EMD与分形相结合的遥感影像水体信息提取方法

提出一种基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和分形理论相结合的遥感影像水体信息提取方法,该方法尝试结合影像的光谱特征和纹理特征以提高分类提取精度。对影像进行主成分分析得到有效信息量最大的第一主分量,计算每个像元的分维数得到分维图,同时将第一主分量EMD分解得到有效信息量较大的前3个经验模态函数,再结合原有的波段信息作为研究数据,利用极大似然法分类器提取水体信息。该方法充分结合了EMD在降噪和区分相似光谱特征中的优势和分形理论在纹理信息提取中的优势。研究表明,该方法可有效提高水体信息的提取精度,Kappa最高到0.932 5。     

基于高光谱Hyperion数据的线性光谱混合模型与神经网络模型的比较

混合像元问题是定量遥感中的热点问题之一,为了改进从遥感数据中提取定量信息,人们建立了各种混合光谱分解技术,其中线性光谱混合模型和神经网络模型就是两种比较成熟的方法。以陕西省横山地区的高光谱Hyperion数据为研究基础,通过最小噪声变换(MNF)、像元纯度指数(PPI)转换和RMS误差分析的迭代方法相结合提取影像中的纯净像元作为终端端元。分别运用神经网络模型和线性光谱混合模型对影像进行光谱分解,得到各个组分的分解图像。以标准植被指数(NDVI)影像为衡量标准,选取训练样本点,分别对两种模型进行回归分析,结果显示NDVI影像与线性光谱混合模型植被分解图像的判定系数(R2=0.91)要大于其与神经网络模型的判定系数(R2=0.81)。进一步分析表明在一般情况下,线性光谱混合模型具有比神经网络模型略高的分离精度,但是神经网络模型对细部信息的提取的效果要好于线性光谱混合模型,最后提出了端元均方根误差(EAR)指数,一种新的混合像元分解的思路。     

唐山市植被动态变化遥感监测

基于TM和ETM+遥感图像,分析唐山市绿地分布结构及变化趋势,对唐山市植被信息进行提取,为城市规划提供科学依据及技术支持.利用归一化差值植被指数(NDVI)计算植被信息图;设定合适的NDVI阈值参数和近红外波段的阈值参数,精确判定植被像元,并生成唐山市几个区域的植被信息结果图;利用1999-2009年3个时间段的植被信息图合成植被信息动态变化图,对植被信息动态变化图进行分析.结果表明,近10 a来,唐山市城区以公园为主的植被覆盖面积增加,城南南湖生态建设作用明显,唐山城区范围正在向外围扩展.     

基于光谱相似性的高度异质性喀斯特区域植被盖度提取

利用地物分布的光谱异质性与均匀性信息,提出一种基于光谱相似性的高度异质性条件下喀斯特植被盖度提取方法。研究表明,利用NDVI植被指数方法提取植被盖度时均容易低估喀斯特区域的植被盖度信息,利用像元二分模型则容易高估整个区域的植被盖度信息;而基于光谱相似性对图像进行分块后再提取植被盖度,降低了高度异质性景观对喀斯特植被盖度信息提取的影响,提高了喀斯特地区植被盖度提取的精度。     

高光谱遥感城市植被识别方法研究

传统的植被状况调查方式费时、费力,并且更新困难,而高光谱遥感数据图谱合一,能够更精细、准确地进行遥感地物识别和分类,因此采用Hyperion高光谱数据来研究地物混合严重并且呈零星碎片状的城市植被。利用混合像元分解思想改进Gram-Schmidt融合算法,将Hyperion高光谱和ALI全色波段进行融合,提高光谱数据的空间分辨率,来解决城市植被像元混合严重和分布过于零散破碎难题,进而提高植被识别精度。为了避免高光谱植被识别陷入维数灾难,采用主成分分析对融合后的高光谱数据进行数据降维。最后,在地面光谱成像仪获取的纯净像元光谱信息辅助下,选取训练样本进行最小距离分类,完成植被类型识别,总体精度达到84.9%。     

