参数敏感性分析在遥感及生态水文模型中的研究进展

参数敏感性分析SA（Sensitivity Analysis）是遥感、生态和水文模型不确定性分析UA（Uncertainty Analysis）的重要方法之一。本文梳理了遥感散射/辐射模型,以及遥感驱动的生态、水文模型研究中常用的敏感性分析方法,并总结了各类方法的优缺点和适用条件。从识别关键参数、不确定性分析和参数优化3个方面,分析了这些领域中参数敏感性分析研究的进展和存在问题,并介绍了最常用的敏感性分析平台。参数敏感性分析作为模型参数优化的先验知识之一,促进了模型和参数的优化。在不确定性和敏感性矩阵USM（Uncertainty and Sensitivity Matrix）的框架下,结合全局敏感性分析方法开展多阶段遥感反演、参数敏感性的尺度效应、参数敏感性的时空异质性研究更加需要关注。此外,还需要提高敏感性分析的计算效率和模式,来适应未来更加复杂的模型和迅速增长的数据量。     

滇东南岩溶区土壤侵蚀敏感性分析及其空间分异特征

以滇东南岩溶区独特的地理环境作为研究对象,根据《生态功能区划暂行规定》和国内外已有的土壤侵蚀敏感性的研究成果,选择地形起伏度(LS)、植被覆盖度(C)、土壤质地(K)3个自然因子作为滇东南岩溶区土壤侵蚀敏感性评价的指标,在GIS时空分析功能支持下,以《生态功能区划暂行规定》的敏感性等级标准为依据,分析各个因子对土壤侵蚀敏感性的影响,并结合研究区域实地情况对各个因子分别进行土壤侵蚀敏感性的评价。在各因子单独分析的基础上运用GIS的空间分析功能,根据这些敏感因子对侵蚀敏感性影响程度的不同分配、不同权重,进行综合分析评价,得到不同敏感程度区域的面积和空间分异特征。     

基于GIS的环滆湖地区生态敏感性分析

生态敏感性分析是城市规划编制研究的重要依据,运用GIS空间分析技术可以有效地实现生态敏感性定量分析。文中以环滆湖地区为研究区,选择海拔、水域、农田、水源保护区、生态保护区和建成区六项有区域代表性的生态因子,借助GIS空间缓冲区分析、叠加分析等功能,采用因子叠加取最值法得到规划研究区的总体生态敏感性区划,对研究区生态敏感性进行定量化分析与评价,为环滆湖地区的生态环境保护和空间管制规划策略制定与用地空间合理布局提供科学依据、方法支撑和决策支持。     

灰色关联度支持下的露天矿边坡稳定性影响因素敏感性分析

露天矿边坡在各种内外部因素相互作用下,其稳定性将呈现出不同的状态,有效分析不同影响因素对边坡的敏感性程度,对指导矿山安全生产和防治具有重要的应用价值。本文在分析越堡露天矿边坡岩层性质、地质构造、水文条件、地形地貌及外界因素的基础上,挖掘出该露天矿边坡稳定性的关键影响因子,主要有重度V、内摩擦角ψ、黏聚力c、坡顶荷载q、坡比m 5个指标,并依据其正交试验结果,构建了基于灰色关联分析的影响因素敏感性模型。研究结果表明,5个主要影响因子对边坡稳定性的敏感性程度从大到小为：黏聚力>内摩擦角>坡比>重度>坡顶荷载。本文结果可为露天矿边坡科学防治提供科学依据。     

充填开采地表沉陷影响因素正交试验

为了研究煤层倾角、采宽、采厚、充填率在充填开采中对地表沉陷的敏感性,以山东某矿的采场条件为工程背景,基于正交试验原理,利用数值模拟软件(FLAC3D)进行计算,采用极差分析法与方差分析法分析各因素的敏感性,最后利用多元回归分析法建立了各因素与地表最大下沉值的函数关系式.研究结果表明:各因素对地表沉陷的敏感性由大到小为采宽、煤层倾角、采厚、充填率;地表最大下沉值与煤层倾角、充填率呈负相关的关系,与采宽、采厚正相关;回归方程效果显著,模拟值、回归方程预计值与实测数据吻合.为控制地表沉陷提供了参考依据.     

