UAV高光谱影像联合SULOV_XGBoost算法的柑橘果树精细分类方法

精准、动态监测经济作物种植信息是农业精细化管理面临的迫切需求。为实现不同果树品种的精细分类,以桂林市六塘默科特柑橘试验基地为研究区,获取机载高光谱影像数据,深度挖掘不同柑橘果树品种的光谱信息,构建多维数据集,提出一种利用SULOV结合极端梯度提升(eXtreme gradient boosting,XGBoost)算法进行优选特征,并采用XGBoost分类算法进行柑橘果树品种精细分类的方法,最后,与随机森林(random forest,RF)和支持向量机(support vector machine,SVM)的分类结果的精度进行对比分析。结果发现:(1)所提的SULOV结合XGBoost算法(SULOV_XGBoost)柑橘果树精细分类算法能够有效进行特征差距较小场景的果树作物不同品种间的精细分类,算法整体分类效果优于传统的常用机器学习方法(RF与SVM);(2)一阶微分拐点处值与原始波段值的融合特征对提升精细分类精度具有极大作用;另外加入不同波长范围波段组合也能够显著提高柑橘果树精细分类结果;(3)SVM在地物可辨性较高的条件下其分类性能更佳,且抗干扰能力强。研究成果可为同一物种不同品种作物的精细分类提供新的思路和方法,亦可为作物种植信息精准普查、精细化管理以及农业产业结构布局、调整和动态监测等提供参考。

基于WLI的桂南中小河流水质阶段性演变规律及其驱动因素分析

为探究北部湾区独流入海中小河流水质演变过程的阶段性特征及其驱动因素,以钦江为例,基于1991—2019年的监测数据及前期相关研究工作,应用水质级别指数(WLI)评价方法分析了钦江典型河段的水质演变过程,并分析了影响钦江水质演变过程的驱动因素。结果表明:钦江水质演变过程大体可分为4个阶段,第I阶段是20世纪90年代初期的严重污染阶段;第Ⅱ阶段是20世纪90年代中后期的水质好转阶段;第Ⅲ阶段是21世纪前10年的水质再次恶化阶段;第IV阶段是2011年以来的水质再次好转并趋于稳定的阶段。钦江沿岸经济社会发展进程与钦江水质演变过程紧密关联,最严格的资源环境管控政策则为修复钦江水质起到关键作用。

Himawari-8卫星云下海表温度反演的机器学习方法比较研究

针对Himawari-8卫星因云层覆盖导致云下位置海表温度缺失或者反演精度下降的问题,利用近红外波段瑞利校正后阈值递增方法,建立6种无云-有云混合的遥感-实测样本数据集,评估了3种机器学习算法多层感知机(multi-layer perceptron,MLP)、随机森林回归(random forest regression,RFR)和支持向量回归(support vector regression,SVR)的云下海表温度反演的性能。实验结果表明,当阈值为0.125(无云)时,R^(2)都超过了0.98;当阈值为0.4时,性能指标趋于平稳,MLP、RFR和SVR算法的R^(2)分别为0.80、0.81和0.76。通过阈值递增方式构建的阈值模型对无云区域的海表温度影响较小,能够确保无云区域的反演精度。随着阈值的递增,模型对有云区域出现不同程度的低估和反演精度的下降,但在无云区域的制图效果与葵花卫星海表温度产品一致性较高。该方法可以显著提高海表温度反演结果的空间覆盖率,使得研究区空间覆盖率从75%提高到99%。

