基于冬小麦高光谱图像的天然气微泄漏胁迫区域提取

天然气在能源结构中逐渐占据重要地位。由于天然气管道和储气库常年埋藏于地下,无氧腐蚀、自然灾害、注入井和管道口松懈等因素会导致气体发生泄漏。在地下储存天然气大规模泄漏之前确定泄漏点的位置并做出早期判断和预警十分必要。以冬小麦为研究对象,采集4期高光谱图像数据,融合其图像、空间、时相特征,探寻天然气胁迫下冬小麦胁迫范围半径和时长之间的关系,并间接探测天然气微泄露点。一方面对连续统去除后的冬小麦高光谱图像数据进行连续小波变换并利用CWT_(mexh)指数[CWT_(mexh)=CW_(770)^(2)/(1-CW_(487))×CW_(550)]对高光谱胁迫组图像进行微泄露点信息提取,另一方面提取高光谱图像数据的PCA特征,基于SVM分类器提取天然气胁迫区域。最后将天然气微泄露识别结果进行数学形态学分析,并利用最小二乘对胁迫区域进行圆曲线拟合,探索天然气泄漏胁迫半径与胁迫天数的关系。结果表明:(1)CWT_(mexh)指数应用到成像高光谱数据表现出较好的识别性能;(2)SVM分类器可基于光谱差异性特征识别冬小麦胁迫区域,分类精度较好,最大分类精度可以达到99.25%,Kappa系数为0.97,且识别精度随天然气胁迫持续而增加;(3)冬小麦受胁迫区域半径和通气天数呈现强烈的线性相关。因此,结果表明,在冠层尺度和低空尺度通过高光谱遥感监测地表植被间接识别天然气微泄漏点具有可行性,可以预测地下天然气微泄漏随着时间变化引起的胁迫区域变化。该工作为星载高光谱遥感监测地下储存天然气泄漏点提供科学依据,为以后的工程应用提供技术支持。

高分三号卫星影像在地表变化检测中的应用试验

合成孔径雷达(SAR)影像受相干斑噪声、成像几何畸变和背景信息复杂等因素影响,在地表变化检测领域尚未得到广泛应用。文章研究总结了目前常用的基于SAR影像的变化检测方法及技术流程,构建“高分三号”(GF-3)卫星SAR影像差分干涉测量和极化数据变化检测技术方法与流程,并选择内蒙古新井露天煤矿区域进行试验,成功验证了GF-3影像应用于地表变化检测的技术可行性和结果可靠性。主要结论如下:1)基于GF-3卫星影像差分干涉测量成功获取新井煤矿范围形变图,形变较大区域与光学影像解译结果基本吻合,证明GF-3卫星具有差分干涉测量能力;2)基于GF-3影像变化检测提取的新井煤矿事故发生位置准确,提取变化区域面积为0.128 km^(2),与公开发布的监测结果(0.1 km^(2))基本一致,证明GF-3影像可应用于地表变化检测。

空基遥感植被监测概述

空基遥感(高塔平台或高处建筑物搭载多种监测仪器)具有时空分辨率高、不受天气状况影响的优势,可作为连接地面观测网络与卫星遥感影像的“桥梁”,解决二者时间、空间不匹配的问题。本研究探讨了空基高光谱遥感在植被监测方面的可行性和优势,并以通辽空基遥感观测站监测结果为基础,给出空基遥感基本植被参数反演结果实例,说明空基遥感在植被监测方面的可行性,并对空基遥感的方向和挑战进行了分析。空基遥感在小范围精细化动态监测和植被异常快速发现方面具有优势,但是由于固定站点观测的观测距离有限,空基站点选择方面需要根据观测目的和研究区域情况综合考虑。同时,通过空基高时空分辨率和卫星的全区域监测相结合,可实现优势互补,有效弥补当前单一卫星遥感监测时效性不足、精度不够等短板。

基于改进的BP神经网络裸露地表土壤水分反演模型对比

土壤水分对于全球水循环十分重要,大面积、快速获取土壤水分信息具有重要意义。微波遥感数据可以用于反演土壤水分。以Matlab为平台建立BP神经网络,通过改进BP神经网络的权值、阈值和网络结构,对该算法进行了优化;在研究区范围,分别利用积分方程模型(integral equation model,IEM)、Oh模型、Shi模型生成模拟数据,训练改进的BP神经网络,构建裸露地表土壤水分反演模型,并用野外实测土壤水分数据对模型进行了验证。结果表明,改进后的BP神经网络算法反演精度明显提高,且Shi模型训练网络反演精度较其他2种模型更高,绝对误差为2.47 g/cm3,相对误差仅为7.78%。

