基于DMSP/OLS数据的中国大尺度城镇用地信息提取

DMSP/OLS夜间灯光数据已在城镇用地信息提取中得到较多应用,其中,较高分辨率数据比较法是一种较为客观的方法,但现有研究主要通过逐个城市确定灯光数据的阈值提取城镇用地信息,这对于大尺度的城镇研究所需成本较大、处理效率较低。为此,提出了一种基于分区的较高分辨率数据比较法,将中国按经济发展程度划分为7大区,分别对各区提取城镇用地信息,并对提取结果进行真实城镇像元判定,得到1992,1995,2000年中国的城镇用地信息。结果表明,采用分区的方法不仅提高了较高分辨率数据比较法的提取效率,反映了特定区域的城镇整体状况,而且在总体区域上保证了提取精度。

浙江省森林信息提取及其变化的空间分布

如何利用遥感技术提取森林信息是遥感应用的重要领域之一。以不同时相的Landsat TM/ETM+为数据源,采用面向对象和基于多级决策树的分类方法得到浙江省2000年、2005年以及2010年的森林植被覆被图。经实地采样点验证,2010年分类精度达到92.76%,精度满足要求。介绍了浙江森林信息的快速提取方法,即统计不同森林类型的Landsat TM影像原始波段和LBV变换值以及各种植被指数在各时相上的差异,经过C5决策树训练,选取合适的规则和阈值实现森林信息的提取。结果表明,面向对象分割与决策树算法结合可以作为森林信息提取的有效方法。最后,通过对3期森林专题图进行空间叠加分析,得到了森林资源动态变化的空间分布,并以此为基础对林地变化的类型及原因进行分析,结果显示浙江省森林资源变化主要分布在浙西北山区、浙中南山区以及沿海地带,这一结果可以为有关部门的决策提供依据。

江苏滨海湿地土地利用/覆盖变化与地表温度响应遥感监测

以Landsat TM/ETM+图像为主要数据源,提取了江苏省盐城滨海湿地土地利用/覆盖信息;基于单窗算法反演了地表温度,综合分析了1992—2009年间湿地土地利用/覆盖变化(LUCC)及其对地表温度的影响。结果表明:在1992—2009年的17 a间,江苏省滨海湿地最主要的LUCC类型是人类主导型,且以自然类型向人工类型转化最为显著;互花米草、碱蓬和芦苇等自然景观总面积减少了385.52 km2,养殖场、盐田及建筑用地等人工景观总面积增加了376.97 km2;人为干扰是湿地LUCC最主要的驱动因素。在LUCC的影响下,湿地地表温度也有显著波动,多数湿地类型都有不同层次的升温。

基本农田信息对SLEUTH模型模拟准确性的影响--以常州市中心城区为例

以常州市中心城区为研究区,探索规划基本农田信息对SLEUTH模型校准过程产生的作用,在此基础上对常州市中心城区的城市扩张进行预测。采用一组对比试验:排除层E1不包含规划基本农田信息,排除层E2包含规划基本农田信息,限制城市发展。试验结果表明,排除层的设计影响模型的校准过程,在研究区内将规划基本农田信息纳入排除层可以有效提高模型校准精度,从而更好地预测常州市中心城区未来城市扩张情况。

基于信息熵和分形维数的长沙市土地利用结构变化分析

结合长沙市2005—2012年土地利用数据,通过信息熵理论和分形维数理论,对长沙市土地利用结构变化从整体性、时序性、空间性、地类差异性4方面进行全面分析.结果表明:(1)利用信息熵理论对长沙市整体性进行分析,从时序角度将信息熵变化分成2005—2008年上升,2008—2009年下降,2009—2012年上升3个阶段;从空间角度将各区县(市)分成高熵值区、中熵值区、低熵值区.(2)利用分形维数理论对长沙市地类差异性进行分析,随着区域内土地利用发生变化,则表现出相同年份下不同土地利用类型的复杂度变化,不同年份下相同土地利用类型的复杂度也不尽相同.

