使用多源遥感影像监测深圳市海岸线变迁

海岸线是陆地与海洋的分界线,一般指海潮时高潮所到达的界线。文章以深圳市为例,以1988—2015年的多景Landsat和SPOT影像为数据源,分类提取5个时相的深圳市海岸线,利用遥感和地理信息系统手段,系统分析岸线类型、长度、位置变化特征,并用实测数据加以验证。结果表明,通过多时相遥感数据可以快速、准确、客观地提取不同类型海岸线的空间和类型信息,从而构建科学、准确、响应快速的监测体系。

海岸带地理环境遥感监测综述

海岸带作为连接海洋和陆地系统的特殊地理地带,与人类的生存与发展密切相关,但其自然和生态环境极其脆弱和敏感。气候变化和人类活动给海岸带环境带来了巨大压力,导致其生态环境不断恶化。随着技术的发展,近年来遥感技术已成为海岸带地理环境监测的重要手段之一,在海岸带规划、管理和保护中扮演着举足轻重的角色。本文对遥感技术在海岸带地理环境监测典型应用(土地利用/覆盖、土壤质量、植被、海岸线、水色、水深和水下地形及灾害)中的主要数据源、方法、结果和局限性进行归纳和总结,并对其未来发展提出展望。

1990-2015年广西廉州湾红树林遥感动态监测

结合遥感与地理信息系统技术,采用多时相遥感卫星影像提取广西廉州湾1990、1998、2004、2008和2015年红树林空间分布信息,并从整体景观尺度(面积变化)、像元尺度(多时相信息二进制编码)以及斑块尺度(景观指数与景观分布质心)定量分析红树林的时空变异特征。结果表明,1990-2015年红树林面积呈"增长—下降—增长"特征,2015年达到734.36 hm2;1998-2015年红树林呈消长分布,时空变异程度大;近25 a来红树林斑块数不断增加,平均斑块面积减少,景观破碎化加剧,景观分布质心向研究区东南部偏移。基于多时相遥感影像能快速获取红树林的时空变异特征,有助于红树林调查的科学安排及其保护与管理。

海岸带区域船载水岸一体综合测量技术概述

海岸带作为连接陆地和海洋的特殊地理地带,与人类的生产生活息息相关,海岸带区域测量一直是海洋测绘领域的重要工作内容。近年来,船载水岸一体综合测量技术得到快速发展,该技术集成了水下多波束测深系统、水上激光扫描系统、全景影像采集系统和POS定位定向系统等实现水岸一体无缝测量。基于统一的海岸带测绘坐标系统,提供快速、高效、全覆盖、高质量的真三维数据,实现了水深及地形成果的拼接和融合。分析了海岸带水岸测量的技术特点,论述水岸一体综合测量系统的系统组成和关键技术;在此基础上,对伶仃岛进行水岸一体综合测量,对测量结果进行验证,并探讨了海岸带水岸一体化综合测量系统的应用前景和发展方向。

基于空间聚集特征的沥青路面裂缝检测方法

沥青路面裂缝自动检测是制约公路养护科学决策的最主要瓶颈.针对现有裂缝检测算法在大规模应用特别是广地域、多路况等复杂环境下算法稳定性、可靠性及实时性等方面存在严重不足问题.本文在观察大量实际工程路面图像基础上,对路面裂缝特征进行全新定义,提出了一种基于空间聚集特征的沥青路面裂缝检测方法,参考裂缝的空间分布、灰度、几何等特征,以子块图像为处理单元,采用逐步求精的策略对子块图像进行分割,快速定位空间聚集区域,再对聚集区域进行评估得到信度高的裂缝候选区域;最后以裂缝候选区域为种子区域,在准确估算裂缝发展趋势的基础上,结合裂缝片段聚集及相似性等特性,去除噪声同时合并连接断裂的裂缝,实现了裂缝区域较为完整的检测.通过测试多路况、多采集环境下近万样本,并采用不同的方法对测试结果进行评估,结果显示,算法对不同类型路面图像中具有不同特征的裂缝区域均具有良好的检测性能,裂缝定位准确性达到95%以上,裂缝区域检测的完整性达到90%以上.

