空天地多源数据地表形变分级监测平台构建

地面沉降是一种潜在的地质灾害。随着城市化进程加快,地表形变监测有着重要意义。本文提出基于空天地多源监测技术构建地表形变分级监测体系,即“一级”基于遥感技术开展地表形变大范围普查、“二级”基于高精度实景三维模型与人工巡检进行安全排查、“三级”基于GNSS技术定点实时监测,实现地表形变空天地协同监测。并基于Cesium框架、Spring Boot框架、MySQL数据库构建三维可视化平台,实现多源形变监测数据三维动态展示。

基于激光点云数据的森林单木位置提取研究

以河北塞罕坝林场落叶松林地为研究对象,通过选取样地布设水泥桩和反射片,针对森林单木提取精度不高等问题,开展基于激光点云数据的森林单木位置提取方法研究,为森林资源调查的单木定位和数量统计提供参考。通过将采集的森林地面点云数据,采用反射片模式与各个测站点云数据进行配准,提出一种改进的体素空间邻域和RANSAC圆柱拟合方法,分3种不同大小的样地进行单木位置提取实验,结果表明,该方法的单木位置提取效果较好,提取精度均在93%以上。

多源夜光遥感数据相互校正的述评与展望

夜光遥感作为遥感应用研究的一个重要分支,能够直观地反映人类的夜间活动,具有数据易获取、覆盖范围广以及时效快等优势,在多尺度、长时间序列的城市研究方面具有广阔的应用前景。目前,基于夜光遥感数据的应用研究成果较为丰富,不少学者开展了夜光遥感数据预处理及应用潜力分析。然而,由于夜光遥感传感器存在局限性,当前多源夜光遥感数据仍存在数据间不可对比和不连续性等问题,为此许多学者开展了夜光遥感数据校正研究。近年来学者发文量不断增长,数量从几篇增加到几百篇。基于此,文章对近年来多源夜光遥感数据相互校正的研究成果进行详细梳理,从DMSP/OLS数据的校正、DMSP/OLS与NPP/VIIRS数据的相互校正、夜光遥感数据的去饱和现象以及去溢出效应共4个方面,对多源夜光遥感数据的校正研究进行了述评和前景展望。

夜光遥感数据应用述评与展望

夜光遥感作为遥感应用研究的一个重要分支,近年来在自然科学和社会经济领域受到越来越广泛的关注。相比于普通遥感卫星影像,夜光遥感可更直接地反映人类活动的差异,广泛地应用于社会经济领域。目前基于夜光遥感的应用研究成果不断积累,但对成果的系统性总结与归纳研究存在覆盖面不全、时效性不强等不足。针对此问题,文章首先介绍了夜光遥感的观测平台与传感器基本参数;其次,对人口空间化、GDP及电力消耗量等社会经济参数估算,城市建成区提取、城市化体系发展等城市化过程监测,以及重大事件评估等方面归纳总结了夜光遥感数据的应用现状和特点;最后,从新型数据、多源数据结合、知识深度挖掘及学科渗透融合4个方面提出了夜光遥感数据的未来发展趋势与前景展望。

基于时空融合技术的森林火灾遥感动态监测

针对单一时空融合方法或使用单一中等空间分辨率影像(如Landsat影像)和MODIS影像时空融合的不足,本文提出综合利用经典的STARFM算法、基于地物内组分时相变化模型的地表反射率时空融合算法,联合使用多种空间分辨率更优(≤30 m)的传感器影像,以“时间最邻近及空间分辨率优先”为原则对传统单一中等空间分辨率影像预测周期(如Landsat影像为16天)进行分段独立预测,并优化组合两种预测方法的预测结果,进而获取更为精确的逐日中等空间分辨率预测影像。基于上述方法所得结果,可应用于森林火灾监测场景中。以四川凉山木里县3·30森林大火为例,综合利用MOD09GA、Landsat8 OLI、Sentinel-2、GF-1 WFV遥感影像数据进行实验研究,基于预测所得逐日中等空间分辨率影像提取火灾指标因子(燃烧面积指数和归一化燃烧指数),分析森林火灾演化态势。结果表明:(1)多类型中高空间分辨率遥感影像的综合利用,有利于解决传统单一中等空间分辨率影像预测周期跨度过长、总体精确度低的问题,可获取更为精确的逐日中等空间分辨率预测影像;(2)两种算法在不同类型遥感数据融合应用中各有其局限性,两种方法联立使用具有理论价值与实际意义;(3)基于时空融合影像分析火灾演化态势时,归一化燃烧指数计算结果更敏感、更有效。研究认为,基于时空融合技术的森林火灾遥感动态监测具有可行性,具有进一步深入研究的价值与意义。