基于遥感和GIS的环境敏感性分区研究

文章在对邹城区域生态环境状况进行分析和判别的基础上,确定了邹城环境敏感性单因子及分级依据。利用SRTM3数据,提取了邹城区域高程分级和坡度数据;利用TM遥感影像,通过监督分类和和人机交互解译方法提取植被要素和土地利用/覆被数据。结合收集到的矿产资源、自然保护及风景区及采煤塌陷风险分布专题信息建立敏感性分析数据库,使用ARCGIS平台进行空间叠加分析,得到邹城区域环境敏感性分区图。发现邹城区域重度敏感区主要分布在坡度较大、易发生水土流失地区以及山地;中度敏感区主要包括地下水源地、贡献较大的水体、自然保护区和部分塌陷风险较大的区域;轻度敏感区多为天然及人工林地。对于不同敏感级别的地区应有针对性地采取保护性开发,并在土地利用中尽量避免对重度及中度敏感区的干预。最后指出了应用RS和GIS空间信息技术进行敏感性分区的作用和意义。     

基于ArcGIS区统计的陇南市生态敏感性评价

近年来,生态环境问题日益突出,生态环境敏感性分析变得非常重要。基于GIS技术的生态敏感性分析评价比传统的分析技术更精确、高效、智能化。本研究针对甘肃省陇南市实际情况,建立了生态环境敏感性指标体系并进行分级,利用DEM、现有地图资料及ENVI、ArcGIS软件计算植被覆盖度、坡度、降水量、高程、土地利用类型等敏感性因子。研究了将GIS空间分析技术用于区域生态环境评价中的理论方法和技术流程,并对影响该区域的主要生态因子进行了单因子评级和综合性评价,得出图例结果。     

改进Sobol算法支持下的PROSAIL模型参数全局敏感性分析

定量分析模型参数的敏感性是构建参数反演模型的关键步骤。本文采用改进Sobol全局敏感性分析算法,对PROSAIL模型的输入参数进行全局敏感性分析。结果表明:①在可见光波段430~760 nm范围内,叶绿素含量的总敏感度约为80%;②在近红外波段800~1100 nm范围内,平均叶倾角、叶片干物质含量和LAI是影响冠层反射率的3个最重要的参数;③在短波红外波段1100~2500 nm范围内,叶片含水量逐渐成为影响冠层反射率的主要参数。叶绿素、水和干物质等参数吸收系数的变化及相对大小的不同是造成以上变化的主要原因。该研究可以为植被生化参数的反演提供理论基础。     

三维输电工程环境敏感性评价系统设计与实现

针对输电工程建设初期对线路周边环境敏感性调查的需求,本文结合环境敏感性评价理论研究,以GIS手段为技术基础,设计、实现输电工程环境敏感性评价的三维可视化系统。系统以二三维一体化方式进行敏感性评价指标数据提取、管理,结合主成分分析、层次分析模型,利用高分辨率的地形、影像和铁塔模型数据构建虚拟三维环境,达到辅助输电工程进行环境敏感性评价的目的。结合西南某地区输电工程开展应用研究,系统有效缩减了环境敏感性评价指标数据处理的流程,提高了数据处理工作效率,为进行输电工程环境敏感性评价提供了可靠的技术支撑。     

GIS支持下绿洲生态敏感性研究——以伊犁河谷为例

为探索绿洲生态环境保护方法,解决绿洲生态环境与社会经济发展的矛盾,本文选取7项生态敏感性评价因子,结合层次分析法和均方差决策法确定各因子权重,对伊犁河谷生态敏感性进行评价分析;选取4项社会经济指标,利用莫兰指数进行空间自相关性分析,研究伊犁河谷生态敏感性与社会经济的相关性。结果表明：(1)海拔因子和植被因子对伊犁河谷生态敏感性影响最强烈。(2)伊犁河谷生态敏感性总体适中,主要受垂直地带性影响,敏感性与海拔、坡度呈正相关关系;受自然环境影响,敏感性与水体和植被呈负相关关系。(3)伊犁河谷生态敏感性与社会经济呈负空间相关性。研究生态敏感性与社会经济的相关性,为未来伊犁河谷生态保护、国土空间规划、社会经济发展等提供了一定的理论指导和参考。     