运用MODIS遥感数据评测南海北部区域机载激光雷达测深系统参数

为研究中国南海北部海域在CZMIL海道测量模式下的最大可测水深的空间分布情况,首先探讨了现有的南海北部海域漫衰减系数K_d(490)反演算法,运用南海北部海域水色实测数据建立了漫衰减系数K_d(490)和K_d(532)之间的数值关系,总结了漫衰减系数K_d(532)和CZMIL系统最大可测水深之间的关系。通过2014年Aqua-MODIS遥感光谱数据得到了南海北部海域1月、6月、10月的海水漫衰减系数K_d(532)参数,研究发现6月份时该区域平均漫衰减系数相对较小,于是进一步合成了该月份的CZMIL系统测深能力空间分布图。结果表明:CZMIL系统在南海北部海域的可测水深约为0~71.18m;6月份比1月、10月更适合激光测深作业。该研究为南海北部海域开展激光测深作业的时间选择和飞行方案的制订提供了参考。

武汉市湖泊景观动态遥感分析(1973-2013年)

城市湖泊是城市湿地的重要组成部分,其演变受到人类活动的严重干扰,也影响城市的可持续发展.利用19732013年40年间Landsat MSS(3景)、Landsat 5 TM(5景)和Landsat 8(1景)共9景遥感影像,从景观角度分析武汉市主要湖泊的变化.首先借助遥感和地理信息系统技术提取湖泊信息,然后通过主成分分析法选取平均斑块面积(MPS)、斑块面积标准差(PSSD)、边界密度(ED)和斑块平均分维数(MPDF)4个景观指数用于湖泊景观分析.结果表明,武汉市湖泊变化经历了4大阶段:(1)1970s,由于"围湖造田"政策的推行,湖泊总面积、MPS和PSSD急剧减小,湖泊斑块数量(尤其是小型湖泊)急剧增加,大湖破碎、小湖增加;(2)1980s,推行"退田还湖"政策,湖泊总面积有较大回升,但小型湖泊消亡现象较为严重;(3)1990s,由于经济发展和人口增长等原因,湖泊水面面积仍缓慢波动减小;(4)21世纪后,湖泊斑块数量持续缓慢增加,但湖泊总面积呈减少趋势,故又可能进入一轮大湖萎缩或破碎、小湖增加的阶段.总体而言,武汉城市湖泊受到人为干扰和政策导向影响明显,应大力加强湖泊的科学管理,合理地开发利用,保护好湖泊自然资源.

道路/轨道动态精密测量进展

传统精密工程测量采用人工静态离散观测和几何模型解算方法,无法满足道路/轨道等大型基础设施建设及其复杂运营维护管理所要求的大范围、连续、动态、高精度与精细测量。以多传感器集成技术为核心的动态观测和多源时空数据的协同解算是精密工程测量重要发展方向,并取得了重要的进展。本文首先介绍了道路/轨道动态精密测量所涉及的高精度时空基准统一与转换、多传感器同步控制、多源观测数据的融合配准、测量数据的质量增强以及基于精细三维模型的目标特征提取与识别等技术,然后阐述了动态精密测量技术在道路与轨道运营检测与测量领域的应用进展。

海南岛沿岸海域水体漫衰减系数光谱分析及LiDAR测深能力估算

机载激光雷达测深是近年来蓬勃发展的主动式水深测量方法,能够快速精准地获取近岸水深和水下地形,特别是对于浅海、岛礁等船只无法达到的区域具有显著优势。而机载激光雷达系统的测深能力主要受到水体浑浊度的影响。激光测深实验中对实验区域的水体浑浊度研究将有助于实验方案的设计。以中国海南岛沿岸海域为例,研究了该海域水体浑浊度和机载激光雷达测深系统CZMIL(coastal zone mapping and imaging LiDAR)测深能力之间的关系,建立了运用水体漫衰减系数估算机载激光雷达测深系统测深能力的算法。首先分析并确定了实验区域的漫衰减系数K_d(490)反演算法;其次,运用该区域实测光学数据建立了漫衰减系数K_d(490)和K_d(532)之间的数值关系;接着总结了K_d(532)和CZMIL系统最大测深值之间的关系;最后运用MODIS数据合成了海南岛沿岸海域在CZMIL系统海道测量模式下的测深能力空间分布图,重点分析了海口和陵水附近海域的最大可测水深分布情况。为海南岛沿岸海域开展激光测深实验提供了参考和依据。

基于路面变形速度的弯沉测量方法

为了实现在正常交通速度20-80km/h下的连续弯沉测量,提出了采用测量路面变形速度反演弯沉的方法.研究利用激光多普勒测振仪测量路面在标准载荷作用下的路面变形速度的方法和路面变形速度提取算法,结合弹性地基上的欧拉-伯努利梁理论,推导弯沉盆曲线的两参数方程,采用牛顿迭代法利用路面变形速度反演路面弯沉.基于此方法设计的原型设备已在新疆、陕西、甘肃、天津、湖北等省市进行了近8×10^4 km的路测实验.结果显示,数据自重复性达到95%以上;与贝克曼梁测量数据对比,数据相关性达到90%以上.该方法一次测量只需要一次采样,测量与路面曲率无关,相对于传统测量方法,其适合于高速、无损测量.实验证明,该方法能满足路网级、逐车道的路面弯沉连续、无损、高密度、高速度测量的要求,具有广阔的使用推广价值.

