基于条形卷积和上下文感知的近海水产养殖提取方法

利用中等分辨率遥感影像,针对近海养殖区边界模糊、筏式和网箱养殖存在类间干扰等现象,以ResUnet模型为基础,提出一种带有条形卷积模块和上下文感知单元的MSUResUnet模型,以提高模型的特征提取能力,改善近海水产养殖提取任务中出现的漏提和粘连等问题.模型中利用条形池化模块增强编码层与解码层信息的交互,引入条形卷积模块增强对水产养殖线性特征的捕捉能力,通过增加上下文感知单元获取水产养殖区丰富的多尺度上下文信息.在Sentinel-2 MSI数据上的实验结果表明,参与比对的6个模型中,MSUResUnet模型精度最优,其Kappa系数、 MIoU、 OA和F1分数分别达到了89.17%、 84.33%、 96.38%和91.19%;MSUResUnet在养殖较密集的兴化湾、三沙湾和罗源湾附近海域均获得较高精度,具有较强的特征提取和抗干扰能力,能够满足高精度的大范围中等分辨率影像近海水产养殖信息提取需求.

气候和土地利用变化情景下闽江流域水沙变化模拟

[目的]模拟未来土地利用和气候影响下的流域水沙变化有利于制定适合的流域管理计划。[方法]基于土地利用和气象数据,结合CMIP6气候模式数据、PLUS模型和SWAT模型,定量模拟2030年土地利用及不同气候情景下径流和泥沙的时空变化。[结果](1)SWAT模型在闽江流域月尺度模拟精度较好,其中径流模拟的R 2范围为0.80~0.95,NSE范围为0.75~0.91;泥沙模拟的R 2范围为0.75~0.98,NSE范围为0.64~0.94。(2)利用2020年土地利用数据对PLUS模型进行精度评估的Kappa系数为0.77,模拟2030年闽江流域建设用地和耕地将分别增加325.64,1157.51 km^(2)。(3)SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,2025-2035年平均降水量分别增加0.15%和2.18%,年平均气温分别增加0.23,0.62℃。(4)低碳情景和高碳情景下,仅土地利用变化导致年平均径流量相较于基准期分别增加0.08%和0.07%,年平均输沙量分别增加0.24%和减少0.05%;仅气候变化导致年平均径流量相较基准期分别减少4.76%和4.11%,年平均输沙量分别增加18.12%和0.13%;土地利用和气候综合影响导致年平均径流量相较于基准期分别减少4.57%和3.93%,年平均输沙量分别增加18.28%和0.33%。(5)未来气候和土地利用综合变化情景下,地表径流和产沙量较高且增幅较大的区域集中在以南平邵武市为中心的流域西北部和以三明将乐县为中心的流域西南部。[结论]研究结果为未来闽江流域的合理开发建设提供一定参考依据。

结合遥感林龄因子的亚热带森林蓄积量估算方法

【目的】应用XGBoost算法建立包含林龄的遥感因子-蓄积量模型,评价遥感估算的林龄因子与遥感因子相结合提高森林蓄积量估算精度的有效性,为实现高效、快速、精准的大范围森林蓄积量估算提供一种新的思路和方法。【方法】以福建省将乐县为研究示范区,首先,基于1987—2016年时序Landsat影像,采用LandTrendr森林干扰与恢复监测算法监测年度林分更替干扰并估算干扰区林龄;然后,基于GF-1号影像光谱、纹理、地形等特征,采用递归特征消除的随机森林算法(RFE-RF)估算非干扰区林龄;在此基础上,结合GF-1影像光谱、纹理因子和森林资源二类调查小班实测蓄积量数据,采用极端梯度提升算法估算研究区森林蓄积量。对比有无林龄因子的森林蓄积量估算精度,进一步验证遥感林龄因子对提高森林蓄积量估算精度的重要性。【结果】采用LandTrendr森林干扰与恢复监测算法获得的干扰区林分林龄误差仅1~2年,林龄估算精度明显优于传统利用遥感因子估算的林龄精度(误差4~12年)。仅采用常规遥感因子估算森林蓄积量时,XGBoost模型决定系数(R^(2))为0.59,平均均方根误差(RMSE)为30.72 m^(3)·hm^(-2),相对均方根误差(rRMSE)为16.46%;加入林龄因子后,模型R^(2)提高至0.73,平均RMSE减少至23.73 m^(3)·hm^(-2),rRMSE为13.26%,森林蓄积量估算平均总体精度约提高10.4%,达84.4%。【结论】相比仅采用常规遥感因子估算森林蓄积量,应用XGBoost算法建立包含林龄的遥感因子-蓄积量模型,其估算精度接近森林资源调查相关规定要求,可为大范围亚热带森林资源快速调查评估提供重要技术支持。

