基于Radarsat-2 SAR数据反演定西裸露地表土壤水分

利用Radarsat-2 SAR数据和定西地区野外土钻法及WET仪器观测的土壤水分数据，分析了同极化后向散射系数与不同土层深度土壤水分之间的关系，采用交叉极化（VV/VH）组合模型反演土壤水分并进行对比验证。结果表明：水平、垂直同极化后向散射系数均与10～20 cm土壤含水量相关性最好，相关系数R均为0．74；受地表粗糙度和土壤质地等影响，同极化后向散射系数与0～10 cm土壤水分相关性均较低。交叉极化组合模型的反演值与10～20 cm实测土壤水分相关性较高，R值达0．75，而与0～10 cm和20～30 cm实测值的相关性较低（R值分别为0．47和0．52），但均通过α＝0．05的显著性检验；WET仪器实测0～6 cm土壤水分经校正后与反演值的相关系数为0．46（通过α＝0．01的显著性检验），校正后的结果有效提高了WET仪器测量精度。交叉极化组合模型可用于裸露地表土壤水分的反演，更适用于提取10～20 cm土壤含水量信息。

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%。

无人机航拍图像中裸露地表的识别

电力输电线路下方或附近的无覆盖物的裸露地表,是引起输电线路事故的主要隐患之一;从无人机电力巡检航拍图像中识别裸露地表可以预防类似事故的发生;由于Mask RCNN识别无人机电力巡检航拍图像中裸露地表的精度较低,提出一种图像特征融合的方法,即人工提取HOG和LBP两种不同的图像特征,经过不同权重的融合共同表征图像中裸露地表区域的特征,再对SVM进行训练并用于识别;实验结果表明,采用该方法识别率可以达到80%以上,识别时间少于60 ms;HOG和LBP两种特征在进行融合时,当两种特征的数量级相当时,得到的识别率最高;可见,该方法在具有较高识别率的同时,具有比较好的实时性,适合于无人机机载平台对航拍图像的初筛,且训练时间较少,权重参数规模小,为无人机航拍图像中目标物的识别提供一种新思路。

四极化Radarsat-2数据对裸露地表土壤水分的反演

利用四极化Radarsat-2雷达影像数据对裸露地表进行土壤水分的监测,首先选取裸露地表的经验散射模型,然后与四极化后向散射影像反演获得土壤含水量的模拟值,最后分析模拟值与实测值的相关性。结果表明,模拟值与实测值有着很好的相关性(r2=0.870 1),即研究者可以在任何气候条件下利用四极化Radarsat-2雷达数据进行大面积地表土壤含水量的监测。

绿洲—荒漠交错带典型裸露地表的光谱特征

[目的]对绿洲—荒漠交错带典型裸露地表光谱特征进行分析,为荒漠化治理和防沙治沙提供参考。[方法]利用典型裸露地表的实测数据,通过若干典型裸露地表类型的原始光谱、倒数取对数光谱、一阶导数光谱和包络线除去光谱对比,分析各类地物识别的特征光谱区间。为了后续更好地利用高分一号影像研究荒漠地区,选取蓝光、绿光、红光和近红外波长范围内的光谱进行进一步的分析,并利用各波段反射率结果分别计算改进的归一化光谱指数(NDSI)、简单比值指数(SR)和光谱差值商指数(SDI)等光谱指数。通过分析各类地物的光谱特征、光谱指数等,对各地物进行了区分。[结果]几类裸露地表的光谱差异性不大,可见光到近红外均为缓慢增加;一阶导数变换、倒数取对数和包络线去除光谱可以放大各地物间的差异性,可以区分几类典型裸露地表。[结论]利用原始光谱和变换后光谱计算的光谱指数差异性强,通过一阶导数变换的SDI可以较好地将各类典型裸露地表区分开。

