基于地物光谱可分性的CHRIS 高光谱影像波段选择及其分类应用

本文以黄河口湿地为研究区,应用覆盖该区域的CHRIS高光谱遥感影像,提出了一种基于地物光谱可分性的滨海湿地高光谱影像波段选择方法。该方法利用研究区的7种典型地物的110余条现场实测地物光谱曲线,通过分析比对地物两两之间的光谱可分度,确定地物类型之间的光谱可分区间,基于此选取CHRIS高光谱影像的地物分类特征波段,应用三种经典的监督分类方法(支持向量机法SVM、人工神经网络法ANN和光谱角制图法SAM)开展利用全波段的和利用本文方法选择特征波段的分类对比实验。结果表明:(1)基于光谱可分性特征波段的方法较全波段分类精度有所提高,其中ANN分类精度最高,为82.52%,较全波段分类精度提高了约为5.1%;(2)芦苇、水体、黄河水和裸滩4种地物的识别能力高,生产者精度都在80%以上;(3)碱蓬的用户精度提升最为明显,约在7%。     

联合光谱和纹理特征的滨海湿地高光谱深度学习分类—以黄河三角洲湿地为例

本文基于CHRIS高光谱遥感影像，发展了一种结合地物光谱特征和多纹理空间特征信息，采用双全链接的8层深度卷积神经网络分类算法对滨海湿地高光谱影像进行遥感地物分类，并在黄河口滨海湿地进行了应用。结果表明：1）基于测试样本数据，联合光谱特征和K-L变换的纹理特征信息，采用DCNN模型方法展现了高的分类精度，精度高达99%；2）利用光谱特征和全纹理特征的精度比仅使用光谱特征和光谱特征联合K-L变换后纹理特征的分类精度低。利用K-L变换后的光谱特征和纹理特征的DCNN分类精度达到99.38%，相比于使用全纹理特征信息的精度提高了4.15%；3）基于验证图像，发展的DCNN分类方法精度优于其他算法，DCNN方法总体分类精度为84.64%，Kappa系数为0.80；4）相比于浅层分类方法，本文发展的DCNN模型分类算法保证了所有地物类型的分类精度更加均衡，保持了主要地物类型的分类精度几乎不变，同时提高了滩涂和农田的精度。基于DCNN模型，潮滩和农田的分类精度分别达到79.26%和56.72%。比其它浅层分类方法提高了2.51%和10.6%。     

基于光谱特征空间的监督分类中包络线去除效能评价

对覆盖黄河口滨海湿地的PROBA CHRIS高光谱遥感影像进行包络线去除变换,采用6种常用的基于光谱特征空间的监督分类算法对变换前后的影像数据进行滨海湿地典型地物分类,通过目视对比分析和定量分析相结合的方法分析比较变换前后的分类结果,评价包络线去除方法对该类算法影响的效果和能力。结果表明,包络线去除方法能够提高部分监督分类算法针对滨海湿地典型植被类型的区分和识别能力;但由于滨海湿地内具有面积较大的裸滩和浑浊水体,这两类地物在影像中的光谱特征相近,而包络线去除方法并不能解决二者的误分问题,因此并不能提高该类算法针对CHRIS高光谱遥感影像的总体分类精度。     

基于决策级数据融合的CHRIS 高光谱图像分类方法研究

本文选取8种常用的遥感图像监督分类方法,综合利用多数投票方法与先验分类概率信息,设计了3组决策级融合分类策略,在应用地物丰富的黄河口湿地CHRIS高光谱图像数据进行分类实验的基础上,开展了不同融合策略决策分类结果的比较研究,分析了融合策略对高光谱图像总体分类精度以及不同地物分类精度的影响。结果表明:(1)3组决策级融合策略总体分类精度均大于85%,Kappa系数都优于0.77,较8种单分类器均有提高,表明决策级融合是利用已有分类器资源、提升高光谱图像分类精度的一种途径;(2)策略3的分类表现最好,即维持最小虚警率的前提下降低错分可以提高分类精度,其中芦苇、滩涂地物同时保持了很高的生产者精度和用户精度,均接近90%,水体在保持较高用户精度的情形下生产者精度有大幅提升,增幅达11%;(3)每组策略综合考虑生产者精度和用户精度的情形下分类精度最高,较仅考虑生产者精度或用户精度的情形提升了1~2个百分点,表明设计算法时应同时考虑减少错分和漏分的情况。     