南浦溪流域水稻田氮磷流失空间变化特征分析

以福建省南平市水稻主要生产地南浦溪流域为研究区,通过构建SWAT模型,模拟南浦溪流域2017~2019年水稻田氮磷流失情况,以分析该流域氮磷流失空间变化特征,确定南浦溪流域水稻田氮磷流失重点区域。结果表明:南浦溪流域水稻田年均总氮流失量为23.60kg·ha^(-1),其中流域西北部的永兴镇、莲塘镇、临江镇以及西南部的水吉镇、小湖镇等地总氮流失最为严重;同时,该流域年均总磷流失量为3.07kg·ha^(-1),流域南部的漳墩镇、水吉镇以及小湖镇等地总磷流失较为严重。因此,将上述总氮、总磷流失严重区域确定为南浦溪流域水稻田氮磷流失重点区域。

基于EnKS和SWAT模型的闽江流域径流数据同化

地表水文过程中观测变量对状态变量的响应存在时间滞后性,为提高径流数据同化的精度,以闽江流域为研究区,基于集合卡尔曼平滑器(EnKS)和SWAT模型,构建径流数据同化方案,并与集合卡尔曼滤波(EnKF)方法进行对比,评价不同同化模型的精度,分析数据同化对不同径流分量的影响。结果表明:EnKS最优时间窗口长度在不同水文周期、流域存在差异;考虑水文模型的时间滞后性可以有效提高模型的同化精度,对比EnKF方法,EnKS方法的纳什效率系数(NSE)在七里街、沙县、竹岐3个站点上分别提升了0.03、0.12、0.03,均方根误差(RMSE)分别减小了7.43%、26.81%、4.25%;数据同化方法对不同径流分量的改进程度存在空间异质性和时间异质性,在高渗透率土壤和陡坡区域EnKS方法能使壤中流获得更显著的改进,丰水期EnKS方法对地表径流的改进较枯水期更明显。

级联融合边缘特征的高分辨率遥感影像道路提取

针对进行高分辨率遥感影像道路提取时常出现的识别错误和提取结果断裂等问题,提出一种级联融合边缘特征和语义特征的ACEResUNet多任务融合模型。该模型通过边缘检测任务进行道路边缘特征自动化提取,将其与改进的ResUNet模型对应的卷积单元进行特征级联融合,为语义分割道路训练提供更多的决策依据,提升道路提取结果的连通性。通过在各模型特征提取单元中引入交叉压缩注意力模块,提升模型的特征提取能力,并在改进的ResUNet模型的编解码器之间添加全局多尺度特征融合模块,获取不同尺度目标地物的全文特征信息,以提升道路最终提取结果的完整性。在DeepGlobe道路数据集上的实验结果表明,该模型的道路提取精确率和交并比分别达到了0.798和0.661,相较于VNet和ResUNet等经典模型均有提升。

多源数据在森林资源动态变化监测中的应用

以福建省漳浦县的森林资源为例,开展多源数据在森林资源动态变化监测中的应用研究。监测时间跨度1997年～2000年 2001年。以1997年小斑图层为本底数据,首先选择代表不同类别的林地小斑,通过空间分析分别转化为感兴趣区域。在此基础上,利用TM和SPOT5全色波段数据融合后的影像,进行分层监督分类,识别原有森林资源发生的变化;对于非林地采用小斑图层掏空漳浦县行政图层,结合影像监督分类,识别非林地转变为林地的信息;最后合并林地和非林地变化信息。结果表明,1997年～2000年 2001年时段内该县森林资源的主要变化类型是:果园→砍伐迹地,非林地→阔叶林,非林地→疏林地,未利用地→有林地,果园→建设用地,松树林→疏林地,松树林→砍伐迹地,果园→耕地,木麻黄林→砍伐迹地,阔叶林→疏林地。

漳平市森林可燃物类型变化遥感动态监测

森林可燃物类型的空间分布是林火蔓延、灭火可视化建模与仿真中需要考虑的重要因素之一。在对森林可燃物类型划分的研究进行回顾的基础上,提出了考虑树种信息的分类方法。根据漳平市2003年小班图层中的优势树种信息,获得该市2003年四种森林可燃物类型即竹林、阔叶树、杉木林以及马尾松的空间分布专题图。在此基础上,采用面向对象分类技术,对ASTER影像进行分类,探测每种可燃物类型的内部变化和外部变化。该技术利用影像分割技术构建分类对象,使每个对象具有光谱信息的同时,具备大小、形状、拓扑关系、类别层次等诸多信息。对分类结果进行评价的结果表明,利用面向对象分类技术,充分利用了光谱特征以及类别相关特征,提高了分类精度,分类的面积精度达到89.3%。由于影像分割过程应用了专题图层,对象的边界不会超越专题图层的边界,使得对现有图层的更新尤为容易。最后,利用矢量格式的遥感分类结果对原森林小班图层进行更新,获得新的可燃物类型图层,作为林火可视化模型的输入图层。该研究不仅提供了现势性强的森林可燃物类型图层,而且在不破坏原小班边界的基础上,对发生变化的区域进行刻画。对于森林资源管理者,提供了实地调查过程的目标区域的信息。