基于GEE的2011—2021年广西林火碳排放格局时空变化

森林火灾对中国碳循环及“碳达峰”进程造成的影响重大。利用2011—2021年广西MCD64A1、MCD12Q1和MOD17A3数据集,基于GEE平台,通过可燃物载量模型和碳排放因子法,估算了广西林火的可燃物载量、碳排放量和主要含碳气体排放量(CO_(2)、CO和CH_(4)),利用线性回归法和归一化手段等,从年尺度和月尺度上分析了广西森林过火因子及其NPP总量的时间统计量以及空间分布,以及林火碳排放量和林火主要含碳气体排放量的时空变化特征,结果表明:①2011—2021年广西森林总可燃物载量为2.78×10^(5)t,其中林草地和混交林可燃物载量最高,分别为2.71×10^(5)、4.31×10^(3)t,稀树草原和落叶阔叶林最少,分别为146、74 t;②2011—2021年广西碳排放量密度与林火点密度的空间分布基本一致,呈现不均匀分布,且主要集中在百色、河池及百色与贵州的交界区域,表明上述区域需要重点防控;③2011—2021年广西主要含碳气体总排放量为3.59×10^(5)t,其中CO_(2)排放总量为3.27×10^(5)t,CO排放总量为3.08×10^(4)t,CH_(4)为1.55×10^(3)t,占比分别为90.98%、8.59%和0.43%,总体分布规律与碳排放量一致,但与过火面积分布规律存在差异,主要原因是构成林火的植被类型不同;④2011—2021年广西主要含碳气体排放呈下降趋势的城市有百色、南宁、柳州和桂林,呈上升趋势的有梧州、北海、防城港、钦州、贵港、玉林、贺州、河池、来宾和崇左,表明百色、南宁、柳州和桂林这4个城市林火防控有所改善,其余10个城市应对林火防控工作提高重视。

基于遥感的河岸带生态修复效应定量评估--以辽河干流为例

物理结构完整性(PSI)是河岸带生态系统的基础特征。通过定量分析PSI的动态变化,可以有效评估河岸带生态修复效应。以辽河干流河岸带为研究对象,选取植被覆盖率、河宽比和人工干扰程度等作为监测指标,利用遥感(RS)和地面实测方法分别评价2010年和2016年的PSI,将其作为评价指标对河岸带生态修复效果进行定量评估。同时,利用Getis-Ord Gi*统计量对PSI值进行空间自相关分析,通过冷点与热点的空间分布来识别河岸带稳定及脆弱区域。研究结果表明,基于RS的河岸带物理结构评价方法与地面实测的结果一致,河岸带生态修复前后的PSI平均值由63.47提升至72.07,处于亚健康状态的河岸减少了189.5 km(97.1%)。辽河干流27.5%河岸带的修复效应显著,结构稳定性状况得到明显改善,整体上达到了生态修复的预期目标。修复后的PSI存在5个统计学意义上的显著热点和冷点,局部空间自相关性较强,其中冷点为低值聚集的河岸带脆弱区,与河岸带生态修复效果不理想的区域在空间上存在一致性。研究结果在评估河岸带生态修复效应的同时指明下阶段治理工作的方向,为我国北方平原河流的生态修复评估提供科学参考,尤其对于缺少实测资料的修复工程具有重要的应用价值。

基于半约束条件下不透水面的遥感提取方法

不透水面作为城市生态环境的一个重要指标，被广泛应用于城市扩张监测、热岛效应分析及人类活动影响等方面的研究中。线性光谱混合模型构造简单、物理含义明确，是估算不透水面的主要方法。但是全约束的线性光谱混合模型容易在不透水面覆盖较低的地区（0-20%）出现高估，而在不透水面覆盖较高的地区（80%-100%）出现低估。因此，以黑龙江省富锦市为实验区，利用Landsat5 TM图像，讨论了线性光谱混合模型在不同端元数目和约束条件下对不透水面的估算精度，发现三端元（高反射率地物、植被及土壤）半约束条件的线性光谱混合模型估算结果最优，其均方根误差为16.71%，并结合地表温度和植被覆盖度辅助分析，去除了水田对不透水面估算的影响，提高了不透水面的估算精度。

