国土调查遥感40年进展与挑战

运用遥感技术进行土地资源调查,摸清其数量及分布状况,长期以来都是遥感领域研究的重要内容。本文首先回顾了过去40年来遥感技术在我国国土调查中的应用情况,然后围绕高分辨率影像的特征提取、大范围影像的样本获取、多时相/多传感器影像的迁移学习以及多源异构数据融合4个方面介绍了相关进展情况;接着归纳总结了现有遥感信息提取技术在国土调查中面临的4个挑战：① 高分辨率影像分类存在如何定义、选择、挖掘高级特征的问题;② 国土调查中的遥感数据集规模庞大,存在着类间不平衡和类内多样性,为这种复杂数据集获取足够、均衡、多样化的样本集是一个巨大挑战;③ 对于多传感器/多时相影像,如何低成本、及时地实现土地利用分类是值得考虑的问题;④ 从土地覆盖到土地利用存在语义鸿沟,如何合适地引入语义信息以弥合语义鸿沟需要被考虑。最后,本文对国土调查遥感技术的未来发展方向和应用点进行了展望。     

基于Brovey融合与HSV锐化的ASTER影像绿地信息提取分析

为了突出图像的边缘、线状目标或某些亮度变化率大的部分,生成边缘图像,运用Brovey融合和HSV锐化方法,对广州市部分地区的ASTER遥感影像进行处理,然后,对两种方法分别处理后的图像,采用平行六面体法监督分类,提取城市用地信息,并对分类后的图像进行对比试验,着重对城市绿地信息的提取进行分析,探究ASTER遥感数据的两种影像处理方法对城市绿地信息的提取效果,及其空间分布为城市生态评价和景观生态建设提供必要的基础数据。通过对比试验,结果显示:Brovey方法较好地显示城市绿地的分布状况,可作为城市绿地动态监测的判别方法之一;融合后的影像能够清晰地显示研究区城市绿地的分布结构及毗邻关系;通过采用区域放大、勾画不同地类边缘轮廓、配合人工解译等工作,能够增加城市绿地与其他用地类型的差异,突显城市绿地的分布、结构、生态学特征。     

多时相遥感影像变化检测综述

近几十年来,多时相影像处理和变化检测是遥感领域一个较为活跃的研究方向.虽然在环境变化监测和检测方面成功的应用有很多,但是从多时相影像及时提取地球环境和人类活动的动态信息仍面临很多挑战.近年来,随着新型遥感平台和传感器的发展,在克服技术障碍方面取得了很大进步.历史影像档案提供范围的扩大也使得长期变化检测和建模成为可能.这...     

基于3G与3S集成的土地利用执法检查应用

土地卫片执法检查是政府实施土地严格管理的重要手段.本文以绵阳市2009年度遥感土地执法检查为例,选用2008年和2009年两个时相的中巴资源卫星02B遥感图像作为信息源,对3G与3S集成技术在土地利用执法检查中应用方法进行了研究.该方法利用RS获取土地利用变化信息,利用VRS-GPS技术采集变化图斑空间与属性特征信息,...     

城镇扩张的多源遥感图像动态监测分析

遥感动态监测城镇扩展己成为一个重要的研究和应用领域。利用ASTER和TM多源多时相遥感影像和地形数据,以福建省漳州市区为示范区,对城镇建筑用地扩张进行了遥感监测。研究认为,对于ASTER影像,综合利用光谱知识、多时相植被指数、城镇建筑用地的地形分布等建立分类决策规则,可以有效提取城镇建筑用地信息(精度不低于90%);研究提出用较新时相影像获取的城镇建筑用地限定较早时相影像城镇建筑用地提取范围的思路,拓展了TM影像三指数法的应用范围,以此保证了较早时期TM影像城镇信息的有效提取。     