基于混合像元分解的HJ-1卫星时间序列影像城市植被信息提取

针对城市植被信息提取中单时相遥感影像无法获得物候特征及影像中的混合像元问题,本研究以南京市区及近郊作为研究区,将2013年77景环境星(HJ-1)归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)时间序列数据看成"类高光谱"数据,利用非限定性分解法、半限定性分解法和全限定性分解法对滤波后的数据进行分解,结果表明:使用非限定的线性光谱混合模型分解算法对研究区草地、灌木丛、针叶林、落叶阔叶林、常绿与落叶阔叶混交林5种植被信息提取的均方根误差(Root Mean Square,RMS)最小,此方法效果最好.

基于GIS空间分析的城市行道树安全评估

行道树安全性评估是城市树木安全防护的重要内容,采用科学有效的方法评估行道树安全现状,对城市安全精细化管理及行道树有机更新具有重要的现实意义.以南京市主城区法桐行道树为例,通过整合法桐行道树多种出险记录,构建了南京市法桐行道树安全性调查数据库;通过计算不同时空维度的出险频度来评价法桐行道树安全性;利用GIS空间自相关分析方法,探究了法桐行道树路段出险频度的空间分布特征.结果显示,玄武区、鼓楼区、秦淮区是南京市法桐行道树的高频出险行政区,其中玄武区总出险频度最高,达到5.2%.玄武区内北京东路-中山路-中山东路-太平北路所围街区是法桐行道树逐年高频出险路段集中区域.法桐行道树出险路段在空间上存在显著热点,其中鼓楼区的出险热点数量最多,达到23条,主要集中在中山路沿线路段.法桐行道树出险的主要原因为断枝和车撞树,分别占总出险事件的38.34%和15.45%.针对重点出险区域出险原因提出相应建议,为未来行道树的城市管理提供参考.

长沙市热力景观空间格局演变分析

城市热环境是城市生态环境效应研究的热点之一,其演变规律的研究为缓解城市热岛带来的负效应、促进城市可持续发展提供依据。以2004年和2010年Landsat7 ETM+遥感影像数据和土地利用现状数据为数据源,在地表亮度温度反演的基础上,运用景观指数并结合GIS空间分析技术,采用移动窗口和梯度分析结合的方法,分析2004—2010年长沙市中心城区热环境的空间格局动态变化,通过分区统计法分析了不同热力景观等级下不同城市景观的空间格局变化,从景观尺度上阐明城市景观类型组成和空间格局与地表温度空间分异之间的关系。研究结果表明:2010年热岛区域扩大且更加分散,面积比2004年增加15.01km2,新增区域主要分布在金霞、岳麓和星沙的新兴工业园区;中心城区热力景观格局在景观水平上具有明显的空间分异特征,在从中心位置到偏北、偏东和偏南方向上,热力景观从市区向周边郊区呈现破碎化、多样性递增、形状复杂化,而从中心位置到偏西方向上与之相反;景观类型组成和空间布局对地表热环境产生不同影响,耕地、林地在热力景观内的优势度越大、分布越集中,地表降温效果越显著;反之,建设用地斑块越大、凝聚程度越高、形状越规整,地表温度越高,热岛效应显著。