基于HJ-1A高光谱的黄河口碱蓬和柽柳盖度反演模型研究

碱蓬和柽柳是黄河口湿地典型的盐生植物类型,是多种保护珍禽的主要栖息地,具有景观尺度较小、分布广且多混生的特点。应用覆盖黄河口北部潮滩的HJ-1A高光谱遥感影像,基于现场测量的端元光谱和从遥感影像中使用顺序最大角凸锥法(SAMCC)自动提取的端元光谱,应用线性光谱分解法(LSU)、正交子空间投影法(OSP)、匹配滤波法(MF)、最小能量约束法(CEM)和自适应一致估计法(ACE)5种不同光谱解混方法进行混合像元光谱解混,对比两种方法得到的端元光谱分别对碱蓬和柽柳盖度的反演能力,并给出相应的反演模型。结果显示:(1)现场测量端元光谱取得了较好的碱蓬和柽柳盖度反演结果,其中应用LSU方法的光谱解混结果与现场测量盖度的决定系数对于碱蓬和柽柳分别达到了0.88和0.95;(2)两种端元获取方式的光谱解混结果中,LSU和OSP方法均获得了较高的相关性,ACE解混方法的相关性都最低;(3)SAMCC方法提取端元光谱对柽柳的分解结果与现场测量盖度的相关性远高于碱蓬。     

基于HJ-1高光谱影像的黄河口芦苇和碱蓬生物量估测模型研究

湿地植被的生物量是湿地生态评价、保护和利用的重要基础数据,遥感技术已经成为湿地生物量高效、准确监测的重要手段。基于2013年9月的HJ-1 高光谱遥感影像,应用准同步现场踏勘数据,通过单变量线性回归和多变量线性回归的方法,针对7种常用的窄波段植被指数和2种红边指数对黄河口芦苇和碱蓬生物量(地上干重)的估测能力进行了评价。结果表明:(1)单光谱指数变量情况下,对于芦苇,选择近红外827 nm波段和红635 nm波段简单植被指数(SRI)和线性插值红边指数(REP_ linear interpolation)取得了最佳的单变量回归结果,决定系数分别达到0.42和0.58;对于碱蓬,选择近红外807 nm波段和红692 nm波段的归一化差值植被指数(NDVI)、SRI和优化的土壤校正植被指数(OSAVI)取得了较好的回归结果,决定系数分别达到0.60,0.59和0.47;(2)多光谱指数变量情况下,以在单变量回归分析中取得较好结果的SRI和REP_ linear interpolation指数为变量,芦苇得到了与其生物量之间决定系数为0.71的高相关性;同时,以NDVI、SRI和OSAVI为变量,与碱蓬生物量的决定系数达到了0.66。     

基于空谱融合与AlexNet算法的滨海湿地植被分类研究

为提高遥感影像融合质量,提升资源一号(ZY-1 02D)高光谱遥感影像滨海湿地植被分类精度,提出将ZY-1 02D高光谱影像与空间分辨率为10 m的哨兵2号(Sentinel-2)影像进行Brovey融合,并通过搭建AlexNet卷积神经网络对ZY-1 02D高光谱影像和Brovey融合影像的滨海湿地植被进行分类,与支持向量机、随机森林和BP神经网络分类算法进行精度对比。研究结果表明:经Brovey融合后,AlexNet、支持向量机、随机森林和BP神经网络算法的植被分类总体精度分别提高15.60%、7.00%、14.80%和10.00%,Kappa系数提高了21.35%、9.93%、18.97%、12.85%;基于Brovey影像融合与AlexNet算法的植被分类精度最高,总体精度为92.40%,Kappa系数为89.42%。空谱融合配合AlexNet卷积神经网络有效解决了高光谱遥感影像在滨海湿地植被分类应用中精度较低的问题,为滨海湿地植被资源动态监测提供技术和方法支撑。     