京津冀都市圈城乡建设用地空间扩张特征分析

本文采用1990、2000、2006 年3 期多源影像数据、基础地理数据、DEM数据、社会经济统计数据及其他相关资料, 采用遥感信息提取GIS 空间分析及土地科学相关模型等综合研究方法, 首次提取近20 多年来京津冀都市圈城乡建设用地的空间信息(误差在10%以内), 并分析了城乡建设用地变化的幅度、速度、空间增长格局及其相关性。结果表明, 京津冀都市圈城乡建设用地总面积持续增加, 1990-2006 年, 建设用地年平均变化率为2.81%;建设用地年变化速率较大的地区是唐山、保定、石家庄, 大于全区平均变化率。京津冀都市圈城镇用地空间增长格局中, 70%左右的新增城镇用地分布在城中心40km范围内, 80%以上的新增建设用地集中在高速公路沿线20km范围内, 并且新增城镇用地呈现沿城市中心、高速公路向外扩张的趋势。城乡建设用地增长具有较为明显的集聚特征。它们为京津冀地区土地利用规划及生态环境研究提供一定的科学数据和决策借鉴。     

森林生物量遥感估算与应用分析

遥感图像光谱信息具有良好的综合性和现势性,利用遥感信息和GIS技术进行森林生物量估算及碳过程的研究已经成为一种全新的手段。本文对森林生物量遥感估算方法及其应用进行了深入分析,总结了利用遥感信息进行森林生物量估算的四种主要方法:遥感信息参数与生物量拟合关系的方法、遥感数据与过程模型融合的方法、基准样地法(KNN方法)以及人工神经网络模型方法,并在此基础上分析了当前该领域研究的不足,以及今后利用遥感方法进行森林生物量估算的主要发展方向。     

基于RS/GIS的东营市土地利用及景观格局变化研究

该研究利用遥感技术（RS）和地理信息技术（GIS）结合景观生态学理论和方法,以东营市1992年、2000年及2010年TM遥感影像为基础,分析了东营市近20年间的土地利用及景观格局变化。经对比分析发现,东营市土地利用年动态变化在2000—2010年间较为显著,景观水平的变化趋势表现为优势度、稳定性增加而多样性、均匀性遭到破坏。     

面向地理国情监测的变化检测与地表覆盖信息更新方法

常态化地理国情监测能够全面、动态地掌握地理国情信息及其变化,为经济建设和社会发展提供数据基础。地理国情普查成果是按照统一规范标准、经过内业解译和外业核查形成的矢量数据。如何在普查成果的基础上,利用多时相遥感影像实现变化信息提取与更新是地理国情监测的关键。针对地理国情普查成果的特点与监测需求,以多时相遥感影像处理分析为基础,构建了针对地理国情监测的变化检测方法体系,提出了像元—对象结合的多时相影像变化检测、基于对象实体统计分析的变化识别方法,实现了综合地理国情普查成果和遥感影像的地理国情变化检测与数据更新。基于像元—对象结合的多时相影像变化检测首先根据传统的变化矢量分析法提取基于像元的变化检测结果,再以地理国情普查的矢量对象为统计单元计算对象内变化像元的比例,以此判断该矢量对象是否发生了变化,并根据变化像元的比例计算其变化强度。基于对象实体统计分析的变化检测方法直接以地理国情矢量为对象进行特征提取和差异构造,再将差异影像进行阈值分割得到基于地理国情对象的变化检测图。最后,根据变化检测结果,对变化区域进行面向对象分割,并从上一期未变化区域选取训练样本训练分类器模型以得到变化区域的地表覆盖类型,将变化区域与未变化区域结合得到更新后的地理国情矢量图。选取江阴市地理国情普查成果和两期高分辨率遥感影像进行试验,结果表明本文提出的方法在准确提取和解释变化区域的同时,明显提高了变化检测和数据更新的效率,可用于常态化地理国情监测。     

土地利用与土地覆被时空动态变化分析——以岷江上游地区为例

全面、客观地反映土地动态变化有利于正确认识对土地资源的开发和利用,能为地区产业结构调整,制定可持续发展的土地管理和土地规划提供依据。多时相遥感数据已经被成功运用于研究土地变化,评估前期政策对环境和土地利用的影响^[1～5]。在遥感和GIS技术支持下,分析了岷江流域上游地区的土地利用/土地覆被状况及其1986～2000年的时空动态变化和驱动力影响。为保护该地区有限的珍贵林业资源,恢复长江上游的生态屏障作用和国土资源的有效可持续利用提供决策依据。     

