深度语义分割支撑下的尾矿库风险检测

尾矿库是矿山企业选矿的必要设施,同时对周围环境也是一个重大的危险源。为研究流域范围内尾矿库的溃坝路径以及对矿区地表造成的风险,以赤城县为例,利用GF-1高分辨率遥感影像,基于遥感RS（Remote Sensing）及地理信息系统GIS（Geographic Information System）手段对尾矿库的流域风险进行了监测分析。首先,通过分析尾矿库在遥感影像上的纹理、色调、形状以及大小等特征,制作了用于目标检测的尾矿库样本集,然后,在原始SSD目标检测网络基础上添加了反卷积模块和连接模块构建多尺度融合目标检测算法MSF_SSD,在目标检测结果基础上使用PSPnet算法实现尾矿库结构分割,得到了尾矿库内部结构—坝体以及库区,运用RS与GIS技术对尾矿库的上游汇水面以及事故可能径流进行提取,进而基于Arc Hydro模型模拟尾矿库的溃坝路径。最后,通过构建溃坝路径的缓冲区,得到尾矿库发生溃坝所造成的地物影响范围及面积。研究结果表明：赤城县尾矿库的溃坝路径总体是从西向东,从北向南,受溃坝影响的地物总面积达到480 km²。其中,林地176.52 km²,耕地175.52 km²,城市建设用地43.74 km²,农村建设用地2.47 km²,水体17.72 km²,草地和牧场分别为3.60 km²、1.22 km²。研究成果可用于分析尾矿库溃坝造成的地物损失以及影响范围面积等信息,提升尾矿库的风险管理水平及应急响应能力,为有关部门制定决策提供理论依据。     

西藏色林错湖面增长遥感信息动态分析

根据1972年陆地卫星MSS,1992年TM与1999年ETM⁺3个时相的遥感数据信息,对西藏色林错湖面增长进行动态分析后,发现近30a来湖面逐渐扩大,从1707km²增大到了1823km².本文分别从气象学、构造地质学及高原隆升等方面分析了湖面扩大的原因.认为很有可能是由于温室效应,使得气温上升,冰雪、冰川融化和冻土软化释放水注入色林错,进而引起湖面增长.并就其所揭示的环境信息进行了初步探讨.     

应用遥感图像进行宝成铁路沿线地质灾害的分析

本文通过对4400多张不同时期航片和5幅卫片(部分用计算机和光学图像处理等技术进行了 信息增强提取)的解译, 结合前人资料和地面调查验证, 对宝成铁路(宝鸡-绵阳段)沿线约 5000km²范围的灾害地质现象和环境地质因素进行了分析, 论述了地质灾害的分布发育规律及与地 质环境的相互关系, 提出了铁路沿线地质灾害的防治对策和建议。     

青藏高原河流网络高分CubeSat遥感监测

河流网络是地表水循环的重要组成部分,如何实现河流网络动态监测已成为河流遥感研究的热点。近年来,以PlanetScope为代表的CubeSat小卫星已具备了米级空间分辨率、1 d重访周期的优势,这为河流网络高时空分辨率动态监测提供了可能。本文以青藏高原长江源区的通天河流域（227 km²）为研究区,选取2017-05—2017-10 5期3 m空间分辨率CubeSat遥感影像,增强河流横纵剖面特征自动化提取了河流网络,研究了通天河流域河流网络动态变化,对比分析了3 m CubeSat与30 m Landsat 8、10 m Sentinel-2所提取的河流网络,以及5种现有水体数据集（GRWL,GSW,FROM-GLC 2017,OpenStreetMap,HydroSHEDS）。研究结果表明：（1）研究区内河流网络5月水系密度较低（0.38 km^-1）,7—8月河流网络进入丰水期,水系密度显著增加至0.61 km^-1,9月河流网络进入平水期,水系密度趋于平稳（0.53 km^-1）,随后迅速退化并于10月开始冻结,水系密度迅速降低至0.37 km^-1;（2）采用高空间分辨率CubeSat所提取的河流网络能够识别更多细小河流（河宽3—30 m）,CubeSat所提取的河流总长分别为Landsat 8、Sentinel-2所提取河流总长的1.6倍和1.3倍;（3）CubeSat所提取的河流网络水系密度高于现有水体数据集（2.9—12.4倍）,弥补了现有水体数据集无法反映细小河流的不足。     

