GIS专业本科教学探讨——北京大学教学实例

随着社会对于地理信息系统专业人才的需求,在全世界范围内地理信息科学的教学和培训工作得到了越来越广泛的重视。作为较早开始设立地理信息系统专业的综合性大学———北京大学,在地理信息科学教学实践中积累了丰富的经验,并形成了自己的特色:重视基础,淡化专业;重视地学基础课程的学习和应用;注重理论和实践的结合,向工科倾斜;及时反映GIS的最新进展。

多任务学习孪生网络的遥感影像多类变化检测

精确掌握土地覆盖/利用的变化及变化类型对国土空间规划、生态环境监测、灾害评估等有着重要意义,然而现有大部分变化检测研究主要关注二值变化检测。为此,该文首先提出了一种多任务学习深度孪生网络用于遥感影像的多类变化检测。首先提出面向对象的无监督变化检测方法,选择出新、旧时相影像中最有可能发生变化和最不可能发生变化的区域,并作为多任务学习深度孪生网络的样本;其次,采用多任务学习深度孪生网络模型同时对新、旧时相的土地利用图以及新、旧时相的二值变化图这3个任务模型进行学习和预测;最后,基于模型预测的新、旧时相土地利用图及新、旧时相的二值变化图获取最终的多类变化检测结果。采用第三次全国国土调查的影像数据和相应的土地利用图斑数据对多任务学习深度孪生网络模型进行了测试,结果表明所提出的方法适用于这种在没有变化、未变化样本而有历史专题图的变化检测场景中。

面向对象方法在SPOT5遥感图像分类中的应用——以北京市海淀区为例

SPOT5图像的空间分辨率高,局部异质性较大,采用基于像元的传统方法分类精度低,难以满足实际应用的需要。以北京市海淀区SPOT5图像为例,应用面向对象方法对其进行分类试验,并将该方法与传统基于像元方法的分类结果进行对比分析。结果表明:利用面向对象方法对SPOT5遥感图像进行分类,不仅使分类结果具有丰富的语义信息,有效抑制“椒盐现象”的发生,还可以显著提高分类精度。

基于遥感影像的北京林地动态监测应用研究

实时快速的监测北京市林地覆盖情况,可为北京"绿色奥运"的林地规划建设提供基础数据及决策依据。该文应用遥感技术,基于3个年份TM数据,对北京市林地进行动态监测。在全市范围内,基于ERDAS平台对3个年份的TM数据进行分类,得到北京市林地变化动态监测数据,并基于ArcGIS平台对监测结果进行分析。研究结果表明,北京市的林地覆盖率有所提高,增长速度加快,林地的建设正朝着积极方向发展。

北京城市热岛遥感研究的应用与效益

用NOAA气象卫星的AVHRR(高级甚高分辨率辐射计)资料和美国陆地卫星TM(专业制图仪)热红外资料对城市热岛作动态监测研究十分有利。本文以北京为例,证明用遥感方法能较细详地分析城市热岛的季节变化,平面展布,以及城市热岛的内部结构和城市热岛与下垫面的关系。文中还对城市热岛的形成和影响因素作了初步分析。这些资料和分析对于科学地进行城市规划、城市环境质量评价和城市环境保护是十分有用的。

大数据的6种地理学应用范式

随着大数据时代的来临,多源大数据正在兴起,数据驱动研究范式与地理学日益融合。基于个体行为的地理空间大数据可提供对海量个体行为模式的观察,从而实现“由人及地”的社会感知,支持城市管理、交通、公共卫生等不同应用。本文从应用角度,以地理空间大数据为重点,梳理其支持的6种应用范式,按照层次从低到高依次为描述时空分布、识别异常对象、发现普适规律、揭示关联关系、预测未来趋势及优化空间决策。其中,第1个方向是对地理现象和地理要素时空特征的简单刻画;第2~4个方向则注重探寻时空分布特征背后的规律和机理;最后两项,则是在决策层面提供支持。继而,本文指出大数据应用中数据获取、分析方法和应用目标3方面的问题。

滑坡位移预测模型补充评价方法

针对目前滑坡位移预测模型评价方法中总体性指标区分能力不足,以及对滑坡高风险期预测效果评价不准确等问题,设计滑坡位移预测模型快速位移期综合误差(CERDP)和峰值预测误差(PPE)两个补充评价指标以及对应的补充评价技术流程。基于滑坡监测数据的实例研究表明,所提补充评价指标和应用流程合理可行,可以有效地应对均方根误差(RMSE)等指标差异不显著带来的评价不准确问题,遴选出总体性能可靠,在风险时段和最高风险时点表现更好的模型,为滑坡风险管理工作提供有效的技术支持。