基于灯光密度遥感数据的台风灾损与恢复进程可视化分析

针对浙江省"利奇马"台风灾情,基于NPP-VIIRS DNB夜光数据,首先采用统计量法辐射归一化方法进行数据处理;其次对于灾害前后数据进行分析利用差值计算获取灾害受影响区域与面积,基于此监测灾后恢复状况;最后根据灾损评估结合与ArcGIS Online相结合构建"利奇马"台风灾情可视化系统进行可视化表达,直观展示灾损情况.结果表明:"利奇马"台风受灾人口与新闻报道人口相对误差为1.2%,在研究区大范围评估精度较高,灾区灯光强度与恢复趋势一致,因此基于夜光数据进行台风灾害评估分析与监测具有可行性.

基于Redis和Hadoop的分布式水文模型并行率定研究

针对分布式水文模型的率定过程海量计算难题,本研究提出了基于Hadoop和Redis集群的泛化似然不确定估计(GLUE)率定算法——HR-GLUE。该方法通过Redis缓存模型输入,利用MapReduce算法实现的GLUE率定方法并行计算。研究以典型分布式水文模型——SWAT(Soil and Water Assessment Tool)的并行率定为例对该方法的计算效率和效果进行了验证。结果表明HR-GLUE可以显著堤高模型的率定速度,在14个作业节点的Hadoop集群满负荷工作时,可将模型的速度提高28.9倍,且利用其速度优势,可获得更优的率定效果。

基于土壤-景观理论的土壤有机质估测研究

基于遥感和非遥感数据的土壤有机质(Soil Organic Matter,SOM)空间分布估测取得了重要进展,但在SOM时空特性定量刻画、SOM建模方法扩展及人类活动影响机制研究等方面仍存在一些问题。针对上述问题,融合遥感与非遥感数据的SOM土壤-景观理论建模研究可以继续从如下方面开展:①SOM空间分布多尺度、多时相特性。可对同一时相不同尺度、不同时相同一尺度上的SOM空间分布变异特性进行研究,为理解SOM含量空间分布的多尺度、多时相特性提供重要支持。②基于土壤-景观因子数据“空间尺度一致化”的SOM分层贝叶斯、时空加权(自)回归建模。利用新颖的土壤-景观关联建模方法进行研究区SOM含量空间分布估测与监测研究,以获取更好结果。③人类活动对SOM含量的影响机制。进行人类活动对SOM空间分布动态变化的影响研究,为在一定程度上揭示此影响机制发挥积极作用。

道路放样数据计算APP开发与设计

针对道路测量中数据计算存在的纸质档记录易出错、记录不便且容易损毁遗失的问题,在Android平台的基础上,进行APP的设计与开发,并给出该方法的可行性分析及详细设计.最终计算得出道路中直线、圆曲线、带缓和曲线的圆曲线上点位的坐标值,可实现外业放样数据的采集、计算及存档功能,便于后期内业处理时数据的调用,避免因外业数据出错导致频繁返工等问题.试验结果表明,本道路放样数据计算APP的开发设计,可提高道路放样数据计算的准确性和效率,减少大量人力及物力,提高道路施工放样的效益,成效明显.

高分一号宽幅多光谱影像辐射定标偏差及其植被指数影响

自2013年4月在轨运行以来,高分一号(GF-1)宽幅(WFV)多光谱相机已实现持续对地观测,为包括生态学在内的相关研究领域与行业应用提供了丰富的数据源。当前场地定标频次偏低以及定标参数更新、发布滞后的现状,一定程度上影响了GF-1 WFV多光谱数据的定量应用。然而,现有文献仅在数据预处理流程中谈及对GF-1 WFV影像的辐射定标处理,很少讨论定标参数选取不当甚至误用产生的可能影响。基于已公布的辐射定标参数(2014—2021年)和4景GF-1 WFV Level1A级影像产品数据,重点围绕辐射定标偏差及其对多光谱波段星上反射率和常用植被指数的影响等展开模型分析和讨论。结果显示:即使两个相邻年份间,在多数情况下误用辐射定标参数会导致不可忽视的波段星上反射率相对偏差;进而给不同类型植被指数的实际应用带来不同程度的挑战。因辐射定标偏差的影响,常用的两波段归一化型植被指数在监测稀疏植被覆盖区时会存在明显的误差;而对高植被覆盖区的监测时采用两波段简单比值型植被指数将面临更大的挑战。针对存档GF-1 WFV Level1A数据的应用需求,提出利用时间距离加权的线性内插法来修正基于公开定标参数的辐射定标结果,并通过案例分析表明了该处理方法的有效性。最后,希望研究结果能引起普通用户对卫星遥感影像辐射定标的关注和重视。