结合Gabor小波和形态学的高分辨率图像树冠提取方法

树冠信息的遥感提取能有效辅助森林参数反演、林分长势监测、树种识别等森林调查活动。随着遥感信息自动化提取的需求不断加强,本文基于高空间分辨率遥感数据,以滁州市皇甫山林场为研究区域,设计了一种结合Gabor小波和形态学的树冠提取方法。该方法首先采用Gabor小波提取出纹理特征,其次结合K-means聚类分析方法,对PCA降维后的纹理特征向量提取出阔叶林区,最后基于形态学理论降低影像噪声,并利用前景后景标记的分水岭方法进行单木树冠提取。经过与人工解译的树冠信息结果对比发现,在郁闭度较高的阔叶林区,该自动化方法提取树冠精度较高,分割准确率A_d为79.59%,F测度达到了79.00%能有效提供精确的单木树冠信息,为林业经济调查技术的发展具有一定的实践意义。     

基于深度学习的高分辨率遥感影像土地覆盖自动分类方法

土地覆盖变化是全球变化研究的核心,而精准分类是开展土地覆盖变化研究的基础。高分辨率遥感卫星技术的快速发展对地表分类的速度和精度提出了双重挑战,近年来人工智能等新技术的发展为图像自动分割提供了实现途径,而以卷积神经网络为代表的深度学习方法在遥感图像分类领域也具有独特的优势。为对比深度学习模型设计对高分辨率图像分类结果的影响,本文以郑州市2019年高分1号影像作为输入,对比研究了基于UNet模型改进的4种不同深度学习网络模型在高分辨率影像土地覆盖自动分类应用中的差异,探讨了残差网络、模型损失函数、跳层连接和注意力机制模块等编码和解码设定对于分类精度的影响机制。研究发现：同时加入多尺度损失函数、跳层连接和注意力机制模块的MS-EfficientUNet模型对郑州市土地覆盖分类结果最优,基于像元评价的整体分类精度可达0.7981。通过在解码器中引入多尺度损失函数可有效提高林地、水体和其他类别的分类精度;而对编码器进行改进,加入跳层连接和注意力机制可进一步提高草地、水体和其他类别地物的分类精度。研究结果表明,深度学习技术在高分辨率遥感影像自动分类中具有潜在应用价值,但分类结果精度的进一步提高和多级别大范围的精细分类方法仍是下一步研究的重点。     

Landsat-8影像的LDA模型变化检测

变化检测一直是遥感研究领域的热点,随着遥感技术的不断发展,新型数据源不断涌现,使传统遥感变化检测方法面临新的挑战。本文以Landsat-8影像为主要数据源,使用影像分割算法,设计2期遥感影像的文档-单词映射,将影像中所有的像元作为视觉单词,利用LDA模型将影像文档从单词空间转换到主题空间进行表达。在此基础上,结合实地调查对变化区域进行检测和验证,形成一套面向对象的LDA模型变化检测方法。研究表明：基于图斑的分析可有效消除以像元尺度进行变化检测产生的椒盐现象;利用LDA模型构建的变化检测方法能较好地实现影像文档特征的统一表达,有效去除2期影像相同地物因光谱差异导致的变化误检验;与差值法和波谱角等常规遥感变化检测方法相比,该方法能有效地减少错漏判,提高遥感影像变化检测的正确率,为中高分辨率遥感影像的变化检测提供新思路。     

STRATEGIC ENVIRONMENT ASSESSMENT ON LAND—USE PLANNING—A Case Study of Changchun Economic and Technological Zone

The study centers on the necessity,the workflow and the synthetically integrated methods (Principal Compo-nent Analysis(PCA),Andytical Hierarchy Process(AHP) and Fuzzy Comprerhensive Evaluation(FCE)of strategic environ-ment assessment(SEA)on land-use planning.The whole article includes three main parts:firstly,some attribute database,graphic-base and the spatial transform matrix,which reflect the change of regional land-use pattern,can be ob-tained by GIS technique;secondly,adopting fitting method of trend-suface analysis will convert environment monitoring data from scattered spots to regular control spots,based on which we can perform regional environment impact assess-ment;finally,Changchun Economic and Technological Developmen Zone is chosen as a case study on land-use planning.Through those efforts the results may be obtained as follows:1)according to transform matrix,the possibility of transforma-tion from one land-use to another can be obtained after the planning is carried out;2)environment ruality would change as a result of the change of land-use pattern;3)the SEA on land-use plan is an effective tool to make land-use pattern more reasonable.     

