基于RS和GIS的都匀茶树种植地质背景调查

为调查都匀茶树种植的地质背景,以农业地质学理论为基础,借助遥感(remote sensing,RS)与地理信息系统(geographic information system,GIS)技术,高效快速地分析研究了地质背景与优质都匀茶树种植的关系。首先,利用Sentinel-2A和Landsat8等遥感影像,采用面向对象的分类方法,结合自定义的茶树提取指数和茶树物候信息,实现了茶树种植区的高精度提取;然后,利用GIS的空间分析功能,精确统计各地质背景在都匀市的分布以及不同背景上茶树种植面积,对都匀茶树种植区的地质背景作了全面调查;最后,测试分析采样数据讨论不同背景岩石的地球化学特征,并编制了都匀茶树种植地质背景适宜区规划图。研究表明,都匀碎屑岩所含化学元素明显优于碳酸盐岩,碎屑岩是茶树种植的优势地质背景,其分布面积在都匀市占比高达47. 86%,为各种岩性中所占比例最大,其次是白云岩,占比16. 80%;都匀茶树种植67. 82%分布于碎屑岩背景,这是当地出好茶的基本条件。研究结果可为发展地方经济,指导茶叶种植规划提供科学依据。     

通过训练样本采样处理改善小宗作物遥感识别精度

训练样本质量是决定农作物遥感识别精度的关键因素,虽然高空间分辨率卫星的发展有效地解决了农作物遥感识别过程中的混合像元问题,但是当区域内不同作物种植面积差异较大时,训练集中不同类别样本数量往往相差较大,这样的不均衡数据集影响分类器的训练,导致少数类别的识别精度不理想。为研究作物遥感识别过程中的不均衡样本问题,本文基于GF-2号卫星数据,首先挖掘了地物的光谱信息、纹理信息,用特征递归消除RFE (Recursive Feature Elimination)方法进行特征优选,然后从数据处理的角度采用了5种采样算法对不均衡训练集进行处理,最后使用采样后的均衡数据集训练分类器,对比数据采样前后决策树与Adaboost(Adaptive Boosting)两种分类器的识别结果,发现:(1)经过采样处理后两种分类算法明显提升了小宗作物的分类精度;(2)经过ADASYS (Adaptive synthetic sampling)采样处理后,分类器性能提升最多,决策树的Kappa系数提高了14.32%,Adaboost的Kappa系数提高了10.23%,达到最高值0.9336;(3)过采样的处理效果优于欠采样,过采样对分类器的性能提升更多。综上所述,选择合适的采样方法和分类方法是提高不均衡数据集遥感分类精度的有效途径。     

松花江流域(哈尔滨段)景观格局及脆弱性变化分析

以松花江流域(哈尔滨段)为研究区域,对研究区域进行2005、2010和2015年3期景观类型提取,统计研究区域各期景观类型面积,通过景观格局脆弱性指数模型计算研究区域3期整体景观格局脆弱性,分析研究区域各种景观类型及景观脆弱性随时间的变化特征。结果表明:1) 2005—2015年,研究区域耕地、未利用地面积呈现逐渐减少态势,建设用地、林地、草地面积呈现逐渐增多态势,水域景观呈现先增加后减少的变化。2) 2005—2010年,耕地景观面积转出最多,转出2.96%,建设用地景观面积转入最多,转入1.57%; 2010—2015年,仍然是耕地景观面积转出最多,转出1.20%,林地景观面积转入最多,转入0.99%。3) 2005—2015年,研究区域3期整体景观格局脆弱性分别为2.087 4、2.205 0和2.104 5,呈现先增加后减小的变化。     

局部统计活动轮廓模型的SAR图像海岸线检测

首次将局部统计活动轮廓模型引入SAR图像海岸线检测问题中,提出了一种基于局部统计活动轮廓模型的SAR 图像海岸线检测方法。首先利用C-V模型进行粗分割,消除局部统计活动轮廓模型对初始轮廓线设置要求严格的限制,然后提出了一种基于G⁰分布的局部统计活动轮廓模型,进行精细分割。该模型采用G⁰分布对轮廓线上每一点的邻域进行统计建模,增强了模型数据拟合能力,提高了海岸线检测精度,加入水平集函数惩罚项,消除了重新初始化过程。实测SAR图像实验表明,本文方法可用于精确海岸线检测。     

在西班牙利用陆地卫星TM影像和地面实测数据估算农作物面积两种方法的比较

本文给出了在那瓦尔(西班牙北部一省)南部地区农作物面积估算的结果。这次估算利用了两种相似但又不同的方法:其一是利用了Ispra EEC遥感应用研究所(IRSA)所创立的区域取样方法,另一种采用美国国家农业统计服务中心(NASS)的区域调查取样方案。两种方法均采用了与陆地卫星TM图像光谱信息相结合的方法。两种方法无论是用直接展开式或回归计算都取得了极为相似的统计估算精度,它们在正方切块估计(IRSA方法)中均获得了较高的相对权重系数。单一作物水平的相关系数值一般较好,并与EEC遥感应用研究所的实验结果相似。     