激光雷达的立体体元模型在森林冠层间隙率提取中的应用

针对光学森林冠层间隙率提取方法受天气影响较大的不足,本文基于激光雷达点云数据,提出一种立体体元模型方法进行森林冠层提取,并采用点云投影、半球成像两种常用方法与其进行对比。结果表明:不同体元大小提取的间隙率结果在变化趋势基本一致,当体元大小越大时,提取的间隙率结果越小;当与点云投影、DHP两种方法进行对比时,随着体元增大,本文方法提取结果与两种方法提取结果相关性也逐渐增高,当天顶角为0°~80°、10°~65°时,相关系数在0.91以上,表明本文方法可用于森林冠层间隙率提取。

基于NPP­-VIIRS夜光遥感的洪水灾损评估及可视化

洪水灾害是世界上发生最频繁、危害最严重的自然灾害之一,快速准确获取洪水受影响区域是洪水灾损评估的重要信息,可为政府制定应急救援决策提供重要的数据支持。针对传统洪水评估方法存在的时效性差、工作量大和费时费力等不足,本研究以广西“西江2020年第1号洪水”灾情为案例,首先对NPP-VIIRS DNB夜光遥感数据进行统计量法辐射归一化处理;其次构建市级、县级尺度的人口评估模型进行模型适宜性和尺度适宜性分析,基于多项式最优模型反演受灾人口数量并进行对比验证;再其次基于洪水发生前后夜光亮度变化提取识别灾后受灾影响变化区域,并监测灾后恢复进程;最后构建灾情可视化管理系统,可实现灾情信息实时共享。研究结果可得反演受灾人口的准确率为79.4%,与新闻报道具有一致性,表明基于NPP-VIIRS夜光遥感数据评估洪水受影响区域及受灾人口的准确性较高,具有可行性;同时基于WebGIS将灯光密度、灾情统计、多媒体数据进行集成开发,实现灾情动态信息在线可视化展示,可为政府及公众及时掌握灾情进而有效制定应急救援措施提供重要的数据支持。

融合地物类别信息的NDVI尺度转换模型构建及MOD13 Q1产品真实性检验

提出融入中高空间分辨率遥感影像精确地类识别信息,以改进传统的Chen NDVI尺度转换模型的方法,并基于两个模型共同进行MODIS 250m 16D合成植被指数产品MOD13 Q1(MODIS/Terra Vegetation Indices 16-Day L3 Global 250m SIN Grid)真实性检验。研究以地类丰富的厦门市作为研究区主体,并以30m Landsat8陆地成像仪OLI(Operational Land Imager)影像作为验证数据,实践了上述方法。实验结果表明:MOD13 Q1产品总体质量较好,但是存在偏高估计的问题,尤其是对人工地物更为明显,在实际应用中应予以关注;融入精细地类信息的改进ChenNDVI模型相比较融入粗略地类信息的传统Chen NDVI模型,升尺度转换结果无显著差异,但是前者在精细、定量刻画“不同地类对NDVI尺度效应影响”方面更有优势,这对遥感地表参数尺度效应研究具有重要的启示意义。

基于Chen NDVI模型的NDVI尺度转换分形特性分析

空间尺度问题是定量遥感重要而基础的问题之一,文章针对“分形方法是否适用于定量遥感地表参数的尺度转换研究”的问题进行实验验证。基于传统及改进的Chen NDVI尺度转换模型,获得NDVI不同空间升尺度影像,进而利用分形尺度转换模型分析NDVI尺度转换结果,以获取“分形方法在NDVI尺度转换研究中的适用性结论”。以厦门为研究区,利用上述分形模型进行实验,结果表明:(1)若NDVI输入类型为均值,NDVI尺度转换特性更符合双对数直角坐标系下的线性函数关系,即分形特性;若NDVI输入类型为方差、方差/均值,NDVI尺度转换特性更符合直角坐标系下的对数函数关系;(2)农田在两种Chen NDVI模型及两种空间直角坐标系下所得拟合模型皆表现出显著的线性规律,尤其是其NDVI尺度转换分形特性表现显著;(3)综合而言,NDVI尺度转换结果具有分形特性,但NDVI尺度转换具有更为显著的直角坐标系下对数函数关系特性。文章所提出的融入精细地类信息的“类NDVI”地表参数通用尺度转换模型及尺度转换分形特性研究方法具有一定的代表性,值得参考。