生态环境遥感分类数据矢量化方法与应用

遥感分类数据矢量化建库是生态环境遥感制图及其应用分析过程中主要的处理内容和基础工作。以福建省海岸带生态环境遥感分类数据为例 ,在分析遥感图像处理系统对遥感分类和专题信息提取后处理中矢量化能力不足和结果存在严重缺陷的基础上 ,综合应用遥感和地理信息基础软件平台 ,提供的系列数据管理、分析和数据转换功能模块 ,开展基于生态环境遥感影像分类数据的矢量化建库技术探讨 ,提出一个生态环境遥感分类数据矢量化建库的通用技术方法和流程 ,并对矢量化结果做了一个简要的评价和分析 ,以满足大面积生态环境遥感调查。

邵武市森林扰动遥感监测与时空分析

长时序的森林扰动监测与时空格局变化分析将有助于区域的林业资源管理。本文以福建省重点林区邵武市为研究区,基于1987—2021年的Landsat影像,采用时序轨迹分割算法LandTrendr识别扰动变化,获取邵武市森林扰动信息。实验结果表明,LT-GEE适用于邵武市的森林扰动监测,并具有较高的监测精度,可为森林资源精细化管理以及林地生态保护提供技术支撑。

台湾海峡MERIS数据大气校正研究

根据MERIS(Medium Resolution Imaging Spectrometer,中等分辨率成像光谱仪)L1B产品特点,以台湾海峡为研究区域,开展MERIS数据大气校正研究。在阐述水色遥感数据大气校正原理的基础上,首先进行水体像元提取和辅助参数空间内插,获取大气校正所需的数据集。接着进行耀斑反射率计算和校正并利用加倍法精确计算瑞利散射。最后针对台湾海峡水体为清洁到轻度浑浊,提出先区分水体类别,再分别利用epsilon指数外推法进行一类水体气溶胶散射计算,和利用神经网络法计算二类水体离水反射率即ρw的方法。对大气校正的结果进行ρw负值像元数统计和光谱分析表明,该方法不仅降低ρw为负值的像元数,而且使大气校正后水体的光谱曲线同现场数据保持较好的一致性。

基于遥感的漳平市杉松林地表可燃物负荷量估测

杉木林和马尾松是分布于漳平市的两种易燃的可燃物类型。其可燃物负荷量的多少决定着林火行为。在利用ASTER计算杉木林小班平均植被覆盖度的基础上估算其郁闭度,通过与地面调查结果比较分析,校正已发生明显变化的小班郁闭度。根据已有估测方程,结合小班数据中的年龄、胸径和树高等因子对杉木地表可燃物负荷量进行了估测,据此对各杉木小班的燃烧性、燃烧强度及火险等级等因素进行初步评价。最后对漳平市另一易燃的可燃物马尾松类型开展地表可燃物负荷量估测及分析。

SAR图像滤波去噪效果评价研究——以福建省海岸带为例

在分析斑点噪声产生机理和主要滤波算法的基础上，将均值滤波、中值滤波、Lee滤波、Lee-Sigma滤波、局域滤波、Frost滤波、Gamma-MAP滤波等常用算法用于福建省海岸带JERS-1卫星SAR图像的斑点噪声去除，并参照多种评价指标对各种滤波器的去噪效果进行了比较。

漳州市沿海防护林变化的遥感动态监测

沿海防护林是生态公益林建设的一部分,是生态环境建设的重要内容。漳州市地处福建沿海,拥有682km的海岸线,因而沿海防护林的建设直接关系到其生态环境和经济的发展。应用遥感技术,以TM影像为主要数据源,分别提取了漳州市1998年和2000～2001年的沿海防护林信息,对提取结果进行比较分析。动态监测结果表明2000～2001年沿海防护林面积比1998年有了一定的减少。并对2000～2001年的沿海防护林作进一步的树种分类分析。从提取结果中可知漳州沿海防护林主要由7类组成,以木麻黄为主,其它依次是未成林造林地、湿地松、相思树、马尾松、红树林、黑松。

