时间序列MODIS数据赤潮信息提取研究

MODIS数据在赤潮遥感监测中发挥着重要作用,其较高的光谱分辨率和时间分辨率在赤潮监测中有较大优势。本文利用2008年5月份多个时相MODIS数据对东海赤潮进行了研究,分别采用叶绿素浓度固定阈值法、月平均值差值法和海温及多光谱综合法对水体异常信息进行提取分析。通过对提取图像及其统计数据比较分析发现,固定阈值法所提取的信息会随阈值设置不同而变化,海温及多光谱综合法在有赤潮发生时提取信息与其他方法较一致,在未发生赤潮时则会发生多提误判。叶绿素浓度月平均值差值法所提取的时间序列赤潮信息则最客观地反映了赤潮变化趋势,能够很好地用于东海赤潮遥感监测。

南浦溪流域水稻田氮磷流失空间变化特征分析

以福建省南平市水稻主要生产地南浦溪流域为研究区,通过构建SWAT模型,模拟南浦溪流域2017~2019年水稻田氮磷流失情况,以分析该流域氮磷流失空间变化特征,确定南浦溪流域水稻田氮磷流失重点区域。结果表明:南浦溪流域水稻田年均总氮流失量为23.60kg·ha^(-1),其中流域西北部的永兴镇、莲塘镇、临江镇以及西南部的水吉镇、小湖镇等地总氮流失最为严重;同时,该流域年均总磷流失量为3.07kg·ha^(-1),流域南部的漳墩镇、水吉镇以及小湖镇等地总磷流失较为严重。因此,将上述总氮、总磷流失严重区域确定为南浦溪流域水稻田氮磷流失重点区域。

基于EnKS和SWAT模型的闽江流域径流数据同化

地表水文过程中观测变量对状态变量的响应存在时间滞后性,为提高径流数据同化的精度,以闽江流域为研究区,基于集合卡尔曼平滑器(EnKS)和SWAT模型,构建径流数据同化方案,并与集合卡尔曼滤波(EnKF)方法进行对比,评价不同同化模型的精度,分析数据同化对不同径流分量的影响。结果表明:EnKS最优时间窗口长度在不同水文周期、流域存在差异;考虑水文模型的时间滞后性可以有效提高模型的同化精度,对比EnKF方法,EnKS方法的纳什效率系数(NSE)在七里街、沙县、竹岐3个站点上分别提升了0.03、0.12、0.03,均方根误差(RMSE)分别减小了7.43%、26.81%、4.25%;数据同化方法对不同径流分量的改进程度存在空间异质性和时间异质性,在高渗透率土壤和陡坡区域EnKS方法能使壤中流获得更显著的改进,丰水期EnKS方法对地表径流的改进较枯水期更明显。

基于可见光波段无人机遥感的植被信息提取

无人机遥感具有使用成本低、操作简单、获取影像速度快、地面分辨率高等传统遥感无法比拟的优势。该文通过分析仅含红光、绿光和蓝光3个可见光波段的无人机影像中植被与非植被的光谱特性,同时结合健康绿色植被的光谱特征,借鉴归一化植被指数NDVI的构造原理及形式,提出了一种综合利用红、绿、蓝3个可见光波段的归一化植被指数——可见光波段差异植被指数VDVI(visible-band difference vegetation index)。与其他基于可见光波段的植被指数,如过绿指数EXG(excess green)、归一化绿红差值指数NGRDI(normalized green-red difference index)、归一化绿蓝差值指数NGBDI(normalized green-blue difference index)和红绿比值指数RGRI(red-green ratio index)以及仅用绿光波段的提取结果进行对比分析,结果表明:VDVI植被提取精度高于其他可见光波段植被指数,且阈值在0附近,较易确定。为了验证VDVI的适用性与可靠性,选取与试验影像同一时期拍摄但不同区域的另一影像使用同样的方法提取植被信息。结果表明:VDVI对于仅含可见光波段无人机遥感影像的健康绿色植被信息具有较好的提取效果,提取精度可达90%以上,适用于仅含可见光波段无人机遥感影像的健康绿色植被信息提取。