基于RS的湖岸带物理结构完整性评价方法——以查干湖为例

以查干湖流域为研究区,利用RS和GIS技术,基于水利部《河流(湖)健康评估指标、标准与方法 V1.0》并加以改进,以500m×1000m为评价基本单元,整个研究区共有315个物理结构基本评价单元,建立基于RS的湖岸带物理结构完整性评价体系,该评价体系由目标层、准则层和指标层构成,其中准则层由湖岸带状况、湖岸线发育率和湖泊萎缩率3项组成,指标层由地形坡度、植被覆盖率等8项指标构成。研究结果表明:38个监测点中,查干湖23个,新庙泡15个,基于RS物理结构评价结果分别为0.67—0.76和0.35—0.45,地面实测评价结果分别是0.64—0.77和0.35—0.55。两种评价方法结果一致,并表明查干湖的湖岸带物理结构健康状态属于健康,新庙泡则属于亚健康。

形成湿地的“淹埋深-历时-频率”阈值研究进展

湿地水文是形成湿地的发生学因素,"淹埋深-历时-频率"(S,D,F)是表征湿地水文的特征指标。为了推进(S,D,F)阈值研究理论和方法的发展,总结了(S,D,F)阈值研究的一致结论:S阈值确定的原则是水饱和至地表;D阈值确定的原则是从水饱和开始到厌氧环境形成的时滞;F阈值应取≥50%。通过对这些一致结论的分析后认为:D阈值确定的原则存在着科学性问题;目前(S,D,F)阈值研究理论针对正常情况下湿地类型,不适合非正常情况下的湿地类型。为了科学地解决(S,D,F)阈值问题,必须构建新的(S,D,F)阈值确定的理论和方法,包括正常情况下和非正常情况(S,D,F)阈值确定的理论和方法以及(S,D,F)阈值科学性检验的理论和方法。

多频率InSAR提取沼泽湿地DEM精度对比分析

选取3种波长的干涉SAR数据对提取沼泽湿地区域的DEM,并随机从1∶10 000地形图中选取111个点数据进行精度验证,最后对比分析了沼泽湿地植被对于不同SAR波长的干涉相干性差异。结果表明:L-band ALOS-1 PALSAR精细模式的HH单视复数数据与1∶10 000地形图数据吻合度较好,76.58%的高程值差异在3 m以内,其相干系数比C-band Sentinel-1A IW模式的VV单视复数数据和X-band TerraSAR HH单视复数数据要高;更适合利用雷达干涉测量技术提取沼泽湿地的DEM;不同湿地植被类型的相干系数有较大差异,岛状林和灌草结合的湿地植被分布区相干系数值较大,而浅水沼泽植被区和深水沼泽植被区相对较低。

湿地“淹埋深-历时-频率”阈值研究的理论和方法

针对"淹埋深-历时-频率"(S,D,F)阈值研究存在的问题,根据土壤学、植物生态学、系统论、地理系统学说以及反演理论等的相关原理,系统分析了湿地(S,D,F)阈值确定的理论和方法。结果表明:在正常情况下,水饱和至地表的最大地下水埋深、湿地植物主要根系分布层下限和沉水植物分布下界淹水深分别是湿地土壤上界、湿地植被上界和湿地下界的S阈值;D阈值只能通过湿地土壤或湿地植被边界界定在水位过程线上反演,稳定湿地边界的D阈值应取与50%频率值对应的D值或D值的多年平均值,波动湿地边界的D阈值是常数;"非正常情况下"湿地的D阈值应参照湿地水文地貌分类的同一区域子类中"正常情况下"的湿地的D阈值;检验D阈值科学性的标准是利用D阈值确定的湿地水文边界必须与湿地土壤边界或湿地植被边界耦合。