赤潮水体水质遥感参数时空变化分析

以福建厦门附近海域2011年7月发生的一次赤潮为例,利用赤潮发生前后多时相的MODIS数据,分析叶绿素a浓度(Chl-a)、海水表面温度(SST)及波段光谱信息(Rrs比值、nLw比值)等水体特征参数在赤潮发生前后的时空变化规律。通过基于时间序列的异常图与历史资料对比后发现:赤潮水体Chl-a、SST、Rrs比值、nLw比值大于非赤潮水体,赤潮水体在赤潮发生时变化明显,有明显拐点。Chl-a赤潮发生前基本没有变化,赤潮发生时急剧升高,赤潮退去后平稳下降;SST变化平稳;Rrs比值、nLw比值在赤潮严重时有极大值。赤潮发生前后水质参数的时间变化特征可为赤潮监测预报提供参考。

时间序列MODIS数据赤潮信息提取研究

MODIS数据在赤潮遥感监测中发挥着重要作用,其较高的光谱分辨率和时间分辨率在赤潮监测中有较大优势。本文利用2008年5月份多个时相MODIS数据对东海赤潮进行了研究,分别采用叶绿素浓度固定阈值法、月平均值差值法和海温及多光谱综合法对水体异常信息进行提取分析。通过对提取图像及其统计数据比较分析发现,固定阈值法所提取的信息会随阈值设置不同而变化,海温及多光谱综合法在有赤潮发生时提取信息与其他方法较一致,在未发生赤潮时则会发生多提误判。叶绿素浓度月平均值差值法所提取的时间序列赤潮信息则最客观地反映了赤潮变化趋势,能够很好地用于东海赤潮遥感监测。

沿海防护林非线性波段比的遥感快速提取及变化分析

本文以福建省漳浦县沿海区域为研究对象，利用2005年的CBERS-02数据和2000年的ETM＋数据，进行沿海防护林快速提取研究。通过分析沿海防护林和沿海地区其他典型地物在原始波段、归一化植被指数NDVI和非线性波段比NLBR的光谱特征，提出了适用于不同传感器的沿海防护林快速提取方法。研究发现，综合利用NDVI大于阈值1和NLBR小于阈值2，可以实现沿海防护林的快速提取，而阈值可以根据NDVI和NLBR的散点图确定。该方法对具有绿、红和近红外3个波段的不同传感器数据均有一定的参考价值。研究区2000年～2005年间，沿海防护林减少的面积是增加面积的1．46倍，政府相关部门应该加大对防护林的管理和建设力度，增强沿海地区防御自然灾害的能力。

基于融合影像和林相图的林业资源动态监测

以福建省永安市两乡镇的林业小班图层为基础,利用"资源二号"影像与TM影像的融合,有效地增强了不同林地之间的差异和林地之间的界线;并利用1996年林相小班图层,通过属性选择提取不同林地小班专题,转换成感兴趣区域(AOI)。以AOI限制分类范围对融合图像进行分层监督分类,直接得到不同林地的动态变化区域,从而减小林相图更新的工作量。

全球定位系统(GPS)的林区作业方案研究

全球定位系统(GPS)在林业中已经得到了广泛的应用,但如何确定切实可行的作业方案还有待研究。在福建永安市进行的GPS测量试验,分别针对林区地物进行了不同方式的测量,对其测量精度进行了比较和评价。提出了一种差分测量中测量区缺少基站点的解决方法,对不同的林业作业采用的GPS测量方案进行了探讨。

中国东北地区植被NPP模拟与时空变化分析

利用北方生态过程模型(BEPS)模拟我国东北地区2003-2012年间植被生产力,以森林、草地通量站点和区域森林样地生产力调查数据两个尺度验证了模型精度,并对其植被净初级生产力(NPP)的时空变化特征及影响因素进行了分析.结果表明:在站点上,森林的总初级生产力(GPP)与站点观测值的决定系数(R^2)为0.94,均方根误差(RMSE)为1.53 g·(m^2·d)^(-1),草地植被的R^2与RMSE分别为0.79和0.59 g·(m^2·d)^(-1);区域森林生产力调查数据处理结果与模拟的森林NPP的决定系数R^2=0.84,RMSE=42.73 g·(m^2·a)^(-1);研究区域NPP值呈现东北部高西南部低,由东北向西南方向逐级递减的分布格局;10年来,林地NPP增长最为明显,农田增长缓慢,灌木增减不明显,而草地呈弱下降趋势.温度和太阳辐射是影响东北NPP变化的主要因素,森林干扰是引发局部剧烈变化的重要驱动因素.