基于卫星遥感和气象再分析资料的北京市PM2.5浓度反演研究

为获取城市尺度空间连续准确的PM_(2.5)浓度,该文以北京市为研究区,充分考虑气溶胶光学厚度和气象因素的影响,利用2017年MODIS 3km AOD产品和ECMWF-ERA5气象再分析资料,结合空气质量监测站点的PM_(2.5)数据,分别基于随机森林、多元线性回归、支持向量机和神经网络方法反演近地面的PM_(2.5)浓度,结果表明:随机森林的反演精度最高、效果最好,其平均绝对误差(MAE)为12.08μg/m^3、均方根误差(RMSE)为18.42μg/m^3;对自变量进行重要性分析,气溶胶光学厚度对PM_(2.5)反演模型的影响最大,其次为相对湿度、边界层高度和2m气温。利用随机森林模型反演非采暖期(4-11月)的PM_(2.5)浓度,并进行时空分析,结果表明:PM_(2.5)月均浓度差异显著;空间分布呈现出中部、南部和东部较高,北部、东北部和西南部较低的特点;变化幅度呈现出中部和南部较大,西北部和西南部较小的分布特点。

基于空间成本分配的北京城市轨道交通票价方案选择评价

成本的空间分配是公共交通公平的重要内容,受不同票价方案影响。为了比较不同票价方案下的空间成本分配差异,运用可达性方法,采用北京地铁及其计程票制数据在城市轨道交通站点间票价的基础上计算区域站均票价,分析不同票价方案下北京区县空间成本分布格局差异,给出区县票价方案择优结果,并对2014年北京城市轨道交通票价听证会选择的票价方案进行评价。结果显示,北京各区县并不适合一种票价方案,各区域有最佳的票价方案选择,选择一种票价方案会导致区域间不公平,为城市轨道交通票价调整政策提供一定的参考。

1990-2010年长三角城市群城市扩展时空规律分析

随着城市化过程的深入,城市群建设已成为中国推进新型城镇化战略的重要举措之一,长三角城市群作为我国发育程度最高的城市群,研究其城市扩展的时空规律对于政策制定、合理规划具有重要参考作用.本文利用长三角城市群1990—2010年间5个时期的城镇建设用地监测数据,选取首位度指数、年均扩展量、土地利用效率等指标,对比分析不同城市扩展随时间变化的过程特征.结果表明:20年来该城市群内城镇建设用地面积增加量超过8 000km2,各时段中2005—2010年扩展最为剧烈;城镇建设用地首位度指数逐步降低,该城市群建设用地规模呈现多中心化的趋势且正在强化;各城市城镇建设用地年均扩展量及土地利用效率随时间的变化轨迹呈现出明显的省内相似性和省际异质性;绝大部分城市城镇建设用地利用效率呈现出先升高后降低的趋势,1995年以来各城市城镇建设用地利用效率普遍显著降低,说明粗犷低效蔓延仍是该地区城市用地扩展的主要模式.

雅江流域多源遥感驱动的SRM模型精度影响因子研究

利用多源遥感数据驱动SRM模型模拟雅鲁藏布江4个不同水文站控制流域的融雪过程,分析流域特征(面积、地形地貌因子、植被类型)、模型输入变量(气温、降水、积雪覆盖率)对遥感驱动SRM模型模拟精度的影响.研究表明:遥感驱动的SRM模型在雅鲁藏布江研究区域模拟精度较高,NSE系数达到0.83以上;但其精度受流域面积大小的影响,具有尺度阈,在一定面积尺度上模拟精度最大,流域地形越复杂,其模拟效果越差;植被覆盖类型影响融雪径流过程的模拟,进而影响模拟结果;模型3个主要输入变量气温、降水、积雪覆盖率对遥感驱动的SRM模型的模拟精度同样有很大程度的影响.研究结果对资料匮乏的高海拔地区水资源利用具有重要意义,同时可为遥感驱动的SRM模型的推广应用提供有效支撑.

黄河十大孔兑流域林草植被覆盖度的遥感估算及其动态研究

利用多源遥感数据,采用基于归一化植被指数的像元二分模型反演出1980、1998、2010、2014年4个时期的植被盖度,在此基础上分析并揭示黄河十大孔兑流域林草植被覆盖度的时空变化规律.结果表明:1)1980—2014年间,十大孔兑流域林草植被覆盖度呈现持续增加趋势,由1980年的9.29%提高至2014年的37.80%.1998年后,全流域林草植被盖度增加速率显著加快,林草植被盖度恢复主要表现为中等覆盖度的面积比例增加.2)近35年来,十大孔兑流域植被变化以稳定和完全恢复类型为主.研究区内完全恢复、恢复和轻微恢复3种植被变化类型占总面积的73.09%,严重退化、退化和轻微退化3种类型占总面积的2.72%.3)1980—2014年间,十大孔兑各个典型地理单元内林草植被盖度均呈增加趋势,除下游地区外均表现为1998年后林草植被盖度增加更为迅速.1980年,十大孔兑流域典型地理单元林草植被盖度由大到小排序为:上游西部、上游东部、下游、中游东部、中游西部.1998—2014年间典型地理单元林草植被盖度由大到小排序变化为:中游东部、上游东部、上游西部、中游西部、下游.1998年后实施的退耕还林(草)等工程是该地区植被覆盖度增加的主要原因.

