确地给出太湖水体叶绿素a浓度反演结果的误差信息。
为了更加有效地利用海量多源遥感数据提取地表覆盖信息,根据多源遥感图像决策级融合技术原理,提出了基于规则替换法的信息复合方法。通过对三江平原典型内陆淡水湿地的分类实验,验证了该方法的可行性与适用性,从而为地表覆盖状况调查及监测提供了一种新的技术方法。
选择2008年和2010年徐州市城区的HJ-1A/1B多光谱遥感图像,利用线性光谱混合模型(LSMM)、多层感知器(MLP)神经网络和自组织映射(SOM)神经网络3种混合像元分解方法,基于V-I-S(植被-不透水层-土壤)模型提取城市不透水层。对3种方法的精度分析对比表明,MLP方法优于其他两种方法,能够比较清晰地反映出徐州市城市化的发展。对两个时相多光谱影像提取的不透水层信息的分析表明,徐州市近两年的发展中心已逐渐向城市边缘地带扩展,其主要原因在于经济的迅速增长和城市化进程的加速发展。
基于2010年10月4-8日在太湖全湖范围32个样点的水体光学参数和理论数值模拟结果,研究了太阳天顶角θ、散射系数和吸收系数的比值b/a及表征光场分布的参数Q对太湖遥感反射率变化的影响。结果表明,遥感反射率随θ的增大而增大,且当θ较小(0°~20°)或较大(80°~89°)时,其变化对遥感反射率增幅的影响较小; 当b/a增大时,遥感反射率也随之增大,二者变化趋势呈显著正相关; Q较大时(如6~7),其变化对遥感反射率增幅的影响较小; Q较小时(如2~3),其变化对遥感反射率增幅的影响明显; 遥感反射率随Q的增大呈递减的趋势。
基于10 m分辨率的DEM数据,对丹江口水库150 m、160 m、170 m和172 m水位淹没范围进行了提取; 基于2009-2010年获取的RapidEye和Landsat-5 TM遥感数据,采用面向对象分类法,对丹江口水库172 m水位线以下的区域进行了土地覆被遥感监测。据此探讨了丹江口水库消落区土地覆被的空间特征,分析了引起土地覆被空间格局差异的影响因素。监测结果表明,丹江口水库150~160 m、160~170 m和170~172 m水位消落区的面积分别为232.0 km2、242.6 km2和43.1 km2; 在各水位消落区内,土地覆被类型均以耕地为主,其面积均占各区间面积的50%左右; 在低水位处裸地面积较大,高水位处森林面积较大。大坝水位调度和库岸坡度是丹江口水库消落区土地覆被空间格局差异的影响因子,高程低的区域受大坝水位调度和库岸坡度的双重影响,高程较高的区域则主要受库岸坡度的影响。
采用基于决策树的分层分类与监督分类相结合的方法,提取关中地区1990年、2000年和2007年土地覆盖信息,并运用生态经济学方法构建研究区3期生态服务价值空间格局。结果表明,3期生态系统服务总价值分别为557.39亿元、507.29亿元和533.77亿元。1990-1998年,由于林地、草地局部破坏严重,区域生态服务功能总价值大幅缩减; 1999年之后,随着退耕还林还草及配套政策的落实,区域生态有所好转,尤其是2000年之后,生态服务总价明显回升,但就现状而言,依然不容乐观。3期的生态经济承载指数分别为0.436 9、2.678 4和6.430 2,土地生态压力在逐年增大。加强渭河平原区的耕地保护,稳定和推进渭北高原和秦岭-关山区的生态恢复和建设成果,是未来关中地区土地利用管理中的重要环节。
利用1992年、2001年和2009年的TM遥感数据,采用归一化差值植被指数(NDVI)和像元二分法模型得到成都市植被覆盖度变化灰度图及变化等级图,从而客观、定量地得出了近20 a来植被覆盖度的变化状况,对于成都市制订调节气候、恢复植被、预防自然灾害等城市发展规划具有实际意义。数据分析结果表明,1992-2009年间,成都市植被覆盖度呈整体下降趋势,密林地,灌木林地,高、中产草地和耕地数量减少,其中1992-2001年植被覆盖度下降速度显著; 2001-2009年植被覆盖度仍有所降低但下降速度较1992-2001年明显减缓,且城区出现斑点状分布的人工绿地,小局域气候状况在不断改善中。