基于移动窗口分析法的西安市热岛效应研究

本文利用西安市两期Landsat5 TM影像,提取了西安市土地利用变化信息、NDVI指数、MNDWI指数和地表亮温,并基于移动窗口分析法进行了热岛效应边界的定量研究,旨在为陕西省地理国(省)情监测中环境监测部分探索一些可行的研究方法。研究结果表明:11年间,西安市热岛效应的发展趋势与城市扩张情况基本一致;地表亮温与植被指数和水体指数存在负相关关系,因此增加植被和水体面积有助于调节城市热岛效应的强度。     

多光谱影像NDVI阴影影响去除模型

归一化植被指数(NDVI)在植被多光谱遥感反演中占据尤为重要的地位,而遥感影像中普遍存在的阴影对NDVI的精度产生很大的影响,因此去除阴影对植被NDVI的影响对更精确的定量化研究具有应用价值。本文基于光照区和阴影区的太阳辐射能量差异,模拟出同一植被在光照区和阴影区的辐亮度,分析阴影对NDVI的影响机理;利用植被固有反射率谱间关系,引入对阴影极敏感的且与植被信息相关性小的归一化暗像元指数NDPI(Normalized Dark Pixel Index),分析同一植被处于光照区与阴影区的NDVI关系,构建以光照区植被NDVI为基准的NDVI阴影影响去除模型NSEE (NDVI Shadow-Effect-Eliminating),并应用于Landsat 8 OLI影像进行验证。结果表明:NDVI阴影影响基本去除,阴影区NDVI接近正常值,且光照区NDVI保持稳定;有效解决了阴影导致NDVI统计直方图的偏态问题,使其更接近正态分布;与验证影像NDVI沿剖面线逐像元比对发现,植被NDVI阴影影响基本去除;均方根误差RMSE为0.067。本模型能够将本身NDVI值很低的像元与阴影导致NDVI降低的植被像元区分开,符合实际地物情况;模型基于影像自身信息,去除NDVI阴影影响的同时,有效保持了NDVI的相对空间关系;本文基于物理机理构建模型,模型表达简洁、易于应用,且仅依赖于影像自身信息,无需异源数据,计算方便且高效。     

NDVI-Ts空间全国土地覆盖分类方法研究

利用NDVI-Ts空间进行全国土地覆盖分类的方法。该方法利用1995年NOAA 10天合成的ch4、ch5通道亮温，先计算出陆地表面温度(Ts)，然后用最大值合成法计算每月的最大Ts和NDVI，以每月最大Ts和NDVI建立NDVI-Ts空间。根据像素点(NDVI，Ts)在空间中的位置矢量，求出矢量在空间中的方向角度，并作归一化处理，得到温度植被角度(NTVA)。对12个月NTVA做主成分变换提取前三个主分量，辅以全年总NDVI和大于O℃ Ts积温，用模糊K-均值法进行全国土地覆盖分类。研究结果表明，基于NDVI-Ts空间的NTVA与NDVI、Ts一起作为分类特征在土地覆盖分类中具有较高的分类精度，能够取得较好的分类效果。     

利用时间序列傅立叶分析重构无云NDVI图像

利用基于傅立叶变换的HANTS算法，对中国地区（不包括南海诸岛）AVHRR NDVI时间序列数据进行简化和压缩，将植被的动态变 化情况通过NDVI在时间和空间上量化，实现了时间序列图像中云和错误信息的检测、去除和替代。利用HANTS算法提取时间序列的傅立 叶分量（幅值分量、频率分量），并由这些分量得出NDVI时间序列拟合曲线，依照曲线进行时间上的插值，从而重构无缝的时间序列图 像。     

基于TM影像的城市绿地信息提取方法研究

基于TM遥感影像,运用ERDAS,对某地城市绿地专题信息进行了提取。实验过程中首先对图像进行预处理,然后通过四种绿地信息提取方案进行比较分析,这四种方案分别为:原始波段合成法、主成份分析法、归一化植被指数(NDVI)法和实验波段组合法。将以上几种方案的图像进行反复比较,根据研究对象的实际情况,植被景观目视效果最好的是NDVI植被指数法。对以上四种方法的彩色合成图像进行监督分类,利用目视判读的方法对TM影像的分类结果进行精度检验,由此可以看出实验波段组合法的精度最高,该方法是一种有效的绿地提取的方法。     