近百年来洞庭湖区垸内湖泊时空演变分析

研究洞庭湖区垸内湖泊时空演变情况,本文利用1930年代以来10个时段的历史地形图和航天航空遥感数据,采用遥感解译、数据统计分析与历史对比方法,分析民国中期（1930年）以来各时段洞庭湖区垸内湖泊的空间分布特征、面积时序变化,利用2018年度基础性地理国情监测数据中内湖数据进行精度检验,精度达98.62%。结果表明：洞庭湖区内湖数量与面积分别从1938年的640个、994.30 km²增加到2018年的1057个、1578.33 km²,其变化过程并非呈持续增加趋势,而是经历了增加、减少、再增加的3个时序变化阶段,呈现波状起伏特征。民国中期（1930年）至建国初期（1958年）,因通江湖泊大量围垦,内湖数量和面积均呈现快速增加趋势;其后,1959年—1978年,在“以粮为纲”的农业背景下,内湖被大量围垦,数量和面积萎缩至民国中期（1930年）以来的最低值;改革开放（1979年）以来,随着“退田还湖”和水产养殖等农业结构调整,内湖面积呈现大幅增加趋势。洞庭湖区垸内湖泊总体呈增加趋势,但不同规模、不同类型、不同区域等不同特征的垸内湖泊变化情况不同。总体而言,围湖垦殖是内湖形成的主要驱动,粮食保障与水产养殖是内湖变化的主要原因。研究成果可为洞庭湖区生态修复与环境保护提供客观资料。     

多时相MODIS指数提取东北三省水稻种植面积

为准确提取水稻面积,以东北为研究区域,采用多时相16d合成MODIS增强型植被指数数据和8d合成MODIS地表反射率数据提取水稻种植分布。选取水稻代表样点利用IDL编程提取物候曲线,利用归一化植被指数(NDVI)将水稻与其他明显地类区分,然后建立水稻增强型植被指数(EVI)、地表水体指数(LSWI)之间的相关关系,结合最新2015年土地利用数据提取东北三省2015年水稻种植面积。同时运用运筹学理论建立省级尺度水稻判别条件最优化模型,分析其在空间分布上的差异性和相关性,并将结果与统计年鉴进行对比分析,分析表明MODIS数据适合大区域省级范围水稻面积的提取,精度可达90%以上。由此得出,MODIS数据在省级尺度提取水稻种植面积上有着较大的优势。     

顾及非线性地形因子的地表面积计算

研究地表面积统计数学模型及其影响因素,消除不同分辨率DEM计算所得地表面积的差异,对综合利用多尺度DEM数据精确统计和监测地表面积具有重要意义。本文研究提出了一种顾及复杂地形因子的地表面积统计方法。该方法首先利用泰勒级数逼近原理对微观地形因子进行最小二乘估计,然后利用这些地形因子对DEM和多边形区域边界进行加密,最后利用加密后的DEM和多边形边界构建地表三角网统计地表面积。试验表明,在局部地形因子显著的山区或丘陵地区,使用不同分辨率DEM所统计的地表面积存在较大的差异,而顾及地形因子的地表面积统计方法可明显提高低分辨率DEM地表面积统计精度。     

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。     

压缩感知的信息论解译

压缩感知(compressed sensing or compressive sampling,CS)是数据采集与信号重构的新体制,其与信息论的关系是,应该且可以从信息论的角度对CS进行分析,而CS丰富和发展着信息论的内涵和外延。换言之,信息论的一些基本概念和原理(如信源、信道、信源编码、信道编码、率失真、Fano不等式、数据处理定理等)为CS研究提供了理论基础,尤其是在性能限(如采样数)的界定等方面;另一方面,CS提供了采集、存贮、传输、恢复稀疏信号的高效方法,以其独特的理念和算法模式,提供了直接对信息的采样和处理机制,延拓了经典信息论的范畴。本文将梳理和阐释CS和信息论之间的关系,力图从信息论角度揭示CS中的一些基本问题,尤其是CS采样问题,并寻求用信息论指导CS的学习与研究。     

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。     

GVG采样线代表性检验

通过在实验区内设置不同类型的采样线,对GVG采样线的代表性进行检验.结果表明,高速公路和乡村道路类型的采样线对区域代表性的精度在95%以上;国道为86.726%;省道为65.447%.对于不同的缓冲区,高速公路、省道和乡村道路类型采样线,以200m缓冲区的代表性最好.而国道则以800m缓冲区的代表性最好.对于不同的作物而言,无论何种类型的采样线或者缓冲区,种植面积最大的棉花的精度是最好的.最低的是省道采样线1000m缓冲区,精度是78.146%,最好的是国道采样线800m缓冲区,精度是99.974%.除省道外,其他精度都在94.8%以上.这说明GVG采样线所获得的成数对于区域主要作物的代表性是很好的.     