运用遥感和地学信息探讨华北地台北缘边界断裂

华北地台北缘与兴蒙褶皱系的界线为一深大断裂带,属于一级大地构造单元之间的界线。笔者通过对覆盖全区50万km²陆地卫星TM图像解译,参考重力、航磁及有关地质资料,结合笔者对其不同区段的野外调查,对此断裂带的展布位置、性质及其控矿作用取得了一些新的认识。     

京九铁路北段沿黄地区地震灾害与区域构造活动性遥感评价

黄河下游黄泛平原是我国东部地震高发区之一,涉及地震Ⅶ级烈度区带48万km²,Ⅷ级烈度区带4.5万km²,历史地震统计资料表明,华北地区自1812年以来即进入地震活跃期,地震活动呈现出向华北南部黄泛区集中的趋势。京九铁路进入黄泛区以后,在山东聊城斜穿聊兰发震断裂带达200余km,在河南台前,横跨地上悬河——黄河现代河道,历史上该地曾有地震引发黄河决溢泛滥的记录,因此,地震活动及其诱发的黄河水患,是京九铁路及其沿线地区的不稳定因素之一。所以该地应以防御震害及水患为目的,加强防御体系的建设,避免二次灾害的发生。     

全球2000年—2015年30 m分辨率逐年土地覆盖制图

高时空分辨率的全球多类别土地覆盖数据对于地球系统的生物化学循环、气候变化等研究至关重要。目前公开的数据产品中,较高空间分辨率的全球多类别土地覆盖产品仅提供单一或短时期的数据,而全球逐年土地覆盖产品往往只有单一土地覆盖类型,难以从较长时间跨度上反映精细地物的年际变化。本文借助Google Earth Engine平台,利用现有多套全球土地覆盖产品、Landsat卫星系列影像、以及大量人工目视解译样本,结合多数据融合、时序变化检测和机器学习等的方法,研制了一套2000年—2015年全球30 m分辨率的逐年土地覆盖变化数据集AGLC-2000-2015（Annual Global Land Cover 2000-2015）。基于AGLC-2000-2015数据集,本文选择性分析了3个典型区域（中国珠江三角洲地区、青藏高原色林错湖区和亚马逊热带雨林区）的土地覆盖年际变化。结果显示,AGLC-2000-2015数据集达到了较高的精度水平：基准年份产品（AGLC-2015）的总体精度（OA）为76.10%,Kappa系数为0.72,显著优于现有30 m分辨率的全球土地覆盖产品Globeland 30（OA = 63.49%,Kappa = 0.58）、FROM-GLC（OA = 61.41%,Kappa = 0.55）和GLC-FCS30（OA = 63.46%,Kappa = 0.57）;年际间分类模型的总体精度和Kappa系数分别为84.10%和0.81,在各大洲的平均总体精度均超过80.00%,表明该模型在全球多类别土地覆盖分类中表现良好。3个典型区域的土地覆盖变化分析显示,中国珠江三角洲地区城市扩张趋势明显（195.96 km²/a）,其增量主要来源于耕地（84.88%）;青藏高原色林错湖泊对于气候变暖响应明显,湖区面积呈扩大趋势（17.95 km²/a）,湖面北岸扩张最为明显;亚马逊热带雨林南部区域毁林造田趋势明显,15 a间森林面积减少46356.53 km²,其中大部分转化为农田（39621.29 km²）。上述结果表明：AGLC-2000-2015数据集能够有效反映全球陆地区域在30 m空间分辨率下的地表覆盖分布及年际间的动态演化,为地表陆面过程研究和相关应用提供可靠的数据支撑。     

