基于S-G滤波的陕西关中地区冬小麦生育期遥感识别和长势监测

采用SPOT-VGT S10产品数据,通过S-G滤波处理,重构NDVI时间序列,分析陕西关中地区冬小麦返青期和抽穗期在遥感影像上NDVI时序曲线变化特征,对冬小麦的返青期和抽穗期进行遥感识别。通过与站点观测的生育期数据比较,遥感识别的均方根误差大部分在±20d之内,返青期均方根误差(RMSE)为14.29d,抽穗期RMSE为9.16d,表明基于SPOT-VGT数据对关中地区冬小麦返青期和抽穗期进行遥感识别是可行的。采用差值模型基于环境减灾小卫星(HJ星)数据进行渭南市2012年冬小麦抽穗期长势监测研究,结果显示大部分地区2012年冬小麦长势稍好于2011年,经与实地调查资料比较,监测结果与实际情况基本一致。采用HJ星数据进行冬小麦长势监测,结果纹理清晰,且以同源数据提取的冬小麦种植面积作为掩膜剔除非麦区域,降低了重采样带来的误差,用其进行长势监测研究具有明显优势。

冬小麦种植面积遥感提取方法研究

提取冬小麦种植面积是开展冬小麦长势监测和估产工作的重要环节,如何提高其提取精度是国内外研究的热点。针对不同空间分辨率的遥感图像,采取不同的遥感解译模型,得到更高的信息提取精度,是利用遥感方法提取冬小麦种植面积的关键。在对国内、外调研的基础上,将冬小麦种植面积遥感提取研究方法归纳为目视解译与计算机自动分类、面向像元分类、基于地块分类、遥感解译模型分类和基于纹理特征分类等5类。综述评价了主要的冬小麦种植面积遥感提取研究方法,讨论了目前冬小麦种植面积遥感提取存在的问题及未来发展方向。关注地形复杂、耕地破碎度较高及种植结构复杂地区的冬小麦种植面积提取,遥感数据、GIS和气象数据等相结合、多源多时相遥感数据相结合、地面光谱测量数据与高光谱图像数据相结合,以及验证数据的改变等,是提高冬小麦种植面积遥感提取精度的研究方向。

FY-3C/MERSI与MODIS的多波段干旱指数反演及对比分析

以陕西省为研究区,选取2014年代表旱情发展过程的5、7和8月份的FY-3C/MERSI数据及与其同期的MODIS反射率产品和陆表温度数据,构建多波段干旱指数(MBDI),比较两种数据MBDI结果的空间相关性,结合研究区土壤相对湿度数据对MBDI进行相关性分析,比较MBDI监测结果的空间分布特征及不同干旱程度下像元数的变化趋势。结果表明:(1)MERSI-MBDI与MODIS-MBDI呈显著正相关,R2达0.7以上,通过0.001水平显著性检验;(2)MERSI-MBDI与MODIS-MBDI与10 cm土壤相对湿度均通过0.05水平显著性检验,MERSI-MBDI与土壤相对湿度具有更好的相关性,通过了0.01水平显著性检验;(3)MERSI-MBDI与MODIS-MBDI旱情监测结果在空间上具有良好的一致性,并与研究区实际情况相符,且不同干旱程度下像元数的变化趋势也十分一致。研究表明,通过与MODIS数据对比,MERSI数据可以很好的进行陕西省旱情变化监测。

FY-3C/MERSI数据应用于陕西省干旱时空动态监测研究

基于FY-3C/MERSI 1 km遥感数据,分别利用植被供水指数模型(VSWI)、归一化干旱指数模型(NDDI)、多波段干旱指数模型(MBDI),对陕西省2014年夏季的干旱过程进行动态监测,结合研究区同时段10 cm土壤相对湿度资料,对3种干旱遥感监测模型的准确性和稳定性进行评价。结果表明:3种遥感监测模型对陕西省2014年夏季干旱过程监测的准确性均有较好表现,其中VSWI的动态监测稳定性更好;MBDI与VSWI对干旱中期干旱程度的反演结果准确性相当,但对于干旱前期与后期,VSWI结果的准确性更好。基于VSWI监测结果,将陕西省分为陕北、关中和陕南地区进行讨论,结果表明FY-3C/MERSI具备对陕西省这次干旱过程进行时空动态监测的能力。