气候和土地利用变化情景下闽江流域水沙变化模拟

[目的]模拟未来土地利用和气候影响下的流域水沙变化有利于制定适合的流域管理计划。[方法]基于土地利用和气象数据,结合CMIP6气候模式数据、PLUS模型和SWAT模型,定量模拟2030年土地利用及不同气候情景下径流和泥沙的时空变化。[结果](1)SWAT模型在闽江流域月尺度模拟精度较好,其中径流模拟的R 2范围为0.80~0.95,NSE范围为0.75~0.91;泥沙模拟的R 2范围为0.75~0.98,NSE范围为0.64~0.94。(2)利用2020年土地利用数据对PLUS模型进行精度评估的Kappa系数为0.77,模拟2030年闽江流域建设用地和耕地将分别增加325.64,1157.51 km^(2)。(3)SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,2025-2035年平均降水量分别增加0.15%和2.18%,年平均气温分别增加0.23,0.62℃。(4)低碳情景和高碳情景下,仅土地利用变化导致年平均径流量相较于基准期分别增加0.08%和0.07%,年平均输沙量分别增加0.24%和减少0.05%;仅气候变化导致年平均径流量相较基准期分别减少4.76%和4.11%,年平均输沙量分别增加18.12%和0.13%;土地利用和气候综合影响导致年平均径流量相较于基准期分别减少4.57%和3.93%,年平均输沙量分别增加18.28%和0.33%。(5)未来气候和土地利用综合变化情景下,地表径流和产沙量较高且增幅较大的区域集中在以南平邵武市为中心的流域西北部和以三明将乐县为中心的流域西南部。[结论]研究结果为未来闽江流域的合理开发建设提供一定参考依据。

长汀县生态系统服务权衡与协同关系

以长汀县为研究区,采用当量因子法核算2010—2020年的生态系统服务价值,使用Pearson相关性分析方法和双变量自相关方法探讨生态系统间的权衡与协同关系,并借助自组织映射网络方法识别不同的生态系统服务簇.结果表明:2010—2020年长汀县生态系统服务价值在数量上呈现上升趋势,在空间上呈现“四周高、中心低”的环状分布特征;协同关系是长汀县生态系统服务的主导关系,主要分布在生态系统服务价值高的区域,权衡关系主要分布在生态系统服务价值低的区域;根据聚类结果和生态系统的主导服务功能将长汀县分为水源涵养簇、服务枯竭簇、生态调节簇和生产生态簇.研究结果可为长汀县生态系统服务可持续发展提供科学依据.

台湾海峡MERIS数据大气校正研究

根据MERIS(Medium Resolution Imaging Spectrometer,中等分辨率成像光谱仪)L1B产品特点,以台湾海峡为研究区域,开展MERIS数据大气校正研究。在阐述水色遥感数据大气校正原理的基础上,首先进行水体像元提取和辅助参数空间内插,获取大气校正所需的数据集。接着进行耀斑反射率计算和校正并利用加倍法精确计算瑞利散射。最后针对台湾海峡水体为清洁到轻度浑浊,提出先区分水体类别,再分别利用epsilon指数外推法进行一类水体气溶胶散射计算,和利用神经网络法计算二类水体离水反射率即ρw的方法。对大气校正的结果进行ρw负值像元数统计和光谱分析表明,该方法不仅降低ρw为负值的像元数,而且使大气校正后水体的光谱曲线同现场数据保持较好的一致性。

应用RUSLE模型的长汀县水土流失风险空间分析

以修正的通用水土流失方程(RUSLE)为理论基础,以长汀县为研究区,利用地理信息系统(GIS)与遥感(RS)技术,在计算各影响因子的基础上估算水土流失,生成流失风险等级分布图.对水土流失的主要因素进行空间叠加分析,并将研究区水土流失风险综合评估结果与坡度、植被覆盖度及土地利用图层进行空间相关分析.结果表明:研究区水土流失中、高风险区分布仍较多,其中,河田、三洲、策武3乡镇形势最为严峻;水土流失风险呈现出一定的地域性特点,与植被覆盖度有严格的负相关关系,但与坡度并无严格的正相关关系.