基于CA-Markov模型的自然保护区土地利用变化分析

以广西山口红树林自然保护区为研究区,1999和2005年SPOT4影像作为土地利用信息源,采用CA-Markov模型预测2011年和2017年研究区土地利用空间变化,在此基础上利用11个景观指数分析1999-2017年研究区整体景观格局演变情况。结果显示,CA-Markov模型模拟的2005年土地利用空间分布的面积和空间精度分别为93.13%和87.57%,具有较高可靠度;1999-2005年各用地类型的相互转化较为复杂;2005-2011年,红树林和养殖区增长最为显著;1999-2017年间,斑块数呈下降趋势,景观破碎化程度在减轻,受人类活动的影响在减弱,各斑块类型在景观中呈均衡化趋势分布,但景观稳定性和抗干扰性下降。研究表明CA-Markov模型是模拟与预测自然保护区土地利用变化的有力工具,能为土地规划与管理提供一定的决策信息。

植被遥感分类方法研究进展

遥感影像分类是获取植被信息的一个重要方式,而分类方法的选择是影响分类精度的关键因素。从植被遥感分类中是否具有先验知识的分类方法、结合多源遥感数据及相关辅助信息的分类方法、基于机器学习的分类方法和其他分类方法等方面对国内外相关研究进行了评述。为深入研究在现有分类方法基础上如何提高植被遥感分类的精度及进行植被遥感细分类,建议利用影像融合DEM的三维地形辅助分类及选取训练样本提高样本分离度;将混合像元分解思想融入到现有的植被遥感分类方法中,综合地形、纹理、光谱等辅助信息进行细分类;继续开展对"软"分类器方法的研究,将单个像元分解为不同组分,从"亚像元"级进行植被遥感分类。

基于叶片光谱特征的农业区域植物分类

基于农业区域8种植物的叶片光谱数据,提取63种光谱特征变量,并对全波段光谱(原始、一阶微分和包络线去除光谱)提取主成分,分别采用k最近邻(k-nearest-neighbors,kNN)、支持向量机(support vector machine,SVM)和随机森林(random forest,RF)3种机器学习方法对不同植物进行遥感分类.比较3种方法所得的总精度、训练精度、验证精度及8种植物的生产者精度.结果表明,SVM的分类性能优于kNN与RF;单一的光谱特征变量识别精度都较低(<50%);基于主成分分析的一阶微分光谱识别性能优于原始光谱和包络线去除光谱.研究指出,叶片一阶微分光谱与SVM相结合的方法能够准确识别不同植物物种.可为景观或区域尺度的植被遥感分类、精准农业和森林资源调查等提供借鉴.

MODIS-Aqua漫射衰减产品K_d(490)在南海海域的精度对比

基于遥感手段准确估算水体漫射衰减系数Kd(490),可为有效评价近岸海域水质、准确估算真光层深度提供有力数据和方法支撑。利用2004~2012年在南海海域获得的9个航次的实测Kd(490)数据,通过建立实测与遥感产品的时空匹配数据对,获取与Kd(490)实测数据相对应的MODIS-Aqua遥感反射率(Rrs(λ))和叶绿素a浓度(Chl-a)产品,分别采用算法Muller,Werdell,Morel,Lee和MODIS业务化算法KD2M对南海海域Kd(490)遥感产品进行精度评估与对比;在此基础上,考虑到南海海域水体的特异性,基于相应的实测Rrs(λ)和Chl-a数据集,利用上述算法对Kd(490)反演产品再次进行精度评估与对比,进而探讨Kd(490)产品的误差来源和算法区域化修正的必要性。基于MODIS-Aqua遥感产品,利用上述五种算法获得的MODIS-Aqua Kd(490)产品值与实测值的平均相对误差(APD)分别是20.12%,29.22%,17.98%,22.61%和21.61%,其中,Morel算法最优,且相关系数最高达0.5;基于相应实测数据,利用上述算法反演获得的Kd(490)产品精度均有不同程度的提高,特别是算法Lee和Werdell,APD分别为17.86%和17.97%,提高了5%~11%,最优算法为Morel,其APD可达15.44%。合理选取评估算法及进一步开展算法的区域性修正对于准确估算南海海域Kd(490)产品是非常必要的。

利用水位修正模型精化潮位数值模拟

利用海洋动力模式FVCOM(finite volume coast and ocean model)模式建立了高分辨率的海州湾及其外海域潮汐数值模型,提取了整个场内各个网格点上天文潮位值的时间序列。利用该区域内分布的5个验潮站资料提取水位修正模型,对场内的网格点进行水位修正,得到高精度的格点水位时间序列,然后对修正前后的水位值进行比较。结果表明,基于水位修正后的潮位数值模拟结果水位精度提高了10 cm左右。