基于SBAS/PS-InSAR技术的滑坡遥感监测对比研究

以2015~2019年12景ALOS-2 PALSAR2影像和2018~2019年38景Sentinel-1A影像为主要数据源,利用PS-InSAR和SBAS-InSAR技术提取西藏江达县波罗乡白格滑坡点的形变信息,并对处理结果进行交叉验证。研究得到以下结论:1)PS-InSAR技术条件下,ALOS-2数据和Sentinel-1A数据的平均形变速率范围为-68.9~37.9 mm/a和-64.5~24.2 mm/a;SBAS-InSAR技术条件下,ALOS-2数据和Sentinel-1A数据的平均形变速率范围为-84.2~-40.0 mm/a和-84.0~-13.0 mm/a。2)对2种数据结果中提取的4个特征点进行时序分析和定量分析显示,2种InSAR技术结果变化趋势较为一致,验证了两者在滑坡监测中的可靠性和准确性。

基于多光谱影像和机器学习算法的红树林树种LAI估算

针对红树林叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)实地测量难度大、无法快速大范围LAI估算的问题。该研究以广西北部湾红树林为研究对象,以无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)和哨兵二号(Sentinel-2A,S2)多光谱影像为数据源,整合原始光谱波段、植被指数和组合植被指数构建高维数据集,并进行数据降维和特征优选。定量评估6种机器学习算法(XGBoost、前馈反向传播神经网络(Back Propagation,BP)、支持向量机(SVM)、岭回归(Ridge)、Lasso和弹性网络(ElasticNet))对不同红树林树种LAI的估算能力;探究UAV和Sentinel-2A影像对红树林树种LAI估算的精度差异。研究结果表明:1)基于XGBoost算法构建的模型实现了红树林LAI高精度估算,R^(2)均高于0.70,RMSE均低于0.349;2)在UAV和Sentinel-2A影像下,XGBoost模型对不同红树林树种LAI的估算精度(R^(2))比其他5种模型分别提高了0.105~0.365和0.283~0.540,RMSE降低了0.100~0.392和0.102~0.518;3)UAV影像数据与XGBoost算法构建的模型对海榄雌LAI的估算精度优于其他组合(R^(2)=0.821、RMSE=0.288),Sentinel-2A影像数据与XGBoost算法构建的模型对秋茄和桐花树LAI的估算精度优于其他组合(R^(2)=0.940~0.979、RMSE=0.142~0.104),不同红树林树种LAI的估算精度依次为桐花树>秋茄>海榄雌;4)SNAP-SL2P算法整体性低估红树林LAI值,UAV影像红树林树种LAI的平均估算精度(R^(2)=0.677~0.713)均优于Sentinel-2A影像,实现了不同红树林树种LAI的高精度估算。

利用Jason-3/Sentinel-3A雷达高度计监测北部湾滨海湿地水位变化

为了评估雷达高度计监测滨海湿地水位的能力,提高其监测滨海湿地水位的测量精度,该研究以广西北部湾滨海湿地为研究区,选取2016—2020年逐日的Jason-3和Sentinel-3A雷达高度计数据,建立滨海湿地水位遥感监测模型,利用重心偏移法,阈值法,改进的重心偏移法和改进的阈值法对测高水位进行波形重定改正获取滨海湿地水位。结合水文站实测数据,定量评估不同算法提取水位的精度差异,利用年内水位变幅、月平均水位、季平均水位和年平均水位探究滨海湿地水位动态变化,利用降水量数据分析滨海湿地水位动态变化原因。结果表明,在4种重跟踪算法中,改进的阈值法重定效果最佳,Jason-3雷达高度计的决定系数最大为0.78,均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)最小为0.35 m,平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)最小为0.28 m;Sentinel-3A雷达高度计的决定系数最大为0.87,RMSE最小为0.24m,MAE最小为0.18m,表明Sentinel-3A雷达高度计的监测精度较高。广西北部湾滨海湿地水位变化与降水量变化的相关性较高,年内水位变化较为剧烈,呈现明显的季节性,年内水位平均变幅为3.37 m,在2016—2020年间水位整体呈现下降趋势,年平均变化速率为0.005 m。星载雷达高度计为大范围的滨海湿地水位监测提供了有力手段,这对研究滨海湿地变化及生态环境保护具有重要意义。