双冠层反射率模型分析各向异性平整指数(AFX)对植被参数的敏感性

二向反射分布函数包含地表反射的方向性特征信息。研究二向反射分布函数BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function)形状对植被结构参数的敏感性,有助于理解植被的二向性反射规律,进而反演植被参数。本文耦合双冠层反射率模型和核驱动的罗斯厚核-李氏稀疏互易核模型,利用EFAST全局敏感性分析方法,以各向异性平整指数为BRDF形状变化的衡量指标,研究了不同天空光比例(SKYL)下,各向异性平整指数AFX对植被参数敏感度的变化,以及SKYL=0.1时AFX的敏感性。结果表明:(1)在红波段,上、下层叶面积指数、上层叶绿素含量,以及上层叶倾角分布是AFX的敏感参数,在近红外波段,上、下层叶面积指数LAI是AFX的敏感参数。(2)冠层尺度上的参数敏感度总体大于叶片尺度。(3)晴天时(SKYL=0.1),红波段主敏感度较大的参数分别是上层LAI、上层叶倾角分布和下层叶片结构参数,近红外波段主敏感度较大的参数主要是上、下层LAI。     

遥感模型多参数反演相互影响机理的研究

遥感数据具有覆盖范围广、时间与空间分辨率高的特点,被广泛应用于提取区域范围内的一些重要的生物物理参数.为提高参数的提取精度,需要制定正确的反演策略.了解影响参数提取精度的因素、反演过程中各反演参数之间如何相互作用是制定合理反演策略的关键.本文通过数学推导与物理机理的分析,证明了影响参数反演精度的因素不但有冠层反射率数据的质量,还有反演过程中参与反演的未知参数的个数、参与反演的每个参数的敏感性及各个参数敏感性之间的相关性.最后通过对反演不同参数个数、不同数据质量进行了叶面积指数反演的精度分析,验证影响参数反演精度的各个因素.     

基于敏感度分析的病态性诊断

如何针对测量实际,削弱或克服测量平差系统病态性的危害,取得更为准确的参数估值和可靠的平差成果,是当前测量工程数据处理中面临的一个重要课题,而给出更合理的诊断指标是进行病态性诊断研究的重点。本文采用矩阵微分法,通过对法矩阵的逆阵、均方误差以及最小二乘估计进行敏感度分析,提出了病态性问题的一种新的诊断技术——敏感度分析诊断法。     

对于分级布设的变形监测网其灵敏度的分析与改善

本文主要就分级布设的变形监测网的灵敏度问题进行讨论，并就在实际工作中如何直接、有效地改善监测网的灵敏度提出了有益的建议．     

Modeling and sensitivity analysis of navigation parameter errors for airborne synthetic aperture radar stereo geolocation

For the high-resolution airborne synthetic aperture radar (SAR) stereo geolocation application, the final geolocation accuracy is influenced by various error parameter sources. In this paper, an airborne SAR stereo geolocation parameter error model, involving the parameter errors derived from the navigation system on the flight platform, has been put forward. Moreover, a kind of near-direct method for modeling and sensitivity analysis of navigation parameter errors is also given. This method directly uses the ground reference to calculate the covariance matrix relationship between the parameter errors and the eventual geolocation errors for ground target points. In addition, utilizing true flight track parameters’ errors, this paper gave a verification of the method and a corresponding sensitivity analysis for airborne SAR stereo geolocation model and proved its efficiency.     

冠层反射光谱对植被理化参数的全局敏感性分析

植被理化参数与许多有关植物物质能量交换的生态过程密切相关,定量分析植被反射光谱对理化参数的敏感性是遥感反演理化参数含量的前提。本文采用EFAST(Extended Fourier Amplitude Sensitivity Test)全局敏感性分析方法,利用PROSAIL辐射传输模型分析了冠层疏密程度对叶片生化组分含量、冠层结构以及土壤背景等多种参数敏感性的影响,并对植被理化参数反演所需先验知识的精度问题进行了初步探讨。研究表明:(1)对于较为稠密的冠层,可见光波段的冠层反射率主要受叶绿素含量的影响,近红外和中红外波段的冠层反射率主要受干物质量和含水量的影响;(2)对于稀疏的冠层,LAI是影响400—2500 nm波段范围内冠层反射率的最重要参数,土壤湿度次之,叶片生化参数对冠层反射率的敏感性较低;(3)在已知稀疏冠层LAI的情况下进一步确定土壤的干湿状态,可显著提高冠层反射率对叶绿素含量的敏感度,有助于稀疏冠层叶绿素含量的反演。     

粗差探测与识别统计检验量的比较分析

LS估计对粗差非常敏感。在粗差的探测与识别理论体系中,通常采用正态检验、学生氏t检验以及τ检验等,笔者对此进行比较分析。标准化局部敏感度指标与标准化LS残差均可用来作正态检验,但研究表明,当观测量相关时,前者的检验功效大于后者。先验单位权方差因子未知时,可依据内部学生化残差及外部学生化残差分别进行τ检验和学生氏t检验。...