中国稳定积雪区IMS雪冰产品精度评价

IMS雪冰产品由多种光学与微波传感器数据融合而成,提供北半球每日无云的积雪范围,在积雪遥感研究中具有广阔的前景.以气象站实测雪深数据为真值,检验了2009-2010年IMS雪冰产品在中国三大稳定积雪区北疆、东北、青藏高原地区每月、积雪季以及全年的误判率、漏判率和总体准确率,并分析了IMS雪冰产品的准确率与雪深之间的关系.结果显示:IMS雪冰产品的年总体准确率在三大积雪区均超过了92%,积雪季总体准确率均超过了88%,利用IMS雪冰产品监测积雪范围是可靠的.然而,IMS雪冰产品精度具有区域差异性,北疆地区在1月和2月误判率偏高,青藏高原地区积雪季有严重的漏判现象.IMS雪冰产品的准确率在东北地区和北疆地区随着雪深的增加而升高,当东北地区雪深超过6 cm,北疆地区超过13 cm时,准确率接近100%,但是,青藏高原地区两者基本没有关系.通过在青藏高原地区与同时相的4景MODIS积雪产品对比分析发现,实际上IMS雪冰产品相对地高估了积雪面积,青藏高原地区漏判率高其原因是IMS对零碎积雪的识别能力不足并且气象站分布不均匀.

基于对象特征的山东省丘陵地区多时相遥感土地覆被自动分类

对于基于像元的土地覆被分类来说,植被的分类是难点。使用多时相面向对象分类方法可以较好的解决这个问题。以山东省烟台市丘陵地区为研究区,采用Landsat TM(Landsat Thematic Mapper remotely sensed imagery)、DEM(Digital Elevation Model)、坡度、坡位、坡向等多种数据,利用基于对象特征的多时相分类方法对研究区进行土地覆盖自动分类。首先对影像进行多尺度分割并检验分割结果选取合适的分割尺度,然后分析对象的光谱、纹理、形状特征。根据各类地物的光谱特征、地理相关性、形状、空间分布等特征,明确类别之间的差异。建立决策树使用隶属度函数进行模糊分类,借助支持向量机提高分类精度。研究结果表明,通过使用多时相影像采用面向对象分类方法,相对于传统的基于像素的分类可以明显提高分类精度,尤其是解决了乔灌草的区分问题。

基于JASON-1资料的南海海域海面风、浪场特征分析

南海海域地形复杂,风浪多变,由极端的水文气象条件引起的大风、巨浪等海况灾害频发,对航道运输、石油开发、海岸工程、军事活动等造成一定的影响。研究基于2002年1月15日至2012年2月15日共372周期的JASON-1GDR数据,采用克里金插值法分析南海海域海面风速和有效波高的时空分布特征和季节变化规律,运用核密度估计法提取大风和巨浪灾害的高发区域,为航道运输安全和海洋工程建设等提供参考。结果表明,南海海域年均海面风速和有效波高皆从东北向西南方向呈舌状高值区,并逐渐向外减小;季均海面风速和有效波高均呈现秋冬高、春夏低的变化规律;大风高发区多集中于南海东北部海域、台湾海峡和吕宋海峡附近;巨浪高发区则位于东沙群岛以南、中沙群岛以北、西沙群岛以东、菲律宾以西这一海域。

基于ArcEngine的海域定级系统的设计与实现

海域定级是采用定性和定量的方法将同一类型用海划分为不同级别,是海域管理最基础性的工作,对于科学合理地开发和利用海岸带资源至关重要。本研究以Visual Studio 2010为开发平台,采用C语言,结合嵌入式ArcEngine组件库,集成设计实现海洋领域具有较高专业性和实用性的海域定级系统。该系统采用海洋公益领域专家制定的指标体系,通过数据的管理、集成和分析,实现了海域定级相关方面的功能。该系统将海域定级原理与地理信息系统(Geographic Information System,GIS)技术相结合,为海域基层部门提高工作效率、实现海岸带资源科学有效管理提供了依据。

新疆天山玛纳斯河流域高分辨率积雪遥感研究进展

新疆天山北麓玛纳斯河流域冬、春季积雪覆盖,高山冰川发育,是我国西北干旱区的典型流域,其冰雪融水对北疆工农业生产和生态环境具有重要意义.近五年来,在流域开展5次科学考察、积雪常规观测和星地同步观测,利用GF-1PMS(Panchromatic and Multi-Spectral)和WFV(Wide Field of View)、HJ-1CCD(Charge-Coupled Device)和IRS(Infrared Scanner)等国产高分光学遥感数据和C波段RADARSAT-2、ENVISAT ASAR等合成孔径雷达数据,探索山区复杂地形条件下的综合辐射校正方法,建立积雪识别模型获取积雪覆盖范围、积雪表面类型和积雪干湿状况,建立积雪参数反演模型获取雪粒径、雪深和雪水当量,分析流域积雪变化特征与雪盖衰退过程,进行流域融雪径流模型的参数率定、模拟与预报,为流域水资源合理利用与调配提供科学依据.