基于多源遥感的沼泽湿地水文边界界定方法研究

湿地边界的界定研究是湿地科学的基础研究。湿地水文特征是界定湿地边界的唯一可靠标准。论文以洪河自然保护区为试验区,围绕湿地水文特征指标,构建了沼泽湿地的“淹埋深-历时-频率”阈值研究的理论和方法,并利用沼泽植被边界处的长时间序列的“水位-历时”过程线反演了湿地的“淹埋深-历时-频率阈值”,并利用该阈值界定了湿地水文边界,主要研究结论如下。

基于ZY-3影像的农田防护林自动提取

【目的】利用遥感技术分析东北地区农田防护林的光谱特征和空间几何特征,探究基于农田防护林特征的高精度农田防护林自动提取方法,为大范围提取东北地区农田防护林及后续遥感监测研究提供基础数据支持。〗【方法】以吉林省中部农田防护林典型建设区的德惠、农安境内部分区域为研究区,基于资源三号(ZY-3)多光谱遥感影像,分析农田防护林的植被指数和空间几何特征;以冬天有雪覆盖地表的Landsat8 OLI影像为辅助数据,提取居民地边界作为掩膜数据;提出利用面向对象方法处理二值图像,并结合数学形态学方法、GIS技术来提取农田防护林矢量化结果。【结果】在研究区50 km×50 km范围内,农田防护林总长度为304.46 km,其中正确提取的农田防护林286.42 km,多余提取18.05 km,遗漏提取14.19 km。结合该区已有的成果数据、野外观测数据、Geo Eye数据及ZY-3影像,采用全区验证、野外实地验证和高分辨率影像验证3种精度验证方式。经全区验证,准确度为89.89%,冗余误差为5.66%,遗漏误差为4.45%;野外采集的22条林带,全部正确提取,长度提取精度为93.93%。【结论】在提取高植被覆盖度的农田防护林时,比值植被指数(RVI)比归一化植被指数(NDVI)更佳;数学形态学方法和面向对象方法在处理具有一定间断距离的线性特征地物特别是农田防护林时,效果较好;利用遥感技术进行农田防护林自动提取时,应充分考虑农田防护林的物候信息、光谱信息及空间几何信息。基于5.8 m空间分辨率的ZY-3多光谱影像,结合数学形态学、面向对象方法和GIS技术自动提取农田防护林能获得较高精度,可以为东北地区农田防护林的大范围自动提取提供参考,为后续的农田防护林景观生态空间分析及动态监测与管理提供技术支持。

1954—2015年不同地貌分区下湿地农田化过程的时空特征——以完达山以北三江平原为例

以完达山以北三江平原(以下简称为小三江平原)为研究区,依据样带选择原则选取具有湿地农田化典型性的区域(即典型样带)。在地质地貌分区的基础上,基于特定历史时期的土地利用/覆被数据集构建长时间序列的耕地和沼泽湿地动态变化数据集,利用RS和GIS技术分析小三江平原典型样带内湿地农田化的时空变化规律,探究近60年小三江平原内湿地农田化的区位特征,结果表明:(1)1954—2015年,小三江平原的耕地面积显著增加,垦殖率达到了79.47%,耕地结构发生了显著的变化;(2)小三江平原湿地农田化具有明显的历史阶段性:在改革开放之前(1954—1976年)湿地农田化程度不是很大,改革开放初期(1976—1985年)开始发生明显的湿地农田化,到全面改革开放期(1985—1995年)湿地农田化程度加重,在改革开放转型期(1995—2005年)湿地农田化最严重,在深化改革开放期(2005—2015年)湿地农田化程度有所减小;(3)区域大的自然背景决定了小三江平原湿地农田化整体趋势:1954—2015年间,小三江平原湿地农田化最初发生在中幅度沉降第四纪缓慢上升区,逐步扩展到大幅度沉降第四纪缓慢沉降区和小幅度沉降第四纪缓慢上升区;(4)小三江平原湿地农田化具有明显的地貌区位特征:湿地农田化最初发生在冲积平原上,然后扩展到河流低阶地和高河漫滩上,随着时间的推移逐步扩展到低河漫滩和微高地上,最后蔓延到洼地上。