基于连续小波变换的地下天然气微泄漏点识别模型

天然气作为一种清洁、高效的低碳能源,消费占比日益增大。无论是地下输气管道还是储气库,由于管道腐蚀、老化、自然灾害,地下断层、注入井封存不好等因素,都会导致天然气泄漏。从安全、经济、环境等方面考虑,开展地下天然气管道和储气库微泄漏检测是十分必要的。利用高光谱遥感监测地表植被变化而间接探测天然气微泄漏点,通过野外可控系统模拟地下储存天然气微泄漏实验,以冬小麦为研究对象,采集了9期小麦冠层光谱数据,通过光谱分析探寻胁迫小麦光谱特征并构建指数识别模型。首先对小麦冠层光谱进行奇异值剔除和平滑处理,对连续统去除之后的冠层光谱进行连续小波变换,选用Mexihat母小波,在尺度参数为32时,小波系数有较少的峰值和谷值,能与原始光谱拟合较好,且小麦多期数据其峰值和谷值位置都比较稳定。受胁迫和健康小麦的原始光谱可分性较差,但小波系数在487,550和770 nm处受胁迫与健康小麦样本可分性较优,且具有明显的诊断性特征:(1)受胁迫和健康小麦的小波系数在487 nm处为“吸收谷”,其小波系数值为负值,健康小麦小波系数值大于受胁迫小麦的;(2)受胁迫和健康小麦的小波系数在550和770 nm处,有明显的“反射峰”,且受胁迫小麦的小波系数值较大。为更好突出差异性,增强受胁迫和健康小麦的小波系数差异特征,构建了CWT mexh(CWT mexh=CW^2770/(1-CW 487)·CW 550)指数用于胁迫与健康小麦的识别;然后分别与NDVI 705,mNDVI 705,ARI1,R 440/R 740,D 725/D 702指数进行对比分析,经J-M距离定量检验,结果显示CWT mexh指数对天然气微泄漏胁迫下的冬小麦具有较好的识别效果,该指数在天然气胁迫发生20 d后可以稳定区分胁迫和健康两类小麦,且在全生育期都保持相同的规律,而NDVI 705,mNDVI 705,ARI1等指数在整个生育期内无法准确识别健康与胁迫小麦。CWT mexh指数在稳定性、普适性与可识别性方面优于其他5个指数。因此,高光谱遥感监测地表植被间接识别天然气微泄漏点具有可行性,研究结果可为星载高光谱遥感监测地下储存天然气泄漏点提供理论依据和技术支持。

近景摄影测量在钢结构货架抗震稳定性方面的研究

为了掌握物流货架系统的形变规律,评估物流货架系统的抗震稳定性,运用数码相机获取钢结构货架变形试验数据,推导三维时间基线视差法,进行测量数据解算,并结合有限元分析法对钢结构货架变形进行模拟分析,评定钢结构变形。最后,对某公司物流货架进行货架的抗震稳定性分析实验,结果表明,货架的变形均小于10 mm,抗震稳定性良好。用该方法监测钢结构变形可以得到准确的结果,对快速评定货架稳定性具有积极意义。

基于两种方法的铝土矿蚀变信息提取

采用两种方法相结合提取矿物蚀变信息,能够有效地减少伪异常信息,提高信息提取精度与效率。以河南省铝土矿区为研究区,引入主成分分析、独立成分分析分别提取研究区蚀变信息,并求得两种方法分析结果的交集。采用16个实地勘探矿床点数据资料进行结果分析,发现通过两种方法提取共同蚀变信息区,可以大大缩小野外勘探面积,减少野外勘探工作量,提高工作效率,对利用遥感技术圈定成矿靶区具有重要的指导意义。

基于高分辨率影像的固体废物自动识别技术

随着经济快速发展,工业固废、非正规垃圾、未覆盖建筑渣土等固体废物急剧增加,对区域生态环境造成极大威胁。固废堆场具有面积小、分布散等特点,目前国内仍缺少针对各类固废堆场的遥感自动识别研究。为此,基于国产高分辨率卫星遥感数据,根据野外实地光谱采集结果,分别开展了未覆盖建筑渣土、工业固废及非正规垃圾的自动识别方法研究,提取研究区各类固废堆场。结果表明:未覆盖建筑渣土在蓝波段与绿波段分别存在“吸收谷”与“反射峰”,基于该特征构建的比值指数模型,结合直方图双峰法阈值分割可以有效提取未覆盖建筑渣土区域;工业固废、非正规垃圾2种固废类型多样,光谱反射率没有明显规律,结合其纹理、色调等特征,采用面向对象多尺度分割、支持向量机监督分类方法能够较好地识别2种类型固废;基于自动化提取技术并结合人机交互判读方法,提取的研究区未覆盖建筑渣土、工业固废及非正规垃圾等3种固废堆场的精度分别达到96.83%、88.26%、85.71%,各类固体废物遥感识别精度较高,极大提高了固废监测效率。