基于地表裸露度和地表反照率影响的喀斯特地区热环境变化分析

在自然和人为因素的影响下,喀斯特地区地表覆盖受到破坏,导致大面积地表裸露,同时影响着地表反照率的变化,进而引起周围地表温度发生改变。以典型喀斯特区域安顺市为例,基于大气校正法反演2006—2017年地表温度,并结合同时期的地表裸露度和地表反照率变化情况分析喀斯特地区热环境变化特征。结果表明:地表裸露度、地表反照率与地表温度在空间上整体变化趋势相一致,是影响地表温度的因素之一;在时间上呈持续下降趋势,地表裸露度总体下降了53%,地表反照率和地表温度分别下降了37.1%和2.4%,表明热环境得到有效改善;地表裸露度,地表反照率与地表温度均呈线性正相关,地表温度随着地表裸露度和地表反照率的增加而上升,反之,地表温度则会降低。

爬山虎治理岷江上游干旱河谷裸露地表及裸岩前景分析

本文阐述了利用爬山虎治理岷江上游干旱河谷裸岩的方法,以及产生的生态、经济和社会效益,为治理干旱河谷裸露地表和裸岩寻求新的途径。

高密度电法在勘探基岩裸露矿山的不良地质体中的改良与研究

采用高密度电阻率法对矿山边坡局部地段进行勘探调查,找寻影响矿山稳定性的隐伏断层及岩性软弱层,并针对于基岩裸露的特殊地表,对高密度电法的采集装置进行了改良。综合相关地质资料分析验证,本次勘探取得了较好的效果,为该边坡的稳定性计算与分析评价以及后续相关治理措施提供了可靠的地质依据,证明了高密度电法对于矿山边坡不良地质体的勘探具有良好的效果。同时本次研究也验证了改良装置的准确性以及该装置在克服地表高阻体影响与提高野外工作效率等方面的优越性,该装置可以推广到其他诸如城市公路等类似基岩裸露地表的工区使用。

基于景观格局的地表覆盖时空变化研究

景观格局分析方法是地理国情综合统计分析的重要方法。文章以地理国情普查试点区域的荒漠与裸露地表为例,使用GIS软件计算出荒漠与裸露地表在不同时间的景观格局指数、最邻近点指数及面积加权质心,分析了试验区荒漠与裸露地表的空间分布格局及其时空变化特征。结果表明,荒漠与裸露地表斑块面积大幅减小,斑块形状趋于规则化;破碎化程度、聚集程度均增大;空间质心向西部迁移至研究区境外,区域内生态环境明显好转。

微波遥感反演地表土壤含水量的方法研究

土壤含水量是土壤的一项重要指标,如何通过遥感反演获取高精度的土壤含水量一直是研究者关注的问题。本文针对利用微波反演裸露地表土壤含水量和植被覆盖地表土壤含水量的问题,比较了相关研究在反演模型、反演技术流程方面的改进和不足,分析了反演问题的关键环节,结合微波和光学联合反演地表土壤含水量的研究进展,指出了微波遥感反演土壤水分研究的发展趋势。

北京海淀区道路绿地生长季地表覆盖特征研究

文章以北京市海淀区道路绿地作为研究对象,使用分层抽样的方法选出37条道路作为道路样本进行实地调查,分析了生长季植物配置、地表覆盖及影响要素,初步得到以下结论:1)海淀区道路绿地的植物配置以复合结构为主,两层以上配置方式绿地面积比例超过绿地总面积的80%,乔木+灌木的配置模式比较常见。草坪是不同类型道路绿地覆盖材料中的主要类型,其中草本花卉在复合地表覆盖道路绿地中也较为常见;2)海淀区道路绿地在生长季的灌草及地表覆盖率分别为80.89%和55.29%,但有近45%的道路绿地是裸土的;3)灌草覆盖率超过80%的绿地单元数量占绿地单元总数的47.37%,超过60%的绿地单元数量占绿地单元总数的63.74%,而地表覆盖率超过80%的绿地单元数量仅占绿地单元总数的9.36%,超过60%的绿地单元数量占绿地单元总数的20.47%;4)五环以外道路绿地地表覆盖状况最好,二环到四环随距离中心城区的距离增加而逐渐变差。行道树绿地的灌草及地表覆盖率最低,地表覆盖材料单一,而街头绿地裸土灌丛率最高。总体来看,海淀区道路绿地的地上植物配置主要是增加了灌草覆盖率,而地表土壤裸露状况没有得到明显改善。多数道路绿地存在"头上有绿荫,脚下有裸土"的问题。文章最后分析了造成海淀区道路绿地地表土壤裸露的原因,以及绿地管理存在的问题,并提出了生态养护等改进意见。