不同季节下FY-3B/MERSI数据大气校正前后对比

应用FLAASH模型对FY-3B/MERSI数据进行大气校正,并从大气校正前后反射率变化、NDVI和EVI变化及其与MODIS地表反射率产品比较等4方面对校正效果进行讨论分析,以期提供一种行之有效的FY-3B/MERSI数据大气校正方法。结果表明:(1)校正后削弱了大气分子与气溶胶在可见光波段的散射影响,且各通道反射率区间变宽;(2)除红光波段外,可见光其余波段各通道大气校正后的反射率均有所减小,且秋、冬季比春、夏季影像反射率减小幅度更大;对于近红外波段,除秋、冬季第16通道外,大气校正后的反射率均有所增加;(3)与MODIS地表反射率产品相比较,FY-3B/MERSI校正后的反射率与MYD09GA产品的误差均小于校正前,校正后的植被和居民地2种地物的反射率比校正前更具有较好的一致性;(4)校正后,植被与居民地的NDVI和EVI均有所增大,且NDVI较EVI增加的幅度大,同时校正前后两者的NDVI、EVI差值均增大,表明FY-3B/MERSI影像经大气校正后更有利于植被与非植被信息的区分。

霾日数的统计方法讨论—以西安地区为例

利用西安1959—2010年每天02、08、14、20时能见度、日平均相对湿度以及天气现象等地面气象观测资料,采用四种方法对西安市霾日数统计分析。结果表明:四种方法统计霾日数的气候变化趋势基本一致,表明四种方法均可比较准确地反映霾出现时间,其中单时次能见度和湿度判断方法确定的历年霾日数最多,日均能见度和湿度以及天气现象综合判断方法确定的年霾日数最少。四种方法的统计结果显示,西安市1959—2010年期间年霾日数1999年最少。将四种方法统计的霾日数与实际观测霾日数的变化趋势相比,发现单时次满足条件能见度与湿度及天气现象综合判断的结果与西安历年实际变化趋势最为接近。

基于LightGBM的冬小麦产量估测与可解释性研究

机器学习模型在作物长势监测和产量估测过程中,复杂模型的内部机制难以理解,为了在准确估测作物产量的同时给出合理解释,本文选取条件植被温度指数(VTCI)以及冬小麦产量数据,基于轻量级梯度提升机(LightGBM)开展关中平原冬小麦的产量估测研究,并将局部可解释性模型无关方法(LIME)、部分依赖图(PDP)和个体条件期望图(ICE)等全局和局部可解释性方法用于对模型估测结果的进一步解释。结果表明,与其他机器学习方法相比,经过网格搜索优化的LightGBM能够准确地估测冬小麦产量,估测单产与实测单产的决定系数R^(2)达到0.32,均方根误差(RMSE)为809.10 kg/hm^(2),平均相对误差(MRE)为16.55%,达到极显著水平(P<0.01),表明该模型有较高的预测精度和泛化能力。进一步可解释性实验表明,网格搜索优化的LightGBM能够准确提取数据蕴含的信息,从全局角度来看,冬小麦4个生育期中拔节期VTCI对产量形成最为重要,抽穗-灌浆期和乳熟期次之,返青期则影响最小,这与先验知识相符合;从局部角度来看,局部可解释性方法基于冬小麦产量西高东低的空间特征能够进一步提供不同县(区)产量存在差异的原因,为关中平原的田间管理提供参考,对冬小麦的稳产增产具有应用价值。