遥感图像在南水北调中线河北段选址中的应用

拟议中的南水北调中线工程,南起长江三峡水库,横跨长江、淮河、黄河及海河流域,全长1600km,是一项跨流域远距离调水,改变祖国面貌的宏伟工程。自50年代起,该项工程就开始了规划,并对其可行性进行了多方面科学论证和研究。1984年地矿部地质遥感中心沿黄河至北京段进行了1:2万彩红外航空摄影,为河北段进行遥感解译试点工作提供了先决条件。本次工作选择河北段长470km,面积18,916km²进行遥感水文工程地质解译,取得了成功。     

“一带一路”沿线国家1992年—2015年土地覆盖变化的时空格局及其驱动力分析

土地覆盖变化影响局域的能源和水平衡，并在全球范围内促进碳的净排放。基于欧空局气候变化倡议项目最新发布的1992年—2015年300 m分辨率的全球土地覆盖数据集，本文分析了1992年—2015年“一带一路”沿线主要土地覆盖类型变化的时空特征及其驱动力。研究结果表明：1992年—2015年沿线耕地、草地和建设用地面积分别增加190.00×10³ km²、57.97×10³ km²和260.39×10³ km²，森林、灌木、湿地和水体面积分别减少61.14×10³ km²、34.22×10³ km²、74.28×10³ km²和44.41×10³ km²。2000年—2015年与1992年—2000年相比，沿线土地覆盖变化的区域空间格局基本一致，但区域变化呈现了新的特征。东南亚区建设用地扩张明显加速，耕地面积增速下降，森林面积减速上升，灌木面积减速下降明显；东亚区建设用地持续高速扩张，耕地面积持续减少，森林面积减速明显下降，草地面积持续增加；中东欧区建设用地扩张速度明显下降，耕地面积减速上升；俄罗斯建设用地扩张持续缓慢，森林面积稳中有升，草地和灌木面积增速下降。分析进一步显示人口增长、气候变化、社会经济发展和政府相关政策是造成沿线国家土地覆盖变化的主要驱动因素。     

遥感技术在马里塞古地区选定供水井施工井位的应用

1988年, 我国地矿部中地公司打井队接受了一项在马里塞古地区6万km²范围内施工150眼供水井的任务。我们利用航空像片进行永文地质解译(部份配合物探测量),进而确定井位的方法, 共定井位230处, 施工165眼井, 成井150眼, 成并率达91.5%.过去本区曾多次施工过供水井, 成并率均较低。如法国打井队曾在本区打井几百眼, 成井率仅70%;1986-1987年我国一打井队在本区及临近省区打过400余眼井, 成井率也不到80%.与我们打井同时, 中水公司在上沃尔特承包的打井任务, 成井率尚不足70%。     

航空遥感技术应用新领域─在浅层地下空间资源调查中应用的探讨

本课题对北京旧域区62.5km²范围内可供合理开发的浅层地下空间资源分布和容量进行定量调查和评价, 为研究北京城市地下空间的合理开发利用提供宝贵的信息和全面的基础资料。调查中, 航空遥感技术的应用是课题的重点, 给旧城地面空间调查部分提供了有效而科学的现代化手段。城市浅层地下空间的开发利用受到现有地面空间利用情况、地下空间利用现状及浅层的地质条件三大因素的影响, 这是本课题调查的基本内容。通过调查, 探讨了北京城市地下空间资源在扩大城市空间容量上的潜力、作用和前景。     