基于遥感信息和WOFOST模型参数同化的冬小麦单产估算方法研究

为探讨遥感信息和作物生长模型在作物估产方面的优势互补特性,选取河北省藁城市冬小麦作为研究对象,采集多个关键生育时期的生理生化、农田环境、气象等数据,并获取准同步的环境减灾小卫星HJ-CCD影像数据,采用植被指数反演冬小麦叶面积指数(LAI),基于扩展傅里叶振幅灵敏度检验法(EFAST)对WOFOST作物模型的26个初始参数进行全局敏感性分析,筛选敏感性参数,调整WOFOST模型的核心参数,利用查找表优化算法构建基于WOFOST模型和遥感LAI数据同化的区域尺度冬小麦单产预测模型,并定量预测区域冬小麦单产水平。结果表明,增强型植被指数(EVI)是遥感反演LAI的最佳植被指数(开花期建模r^2=0.913,RMSE=0.410,灌浆期建模r^2=0.798,RMSE=0.470),预测能力最强(开花期r^2=0.858,RMSE=0.531,灌浆期r2=0.861,RMSE=0.428);筛选出6个待优化参数,即TSUM1、SLATB1、SLATB2、SPAN、EFFTB3和TMPF4;产量预测精度r^2=0.914,RMSE=253.67kg·hm^(-2),找到了待优化参数的最佳取值,最终完成了单产模拟。

基于DMSP/OLS数据的河南省城市空间格局及动态扩张分析

在大尺度城市化发展进程研究中,DMSP/OLS夜间灯光数据可以客观提供独特的视角,已成为城市空间格局研究重要的数据源之一。该文以河南省为研究区域,利用1992-2012年河南省夜间灯光影像数据和空间信息,采用平均灯光亮度、平均灯光亮度增长速度、归一化总辐射值、总灯光强度等指标以及城市重心坐标、城市重心偏移距离、城市重心偏移速度等指标对河南省各个城市的空间格局现状和城市扩张过程进行研究。结果表明:1992-2012年河南省城市化水平不断提高,小城市建成区面积增长率大于大、中城市;中北部平原地区城市发展速度较快,西部、南部山脉覆盖地区的城市发展较缓慢;整体上形成以郑州市为中心的簇状城市群向外扩张格局,并沿京广铁路和陇海铁路形成南北、东西向的"十"字形城市链形态;各城市中心的移动呈现"北城南移,南城北移",并有向中部省会郑州市聚拢的趋势。

基于多时相遥感反射光谱特征的土壤盐碱化动态变化监测研究

利用遥感技术动态监测土地利用和土地覆盖状况具有快速、准确、及时的特点。土壤反射光谱在近红外和红色波段具有很好的相关性,在遥感影像上形成了土壤特有光谱特征,即土壤线。土壤线特征为在遥感影像上快速准确地选择分类样本训练区提供了一个有效途径。基于多时相的TM和IRS影像,通过遥感影像上的土壤线特征选择训练样本,利用最大似然法,对内蒙古河套灌区1988、1996、2001和2006年的遥感影像进行分类,形成了该地区多年土壤动态变化专题图,基于野外土壤调查数据对分类结果进行验证。研究结果表明,河套灌区的盐碱地和沙丘地所占比例在呈下降趋势,非盐碱地呈上升趋势,基本上反映了河套灌区多年来土壤类型动态变化状况与治理土壤盐碱化的初步成果。

滨海城市生态系统服务评价研究——以晋江市为例

利用文献分析法分析近15年国内城市生态系统和近海海洋生态系统生态服务的主要功能构成及其主要评价方法,基于城市"陆-海"结构,构建滨海城市生态系统生态服务评价体系与评价方法。以福建省晋江市为例开展生态系统服务价值评价,结果表明,近海海域生态系统服务价值占全市总价值量的15. 61%,是滨海城市生态系统的重要有机组成;晋江市生态系统服务总价值约为41. 71亿元,约达晋江市GDP总值的3. 05%,是滨海城市绿色GDP的重要组成。