GIS-BASED ANALYSIS OF URBAN LAND-USE CHANGES—A Case Study of Haizhu District of Guangzhou City, China

This paper describes a GIS-based spatial analysis method that combines qualitative analysis and quantita-tive analysis to characterize land-use patterns and predict the trend of future land-use changes in Halzhu District ofGuangzhou City, China. Spatial technique is introduced to manage land-use data and derive information of land-usechanges. Through the case study for the selected area, it is demonstrated that the method and technique introduced in thepaper can be effectively utilized for the analysis of urban land-use changes. Based upon this analysis, the paper also pro-vides discussions and recommendation on urban land-use planning, urban planning and land management. Both land-usemaps of Haizhu District of Guangzhou in 1995 and 1997 and the remote sensing images of 1999 are utilized in the cur-rent research. It is convenient to get various statistic data and to combine attribute data with spatial data so as to analyzeland-use changes in a geographic context, which is especially suitable for the need of urban construction department, ur-ban management department and urban planning department.     

地表覆盖工程化自动解译平台设计与实现

随着遥感技术的快速发展,各行业对遥感监测依赖性越来越大,遥感影像自动解译研究越发重要。在浙江省第一次全国地理国情普查的地表覆盖提取中,明确要求采用先自动解译,后人工修正的作业方式。本文以浙江省第一次地理国情普查工作为例,通过研究工程化自动解译工作特点,提出针对性的作业模式,设计和开发了相应的自动解译平台。实践证明,在国普工作中,采用此平台可提高自动解译工作效率。此平台也是浙江省地理国情监测一体化生产作业平台的重要组成部分,可为常态化地理国情监测的地表覆盖动态更新提供服务。     

基于对象变化矢量分析的土地利用变化检测方法研究

变化检测是资源和环境遥感应用的一个重要内容。在变化矢量分析法的基础上,本文提出采用变化矢量-主成分分析法提取研究区变化信息,首先,对不同时相的遥感影像进行差值运算得到差值影像,再对其进行主成分变换并选取主分量,最后,使用多尺度分割获取影像对象。在影像分割的基础上,采用变化矢量-主成分分析方法构建自动检测规则提取变化信息,并作精度评价。研究表明：基于对象的变化矢量-主成分分析方法不仅可克服传统的基于像元式方法难以利用空间信息的缺陷,有效避免了“椒盐”噪声,而且可将多波段差值信息经主成分变换后集中在几个累计贡献率较高的主成分分量上;同时,结合了变化矢量法与主成分分析法的优点,与单独使用变化矢量分析法相比提取精度明显提高。     

THE STEPS FORWARD OF GIS IN CHINA

1　ＨＩＳＴＯＲＩＣＡＬＳＴＥＰＳ—ＡＴＥＭＰＯＲＡＬＡＮＡ ＬＹＳＩＳＲｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｆＧＩＳｉｎＣｈｉｎａｃａｎｄａｔｅｂａｃｋｔｏｔｈｅｅａｒｌｙ 1980ｓ .Ａｔｔｈａｔｔｉｍｅ ,ａｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇａｐｐｌｉｃａ ｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎＳｏｕｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａｕｓｉｎｇＧＩＳｍｅｔｈｏｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｗｉｔｈｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｄａｔａｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅａｒｅａｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ .Ａｆｔｅｒｔｈｅｆｉｒ…     