联合星载高光谱影像和堆栈集成学习回归算法的红树林冠层叶绿素含量遥感反演

红树林是世界上生产力最高、价值最高的湿地生态系统之一。冠层叶绿素含量CCC（Canopy Chlorophyll Content）作为红树林重要的生物物理参量,是估算其生产力和评价其健康状况的重要指标。本文利用珠海一号高光谱卫星（OHS）影像与Sentinel-2A多光谱数据计算传统植被指数与组合植被指数并构建了高维数据集,综合利用正态分布检验、最大相关系数法与变量重要性评价进行数据降维和变量优选;分别基于单一线性回归算法、机器学习回归算法和堆栈集成学习回归算法构建了红树林CCC遥感反演模型,探明北部湾红树林CCC的最佳遥感反演模型,验证OHS高光谱影像与Sentinel-2A数据反演红树林CCC的精度差异,评估SNAP-SL2P算法反演红树林CCC的适用性。研究结果表明：（1）通过数据降维和变量选择处理,从高维度OHS数据集选取了8个特征变量,其中RSI_（12,17）、DSI_（12,18）和NDSI_（6,12）组合植被指数对红树林CCC反演精度的贡献率较高;（2）联合OHS数据和最优堆栈GBRT集成学习回归模型（Score=0.999,RMSE=0.963 μg/cm²）的训练精度优于最优RF机器学习回归模型（RMSE降低了7.531 μg/cm²）,明显优于最优Lasso线性回归模型（RMSE降低了19.383 μg/cm²）;（3）在最优堆栈集成学习回归模型下,OHS数据反演红树林CCC的精度（R²=0.761,RMSE=16.738 μg/cm²）高于Sentinel-2A影像（R²=0.615,RMSE=20.701 μg/cm²）;（4）联合OHS和Sentinel-2A数据的最优堆栈集成学习回归模型反演红树林CCC的精度都明显优于SNAP-SL2P算法（R²=0.356,RMSE=49.419 μg/cm²）。研究结果论证了正态分布检验、最大相关系数法和基于XGBoost的特征选择方法有效降低了高维数据集的维度,并得到了最优特征变量;OHS数据的最优堆栈GBRT集成学习回归模型训练精度最高,是估算红树林CCC的最优反演模型;OHS和Sentinel-2A数据都能有效反演红树林CCC（R²均大于0.61）,而OHS数据的估算精度更高（R²大于0.75）;SNAP-SL2P算法不能有效反演红树林CCC（R²小于0.4）,且对红树林CCC数值存在系统性低估。     

2002年——2011年北极海冰时空变化分析

基于2002年-2011年AMSR-E海冰密集度数据, 分析了北极海冰的时空变化特征及其原因。结果表明海冰外缘线面积每年减小8.28×10⁴ km², 下降趋势最快的季节为夏季, 下降速度是1979年-2006年的两倍多, 而且海冰密集度也在降低。2003年、2004年的冰情相对较重, 2007年海冰面积最小。长期冰在2002年-2010年间减少了近30%, 减少的区域主要在波弗特海、楚科奇海、东西伯利亚海、拉普贴夫海、喀拉海以及由这些边缘海向北极方向延伸的北冰洋的广大区域, 长期冰减少的地方大部分为季节性海冰增加的地方。海冰面积与年平均气温之间有显著的负相关关系, 随着全球气候变暖的加剧, 这种减小趋势将会持续。     

中国南方森林冠顶高度Lidar反演—以江西省为例

激光雷达(Lidar)与光学遥感的有效结合对中国南方区域森林冠顶高度反演意义重大,而国产卫星将为中国森林生态研究提供新的数据源。本文联合利用大脚印激光雷达GLA和国产MERSI数据,在实现GLAS波形数据处理和不同地形条件下森林冠顶高度反演算法基础上,建立了区域尺度不同森林类型林分冠顶高度GLAS+MERSI联合反演关系模型,进行了江西地区森林冠顶高度反演。总体上,GLAS激光雷达森林冠顶高度估算精度较高;且在与MERSI 250 m数据的联合反演模型中,针叶林模型精度较好(R²=0.7325);阔叶林次之(R²=0.6095);混交林较差(R²=0.4068)。分析发现,考虑了光学遥感生物物理参数的GLAS+MERSI联合关系模型在区域森林冠顶高度估算中有较高精度,且在空间分布上与土地覆盖数据分布特征非常一致。     