遥感尺度内涵及遥感像元尺度效应分析的改进分形方法

本文首先分析了遥感影像尺度的三层次内涵。重点针对遥感像元尺度,分析了遥感像元尺度效应及其分形机理,由于现有分形方法没有考虑影像本身尺度(空间分辨率),造成尺度间分形维数的比较时像元尺度效应变化难以有效反映,本文针对此问题提出了基于表面积的加窗分形布朗运动和加窗双层地毯两种改进分形方法。为验证改进分形方法的可靠性,采用了不同像元尺度下系列监督分类进行验证。试验结果表明,每种地物的分维数都随着空间分辨率的降低或像元尺度的缩小,呈总体下降趋势,在某些特征尺度上会出现预示着某些地物结构的拐点,这些拐点对观测该区域地物具有一定指示意义。系列监督分类精度也一定程度上证明了以上两种改进分形方法在分析尺度效应中的可行性。因此本文的方法对于分析遥感像元尺度效应和探索地物尺度聚合规律具有一定的理论意义。     

结合多特征HSV变换的高光谱影像林地提取方法

当前林地提取的方式主要是选择样本通过监督或半监督进行的,效率较低,为此本文提出一种结合多特征的HSV变换高光谱影像林地提取方法．该方法首先对原影像进行相关校正处理,然后利用归一化植被指数(NDVI)和主成分分析(PCA)得到合成影像,最后利用HSV变换通过设置色彩值范围对影像进行色彩分割提取林地信息．结果显示,使用本文方法对高光谱林地的提取精度可以达到96.29％,说明了本文方法的有效性.      

基于NDVI序列影像精化结果的植被覆盖变化研究

植被归一化指数(NDVI)是地表植被覆盖特征的重要指标之一。本文以三峡库区2001-2003年MODIS遥感数据反演的NDVI时间序列影像为例,研究NDVI影像序列的精化问题,包括降云及去噪处理的有效方法。在改进的BISE技术降云处理的基础上,采用小波软阈值降噪方法提取有效变化趋势。然后进行库区2001-2003年植被变化的变化矢量分析,采用阈值分割的方法将库区变化强度影像分为未变化、小变化、中等变化与剧烈变化四个类型。研究成果可为三峡库区宏观生态环境变化的掌握提供一定的依据。     

Mapping the functional dimension of vegetation series in the Mediterranean region using multitemporal MODIS data

ABSTRACT

Monitoring the structural and functional dimensions of natural vegetation is a critical issue to ensure effective management of biodiversity. While coarse-resolution satellite image time-series have been used extensively to monitor vegetation physiognomies, their potential to describe plant species composition remains understudied. The objective of this study is to assess the potential of annual time-series of MODIS images to discriminate combinations of plant communities, called “vegetation series,” and characterize their structural and functional dimensions at the landscape scale. Twelve vegetation series were mapped in a 16 574 ha study area in a Mediterranean context located in Corsica (France). First, the structural dimension of vegetation series was examined using a random forest (RF) model calibrated with a reference field map to (i) measure the importance of each MODIS image in discriminating vegetation series; (ii) quantify the influence of the number of dates on model accuracy; and (iii) map the vegetation series with the optimal subset of MODIS images. Second, the functional dimension of vegetation series was analyzed by ordinating three functional indices through principal component analysis. These indices were the annual sum of normalized difference vegetation index (NDVI), the annual amplitude of NDVI, and the date of maximum NDVI, considered as a proxy for annual primary production, seasonality of carbon fluxes, and vegetation phenology, respectively. Results showed that (i) vegetation series were mapped accurately (median Kappa index 0.70, median overall accuracy 0.76), preferably using images acquired from February to August; (ii) at least 10 MODIS images were required to achieve sufficient accuracy; and (iii) a functional gradient was detected, ranging from high annual net primary production with low seasonality of carbon fluxes and early phenology in Mediterranean vegetation series to low annual net primary production with high seasonality of carbon fluxes and late phenology in alpine vegetation series.     