STUDY ON THE SPATIAL PATTERNS OF LAND-USE CHANGE AND ANALYSES OF DRIVING FORCES IN NORTHEASTERN CHINA DURING 1990-2000

Land-use change is an important aspect of global environment change. It is, in a sense, the direct result of human activities influencing our physical environment. Supported by the dynamic serving system of national resources, including both the environment database and GIS technology, this paper analyzed the land-use change in northeastern China in the past ten years (1990–2000). It divides northeastern China into five land-use zones based on the dynamic degree (DD) of land-use: woodland/grassland — arable land conversion zone, dry land — paddy field conversion zone, urban expansion zone, interlocked zone of farming and pasturing, and reclamation and abandoned zone. In the past ten years, land-use change of northeastern China can be generalized as follows: increase of cropland area was obvious, paddy field and dry land increased by 74.9 and 276.0 thousand ha respectively; urban area expanded rapidly, area of town and rural residence increased by 76.8 thousand ha; area of forest and grassland decreased sharply with the amount of 1399.0 and 1521.3 thousand ha respectively; area of water body and unused land increased by 148.4 and 513.9 thousand ha respectively. Besides a comprehensive analysis of the spatial patterns of land use, this paper also discusses the driving forces in each land-use dynamic zones. The study shows that some key biophysical factors affect conspicuously the conversion of different land-use types. In this paper, the relationships between land-use conversion and DEM, accumulated temperature (⩾10°C) and precipitation were analysed and represented. We conclude that the land-use changes in northeast China resulted from the change of macro social and economic factors and local physical elements. Rapid population growth and management changes, in some sense, can explain the shaping of woodland/grassland — cropland conversion zone. The conversion from dry land to paddy field in the dry land — paddy field conversion zone, apart from the physical elements change promoting the expansion of paddy field, results from two reasons: one is that the implementation of market-economy in China has given farmers the right to decide what they plant and how they plant their crops, the other factor is originated partially from the change of dietary habit with the social and economic development. The conversion from paddy field to dry land is caused prmarily by the shortfall of irrigation water, which in turn is caused by poor water allocation management by local governments. The shaping of the reclamation and abandoned zone is partially due to the lack of environment protection consciousness among pioneer settlers. The reason for the conversion from grassland to cropland is the relatively higher profits of farming than that of pasturing in the interlocked zone of farming and pasturing. In northeastern China, the rapid expansion of built-up areas results from two factors: the first is its small number of towns; the second comes from the huge potential for expansion of existing towns and cities. It is noticeable that urban expansion in the northeastern China is characterized by gentle topographic relief and low population density. Physiognomy, transportation and economy exert great influences on the urban expansion. Foundation item: Under the auspices of Knowledge Innovation program Key Project of the Chinese Academy of Sciences (KZCX-2-308). Biography: LIU Ji-yuan (1947 - ), male, a native of Shanghai Municipality, professor, Director General of Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research, the Chinese Academy of Sciences. His research interests include environment and resources, remote sensing and geography.     

中国无人机遥感技术突破与产业发展综述

无人机是未来网络环境下一种数据驱动的空中移动智能体,而无人机遥感则是无人机应用最重要的引领性产业。本文首先以国内外无人机遥感发展现状为背景,重点概述了中国无人机遥感21世纪以来“十五”到“十三五”所获得的具有代表性的国家支持与推动的发展历程,阐述了无人机遥感定标场,航空航天定标场的建立以及应用验证,包括无人机遥感系统的载荷与系统技术发展;然后,进一步阐述了以遥感定标场、地物参量引导载荷性能、系统模型为代表的中国无人机遥感的相关技术跨越;接着,概略介绍了无人机遥感在国防反恐安全以及跨国应急救援,国土测绘与海洋岛礁测绘应用,地质灾害应用以及国家应急救援等领域的产业应用;最后,介绍了中国在无人航空遥感领域展开的跨越性的工作,包括组网智能控制、精度和实时性度量基础、载荷平台自组织冗余容错、遥感大数据云处理技术和无人机遥感组网实用化等内容。未来无人机遥感发展的总体目标是建立起具备迅捷信息获取能力的无人航空器组网观测系统,实现无人航空器组网技术由项目层面跨越到遥感领域,同时也为中国成为世界遥感强国的国家战略跨越奠定基础。