高光谱技术在农业遥感中的应用研究进展

高光谱技术的研究与应用是农业遥感领域重要前沿课题之一。该文回顾了高光谱技术在国内外农业遥感中的应用研究进展,概括和总结了作物叶片光谱特征、作物分类与识别、作物生态物理参数反演与提取、作物养分诊断与监测、作物长势监测与产量预测、农业遥感信息模型以及农业灾害监测7个主要研究方面。在此基础上,笔者指出了高光谱技术在农业遥感中尚需解决的关键问题,并提出了可能的解决途径。最后对高光谱技术在农业遥感中的应用前景作出了总结和展望。

高光谱遥感监测土壤含水量研究进展

土壤含水量是监测旱情墒情的关键参量,近年来在利用高光谱遥感数据监测土壤含水量方面,国内外进行了大量的研究。文章首先在分析利用不同波段监测土壤含水量的原理及优缺点基础上,指出高光谱遥感监测的独特优势和问题。并以此为出发点,从机理上归纳了土壤含水量对土壤反射率的整体影响,以及对不同波段响应的差异。在此基础上,从物理机理和统计方法两个方面,总结了土壤含水量与土壤反射率的关系。并分析和评价了各模型及统计方法中的关键问题和优缺点。以往研究土壤含水量与土壤反射率关系的实验方法中往往存在一些问题,文章也一一指出并提出了解决方案。同时,探讨了高光谱在消除植被影响,更好地反演土壤含水量方面的可行性。最后对未来的研究方向进行了展望。

基于可见光红外与被动微波遥感的土壤水分协同反演

利用MODIS传感器的可见光、红外波段数据反演土壤水分在一定时段内的基准值,用被动微波传感器AMSR-E数据反演其变化量,提出将被动微波遥感数据与热红外遥感数据在模型级别协同反演大范围地表土壤水分的方法,这样每天可输出1 km×1 km的升、降轨土壤水分反演结果.以新疆为研究区,对上述方法进行了土壤水分协同反演实验,以地面实测数据为参考的验证结果表明,所提模型得到的土壤水分值与地面实测值之间相关性较高,均方根误差较小,优于单一传感器数据的反演结果,可更好地满足新疆土壤水分监测的需求.

认知地图两种外部化方法的比较——以北京市为例

目前,通过实验方法获得人们头脑中认知地图的两种主要方法是手绘草图法和多维标度法(MDS)。为了深入探讨认知地图两种外部化方法的异同,以北京市为研究对象,要求抽样的被试同时完成MDS实验与手绘草图实验。对于两种不规则的认知地图,将它们的坐标系进行统一,并尽可能降低处理方法带来的变形。在此基础上,通过二维回归(BR)与误差椭圆的方法分别对两种外部化方法获得的结果进行全局与局部的比较,研究发现手绘草图的方法的结果更加符合实际地图;然而两个方法在变形的趋势上却大致相同。进而从MDS方法与手绘草图方法所研究的不同认知地图表达方式,到两个外部化方法自身的误差,做出分析与解释,并对这两种方法的应用提供了建议。

五台山高山带景观的遥感分析

基于 TM数据和 GIS技术 ,通过气候参数插值、地形三维分析、气候参数和景观图与 DEM的叠加、景观参数计算 ,从不同空间尺度分析了五台山高山带的景观特征。研究认为 :将气候参数插值图和景观组分图叠加在 DEM上 ,能更好地反映山地景观的格局及其形成机制 ;五台山是华北地区半湿润 -半干旱背景上一个寒冷、湿润的中心 ;海拔 2 890 m以上存在气候上的林线 ,应划入高山带 ;五台山高山带景观主要是高山嵩草草甸 。

农地遥感图像融合质量评价方法比较

为更加客观公正地比较融合结果、评估融合算法及优化融合过程,该文在分析主要遥感图像融合质量评价方法的基础上,将定量评价指标分为三类:评价图像亮度信息的指标、评价空间信息保持能力的指标和评价光谱信息保持能力的指标。最后,通过仿真试验,以光学遥感图像融合为例,验证了4种常用的像素级融合算法的适用性和有效性。IHS变换法扭曲了源图像的光谱特性,容易产生光谱退化;Wavelet变换法在光谱特性保持方面具有优势,但容易出现分块效应和模糊现象;PCA变换法较多地保留了源图像的细节纹理和结构特征,但会失去源图像的部分物理特性;缨帽变换法融合结果地物边缘清晰,但对细微光谱信息的保持能力较弱。研究表明,这3类指标可以作为遥感图像融合的客观效果评价准则,并为融合结果的后续应用提供借鉴意义。