北京海淀区道路绿地非生长季地表覆盖特征研究

在非生长季,城市绿地中地表覆盖物在缓解空气颗粒物污染方面起到重要作用。文章以北京市海淀区道路绿地作为研究对象,使用分层抽样的方法选出37条道路作为道路样本进行实地调查,分析了非生长季地表覆盖特征及影响要素,初步得到以下结论:(1)复合覆盖模式比单一覆盖模式绿地的灌草及地表覆盖率高,超过15个百分点,且覆盖面积超过80%。(2)非生长季灌草及地表覆盖率分别为76.9%和68.94%。有约30%道路绿地是裸露的,较生长季的45%有所改善。(3)灌草覆盖率超过80%的绿地单元数量占绿地单元总数的37.72%,超过60%的绿地单元数量占绿地单元总数的53.51%,两者都低于生长季;而地表覆盖率超过80%的绿地单元数量占绿地单元总数的23.68%,超过60%的绿地单元数量占绿地单元总数的40.35%,都显著高于生长季。(4)海淀区道路绿地地表覆盖质量整体较好,但四环-五环的绿地区域存在盲区,地表覆盖质量差。最后,文章分析了造成海淀区道路绿地地表土壤裸露的原因,以及养护管理方面存在的问题,并提出生态养护等相关建议。

中国西北地区蒸发散量计算的遥感研究

自然陆面区域蒸发散的计算是一个复杂的问题。在利用遥感资料求取地表特征参数的基础上 ,首先建立了 2种极端条件下 (裸露地表和全植被覆盖 )的裸土蒸发和全植被覆盖蒸散计算模型 ,然后结合植被覆盖度给出非均匀陆面条件下的区域蒸发散计算方法。实测资料验算表明该模型具有较高的计算精度。最后利用该模型对我国西北 5省区的蒸发散量进行了计算 。

土壤水分反演中的主动微波散射模型

作为地表水循环的重要组成部分,土壤水分含量的监测已经成为农业、水文、气象和生态环境等领域的研究热点之一,尤其对现代农业中的精确灌溉、旱情监测和产量估计具有深刻的现实意义。微波后向散射强度与土壤水分之间密切的相关关系使主动微波遥感技术成为高空间分辨率的土壤水分监测中最有效的方法之一。高性能微波散射模型的缺乏是限制土壤水分反演应用的主要因素。分别针对裸露地表和植被覆盖地表,首先分析了常用的微波散射模型,然后对影响土壤水分监测的因素进行探讨;并在实际应用举例中,对常用的主要影响因素校正方法进行分析总结。

干燥裸地红外辐射统计特性:发射率起伏的影响

根据干燥裸露地表的稳态热平衡方程,考虑到地表的感热交换和天空热辐射的作用,用Monte-Carlo方法分析了风场下地表发射率空间起伏对裸露地表红外辐射统计特性的影响。结果表明:由于地表发射率在空间的起伏变化,地表热红外图像的反差将显著增加;地表辐射温度概率密度分布的偏态与峰度也不同程度地发失变化。

裸露起伏地表的BRDF模型

基于数字高程模型,建立起伏地形的三维网格模型。利用坡角及坡向得到坡面像元的平均法向,通过坐标系转换,计算任一坡面在局部坐标系下对应的太阳入射及观测几何。在可见光及近红外波段,考虑遮蔽效应,建立裸露起伏地表的双向反射分布函数(BRDF)模型,并以沙漠地区为例验证了该模型的正确性。研究了沙漠地区地表起伏程度及太阳天顶角对BRDF的影响,结果表明,在太阳几何一定的情况下,不同起伏地形的BRDF随观测方位角的变化呈不对称分布,且近垂直主平面方向的BRDF比近主平面方向整体偏大;对于同一地形,随着太阳天顶角增大,地表BRDF呈减小趋势。此外,随着波长增加,地表BRDF呈增大趋势。