基于激光点云数据的管道破损定量检测技术

采用管道激光扫描技术可获取管道内表面的点云三维信息,解决了传统管道视频检测方法难以定量化检测的问题。本文针对管道破损缺陷的点云数据特点,利用统计滤波和半径滤波等点云滤波算法,实现了管道破裂处点云删除;基于随机一致性采样(RANSAC)算法实现了管道点云圆柱面投影和管道点云数据二维平面展开;通过网格化筛选和区域生长算法实现了管道点云数据破损缺陷检测及自动化分析。实测数据验证了该方法的可靠性和有效性,可以准确识别管道破损位置,并计算破损面积、纵向长度、环向长度等参数。     

视频序列图像中运动目标检测与阴影去除

提出了一种新的基于柯西分布的光照模型(shading model,SM)变化检测方法。在一种快速动态背景图像初始化的基础上,建立了Gaussian统计背景模型;基于使用统计假设检验方法检测变化区域的结果,利用YCbCr颜色空间的亮度、颜色信息,识别和消除视频序列图像中的阴影和反光等。试验表明,该文所提出的方法可以承受整体或局部的、缓慢或突然的背景光线变化,以及由场景背景中小的背景扰动、阴影或反光导致的噪声,可以较精确地检测背景目标,改善了SM方法在较暗区域的目标检测效果。     

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。     

基于GIS的土壤重金属数据库构建及应用

本文首先探讨了利用GIS技术构建上海市基本农田土壤重金属数据库的方法,该数据库集空间数据、采样点监测数据和元数据于一体,对于土壤重金属信息的管理、应用服务等具有重要的基础作用,是农产品安全生产环境认证和土壤环境长效管理的重要依据;接着,基于数据库进行了重金属元素的描述性统计、动态累积和Kriging插值分析;结果表明,除As外,其余重金属平均含量均高于该区域的背景值含量,尤其是Cd、Hg、Zn、Cu累积指数较高,是上海市农田土壤重金属污染的主要元素。     

图斑面积量算的精度分析

本文讨论了从图上或航空象片上用不同工具按不同方法量取图斑面积时的误差估算问题,并用大量实验数据对理论公式进行了验证,得到了几种主要的面积计量工具(数字化器、数字坐标仪、分划求积仪、格网片)的采样点精度参数和面积计量的精度估算式。最后认为:解析类工具计量面积的精度估算式均具有m_p=m·p~(1/2)的形式;用具有数据自动传输的解析类工具进行面积计量无需重复观测;把格网片当成解析类工具使用能有效地提高面积计量精度,同时建议采用本文所述方法确定各类工具的采样点误差参数,从而采用灵活而合理的限羞规定,以提高面积计量的作业效率。     

四叉树与多种活动轮廓模型相结合的遥感影像水边线提取方法

通过对测地线活动轮廓(GAC)模型、Chan-Vese(CV)模型、局部二值拟合(LBF)模型的分析,将基于边缘和区域的活动轮廓模型以及基于四叉树的影像分割方法有机结合,提出了一种基于四叉树和多种活动轮廓模型的水边线提取方法。该方法首先对影像进行四叉树分割,为模型演化提供初始轮廓;然后利用CV模型的全局区域图像统计信息和LBF模型的局部区域图像统计信息构造新的符号压力函数,利用改进的符号压力函数代替GAC模型的边界停止函数,有效地改善了GAC模型提前停止演化和过度演化的问题;最后采用二值选择和高斯滤波正则化水平集方法(SBGFRLS)进行演化,避免了重新初始化和规则化,提高了水平集演化的效率。试验结果表明该方法对于包括弱边缘和严重凹陷边缘的水边线提取效果均良好,具有亚像素提取精度,并且提取速度快、稳定性好。     

利用迭代霍夫圆变换实现成捆棒材可靠计数

针对现有的基于图像处理的棒材计数方法不准确且不能适应不同直径和不同切断工艺的问题,提出一种利用迭代霍夫圆变换和多阈值连通区域面积法统计实现成捆棒材的可靠计数。该方法先提取成捆棒材在图像中的位置即感兴趣区域(ROI)并规格化,再对规格化后的ROI进行迭代霍夫圆变换提取棒材进行计数,最后进行多阈值连通区域面积法统计遗漏棒材,并与迭代霍夫圆变换计数结果求和得到最终计数结果。实验表明,该方法计数准确率高,能适应不同棒材直径和不同的切断工艺。     

高光谱技术在汝箕沟煤田烧变岩和Fe3+丰度信息提取中的方法研究

介绍了宁夏汝箕沟煤田煤系地层和烧变岩的反射光谱特征.通过采样分析烧变岩的铁含量,借助多元回归分析,确定了烧变岩中Fe³⁺含量与某些波段反射率的定量关系,提出了利用高光谱遥感图像提取Fe³⁺的方法.文中以汝箕沟煤田大岭湾火区、阴坡火区为试点,证明了该方法是有效的.该成果再次证明了高光谱遥感技术在矿产资源调查和定量分析中的有效性.