陕西省退耕还林植被覆盖度与湿润指数的变化关系

使用MODIS-NDVI数据和气象站点资料,通过GIS遥感技术和数理统计等方法,分析了陕西省退耕还林后(2000—2012年)植被覆盖度与湿润指数的时空变化规律及两者变化的关系。结果表明,陕西省植被覆盖度和湿润指数都呈现由南向北递减的分布规律并且有明显的季节变化特征。2000—2012年,陕西省植被覆盖度在波动中呈现大幅增加的趋势,陕北地区增加最为显著,生态环境得到明显改善,然而部分城市周边地区植被有退化的迹象。2000—2012年湿润指数年际变化波动较大,有上升的趋势,陕南地区增加显著。空间分布上随着植被覆盖度的增加湿润指数呈指数变化趋势,相关性与植被覆盖度面积取值范围有关,范围取值越大相关系数越高。植被覆盖度的年际变化受到气候和人为因素影响,陕南地区植被覆盖度与湿润指数的相关性较显著,而受到人为影响比较明显的陕北、关中地区相关性不显著。

基于MOD16产品的陕西关中地区干旱时空分布特征

基于MOD16产品,利用作物缺水指数法,结合气象站点观测资料及MOD17植被指数信息,分析了2000—2013年陕西关中地区干旱的时空分布特征。结果表明：基于MOD16产品的作物缺水指数的计算结果与站点土壤相对湿度的变化规律一致,并且两者的相关系数通过了P〈0.001的显著性检验,说明MOD16数据可以用于关中地区干旱的时空变化分析;作物缺水指数的空间分布不均匀,在关中地区的东部和北部值较高,较为干旱,特别是在关中东北部和西安市周边干旱特别严重,作物缺水指数多年平均值在0.795-0.832,达到重旱等级,并且区域内干旱程度呈显著上升趋势;作物缺水指数有明显的年内变化波动,在3—6月及10—11月值最高,作物缺水指数达0.7左右,其中3—6月是重旱和特旱集中发生的时期,而10—11月以轻旱和中旱为主;2000—2013年作物缺水指数在2003年出现最低值（0.65左右）,后逐年升高,在2013年达最高值（0.8左右）;2000—2013年轻旱面积呈减小的趋势,中、特旱呈增加趋势;作物缺水指数与温度、降水及植被的关系密切,高温少雨时,作物缺水指数偏高,干旱容易发生,同时归一化植被指数较低。

基于长时间序列NDVI的陕西省耕地复种指数遥感监测分析

复种指数反映了耕地的利用强度,利用遥感方法提取耕地复种指数可为农业产业结构调整和粮食安全保障提供科学依据。采用SPOT/VGT NDVI时序数据(2001—2007年)和MOD13Q1NDVI时序数据(2001—2011年)作为遥感数据源,利用HANTS滤波和SG滤波方法分别对两种数据源进行数据重构,进而提取出陕西省10个地(市)的耕地复种指数;根据提取结果,分析各地市复种指数的变化规律,进而对比两种方法在耕地复种指数提取过程中的效果。结果表明:两种方法均能较好地反映复种指数的变化趋势;SG滤波后提取结果普遍高于HANTS滤波后提取结果;2001—2011年,延安市和榆林市复种指数增长较快,西安市复种指数出现负增长;2007年之后,铜川、宝鸡、咸阳、渭南复种指数开始出现负增长。

陕西省不同农业种植区热量资源的变化特征

利用陕西96个气象站1971-2013年气象观测资料,将陕西省分为4个农业种植区,采用线性倾向估计法、累积距平、t-检验和GIS技术等方法对各区及全省范围近43a来热量指标包括平均气温、极端气温、≥0℃和≥10℃界限温度有关指标的变化及分布特征进行分析。结果表明:近43a,陕西全省范围内年、季平均气温均呈显著上升趋势(P<0.05),春季增温最快(0.4℃?10a^(-1)),且各热量资源要素与气温极显著正相关(P<0.01)。关中平原春季平均气温增幅最大,且各区突变时间一致;榆林北部风沙区夏、秋、冬和年平均气温增幅最大,且夏季平均气温突变时间最晚。陕南浅山丘陵区年、季平均气温增幅均最小,且秋、冬季平均气温突变时间最晚。陕西≥0℃和≥10℃初日普遍显著提前,终日变化不显著。≥0℃和≥10℃初日提前幅度最大地区分别为关中平原和榆林北部风沙区。受初日提前和终日推后的共同影响,陕西≥0℃和≥10℃持续日数和积温分别以3.5d?10a^(-1)、2.4d?10a^(-1)、90.3℃?d?10a^(-1)和74.9℃?d?10a^(-1)的倾向率显著增加,其中关中平原区增幅最大。冬季平均气温突变时间最早,为1987年,其它热量资源要素均在20世纪90年代中后期发生突变,突变后≥0℃和≥10℃积温等值线明显西移,关中平原热量资源增加最多且最快,陕北黄土高原变化较小。