Sentinel-1与Sentinel-2影像联合的黄河三角洲湿地信息提取

针对目前湿地信息提取中存在的“同物异谱”、“同谱异物”问题,以黄河三角洲自然保护区为实验区,采用在信息提取方面具有优势的典型相关森林算法,将Sentinel-1A雷达影像和Sentinel-2A多光谱影像作为基础数据,考察分别应用多光谱影像、合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)和多光谱二者综合、SAR纹理特征以及植被指数对湿地信息提取的效果和适用性。研究结果表明:(1)基于Sentinel-2A多光谱影像,在分类方法上,典型相关森林(canonical correlation forest,CCF)的总体精度最高,达到94.32%,与支持向量机和随机森林分类算法相比分别提高了6.55%和5.47%;(2)基于Sentinel-2A多光谱影像和Sentinel-1A后向散射系数的CCF总体精度达到了94.89%,与只利用多光谱影像相比,3种算法的总体精度和Kappa系数均得到了提升;(3)在SAR和光学联合的基础上加入SAR纹理特征后总体精度和Kappa系数均略有下降,分别为94.72%和0.935 3;(4)在SAR和光学联合的基础上加入归一化差分植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、差值植被指数(DVI)、归一化差分红外指数(NDII)和差分红外指数(DII)5种植被指数后,总体精度达到了最高为95.35%,7种地物的生产者精度有所提高,有效提高了对黄河三角洲湿地信息的提取能力。实验结果可为黄河三角洲湿地的合理开发和有效保护提供科学支持。     

基于主成分分析和决策级融合的高光谱图像分类方法研究

为了评价主成分分析方法和决策级数据融合方法对高光谱图像地物分类结果的影响,作者利用各分类器和主成分分量的优势,提出了两组地物分类结果的决策级融合策略,利用8种常用监督分类方法对高光谱原始图像和PCA变换后不同分量组合图分类得到的结果进行决策级融合,并应用覆盖黄河入海口新老河道交界处的CHRIS/PROBA高光谱图像开展实验研究。结果表明:直接采用每类地物分类精度最高的、空穴和缝隙采用总体分类精度最高的融合策略,在综合考虑生产者精度和用户精度的情形下,仅使用最大似然法、支持向量机和人工神经网络3种分类方法,按照分类精度从高到低的顺序进行的融合分类效果最好,总体分类精度为87.82%。与8种监督分类方法中效果最好的最大似然法相比,精度提高了2.7个百分点,同时明显减少了错分现象,尤其是对于分布面积较小的翅碱蓬和柽柳,滩涂被误分为翅碱蓬、芦苇被误分为柽柳的现象大大降低。     

基于线性光谱分解的潮间带表层沉积物分类

星载高光谱遥感技术是进行潮间带表层沉积物分类和信息提取的有效手段。以江苏射阳河口南侧淤泥质潮滩为研究区,选择星载高光谱Hyperion影像,利用线性光谱分解技术得到潮滩表层沉积物的类型。研究结果表明:沉积物分类精度为84.5%,Kappa系数为0.558。反演结果能够较为准确地体现潮间带沉积物的空间分布特征,可间接揭示研究区的水动力状况及其地貌发育演化特征。     

基于GF-1 WFV影像的黄河口湿地植被盖度估测及分析

植被盖度是植被生长状况的重要定量指标，而目前开展的植被盖度遥感估测工作主要集中在陆地区域，对河口湿地植被盖度遥感估测工作比较少见。本文基于国产GF-1 WFV遥感影像开展了黄河口湿地植被盖度估算，并结合植被类型、土壤盐度和植被指数分布状况开展了植被盖度分布特征分析，得到如下结论:（1）基于GF-1 WFV卫星影像的NDVI、SRI、SAVI、MSAVI和DVI 5种植被指数，分别建立植被盖度估测模型，其中基于NDVI、SRI、MSAVI和DVI 4种植被指数建立的多变量线性回归模型估测精度最好，其决定系数（R2）最大，为0.904，均方根误差RMSE最小，为0.14；（2）植被盖度估算模型的精度与植被盖度本身有一定的关系，其中各植被盖度回归模型中，盖度大于0.8时估算精度要优于盖度小于0.6的区域，RMSE最大相差0.04；（3）以潮滩碱蓬和潮滩芦苇为主的植被覆盖区属于低植被盖度区，盖度位于0.03~0.5，盐度在1.5 g/L左右；芦苇草甸、互花米草和柽柳灌丛植被覆盖区属于高植被盖度区，盖度位于0.8~1.0，其中芦苇草甸土壤盐度小于1.2 g/L，柽柳灌丛土壤盐度在1.4~2.0 g/L，在高盖度植被区混生有中等盖度的植被，盖度在0.5~0.8，土壤盐度在1.8 g/L左右。     