为了探讨析城山岩溶洼地的成因,利用遥感技术对其中的岩溶漏斗进行了解译分析,同时计算了岩溶漏斗的面积占析城山岩溶洼地总面积的比例。通过对岩溶形成条件和岩溶地貌发育状况的分析,认为该洼地发育在干燥的华北地区是一个特例; 通过与周边地区的岩溶发育条件及发育状况的对比以及植被异常的存在,认为该岩溶洼地可能是在陨石冲击的基础上形成的; 根据洼地及其周围溶洞与区域夷平面的海拔高度的对比,推断该洼地的形成时间可能为古近纪末期。
针对我国西部山区RapidEye图像的去薄云问题,研究了在Photoshop软件环境下的两种方法: 一种是直接用色阶调整功能分别对三波段图像进行调整; 另一种是先进行波段替换(即用红外波段替换蓝光波段),再分别对三波段图像进行色阶调整。经实践发现,去薄云处理后的图像与原图像相比,影像质量明显改善,实际生产效率提高。
以遥感和GIS为主要技术手段,对CBERS-02B数据进行几何纠正、镶嵌融合和正射纠正处理后,在ArcGIS平台上,利用1∶1万地形图建立数字高程模型(DEM),通过叠加遥感影像对地形地貌进行三维模拟,制作了江西省安远县稀土矿开采区三维遥感影像图,并对矿区地质环境进行了三维分析实验。实践证明,三维遥感技术对野外地质调查困难区域的野外调查路线选择、典型区域勘察以及指导矿山生产等都有重要的现实意义; 且能快速而准确地揭示矿山地质环境的空间分布规律,计算各类地质环境要素的面积、体积; 还可以叠加地质环境要素等矢量数据,通过缓冲区分析对地质灾害的危害范围及发展趋势进行分析和预测,为减灾排险和恢复治理提供决策依据。
土地利用分区对于统筹区域协调发展具有重要意义,而快速进行土地利用分区则依赖于土地利用分区信息系统。基于可视化编程语言Visual Basic(VB)和GIS组件MapObjects(MO),开发了土地利用分区系统。将GIS技术与数据库技术、数学模型相结合,通过开发层次聚类分区模块和主导因素分区模块,实现了视图、查询统计以及土地利用分区、空间分析等功能,满足了不同分区层面上的要求,并以忻州市为实例进行了验证。该土地利用分区系统能够实现土地利用分区的快速计算及结果的可视化表达,不仅能满足土地管理人员的多层次要求,而且便于操作使用,为区域土地协调利用与管理提供了有力支持。
利用2010年山东省第六次人口普查数据,借助GIS技术,运用空间统计分析方法,对山东省17地市人口空间分布模式进行分析。采用四分位数计算方法和Moran's I 和Local Moran's I指数研究方法分析可知,2010年山东省17地市人口密度的空间分布模式存在空间集聚现象,总体上以济南、淄博为中心大致划分为高密度区、较高密度区和较低密度区3个空间条带形区域,没有出现高值和低值异常的空间区域; 山东省17地市人口密度呈正的空间自相关,空间分布并非处于完全的随机状态,表现出相似值之间的空间聚集: 西部和南部5个地区存在着明显的"高-高"集聚; 北部4个地区存在着明显的"低-低"集聚; 存在着莱芜和日照两个"低-高"关联及潍坊市"高-高"关联的孤立点。
针对国内电力规划行业尚未建立起统一的规划数据库平台和电力规划工作的共享性、可视化、自动化程度较低的现状,从整个行业的角度出发,提出了一种基于GIS技术的电力规划数据支撑平台的技术方案,并对其中的建设目标、总体框架、数据库建设、功能模块及关键技术等问题进行了设计和研究。基于该技术方案,整合了全国主要电力规划设计院的规划数据,初步建立起了国家电力规划数据支撑平台,并实现了预定功能。基于GIS技术的电力规划数据支撑平台的建设,对于提高国内电力规划数据的规范和共享、提升电力规划工作的质量和效率,以及促进电力规划行业的整体信息化水平有着重要的意义。