基于东方白鹳生境的洪河自然保护区生态评价

湿地生态环境的保护对改善濒危物种的生存环境质量至关重要,而建立具有针对性、合理性的评价指标体系势在必行。本文以洪河自然保护区为例,针对东方白鹳栖息生境、觅食生境、景观生境和应急觅食生境,基于压力-状态-响应模型构建了具有针对性的洪河自然保护区湿地生态脆弱性评价体系,并利用综合评价法对2013年洪河自然保护区湿地生态进行了脆弱性评价。评价结果表明:2013年洪河自然保护区湿地的生态脆弱性为潜在脆弱,保护区内生态环境质量良好,这与政府对保护区的管理、发展以及人们的保护意识提高密切相关。

本科数字摄影测量的教学反思与改革

“数字摄影测量学”作为摄影测量与遥感专业的核心基础课,在当前新测绘技术的不断催化下,教学计划、教学模式和课程安排必须要与时俱进、适时修正。剖析了桂林理工大学测绘地理学院本科课程数字摄影测量的教学现状,反思了教学内容不聚焦、教学模式单调、理论课与实验课不匹配等问题,提出从定制教学计划、聚焦教学内容、构建以知识点为基本单元的树状结构图、嵌入式教学模式等方面逐步实现“数字摄影测量学”课程的教学改革。以期实现“新工科”和“以本为本”的教学要求,增强学生分析和解决实际工程问题的能力,可为其他本科院校相同课程教学改革提供参考和借鉴。

OSGB模型自动转换为DWG的三维模型

针对AutoCAD软件不能直接使用OSGB模型数据的问题,分析了OSGB与DWG模型的组织方式,利用OSG和ObjectARX二次开发包,完成了OSGB数据的解析,进一步根据DWG模型在AutoCAD中的组织方式,将解析得到的数据重组为DWG三维模型,最终实现了OSGB模型到DWG三维模型的自动转换。实例表明,利用本文方法能够正确提取出OSGB模型的几何和纹理数据,并重组为具有真实感的DWG三维模型,转换后的模型具有良好的显示效果。

锡林郭勒盟草地生态系统服务功能价值动态估算

定量评价草地生态系统服务功能价值及其动态变化,对草地资源保护具有重要意义。以锡林郭勒盟为研究区域,选用2000-2015年MODIS数据和年值降水量数据,构建了定量的生态服务价值估算体系,对草地生态系统提供产品、营养物质循环、维持碳氧平衡、涵养水源、保持土壤及文化娱乐六种服务功能进行了动态估算和对比分析,并探讨了研究区域内各旗、市、县草地生态服务价值的动态变化情况。研究结果表明:2000-2015年锡林郭勒盟草地生态系统提供的总服务价值年际增长率为2.52%,年均增值33.71亿元,呈波动上升的趋势。但各旗、市、县之间草地资源发展不平衡(年际增长率范围-0.46%-1.71%),尤其在正镶白旗(年际增长率-0.30%)和太仆寺旗(年际增长率-0.46%)两地服务价值负增长;不同草地生态系统服务功能提供的服务价值相差悬殊,维持碳氧平衡功能约占比当年总价值35%,而提供产品功能仅占比约5%,对草地生态系统保护起着至关重要作用的涵养水源功能也仅占比约1.5%。为动态估算内蒙古自治区,乃至京津冀地区的草地生态系统服务功能价值提供借鉴。