三维Gabor滤波器与支持向量机的高光谱遥感图像分类

根据高光谱遥感图像的特点及二维Gabor滤波器纹理分割的原理,提出了一种基于三维Gabor滤波器的高光谱遥感图像分类方法。三维Gabor滤波器能够对高光谱遥感图像所有波段同时进行滤波,将大量的图像信息抽取为少量的不同尺寸、方向和波谱的响应,极大减少了高光谱遥感图像纹理信息提取的计算量。利用不同方向和尺寸的三维Gabor滤波器对祁连山黑河流域上游地区的Hyperion影像全波段进行滤波处理,获取26个纹理响应特征,并分析不同纹理对不同地物的区分度。利用自动子空间划分的波段指数(BI)进行波段选择,选取不同的波段组合进行试验,寻找最佳降维幅度。按照纹理对不同地物响应的区分度逐一加入三维Gabor纹理特征,利用三维Gabor纹理辅助光谱信息,运用支持向量机(SVM)的方法进行监督分类。结果表明,基于三维Gabor纹理和自动子空间BI波段选择的SVM分类方法能够在有效降低光谱维数的同时,提高高光谱遥感图像分类的精度和效率。

基于手绘草图的北京居民认知地图变形及因素分析

认知地图是外界环境在人们头脑中的表征,往往与现实地图不一致,研究认知地图及其变形对城市规划和建设具有重要意义。手绘草图是当前挖掘认知地图的一种主要方法。通过问卷调查,获得北京居民手绘草图样本,分析草图中体现的北京城市意象要素。采用二维回归(BR)与标准偏差椭圆方法定量测度认知地图整体和局部的变形。对于二维回归计算出的变形系数(DI)进一步采用蒙特卡罗模拟计算其变形半径,得出北京居民的认知地图平均变形在2-3km,整体变形以二环为界,内小外大,并呈西南—东北斜向拉伸,东西收缩的趋势,局部变形北部大于南部。个体的变形系数与对地标的熟悉程度负相关,男性小于女性,驾车者小于不驾车者,日常活动范围越广、出行频率越高、居住时间越久、距离锚点越近的被试认知变形越小。

遥感影像的Web发布研究与实现

随着互联网络的迅猛发展和Ｗｅｂ 在网络信息集成中起到越来越大的作用，地理信息系统已经从桌面向网络方向发展，出现了对于ＷｅｂＧＩＳ的研究。针对ＷｅｂＧＩＳ中的影像发布，根据当前影像及ｉｎｔｅｒｎｅｔ 的特点，系统地研究了遥感影像Ｗｅｂ 发布中的体系结构与技术问题，实现了遥感影像Ｗｅｂ 发布系统，并讨论了它与ＷｅｂＧＩＳ的集成。

基于高光谱遥感监测植被叶绿素含量的一种植被指数MTCARI

通过对现有的植被指数模型的研究,指出了TCARI模型的不足,进而提出关于模型的改进。利用PROSPECT+SAIL模型模拟出不同叶绿素含量和不同叶面积指数(LAI)下的作物冠层光谱,代入模型演算相关常数因子,得到了改进的转换型叶绿素吸收反射率指数MTCARI,最后通过引入土壤背景调节指数OSAVI,提出了最终的模型。经过实测数据验证,模型有较好的可靠性。

遥感地质信息提取集成与矿物遥感地质分析模型

结合遥感技术的现状、发展趋势和资源环境应用需求 ,从遥感地质应用出发 ,提出多源遥感数据分层识别集成、基于岩矿识别技术体系集成和基于岩矿识别谱系集成的基本思路与框架 ,强调矿物或矿物集合体在遥感地质分类与识别中的重要性 ,初步建立矿物遥感地质分析模型 ,分析集成与模型在蚀变与矿化信息提取。

基于特征谱带的高光谱遥感矿物谱系识别

文中初步提出并建立矿物识别谱系的分层识别技术以及部分离子、矿物的光谱识别规则。矿物光谱包含一系列特征吸收谱带。这些特征谱带在不同的矿物中具有较稳定的波长位置和较稳定的独特波形 ,能够指示离子类矿物、矿物的存在 ,是利用高光谱进行矿物识别的基础。文中分析了部分在自然界广泛存在的一些阴阳离子 (如CO2 -3 ,Fe2 + ,Fe3 + ,Al3 + ,Mn2 + ,Al—OH和Mg—OH等 )的可识别特征光谱 ,总结部分离子类矿物或矿物识别规则 ,并以美国Cuprite地区的AVIRIS数据进行矿物识别试验 ,利用矿物谱系识别技术从离子类矿物到单矿物再到更精细类矿物逐层开展识别 ,取得了较好的效果 ,初步实现利用宏观的手段 (遥感技术 )进行微观 (矿物 )的探测。

无人机航空遥感系统关键技术研究

简要分析了在我国发展无人机航空遥感系统的必要性和可行性,针对我国某型民用无人机,设计了无人机航空遥感信息平台的总体技术框架.在此基础上,对构建无人机航空遥感信息平台所涉及的关键技术进行了分析.指出高精度的组合导航、不同遥感传感器设备的集成、遥感数据机上处理与压缩以及遥感数据近实时传输等是实现无人机航空遥感信息平台的关键技术.