船载水岸一体测量技术在码头改造工程中新应用

深圳港妈湾港区海星码头1#～4#泊位旧码头拆除工程实施过程中,为了防止在原码头深底层保留桩柱对新建桩柱的影响,需要对原码头桩柱泥面以下位置进行精密测量。本文采用船载综合测量系统水上水下一体化测量技术对妈湾港1#～4#泊位桩柱进行了水岸一体化高精度测量,通过利用激光扫描仪和多波束分别测量出水上、水下桩柱引水面点云图。基于高精度水面点云绝对坐标对水上、水下桩柱引水面点云进行特征拼接,从而获得桩柱引水面高精度绝对位置。然后根据引水面绝对位置和桩柱尺寸精准计算出保留桩柱泥面以下部分的点位和斜率。经过外符合精度验证,桩柱定位的绝对精度为10 cm。最后,将旧桩柱测量结果与新桩柱设计结果对比,结果表明:新旧桩柱在2#泊位存在一个桩柱发生碰撞,4#泊位存在10根桩柱新旧桩柱水平间隔小于10 cm,在施工过程中可能会发生碰撞。

基于DNDC模型评估白洋淀芦苇湿地N2O排放特征

湿地是一个重要的N2O排放源。气候变化改变硝化与反硝化作用强度影响土壤N2O排放。为探究湿地芦苇在2018-2100年中N2O的排放特征,以中国华北白洋淀湿地芦苇为研究对象,借助DNDC(反硝化-分解)模型和IPCC(政府间气候变化专门委员会)的6种模式及RCP 3种情景模拟芦苇的生长过程。研究表明,多点位验证模拟值和观测值之间Pearson相关系数r为0.723,决定系数R2为0.522,均方根误差RMSE为76.75μg/m2·d。在RCP2.6和RCP4.5情景下,未来N2O排放量均未出现显著线性变化特征,年排放总量变化范围分别为0.69~23.84 t和0.59~31.92 t。对比RCP8.5情景,N2O排放在CanEMS2和MIROC5 2种模式中出现明显递增趋势,排放总量的变化范围为0.49~38.82 t。在2018-2100年的时间梯度中N2O排放未表现出明显递增或递减变化趋势。多模式多情景下,N2O排放量总体随时间变化不明显,且无线性、周期性等变化,但受温度和降雨变化明显。温度适中、降雨量丰富的年份易出现N2O排放极大值。

基于智能卡数据的地铁周边职住用地识别与分析

针对地铁系统,本文利用智能卡的地铁刷卡时空数据,重建了地铁站点客流量的时间分布,在此基础上进行聚类分析,识别了地铁站点周边的职住用地,并利用GIS手段进行了空间可视化分析,最后采用详细建筑GIS数据进行了验证。实验结果表明。地铁站点周边的土地利用类别对居民地铁出行需求有重要影响。本研究为理解城市土地利用和交通系统的互动提供了新途径。

基于网络Voronoi图的大规模多仓库物流配送路径优化

由于存在多约束和多个优化目标,物流配送决策非常困难。本文针对城市多仓库物流配送问题,提出基于网络Voronoi图的空间启发式优化方法。从空间角度将多仓库物流配送优化分解为区域分割和路径优化两个空间子问题。基于网络Voronoi覆盖进行服务区域初始划分,顾及仓库容量差异,进行区域边界修正,并创建初始解。路径优化将局部搜索范围限定在网络K近邻内,只搜索最有可能的空间邻域,迭代改进解的质量。该算法最小化路径数量和路径长度。利用深圳市的大规模多仓库物流配送问题测试算法性能。试验结果表明:本文方法能够在15 min内求解6400个客户点的大规模物流配送问题,解的质量优于ArcGIS约10.8%,计算时间约为其21.2%。

公路路面快速检测技术发展综述

据2013年交通运输行业发展统计公报分析,公路行业将从大规模建设周期逐步过渡到大规模养护周期。大规模的养护给路面快速检测技术带来了更高的挑战,也为路面快速检测技术发展和养护业务模式改变提供了巨大机遇,因此,有必要讨论快速路面检测技术的发展现状和发展趋势,为大规模养护检测提供技术支持。对国内外路面快速检测技术的现状与研究成果进行了全面的总结,阐述了路面平整度、车辙、损坏和弯沉等路面使用性能指数的快速检测原理、技术路线与实现方法;重点分析了不同测量技术的优劣和未来发展,对每种技术路线进行了总结和评价;介绍了国内外现有的路面快速检测产品,并展望了未来路面快速检测技术的发展趋势。