新疆喀纳斯国家自然保护区植被叶面积指数观测与遥感估算

叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是重要的植被结构参数,调控着植被与大气之间的物质与能量交换,在生态环境脆弱的我国西北部开展植被LAI的研究对阐明该地区植被对气候变化和人类活动的响应特征具有重要的科学意义。利用LAI-2200和TRAC仪器观测了新疆喀纳斯国家级自然保护区森林和草地的有效叶面积指数(LAIe)和真实LAI,构建了其遥感估算模型,生成了研究区LAIe和LAI的空间分布图。在此基础上,分析了LAI随地形因子(海拔、坡度、坡向)的变化特征,探讨了将其应用于估算研究区森林生物量密度的可行性,并评估了研究区MODIS LAI产品的精度。结果表明:研究区阔叶林、针阔混交林、针叶林、草地LAIe的平均值分别为4.40、3.18、2.57、1.76,LAI的平均值分别为4.76、3.93、3.27、2.30。LAIe和LAI的高值主要集中分布在湖泊和河流附近;植被LAI随海拔、坡度和坡向的变化表现出明显的垂直地带性的特点。LAI随海拔和坡度的增加呈现先增加后减小的变化趋势,坡向对针叶林和草地LAI的影响明显,但对阔叶林和针阔混交林LAI的影响较弱;森林生物量密度(BD)随LAI增加而线性增加(BD=44.396LAI-25.946,R2=0.83),研究区森林生物量密度平均值为120.3 t/hm2,估算的总生物量为5.0×106t;MODIS LAI产品与利用TM数据生成的LAI之间具有一定的相似性(森林R2=0.42,草地R2=0.53),但森林和草地的MODIS LAI产品分别比利用TM数据生成的LAI偏低16.5%和24.4%。

像素级SAR影像时间序列的建模方法研究

像素级遥感影像时间序列保留了更多的原始影像信息和地表细节层次信息,能够更准确地提取地物信息、揭示地物的变化规律。针对SAR影像堆积数据,提出了一种像素级SAR影像时间序列的建模方法,主要步骤包括辐射校正和高精度的几何配准,将SAR影像数据集转换为一系列由离散的后向散射系组成的时间序列文本化数据。利用2006-2009年21幅分辨率为150m的WSM模式ENVISAT ASAR影像进行建模试验,构建了像素级SAR影像时间序列。试验表明:该建模方法具有较高的几何精度和辐射精度,能够直接应用于地物识别,在地物信息提取、聚类分析、变化检测等方面发挥独特的优势。

基于协同分割的高分辨率遥感图像变化检测

针对面向对象变化检测存在的多时相对象边界不一致的难题,基于计算机视觉领域的多视图像协同分割思想,提出一种面向多时相高分辨率遥感图像变化检测的协同分割方法.首先对多时相遥感图像进行协同处理,利用多时相信息发现变化特征,以光谱变化为指标,获得变化强度图,进而在变化强度图的引导下,结合各时相的图像自身特征进行分割,通过能量函数的构建和优化,直接生成边界准确、空间对应的多时相变化对象.利用两个时相的高分辨率航空图像进行实验表明,该方法可以较完整准确地分割出变化对象,通过建立其空间对应关系,能清晰地表达对象的变化过程,为高分辨率遥感图像面向对象变化检测提供了新思路.