陕西秦岭地区生态干扰风险空间分异规律研究

[目的]揭示不同自然生态状况、资源环境禀赋以及人类干扰强度条件下秦岭地区的生态风险空间分布规律,对秦岭生态保护具有重要理论意义。[方法]以秦岭地区(陕西段)为研究区域,选取坡度、植被覆盖度、土地利用类型、生态空间类型等14个指标,基于层次分析权重赋值法和地理信息系统空间分析技术,构建生态干扰风险评估指标体系和评估模型,开展了秦岭地区(陕西段)生态干扰风险空间分异规律研究。[结果]秦岭地区(陕西段)生态干扰风险整体呈现“北高—中低—南中”的空间异质性分布格局,生态干扰较高和高风险区分布在秦岭北麓一带以及汉滨区、汉台区、城固县部分区域。低风险、较低风险、中风险、较高风险和高风险区分别占比26.46%,42.44%,19.92%,8.62%和2.56%。秦岭地区(陕西段)人类活动分布较为集中,占研究区面积11.18%的生态干扰较高和高风险区域集中了研究区内36.26%的人类活动面积,并提出了县域单元生态干扰风险预警机制。[结论]陕西秦岭地区生态干扰风险存在显著的空间分异特征,整体生态干扰风险程度较低,研究结果对于秦岭地区人类干扰活动监管策略优化和生态环境保护工作具有重要参考价值。

生态保护红线监管平台信息系统标准体系研究

生态保护红线是保障和维护国家生态安全的底线和生命线,国家生态保护红线监管平台为生态保护红线监管工作提供了重要技术支撑。构建适用于生态保护红线监管平台信息系统的标准体系,不仅能够保障监管平台的有效运行,还能够保障国家、省、市、县(区)等多层级监管能力的顺利对接和运行。通过分析生态保护红线监管实际需求,在充分梳理相关领域标准现状及不足的基础上,提出了适用于生态保护红线监管平台建设和运行的标准化建设原则和定位,构建了标准体系框架,改进了标准体系的结构及内容,并将其应用于国家、省等多级平台建设中。研究认为,生态保护红线监管平台信息系统标准体系应:1)从级别、性质和对象3个维度来构建标准体系框架;2)需围绕总体共性、数据库设计与管理、产品生产与服务、系统开发与研制、系统运行与管理相关标准等主要内容进行设计;3)改进后的标准体系提升了监管平台的数据识别、分析能力,并指导了各级平台的数据互联互通、信息共享和监管业务协同。

两种应用场景下NDVI时间序列数据拟合方法研究

植被覆盖指数(NDVI)时间序列数据集包含地表植被的长势、生长周期、时空变化等信息,其拟合重建结果可应用于物候信息提取、生态质量评价、人类活动扰动识别、覆被变化动态监测等方面。基于TIMESAT软件,选取物候参数提取和扰动识别2个应用场景,结合地面站点数据和Jacknife法模拟数据,对比分析非对称高斯函数拟合法(AG法)、双Logistic函数拟合法(D-L法)和Savitzky-Golay滤波法(S-G法)3种方法的拟合效果。结果表明:(1)3种方法拟合重建后提取的生长开始时间(SOS)、生长结束时间(EOS)、生长周期(LOS)等物候参数接近站点数据,AG法和D-L法保持NDVI时序曲线整体变化特征的能力较强,提取的SOS和EOS更接近站点数据;(2)人类活动扰动识别应用场景中,S-G法在滤波时能够最大限度地保留时序曲线细节变化,恢复速率相关系数达到0.618,回归估计标准差低于AG法和D-L法,因此识别精度最优。

宁夏全区及生态保护红线生态系统服务价值变化评估

宁夏作为我国首批完成生态保护红线划定的省份,近四分之一的国土被纳入生态保护红线,显著提升了其北方生态安全屏障的能力。为了评估宁夏生态保护红线对生态安全屏障的贡献,以及为干旱半干旱区域制定生态保护措施提供理论参考,本文基于当量因子法和2米分辨率的土地利用数据,构建了宁夏生态系统服务价值基础当量表,分析了宁夏2018—2020年生态资产存量与生态系统服务价值量变化。结果显示:(1) 2020年全区生态资产存量共计332.11万hm2,主要由森林、草地及湿地三部分组成,提供生态系统服务价值约为889亿元,2018—2020年宁夏生态系统服务价值增长1.06亿元;(2)生态保护红线以不到1/4的国土面积提供了全区1/3以上的生态系统服务价值,并在评估期内贡献63%价值增长量(0.67亿元);(3)草地是生态系统服务价值的提供主体(52%价值总量),但仅约31%位于红线范围内,同时面临存量减少、沙化退化等问题,合理提高草地存量与质量是未来宁夏生态系统服务价值提升的关键;(4)建议遵循生态系统内在机理,围绕区域主导生态功能和生态系统结构特征,因地制宜系统开展生态保护修复。