基于回归分析及卡尔曼滤波的闽赣断裂带垂直形变预测

断裂带的活动性与地震活动有着密切的关系,断裂带垂直形变监测对捕捉地震前兆异常情况、预测地震危险性均有着非常重要的作用。基于闽赣断裂带5年跨断层水准观测数据,首先,通过拟合残差、F检验置信度水平综合判断各监测场地的多项式拟合阶数,构建了拟合效果较优的多项式回归模型;其次,引入卡尔曼滤波理论,分析并确定滤波先验信息,建立了垂直形变的卡尔曼滤波模型;最后,基于建立的两种模型对闽赣断裂带垂直形变进行预测分析。结果表明:当测段高差前后两期出现较大波动时,多项式回归模型预测精度略高于卡尔曼滤波模型;反之,监测场地测段高差变化较为平缓时,采用卡尔曼滤波模型预测精度优于1mm,在实际应用中,可以综合应用两种模型进行垂直形变预测,以提高预测效果。

一种基于SX10点云的单株树木骨架点提取方法

骨架点是单株树木几何模型重建的基础。本文结合水平集、聚类方法和图论3种方法,采用ILMSVP和天宝SX10获取模拟与实测单株树木点云数据,并实现单株树木骨架点提取,其中模拟数据用于方法实现,实测数据用于验证。为解决单株树木点云数据缺失情况,本文重复利用水平集、聚类方法和图论方法得到较完整的单株树木骨架点。结果表明:本文采用的单株树木骨架点提取方法可行。

基于逐日夜间灯光遥感的新冠肺炎疫情变化信息快速提取——以北京市为例

针对国内外日益复杂的疫情形势,本文以2020年6月北京疫情为例,利用NPP-VIIRS卫星的逐日夜间灯光数据,分析疫情受影响区域及疫情的控制与恢复状况,探索与人口密度等社会经济因素的关系。研究结果表明,逐日夜间灯光遥感可以有效提取疫情影响的区域范围及反映该区域受影响程度,所提取的受影响区域与国家划定的中高风险区域情况一致;同时基于逐日夜间灯光遥感能够及时监测疫情发展及疫情防控措施状况,区域夜间灯光强度随着疫情及防控的进展呈现明显的变化;平均夜间灯光损失强度及恢复强度同疫情暴发期区域人口密度均具有较强的相关性,相关性指标R^(2)分别为0.97和0.91。本文研究结果表明逐日夜间灯光影像在快速提取新冠肺炎疫情变化信息方面有较大潜力。

基于观测噪声的BDS/GPS伪距差分定位随机模型分析

合理的随机模型对提高GNSS定位精度具有重要的现实意义。针对高度角定权等常规随机模型无法较准确评估伪距观测值质量,提出一种基于伪距观测噪声的分区定权方法。首先,基于载波、伪距双差观测量构建几何无关组合,并利用滑动窗口取平均法进一步分离出伪距观测噪声;在此基础上,以观测噪声越小对定位解算贡献率越大为原则,建立了观测噪声分区定权的随机模型;最后,设计伪距差分静、动定位实验分析其性能。结果表明,在不同距离条件下,基于观测噪声的分区定权模型无论是在静态还是动态伪距差分定位中,定位精度都要优于等权及高度角定位模型。该随机模型有效提高了伪距定位精度,且易于实现,具有一定的实际应用价值。

基于开源Cesium的三维WebGIS场景实现

本文基于开源的Cesium三维地图引擎库,以厦门市为研究区域,利用高德地图爬取的城市三维建筑轮廓数据和无人机获取的倾斜摄影数据,采用三维矢量、无人机倾斜摄影两种空间数据的场景构建方法。实验结果表明,采用开源Cesium框架和3D Tiles数据格式可快速构建城市大尺度范围的三维场景。此外,鉴于当前主流浏览器可广泛支持WebGL,采用Cesium框架无须安装专门的浏览器插件,提高了用户体验度。该技术可为相关WebGIS三维展示应用提供技术参考。

基于半球摄影方法的森林冠层叶面积指数测量及验证

叶面积指数是描述植被结构的关键参数,被广泛应用于林学、生态学等领域.选择5个落叶松典型样地,基于DHP影像,结合4种聚集指数算法进行LAI测量,并采用落叶收集法对测量结果进行验证.主要研究结果有:在不考虑聚集指数时,测量的有效LAI存在明显的低估,最大达到88.27%;当采用聚集指数对有效LAI进行校正,得到的LAI测量精度明显提高,但结果仍是低估,最高精度达到8.82%,且采用CLX聚集指数算法的测量精度其他3种算法.