江苏省海域养殖增殖用海定级研究

海域分等定级为海域估价、征收海域使用金和制定海域利用规划提供科学依据。研究以0.01°×0.01°栅格为评价单元,通过对海域自然环境条件、海水理化性质、海水营养盐含量、生物资源丰度、区位条件以及海水污染物和政策等限制因子的综合分析,采用综合指数加权求和法对江苏省海域养殖增殖用海进行了评估,评价结果等间距划分为7个等级。如果不考虑限制因素,较低级别海域(1—3级)占整个研究区域的30.72%,较高级别(4—7级)占69.28%。如果考虑污染因素,4 638 km2的海域不适合用于养殖;经过调整后较低级别的海域(1—3级)占整个研究区域的27.79%,较高级别(4—7级)占56.71%,等外级占15.50%。如仅针对海洋功能区划中划定的养殖增殖用海(5 655 km2)海域定级,68.70%分布在4—7级,另外有24.88%的养殖增殖用海位于污染物超标区域(等外级)。

基于区域合并的高分辨率遥感图像多尺度分割

图像分割是高分辨率遥感图像处理和分析的关键环节.本文探讨了将区域合并方法应用于高分辨率遥感图像多尺度分割的技术要点,旨在提升分割的精度和效率,获得地物对象的多尺度表达.主要研究内容包含如下五个方面:(1)图模型的构建,包括区域邻接图和最近邻图,以提高分割效率;(2)合并准则的确定,选择能有效表征区域同质性、形状和边界的图像特征并加以组合,提升分割精度;(3)合并策略的选择,针对寻优范围不同列出面向全局、面向局部以及混合区域合并等三种合并策略,并分析各自的特点;(4)尺度参数的设置,针对面向局部的区域合并策略提出递增的尺度参数序列控制方法,生成边界一致的多尺度分割结果;(5)分割树的设计,利用树中不同层级的节点表达不同尺度的分割区域,可快速输出多尺度分割结果.研究成果可应用于高分辨率遥感图像面向对象分析、地物目标识别和信息提取.

巴音布鲁克典型区MODIS亚像元积雪覆盖率估算

雪盖信息对气候变化研究、水资源利用和雪灾监测具有重要意义.亚像元积雪覆盖率(snow cover fraction,SCF)的估算可以减少混合像元造成的误差,提高雪盖监测精度.本文以新疆巴音布鲁克为研究区,以环境与灾害监测预报小卫星B星(HJ-1B)数据作为地面真值,计算出中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)数据对应的雪盖率,建立所得雪盖率与归一化差分积雪指数(normalized difference snow index,NDSI)之间的逐像元估算模型,并对估算结果进行了验证.结果表明,与MODIS积雪产品数据相比,该模型估算的雪盖率精度明显改善,具有较强的精确性和实用性.但是相对于真实雪盖率,也存在总体高估的情况.模型误差的主要来源是积雪边缘区的破碎分布、阴坡和阳坡的太阳辐射差异以及林带积雪的复杂影响.逐像元估算模型能有效的提高巴音布鲁克地区雪盖率制图精度,为该地区水资源合理利用,牧区雪灾的抗灾减灾提供了依据.

基于ENVISAT ASAR影像与QuikSCAT风场数据的近海风能资源评价--以香港东南海域为例

以香港东南海域为试验区,利用2006-2009年39幅ENVISAT ASAR影像反演风速,并用QuikSCAT风场数据对反演结果进行验证。在此基础上,计算出研究区2006-2009年平均风功率密度,从空间分布的角度对风能资源进行评价;同时基于同期1 096幅QuikSCAT风场数据,绘制月平均风速时序变化图,从时间尺度上对风能资源进行评价。结果表明:1)综合使用ENVISAT ASAR影像和QuikSCAT风场数据可实现较高空间分辨率和高时间分辨率的结合;2)基于CMOD5模型的风速反演方法切实可行且精度较高;3)该海域风能资源丰富,可用于并网风力发电;4)该海域风速的季节变化规律明显,具体表现为冬、秋季风速较大,夏、春季风速较小。