基于高分二号影像结合纹理信息的茶园提取

为提高高分辨率遥感影像分类精度,针对高分二号影像发展一种综合利用遥感影像光谱和纹理信息的茶园种植区提取方法。该方法首先利用归一化植被指数(NDVI)和修正的归一化植被指数(MNDVI)构建新的光谱特征——差异归一化差分植被指数(DNDVI),通过灰度共生矩阵(GLCM)构建新的纹理特征——灰度共生纹理(GLCT),然后结合光谱和纹理特征运用支持向量机(SVM)的方法进行分类。试验采用2种方案(原始波段+光谱特征,原始波段+光谱特征+纹理特征)对影像进行分类,分类总体精度分别为79. 6%、89. 8%,Kappa系数分别为0. 659、0. 788。结果表明,结合纹理信息能明显地提高分类精度,并较好地实现对高分二号影像茶园种植区的分类提取。

基于波段运算和纹理特征的高分一号多光谱数据云检测

针对国产高分一号卫星16m宽幅多光谱遥感影像仅含有可见近红外波段的情况,提出了基于波段运算与空间纹理特征相结合的云检测方法。首先基于光谱特征和波段运算生成初始云掩膜,然后结合纹理特征提高检测精度,最后采用阈值分割生成云掩膜。实验结果表明,该方法能够很好地检测出不同时相、不同类型下垫面上空的云像元,可以满足应用需要。由于在云检测方法中综合应用了波段光谱和空间纹理特征,理论上具有一定的普适性,对其他仅有可见近红外波段的遥感影像云检测具有参考意义。

基于逐时降雨数据的长汀县降雨侵蚀力估算

基于长汀县最优降雨侵蚀力算法∑EI_(60),利用河田站降雨过程数据得到的R_(最优)(∑EI_(60))与该数据经过逐时分割得到的R_(逐时)(∑E_(60)P_(60))进行线性拟合,线性拟合的决定系数达到0.909;再将该拟合方程应用于逐时网格降雨融合数据中,估算县域降雨侵蚀力的空间分布.与常规的简易模型和逐月降雨量进行插值的方法相比,获得精度更高、更加符合实际情况的区域降雨侵蚀力分布,为该地区水土流失监测提供科学依据.

GPM与TRMM卫星降雨数据在福建省的适用性对比分析

降雨是引起土壤侵蚀的外部动力因素,卫星降雨产品能够有效地克服常规降雨观测数据在空间上的不连续性,具有明显空间分布优势。为了探究卫星降雨产品在福建地区的适应性,利用福建省22个全国气象站点的观测数据,分别对全球降雨测量GPM和热带降雨测量TRMM两种卫星降水数据在日、旬、月、季度几个不同时间尺度上进行了对比分析。结果表明:随着时间尺度增加,GPM和TRMM与地面实测数据的相关性都呈现出依次递增的现象,日均均方根误差RMSE~*逐渐降低,特别是由日到旬尺度变化时RMSE~*出现陡降,而旬和月的差异不大;卫星产品与站点实测数据拟合直线的斜率逐渐趋向于1。在日尺度上,相关性都小于0.5,RMSE~*均大于13 mm/d;在旬尺度上,相关性介于0.7~0.8,RMSE~*均小于5 mm/d;在月尺度上,两者与观测数据的相关性都大于0.9,GPM数据整体上精度优于TRMM数据,但是在福建东南沿海TRMM精度要高于GPM。在季度尺度上两种卫星产品的精度与季节总降雨量呈负相关,季节差异较大;夏季多雨时r值和K值低而RMSE最高,冬季少雨时与地面实测数据一致性高,r和K值最高而RMSE最低,春秋两季也有较好的精度;在不同的季节GPM各项指标均优于TRMM。综合不同时间尺度的结果,总体上,两种卫星降雨数据都具有较高的精度,其中GPM卫星降水数据在福建省的适用性较高,数据的空间分辨率更高,数据精度也略高,更适合于区域应用。