黄河口潮滩泥沙絮凝研究

本文基于现场观测的絮团粒径、悬沙浓度及水动力数据,研究了黄河口南部潮滩泥沙絮凝特征。研究发现,黄河口潮滩絮团粒径在25.42～264.44 μm之间,平均为95.20 μm。水体紊动对黄河口潮滩絮凝的影响存在差异,紊动对絮凝促进作用的上限约为G_l=3.76 s?1。紊动强度低于G_l时,紊动促进泥沙絮凝,絮团粒径随紊动加强而增大;反之水体紊动对絮凝主要起抑制作用,絮团粒径随紊动强度增大而减小。悬沙浓度对黄河口潮滩泥沙絮凝起抑制作用,同等紊动条件下高悬沙浓度对应的絮团粒径更小。黄河口潮滩絮团有效密度与粒径呈现负相关关系,沉速主要受粒径影响。本研究补充了对弱潮河口潮滩泥沙絮凝特性的认识。     

黄河入海水、沙通量变化对黄河口及邻近海域环境资源可持续利用的影响 Ⅱ. 黄河断流和入海流量锐减所引起的海洋环境变化

传统的观点认为，河水流入大海是一种浪费。为了充分利用河水资源，在大河干流筑坝引水、发电，据美国学者Milliman(1997)统计，1950年世界上大坝的数量约为5000座，20世纪80年代疾增到40000多座。大量淡水被贮存或用在陆地，入海径流便大幅度减少，导致大河河口及其邻近海域生态环境发生重大变化，海洋生物资源遭受到重大损失。加利福尼亚湾内科罗拉多河河口三角洲及其滨海区原为美国西南部最大的沙漠湿地，湿地资源极为丰富，海湾区曾是世界上鱼类最多、捕鱼量最高的海区之一，具有海洋生物资源非常丰富的良好生态环境。然而，由于科罗拉多河多道筑坝截流、入海径流量锐减，导致部分湿地干枯、生态环境退化、水质下降，海湾内捕鱼量急剧减少，许多依赖河流冲淡水发育的生物之生存发育面临毁灭的威胁；密西西比河三角洲区的湿地、潟湖区也因该河干流上大坝的不断兴建而导致生态环境退化；埃及阿斯旺大坝兴建后，由于入海水、沙等物质通量的大幅度减少，使地中海东部海区的沙丁鱼产量下降了近83%，海岸遭受强烈侵蚀，三角洲面积不断缩小。20世纪70年代初期，印度的恒河兴建法拉卡大坝，河口三角洲西岸陆域出现了明显的海水倒灌现象，同时引起了印、孟两国20多年的分水之争。     

黄河清水沟流路稳定性分析

根据１９８９年５月和８月枯、洪水两个季节黄河拦门沙区及河口海区地质和水文调查资料，结合黄河利津水文站近几年的径流量和输沙量变化，对黄河清水沟流路稳定性及其影响因素进行综合分析研究。结果表明，近年来黄河来沙量渐少是清水沟流路稳定的重要因素之一，随着河口向南转向海动力作用较弱的莱州湾，海水沿河上溯力逐渐减弱，河流泥沙得以更顺利入海，并在口门外沉积；现流路河口海域的水动力作用虽然较弱，但涨，落潮流的分布     