四川安岳上大佛摩崖造像调查简报

上大佛摩崖造像位于四川省安岳县清流乡长新村,现存20龛,年代涉及唐、北宋、明,各期皆有年代明确的造像记。龛像时代特征明显,个别龛像独具特色,尤其北宋初期造像,多数有造像名称和造像纪年。题材丰富、时间集中,可补充安岳北宋时期造像序列,各类题材和组合显现出信仰体系和佛教造像的民间化。该造像点为研究安岳乃至四川地区摩崖造像发展演变和宗教信仰变化提供了新的重要实物材料。

恶性外来入侵植物紫茎泽兰在云南的分布格局

云南省是我国紫茎泽兰入侵最早和危害最严重的地区,紫茎泽兰已对该地区的生物多样性与生态环境造成严重的危害。基于2008年该省16个州市的调查统计数据,分析了恶性外来入侵植物紫茎泽兰在云南发生的空间分布格局与不同生境条件下的发生面积及危害情况,为今后紫茎泽兰的科学防治提供参考。

太湖氮磷浓度与水质因子的关系

在2003年10月27、28日和2004年8月19日的太湖水质试验数据基础上,研究与探讨了氮浓度、磷浓度与叶绿素a浓度、悬浮物浓度和CDOM(Colored Dissolved Organic Matter)浓度之间的定量关系。研究结果表明:①在2003年10月份和2004年8月份,太湖梅梁湾地区水体的氮、磷浓度介于1～4mg/L和0.1～0.3mg/L,该浓度恰好处于易发生水华的营养物质浓度供应区间;②与2004年8月19日相比,2003年10月27、28日的太湖藻类处于低增长、高消亡状态;③在太湖梅梁湾地区,氮、磷浓度与CDOM浓度、叶绿素a浓度和悬浮物浓度之间存在较强的线性相关性,其相关系数大于0.557;④在太湖水体中,磷浓度、CDOM浓度、叶绿素a浓度和悬浮物浓度的四因子关系模型比氮浓度、CDOM浓度、叶绿素a浓度和悬浮物浓度的四因子关系模型的相关系数高。

外来物种紫茎泽兰光谱特征

紫茎泽兰是一种有毒的外来物种,对我国经济和环境产生了深远的影响。紫茎泽兰具有分布广、扩散快的特征,使得传统监测手段显得捉襟见肘。文章在分析了紫茎泽兰光谱特征的基础上,尝试建立紫茎泽兰遥感识别模型,旨在挖掘有效的紫茎泽兰空间分布动态监测方法。研究表明:紫茎泽兰光谱曲线在可见光范围内有2个反射峰和1个吸收谷,对应的波长分别为560,730和674 nm。紫茎泽兰在674 nm的吸收深度为0.504 3～1.910 3,吸收宽度为13.778 9～17.2518 nm,中心吸收波段的左右面积呈左偏型,且左边面积与右边面积的比值为1.771 9～2.444 1。紫茎泽兰白色的花使光谱反射率在可见光范围内有一明显的抬升,并导致一阶微分光谱在420 nm产生一个波峰。与其他典型地物的光谱特征对比可知,紫茎泽兰在674 nm的吸收宽度和左右面积比值以及420 nm的一阶导数值是花期紫茎泽兰独有的光谱特征,可作为花期遥感识别与提取紫茎泽兰的重要参数。