遥感与地学数据综合分析技术在长白地区寻找隐伏矿的应用研究

为了追索朝鲜北部惠山-利原成矿带是否延入玄武岩覆盖下的中国长白山地区,采用航空彩色红外像片和经过处理的TM数据,解译惠山-长白县一带的构造、岩性展布和蚀变现象。发现控制惠山-利原成矿带的构造(地层已延入我国长白县,但为玄武岩覆盖。采用TM5/TM7,TM4/TM3,TM3/TM4比值合成图像,压抑了植被干扰,突出了粘土类矿物蚀变岩信息。结合重力、航磁资料分析,推断沿江村-万宝岗及马鹿沟以北一带存在隐伏斑岩体,确定此二处为找矿靶区。通过地面地质验证及物化探普查工作,在沿江村一带,获得了良好的找矿效果,发现了大量辉绿玢岩、低温热液蚀变岩石和铜化探异常,并于马鹿沟以北,圈定出3km²金异常区。     

植被光能利用率遥感估算

光能利用率表征植被通过光合作用将所截获/吸收的能量转化为有机碳的效率,是遥感估算植被生产力的关键参数。由于植被分布和气候环境的综合影响,光能利用率表现出显著的空间异质性和时间动态性,光能利用率的不确定性成为后续生产力模型估算精度不高的重要原因。本文以Fluxnet全球通量站点数据和MODIS LAI/fPAR产品为数据源,比较了5种遥感植被生产力模型中的光能利用率估算方法,并在此基础上考虑光照散射条件对光能利用率的影响,结合晴空指数,利用逐步线性回归方法和参数优化方法建立不同植被类型的光能利用率估算模型。验证结果表明,考虑晴空指数可提高光能利用率估算精度,两种方法估算得到的光能利用率值RMSE均低于0.5 gC·MJ^-1,逐步线性回归法尽管机理欠缺,但由于选择因子较多,光能利用率估算精度较高（R²=0.461,RMSE=0.403 gC·MJ^-1）;广泛应用的参数化方法由于考虑的因子较少、模型形式较固定,光能利用率估算精度稍低（R²=0.306,RMSE=0.489 gC·MJ^-1）。本文所建立的光能利用率估算模型可应用于区域或全球植被光能利用率及生产力的估算。     

逐步回归分析在岩石波谱及化学成分分析中的应用

该文主要介绍应用回归分析方法探讨岩石波谱与岩石化学成分之间的相关性, 据其进一步查明控制沉积岩、岩浆岩、喷出岩和变质岩岩石波谱特征的主要化学成分的研究成果。研究发现H₂0⁺和H₂O^-的波谱特性是不同的。该研究成果对评价和应用岩石波谱特征提供了一种有前景的新方法。     

融合星地多源数据资料的长三角地区高分辨率时空无缝PM2.5浓度数据

大气污染物浓度全方位动态监测是进行区域大气污染精细化防控的重要前提。为开展长三角地区小时分辨率PM_2.5浓度无缝制图,本研究通过耦合AOD缺失信息重建与多模数据融合技术,建立了一套能够有效集成卫星遥感、地面观测、数值模拟等多源异构数据资料的近地面PM_2.5浓度无缝制图方案,并据此生产了2015年—2020年长三角地区小时分辨率无缝PM_2.5浓度格点数据产品。结果表明：本研究生产的PM_2.5浓度无缝格点产品与国控站点观测数据的交叉验证相关系数达0.9,平均偏差不超过10 μg·m^-3。较于空间分布不均且相对稀疏的站点观测PM_2.5浓度资料,面域无缝PM_2.5浓度格点数据更能有效揭示长三角地区PM_2.5污染的时空变化特征;在2015年—2020年研究期内,其平均下降速率超过3 μg·m^-3·a^-1。本研究发展的PM_2.5浓度无缝制图方法和生产的相关数据产品有望为区域灰霾污染防控和PM_2.5暴露健康风险评估研究提供方法参考和基础数据支撑。     