基于年际Landsat系列数据的长汀县水土流失治理区植被恢复监测

恢复植被是水土流失治理最普遍的一种方式,植被不仅可以提高水土保持能力,同时也能作为水土流失治理成效好坏的标准。以福建省长汀县2000—2010年治理区为主要研究对象,通过构建2000—2015年以年为时间间隔的季相一致的中等分辨率Landsat时序数据集,利用归一化植被指数NDVI时序集对治理区域植被生长状态进行监测,并定量分析植被恢复情况与治理时间长度以及治理方式之间的关系。结果表明:①治理区域植被整体恢复趋势要明显优于未治理区域;②不同治理方式下植被恢复也有所差别,园改、经济林果和重复治理下植被恢复相对较快,封禁治理下植被恢复速度相对缓慢;③不同治理方式下植被增长幅度存在差异;④同种治理方式下,不同年份开始治理的区域植被恢复趋势也存在一定差异性。研究结果可为区域水土流失治理模式的选择提供参考,以期实现水土流失治理成效定量分析。

基于GF-2遥感影像的葡萄大棚信息提取

随着设施农业的不断发展,快速准确获取农业大棚的空间分布和种植面积有助于农业经济增长模式调整,实现农业资源的高效利用。以2017年5月的GF-2遥感影像为数据源,在构建最优特征空间的基础上,采用面向对象随机森林分类方法开展南方丘陵地区葡萄大棚信息提取。结果表明:(1)利用尺度评价工具ESP和邻域差分绝对值与标准差比RMAS结合的方法可以实现特定地物目标的最优分割尺度选择,分割效果良好;(2)通过Gini指数进行特征选择能减少数据冗余,提高分类精度,在优选的15个特征变量中,光谱特征占有绝对优势,其次是纹理特征和几何特征;(3)基于最优特征子空间的随机森林模型能有效提取葡萄大棚的分布信息,总体精度高达92.5%,F值为0.91,其面向对象的精度评价指数GTC为0.12。结果表明,该方法对基于GF-2影像的南方丘陵区域葡萄大棚信息提取具有较大的应用潜力,并可为其他地区的农业大棚信息提取提供较好的解决思路。

资源一号04星WFI数据气溶胶反演与验证——以北京市及北京周边地区为例

相比目前常用的传感器,资源一号04星(CBERS04)WFI传感器具有较优的时间分辨率、空间分辨率和幅宽优势,对区域气溶胶遥感估算具有较大的应用潜力。针对WFI数据,结合暗像元法和深蓝算法,构建动态查找表参与辐射传输计算,有效地反演出复杂地表上空的气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)。结果表明,所提出的构建动态查找表并集成暗像元法和深蓝算法的方法,能较好地反映实际气溶胶分布情况;基于WFI反演的AOD空间分布与MODIS气溶胶产品基本一致,但具有更广的空间分布,更能反映区域AOD的分布细节;与AERONET站点AOD值间具有显著相关性(r>0.94),且67%的反演结果位于误差区间以内,但低值AOD容易出现高估现象。

基于Web新闻的案(事)件时空信息解析方法

探讨基于词库与规则相结合的案(事)件新闻文本时空信息解析方法.通过构建时间词库和表达规则、派出所和地名等词库以及"触发词-案事件类型"二元分类器,实现对案(事)件新闻中的案发时间、案发地点、案(事)件类型和出警派出所信息的抽取,并引用设计规范化规则,实现时空信息的规范化输出.实验分别选取本文解析盗窃案件数据和2014年1月至2015年3月福州市四个中心行政城区的公安盗窃案件数据进行比较,利用核密度估计算法研究犯罪集聚区,得到的集聚结果基本一致,发现福州市盗窃犯罪集聚发生于茶亭派出所、东街派出所和瀛洲派出所等辖区.