基于暗像元的Hyperion高光谱影像大气校正

大气是影响遥感定量分析与应用的重要因素。该文利用暗像元大气校正算法,在IDL平台下,从Hyperion传感器的可见光-近红外波段逐通道提取大气光学厚度信息,并利用该数据实现对Hyperion数据大气校正的目的。研究结果表明,大气光学厚度随着通道中心波长的增加而减小,即与中心波长成负相关。光学厚度与中心波长的最佳经验模型为线性模型,模型的回归系数为0.912 3。通过分析校正前后的水体光谱曲线可知,大气的衰减作用使得卫星遥感信号不能正确表现自然水体的表观光学特性和内在光学特性,且对水体样本层次变化不敏感。在蓝绿波段,大气对光谱数据的污染最为严重,该波段的光谱特征与自然水体的理论光学特性完全相背离。由大气光学厚度光谱特性和自然水体光学特性可知,经过"暗像元"算法校正过的影像数据的质量得到显著改善。在缺少同步大气垂直剖面参数的情况下,暗像元算法将是Hyperion数据一种行之有效的大气效应消除方法。

陕西省小麦条锈病气象预报模型

利用小麦条锈病发生程度与气象条件的关系,预测其流行趋势,可以为当地麦区适期开展综合防治、控制其流行为害提供科学依据。通过对陕西省小麦条锈病历年发生程度与上年11月至4月气温、降水量、相对湿度和日照时数月资料相关分析,选择对小麦条锈病发生程度敏感的气象因子,经过归一化处理和加权组合,组成小麦条锈病气象指数,进而建立小麦条锈病气象预报回归模型。结果表明:气象指数与小麦条锈病发生程度高度相关,相关系数通过0.001显著性检验;关中、陕南地区预报模型回代值与调查值差值在2个等级以内的样本占94.5%,差值在1个等级以内的样本占57.3%;对2014年小麦条锈病发生程度预报相差2个等级以内的样本占90%,相差1个等级以内的样本占40%;总体检验结果为正确或偏高。

地质构造三维可视化系统设计与实现

地质构造三维可视化是地质勘探数据处理的重要环节,是正确认识地质构造的重要手段,从而为油藏模拟提供科学的依据。在C.Net与Arcengine技术的支持下,结合地质构造数据特征及其应用要求,设计实现了地质构造三维分析与可视化系统。试验结果提供了从整体到局部的多角度显示手段与几种常用的数据挖掘方法,从而有助于研究人员准确快速掌握地质构造信息,为进一步的地质研究提供科学依据。

陕西省关中地区霾天气时空分布特征

利用国家气象信息中心提供的数据产品——雾霾数据集（v1．0），筛选整理出19832012年陕西省关中地区48个气象站的霾天气现象数据，分析关中霾日（站次）的时空分布特征。结果表明：关中地区霾日共有17435站次，年平均581．2站次，霾日呈减少趋势；关中霾日月分布呈“碗”状形态，其中1月（123．7站次）、12月（111．5站次）最多，58月较少为13．3～14．6站次，10月到次年3月属霾天气的高发期；蓝田、长安、华县、大荔是关中地区霾天气的高发区。2003--2012年，在关中48个站中，有25站年平均霾日在1d以内，占52．1％，其中有13站连续10a无箍日，占关中站点的27％。

FY-3VIRR数据在陕西省干旱监测中的应用

干旱是影响陕西省社会发展和农业生产的主要气象灾害之一。利用具有两个热红外通道的风云三号气象卫星扫描辐射计一级数据,先使用分裂窗算法反演得到地表温度,再利用归一化植被指数(NDVI)和地表温度计算温度植被干旱指数(TVDI),从而来监测陕西省的土壤干旱程度。结果表明,反演得到的TVDI能较好地反映陕西省干旱分布状况,延安、关中、陕南等区域的TVDI反演结果与实际旱情更为接近。