Using remote sensing energy balance and evapotranspiration to characterize montane landscape vegetation with focus on grass and pasture lands

Water and energy balance interactions with vegetation in mountainous terrain are influenced by topographic effects, spatial variation in vegetation type and density, and water availability. This is the case for the mountainous areas of northern Portugal, where ancestral irrigated meadows (lameiros) are a main component of a complex vegetation mosaic. The widely used surface energy balance model METRIC was applied to four Landsat images to determine the spatial and temporal distribution of the energy balance terms in the identified land cover types (LCT). A discussion on the variability of evapotranspiration (ET) through the various vegetation types was supported by a comparison between the respective crop coefficients and those available in the literature corresponding to the LCT, which has shown the appropriateness of METRIC estimates of ET. METRIC products derived from images of May and June – NDVI, surface temperature, net radiation, soil heat flux, sensible heat flux, and ET – were used to characterize the LCTs, through application of principal component analysis. Three principal components explained the variance of observed variables and their varimax rotated loadings allowed a good explanation of the behaviour of the explanatory variables in association with the LCTs. Information gained contributes to improve the characterization of the study area and may further support conservation and management of these mountain landscapes.     

遥感变化检测技术及其应用综述

从遥感变化检测前的准备工作和技术流程入手,对变化检测技术及应用现状作了简要介绍,综述了近些年来常用的几种遥感变化检测方法,即图像差值法、图像比值法、主成分分析法、植被指数法、分类后比较法。分析了遥感变化检测在国土资源、森林火灾、海洋、军事等方面发挥的重要作用。     

1983—1992年中国陆地植被NDVI演变特征的变化矢量分析

以NDVI时序资料为基本数据源，综合应用变化矢量分析和主成分分析方法对1983年至1992年中国陆地植被NDVI的变化强度、变化类型及空间结构变化特征进行了分析。研究结果表明在此期间中国陆地植被NDVI变化有以下特点：（1）十年间NDVI变化东西分异明显，东部变化幅度远大于西部。NDVI变化整体表现为稳中略增，增加区主要分布在台湾、福建、四川、河南等地；减少区主要分布在云南省和新疆北部等地。（2）空间结构信息表现了景观异质性，其变化主要发生在南方，反映了植被的生长和衰老过程及地形（山脉走向）变化。     

基于影像IB算法的沈阳市热岛效应分析

本文利用2006年、2010年沈阳市地区TM遥感数据,采用影像IB算法反演地表温度,分析了沈阳市热岛效应的空间分布特征、变化现象以及地表温度与归一化植被指数(NDVI)、归一化建筑指数(NDBI)之间的相关性。研究表明沈阳市热岛效应总体呈现由市中心向四周逐渐扩张的空间特征,地表温度与归一化植被指数(ND-VI)存在紧密的负线性相关关系,地表温度与归一建筑指数(NDBI)存在正相关关系。     

基于地表生物物理参数的土地利用/覆盖遥感分类方法研究——以长沙市以例

土地利用/覆盖分类通常是利用地物的波谱反射特征进行监督或非监督分类,分类结果由于"同物异谱、异物同谱"现象的存在,往往分类精度不高。而植被指数和地表温度作为表征地表覆盖状况的生物物理参数,已成功用于宏观尺度的土地利用/覆盖分类,使得分类结果有所提高,而对于区域尺度的土地利用/覆盖分类却少见报道。本文充分利用TM数据的多光谱特征,从中提取了植被指数NDVI、地表温度Ts、温度植被角度TVA和温度植被距离TVD这四种分类特征进行监督分类,通过对7种组合方案(反射率波段组合、NDVI与反射率波段组合、Ts与反射率波段组合、NDVI与Ts和反射率波段组合、TVA与反射率波段组合、TVD与反射率波段组合、TVA与TVD和反射率波段组合)的分类结果进行比较,得出以下结论:①NDVI、Ts、NDVI和Ts、TVD作为分类特征参与到多波段地表反射率影像分类中,能够提高分类精度,而TVA、TVA和TVD的加入却没有改善分类结果;②总体分类精度受到训练样本与检验样本比例的影响。