一种多源遥感影像非监督分类方法中的欠分割对象检测与拆分算法

广义中餐馆连锁模型是一种基于全色和多光谱影像的非监督分类方法,它在一个非参数贝叶斯框架下同时实现基于全色影像的分割及基于多光谱影像的分类。由于全色影像光谱分辨率的限制,导致其所获取的部分分割体存在"欠分割"现象,影响模型最终分类精度。针对广义中餐馆连锁模型中的欠分割问题,提出基于广义中餐馆连锁模型的欠分割对象检测及拆分方法。首先,提出分割体的异质性指标以对可能包含多种地物的分割体进行检测;其次,基于多光谱影像得到的语义分割体提供的边缘信息对检测出的欠分割对象进行拆分;最后,基于多光谱影响完成分类。实验结果表明,改进后的模型能够有效减少广义中餐馆连锁模型基于全色影像获取的语义分割体的欠分割现象并提高模型分类精度。

基于机器学习的不可移动文物暴雨灾害风险评估——以山西省为例

以山西省为例,将不可移动文物作为灾害的影响对象,通过分析暴雨灾害对其的影响因素构建指标体系,通过文物损毁情况划分风险并作为输出数据,将山西省6325处受灾不可移动文物按照6∶2∶2划分训练集、验证集和测试集,分别使用随机森林模型、支持向量机模型(support vector machine,SVM)、逻辑回归模型进行训练和验证,选取出最优模型,并对山西不可移动文物进行不同重现期暴雨下的风险预测。研究结果表明:基于机器学习的不可移动文物暴雨风险评估方法是可行且结果较为优异的;在3种模型中,随机森林的验证集准确率最高,为95.75%,测试集精度为94.70%;在山西省5、20、50 a重现期暴雨下的不可移动文物风险均呈现出北方低、南方高的态势,且在5 a重现期下高风险文物占比最多,高风险文物以古建筑和古遗址为主。

内蒙古河套灌区土壤盐分光谱定量分析研究

研究盐碱化土壤的光谱特性是利用遥感技术实现在区域尺度上进行土壤盐碱化监测和评价的工作基础。为了实现对内蒙古河套灌区土壤盐分的定量反演,于2007年7～8月间采集了河套灌区土壤样品,进行土壤化学成分及其光谱反射特性的测量。基于统计分析的方法,建立了土壤盐分与高光谱数据的偏最小二乘回归(PLSR)模型,对土壤中主要盐分参数进行了反演实验。独立验证结果表明,对全盐(S%)、硫酸根离子(SO24-)、pH值以及钾、钠总含量(Ka++Na+)有较好的反演精度,验证数据的决定系数R2分别是0.728,0.801,0.715和0.734,预测方差比(RDP)分别是1.79,1.87,1.64,1.63。将以上参数的PLSR模型回归系数聚合在TM的可见光(蓝色、绿色、红色)和近红外波段时,回归系数在数值上均有显著反应。研究结果为在航空航天遥感尺度上实现土壤盐分的定量反演提供了理论基础和实验依据。

植被覆盖度计算机模拟模型与参数敏感性分析

植被覆盖度是重要的生态学参数,对水文、生态、全球变化等研究具有重大意义。目前使用的目测估算法和数码照相法都具有一定的主观性,另外通过自然界中相似样方的大量测量获得稳定的统计规律具有很大的难度,因此建立叶面积指数和植被覆盖度之间的统计模型是估算植被覆盖度的有效方法。本文以大豆为例,利用椭圆来模拟大豆的叶片,选取大豆植株结构的关键参数,通过随机分布函数来模拟植株叶片位置、倾角和大小的分布,获得不同植被结构参数下单位面积上的植被覆盖度,建立植被覆盖度计算机模拟模型。通过实测数据和理论研究结论来验证模拟结果。对模型的参数敏感性进行分析结果表明,叶半短轴是比叶半长轴更为敏感的植被结构参数。该模型为植被覆盖度的研究提供了一种新的思路和方法。

照相法测量冬小麦覆盖度的图像处理方法研究

植被覆盖度是重要的农学和生态学参数,对水文、生态、全球变化等研究具有重大意义。数码照相法作为一种方便快捷、精度较高的地面测量方式,在科学研究中得到了广泛的应用。目前照相法测量植被覆盖度的图像处理方法可以分为彩色空间判别法和图像分类法两类。通过对冬小麦覆盖度的连续监测,对不同植被分类判据进行了对比分析,结果表明基于RGB和HLS彩色空间算法的判据具有一致性。基于景合成模型的最大似然分类方法突破了传统分类方法将图像仅分为植被与非植被两类的限制,将图像分为叶片耀斑、光照叶片、阴影叶片、光照土壤和阴影土壤5个组分,具有较高的估算精度,可以作为照相法进行覆盖度估算的首选方法。