NOAA18/AVHRR与FY-3A/VIRR的OLR产品一致性和差异性分析

卫星的射出长波辐射OLR(Outgoing Long-wave Radiation)数据具有不同程度的误差。为满足业务和科研工作的需要,对国产卫星FY-3 A/VIRR的OLR产品与其他同类卫星产品进行一致性和差异性分析是非常必要的。采用风云三号A星(FY-3A)扫描辐射计(VIRR)的OLR日平均产品作为被检验数据,美国大气海洋局NOAA18卫星上搭载的甚高分辨率扫描辐射计(AVHRR)OLR日平均产品作为检验源数据,使用相关系数、平均偏差、均方根误差、相对误差等检验方法,对两种产品进行一致性和差异性分析。结果表明,两种OLR资料大部分相关系数较大,平均偏差、均方根误差和相对误差较小,个别资料相关系数较小,平均偏差、均方根误差和相对误差较大。如2010年4月23日、7月13日和10月13日,相关系数、平均偏差、均方根误差、相对误差分别为(0.63,7 Wm^-2,31 Wm^-2,0.12)、(0.5,-5 Wm^-2,45 Wm^-2,0.125)和(0.3,-200 Wm^-2,225 Wm^-2,0.85)。这些偏差主要发生在高山和海洋地区,并且暖季相对冷季偏差较大,可能是由于高山、海洋地区和暖季较强的对流活动造成两种资料的对比结果存在一定的差异;此外,由于FY-3A为上午星,NOAA18为下午星,过境时间存在一定的差异,也给二者的对比结果带来一定的差异。     

近30年巴音布鲁克遗产地景观格局遥感监测与分析

本文以巴音布鲁克世界自然遗产地为研究对象,基于卫星遥感影像、气象站点观测信息、地面调查资料等多源数据,完成了1992年—2020年遗产地突出普遍价值OUVs（Outstanding Universal Values）关键要素空间制图,并从景观尺度分析OUVs关键要素及景观格局的时空变化特征,讨论影响其变化特征的主要驱动因子。结果表明：遗产地从中心向边缘呈水体—沼泽—高覆盖度草地—中覆盖度草地/滩地/沙地—低覆盖度草地/耕地—裸地/建设用地逐渐过渡的景观特征。1992年—2020年遗产地以沼泽和中覆盖度草地为主要OUVs表征要素,其年平均面积分别占遗产地总面积的29.51%和29.75%。整个遗产地景观则呈散布且复杂化分布特征,斑块密度（PD）、形状指数（LSI）由1992年的2.05个/km²、43.01分别增加到2020年的2.37个/km²、52.02,蔓延度指数（CONTAG）则由58.44降低为56.54。研究发现遗产地水体和沼泽受平均降水量影响最大,r绝对值为0.884、0.929,低覆盖度草地受平均相对湿度影响最大,r绝对值为0.931,说明自然因素是遗产地高寒湿地和高寒草地面积变化的主要因子。人口密度、土壤类型和高程为影响遗产地OUVs关键要素空间分异特征的主要因子,解释力在30%—45%;各因子的交互作用均高于单因子的影响,人口密度与土壤类型组合的解释力最大达47.8%;驱动因子对遗产地OUVs关键要素动态度的影响程度则均不高（最大q值仅为0.106）。巴音布鲁克自然遗产地景观格局变化及其驱动因素研究结果对高山湿地类自然遗产地保护、生态修复及可持续发展等具有重要意义。