L波段主被动微波协同反演裸土土壤水分

土壤水分是进行干旱监测、土壤侵蚀、农作物产量预测以及地表温度研究的重要参量,利用主被动微波协同的方法提高土壤水分的反演精度是定量遥感发展所面临的重要任务。本文基于土壤L波段微波散射辐射模拟数据集,通过对比分析主被动微波数据对土壤水分含量和粗糙度2个参数的敏感性,提出了基于L波段主被动协同的裸土土壤水分反演算法,算法充分利用了被动微波地表发射率对土壤水分较为敏感,而主动微波后向散射系数对地表粗糙度较为敏感的特点。首先由地表垂直极化发射率和VV极化后向散射系数协同提取地表粗糙度信息,再由被动微波双极化数据结合地表粗糙度信息来估算土壤水分信息。利用SMAPVEX12实验数据集中部分稀疏植被采样点的观测数据对算法进行验证,验证结果显示,土壤水分反演结果与地面实测数据相关性为0.6637,RMSE为0.0607 cm3/cm3。该文反演算法模型系数直接由模拟数据集计算得到,克服了常规经验算法的发展对地表实测数据的依赖性,减小了算法在实际应用中的局限性。

基于合成孔径雷达的土壤水分反演研究进展

土壤水分是水文、环境和农业等研究领域的重要参数,也是旱情监测和灌溉管理的关键指标,故及时获取土壤水分信息对水资源管理、生态规划和农业生产实践有着重要的意义和作用。合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)具有一定的穿透能力和全天时、全天候工作的优势,已被广泛应用于土壤水分定量反演中。本文系统地总结了近年来国内外基于SAR数据反演土壤水分的研究进展和应用成果,重点分析了裸露地表和植被覆盖地表的水分反演现状,明确当前SAR反演土壤水分与实际应用需求的差距。为推动今后土壤水分反演研究发展,提高土壤水分反演模型的准确性,增强土壤水分反演方法的普适性和提高土壤水分反演结果的时空分辨率将是未来发展的三个重要方向。

基于遥感的城市生态环境质量动态变化定量评价——以江苏省宜兴市为例

城市化与人类生存环境改善之间的矛盾日益突出,综合、快速、准确、定量监测城市生态环境质量状况尤为重要.以利用遥感技术反演城市生态系统净初级生产力、植被覆盖度和地表温度等生态参数,提出基于归一化不透水指数的地表裸露度;综合以上参数建立基于遥感参数的生态环境指数模型,并运用该模型定量评价江苏省宜兴市生态环境质量动态变化.结果表明,2000—2013年,宜兴市生态环境质量呈下降和升高趋势的面积分别占总面积的79%和21%,其中,20.56km2呈显著降低趋势,并未监测到显著改善区域.该模型综合各项遥感参数,能快速、准确、定量监测城市生态环境质量变化,具有良好的应用潜力.

被动微波遥感土壤水分代价函数构建研究

在被动微波遥感土壤水分的传统代价函数中,默认垂直极化(V)和水平极化(H)地表微波辐射率观测数据对代价函数值的贡献是相同的;但二者对土壤水分敏感性不同的事实导致设定贡献相同的做法值得商榷。利用AIEM模拟数据集计算不同极化地表微波辐射率对土壤水分及土壤粗糙度的敏感性;并以敏感性程度来定量不同极化地表微波辐射率对反演土壤水分信息的贡献度,发展了裸露地表条件下的双极化被动微波地表辐射率协同提取土壤水分的代价函数。利用模拟数据集,对土壤水分反演算法中传统代价函数和本文发展的代价函数进行了对比。结果表明,在代价函数中考虑不同极化地表微波辐射率数据对土壤水分的敏感性差异,可有效提高裸露地表土壤水分的反演精度。