2000—2020年厦门港用地变化遥感监测与空间格局分析

采用Landsat系列遥感影像提取厦门港2000—2020年四期土地利用数据,通过土地利用动态度、转移矩阵、标准差椭圆等技术指标的计算分析,进行厦门港海沧、东渡、翔安港区开发对环境影响以及港口空间格局变化研究.研究结果表明:港口扩张导致水体、耕地、滩涂和养殖等用地大量减少. 2000—2020年,海沧港区增加了540.47 hm^(2),东渡港区增加287.80 hm^(2),翔安港区增加94.05 hm^(2).不同时期厦门港用地变化差异明显,海沧港区土地利用在2000—2008年变化最剧烈,翔安港区土地利用在2008—2020年变化最剧烈,东渡港区土地利用变化总体较平稳. 2000—2014年,海沧港区迅速扩张,拉动厦门港港口用地重心向海沧港区方向移动;2014—2020年,翔安港区海翔码头的建成,使港口用地重心向东南略有转移.厦门港发展方向基本保持东北—西南方向,港口用地空间格局趋向分散化. 20多年来,厦门港从东渡港区起步,逐步向海沧、翔安港区发展.

运用覆盖模型的遥感时序数据Web互操作

提出从概念、逻辑、物理三个层次实现遥感时序数据覆盖模型(RSTSDCM),并补充遥感影像元数据,使其能被有效解析.该模型遵循覆盖标准,支持基于Web覆盖服务(WCS)/Web覆盖处理服务(WCPS)的互操作挖掘应用.为实现此应用,设计基于该模型的快速原型,通过中间件连接Rasdaman覆盖数据处理引擎和Rserve服务,耦合二者特性,在WCPS计算基础上,利用R建立数据挖掘模型,使遥感信息互操作挖掘能力提升到更高层次.进行郑州市主城区遥感生态指数(RSEI)互操作计算的试验.结果表明:该模型不仅支持遥感时序数据互操作,更能挖掘出隐含的时空动态变化信息及专题时态数据相关关系.

基于Sentinel-2光谱与地形特征的山区森林分类——以武夷山国家公园为例

为了提高山区复杂地形条件下的森林分类精度,以武夷山国家公园为研究区开展山区森林分类研究.以Sentinel-2遥感影像作为数据源,采用多尺度分割方法进行影像分割,并通过ESP2算法选取影像的最优分割尺度.首先构造了Sentinel-2光学影像的初始27维光谱特征,通过计算随机森林Gini指标对分类特征变量进行优化,最终确定17维最优特征变量,然后将提取的研究区地形特征与最优特征变量相结合,应用随机森林算法进行森林分类.结果表明:在27维光谱特征中选取重要性排名前17的特征参与分类时,精度最高值为0.911 0,其中,Sentinel-2影像的红、红边和近红外波段及其相应的光谱指数在森林分类中有较高重要性;在不同的特征参与分类时,在参考光谱特征中依次加入红边指数和地形因子,分类的总体精度分别为88.13%、89.50%、90.87%,Kappa系数分别为0.854 6、0.871 0、0.887 8.研究证明将Sentinel-2丰富的光谱特征与地形因子相结合,可有效获取各森林地物类型在不同地形特征下的不同光谱特征,此方法在森林地物信息提取中具有较高的应用价值,为今后地形复杂的山区森林进行快速、准确的分类提供技术方法参考.

基于TAVI的长汀县植被覆盖度时空变化研究

植被覆盖度(FVC)是指示生态环境状态的重要参数,开展区域FVC估算与分析对于科学决策具有重要意义。利用1988—2013年5个时期的Landsat系列遥感数据,引入地形调节植被指数TAVI来估算FVC,有效消除了阴坡和阳坡由于地形不同造成的差异。研究结果表明:长汀县植被覆盖情况总体良好,中高以上植被覆盖度区域占全县面积的65%以上,植被覆盖度较高区域主要分布在县域周边;中低以下植被覆盖度区域不到全县面积的15%,主要分布在中部沿汀江两岸的水土流失严重乡镇。1994年植被覆盖度最差,1988—1994年植被覆盖度降低幅度较大,在全县各乡镇都有分布,主要与1993—1994年冬季的严重霜冻有关;1994年后,植被覆盖度逐步提高,2003年以后,植被覆盖度增长较快,尤其是中部原水土流失严重乡镇的植被覆盖度显著改善。长汀县植被覆盖度的变化情况与地方政府对水土流失治理的投入强度密切相关,特别是2000年以来的高强度投入与治理,极大地改善了当地的植被覆盖状况。