基于不同灌溉条件下冠层光谱与参数的关系反演冬小麦冠层含水量

为监测冬小麦冠层含水量,根据TM5的波段响应函数,将不同灌溉条件下地面实测的冬小麦冠层窄波段光谱数据转化为TM5的宽波段反射率,计算了水分指数(NDWI和WI);同时,利用地面实测数据计算了冠层含水量(FMC和EWTc),并对水分指数和冠层含水量进行回归分析。结果表明,TM5的b7比b5波段在反演冬小麦冠层水分含量方面优势明显,NDWI比WI更具优势;利用最小二乘法建立了NDWI(b4,b7)与冬小麦冠层含水量的最佳拟合方程,反演FMC和EWTc的复相关系数分别为0.576 9和0.695 6;在此基础上,对河北保定部分地区的冬小麦冠层水分含量进行了空间填图,结果显示,研究区内冬小麦冠层水分含量具有西高东低的趋势,冬小麦生长旺盛的孕穗期冠层含水量比乳熟期高。

基于低空成像高光谱系统探测植被日光诱导叶绿素荧光

植被叶绿素荧光与光合作用关系密切,被认为是光合作用的有效探针。该研究利用成像高光谱传感器和无人飞艇构建了一套适用于低空叶绿素荧光探测的系统。针对低空叶绿素荧光探测中,太阳下行辐射光谱难以获取的情况,基于已有的aFLD方法,提出一种新的叶绿素荧光提取方法a3FLD,该方法利用了非荧光发射体,且考虑植被反射率在夫琅和费线附近的变化。通过模拟数据以及实测数据对两种提取结果进行了比较。模拟数据分析结果显示:当地物的反射率在夫琅和费线附近存在一定的变化时,a3FLD计算得到的荧光值误差小于aFLD,地物反射率变化越大,a3FLD的改进越明显。对低空高光谱影像数据的分析显示:aFLD和a3FLD提取不同植被的日光诱导叶绿素荧光相对大小关系相一致,与作物所处的生长阶段吻合。但aFLD荧光提取值比a3FLD高15%左右。aFLD的结果中有部分非荧光发射体得到较强荧光,a3FLD能改进此问题。结果显示,利用该系统和方法能够成功地提取到植被叶绿素荧光,且所提出a3FLD方法提取的结果优于aFLD方法。

运用动态谐波回归模型对MODIS叶面积指数时间序列产品的分析与预测

运用动态谐波回归模型(Dynamic Harmonic Regression,DHR)对MODIS的长时间序列的LAI产品进行分析,可以从中分离出LAI随时间变化的多年趋势、季节变化及残差等主要成分,通过建立的模型实现LAI年间变化的短时预测。本文将所述DHR模型分析方法试用于遥感数据产品随时间变化的信息提取,对LAI年间变化的预测结果证明该方法用于遥感像元尺度LAI产品的时间序列分析与预测的效果良好。

基于土地利用变化的县域水土流失消长评价方法探讨

以人类活动扰动比较大的内蒙古自治区达拉特旗和人类活动扰动比较小的青海省称多县为例,收集了2014—2015年和2017年土地利用、遥感影像等资料,采用中国土壤流失方程计算了水力侵蚀模数。在此基础上,分析了2017年与2014—2015年土地利用和水土流失面积的差异,对比了基于两期土地利用图和基于遥感影像变化得到的水土流失消长变化之间的差异。结果表明:基于两期土地利用图得到水土流失面积变化大,基于遥感影像变化得到的水土流失面积变化小,前者水土流失面积变化量是后者的64倍(称多县)和94倍(达拉特旗)。基于遥感影像变化得到的水土流失面积消长结果更符合实际情况。水土流失面积消长量远小于土地利用面积变化量。本结果可为即将开展的全国水土流失消长评价工作提供技术参考。

基于元数据的小城镇信息化公共信息资源库建设关键技术研究

公共信息资源数据库建设是小城镇信息化的基础,是信息化进程中最为关键的部分,因此对建库的关键技术和规范流程进行研究非常必要.将元数据和可扩展标记语言(extensible markup language,XML)技术应用于小城镇信息化工作中公共信息资源库建设,实现基于元数据的多源异构数据安全共享.

一种不同植被覆盖条件下的气溶胶光学厚度反演方法

提出一种在不同植被覆盖条件下的气溶胶光学厚度反演算法。这种算法基于影像自身的波段间信息和关系,通过选取影像中植被混合比差距较大的像元,使用可见光到近红外波段(400～900 nm)的光谱信息,反演得到气溶胶光学厚度。详细介绍了这种反演方法原理和操作流程,并分别使用模拟数据和真实遥感影像的反演对本方法进行验证。通过模拟数据的反演,这种方法反演结果与真实值的拟合系数(R2)达到0.981 8,均方根误差(RMSE)达到0.055;同时使用该算法反演和校正中巴资源卫星(CBERS)CCD影像。分析校正前后的影像,校正结果明显增强了影像对比度,同时还反映出影像能见度的情况分布,经过大气校正后,可以使得地物更加接近真实地表反射率,有利于影像的定量化应用。