黄河夺淮期间淮河入海河口动力、地貌与演变机制

根据历史文献资料,对黄河夺淮期间淮河入海河口的动力条件,地貌特征及其演变机制进行了研究。结果表明,历史埋藏因大量多泥潲黄河径流汇入,淮河河口径流量,输沙星增大量多泥潲但不同时期输泛滥生又受黄河下游反复进行的淌程淤积的影响的有变化,淮河品是中等强度的潮汐河口,其往复潮流和沿岸流系统家利于入海泥沙扩散,淮河口呈上窄下宽的喇叭口形,口门内、外侧分别发育有大规模拦门潲及水下三角洲,河口估中道具有典型的弯曲     

苏北潮滩不同生态带沉积物分布特征

利用2004年1月3日在江苏盐城珍禽国家级自然保护区核心区新洋港采集到的表层和柱状沉积物样品,采用矩值法对该潮滩沉积物粒度和粒度参数进行了分析和计算,并对潮滩沉积物的水平和垂向分布特征以及不同植被对沉积物分布的影响进行了研究,结果表明:(1)自海向陆,光滩、互花米草滩、互花米草盐蒿混合滩、盐蒿滩和芦苇地5个亚带中,光滩沉积物的粒径明显较其它4个亚带处的粒径大,在接近互花米草滩时沉积物的粒径迅速变小,而互花米草滩等其它4个亚带处的沉积物粒径则变化不大。较低部位光滩沉积物的频率分布曲线呈不明显双峰分布,而较高部位的光滩及其它生态带内的沉积物频率分布曲线均为单峰,显示出物源较为单一的特点。(2)沉积物自海向陆粒度特征的变化规律反映了潮滩水动力条件对沉积物分布的影响,尤其是反映了盐沼植物在潮滩的发育过程中所起的重要作用。(3)周期性变化的潮动力作用、潮流不对称作用、植被以及潮滩不同部位淤积演化差异的影响造成了潮滩不同部位沉积物敏感组分粒度垂向变化的差异。     

基于小波变换和数学形态学的潮沟提取方法研究

潮沟是潮滩的主要地貌类型之一,潮沟信息的检测对湿地生态环境的监测和保护有着重要意义。本文以长江口九段沙下沙北部发育比较复杂的潮沟为研究对象,使用2016年1月26日Landsat8全色波段数据,采用了一种融合小波变换、最大类间方差法和数学形态学的方法对潮沟边缘信息进行了检测。小波变换中通过减小高层小波系数,达到弱化潮滩灰度变化的目的;通过增大低层小波系数,达到增强潮沟信息的目的;利用数学形态学和图像之间的几何(加减乘)运算,完成潮沟的提取;最后,分别在原始数据和检测结果相应的位置取样进行精度验证,样方潮沟面积一致性精度平均为92.1%。     

黄河三角洲潮上带和潮间带不同生境微塑料分布规律

微塑料是近年来广受关注的持久性污染物之一,对海洋生态系统有着不可忽视的潜在危害。河口三角洲作为典型的滨海盐沼湿地,属生态敏感地带,是海洋和陆地两大生态系统的交错地带。选取黄河三角洲潮上带和潮间带盐沼裸斑、翅碱蓬、柽柳、芦苇和潮沟五种典型生境开展土壤微塑料进行采样调查并分析其分布规律。结果表明,黄河三角洲潮上带及潮间带土壤中塑料的整体丰度范围在7~147个/kg,相比世界范围内其他滨海地区属于中等水平,其中翅碱蓬区是微塑料平均丰度最高的区域。整体而言,在各材质中,聚乙烯材质微塑料的检出比例最大,达29.53%;而在各形状中,碎片状微塑料占比最大,达38.88%,其次是颗粒状微塑料,占比37.09%,二者比例接近,为研究区微塑料的主要形态。潮汐作用对微塑料的分布有重要影响,微塑料在距离海岸较近的样点丰度较低,而在高潮线附近明显聚集,同时在植被覆盖区微塑料丰度也明显升高。黄河三角洲国家级自然保护区内人类活动强度较低,但仍面临着来自原位风化降解、潮汐风力搬运等多种潜在来源的微塑料污染。综上,对河口湿地微塑料污染的治理与防护,对于维持区域生态系统稳定与健康具有重要意义。