面向自然资源信息提取的多源异构数据融合技术——以汉江流域NDVI数据为例

高时空分辨率的自然资源指标数据对大尺度自然资源动态观测与趋势评估至关重要。大数据时代下的海量多源数据为数据高效融合利用提供了可能。以重构汉江流域归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)数据为例,搭建了PostgreSQL自然资源时空大数据处理底层架构,集成了数据级融合法、特征级融合法和决策级融合法,基于机器学习算法构建了一套面向自然资源信息提取的多源异构数据智能融合技术,实现了多源数据的高效利用与特征空间优选。同时,重构了2000—2019年汉江流域NDVI 1 km逐年数据集,全面反映了汉江流域植被动态变化。研究结果可为地球科学时空大数据的高效提取与模拟分析提供科学参考,为定量核算林草资源禀赋规模、探究生态系统时空演变规律提供一种更精准、更便捷的技术手段。     

1990—2018年东北地区综合区划下自然资源动态变化特征分析

基于自然环境、地理以及自然资源研究进行自然资源综合区划,有利于充分认识和分析区域内自然资源环境状况以及动态演变规律,为自然资源调查监管、区域经济的可持续发展和规划提供决策依据。把环境地理要素和自然资源作为划分不同区域的基础和依据,进行自然资源综合区划,可以强化对区域自然资源的地域差异和动态变化特征的科学认识,对合理开发利用自然资源具有重要的指导意义。通过确定区划单元的主导划分要素和辅助决策要素,利用主成分分析法和聚类分析法,初步将研究区自然资源综合区划等级体系划分为3级,二级区划包括7个自然资源亚区,三级区划包括14个自然资源地区。对1990—2018年期间各级分区的自然资源时空动态特征开展定量分析后认为,在此期间,研究区主导资源总体变化趋势是森林资源减少、耕地资源大幅度增加,具体表现为森林转变为耕地、草原转变为耕地。     

市级自然资源调查监测体系构建探索——以徐州市为例

自然资源调查是实现自然资源统一管理的重要前提和基础性工作。本文通过对自然资源分类体系、调查方案和数据库组织的研究,构建了以第三次国土调查和各类专项调查数据为基础的自然资源调查监测体系,提出了新的数据库组织和更新方法,并在江苏省徐州市进行了实践验证,形成了地市级调查成果,旨在为全国范围内地级市自然资源调查工作提供参考,构建可复制、可推广的调查体系。     

1990—2019年黑河流域植被覆盖度动态变化及气温对其影响

植被覆盖度的变化特征是流域生态监测的重要内容,能为流域综合管理决策提供基础信息。黑河流域是中国西北干旱-半干旱地区第二大的内陆河流域。为研究我国西北干旱-半干旱地区的生态状况,以黑河流域为研究区,根据1990—2019年Landsat NDVI数据,综合应用像元二分模型和一元线性回归方法,分析黑河流域植被覆盖度的动态变化并探讨气温对其影响。结果表明: 黑河流域植被覆盖度呈现由南向北递减的空间分布特征; 近30 a来,植被覆盖面积总体呈上升趋势,中高植被覆盖度增长速度最快; 流域大部分地区植被覆盖度保持不变,植被覆盖度增加的区域多于退化区域; 受全球变暖影响,整个流域气温呈升高趋势,中游气温上升最快,上游最慢,流域上游和中游气温的升高对植被覆盖度起到促进作用,下游气温的升高则抑制了植被生长。     

长时间尺度下自然资源动态综合区划理论与实践研究——以青藏高原为例

自然资源综合区划是自然资源统一管理与利用的基础,其动态变化是自然资源合理可持续利用的重要科学依据。由于青藏高原海拔高、气候寒冷,分布着除极地以外的最大冰川遗迹,极端的环境和气候对自然资源分布影响较大。选取含冰川积雪在内的14个指标,基于遥感和地理信息系统技术,采用K-means聚类算法对自然资源综合指数进行空间聚类,采用“自上而下”演绎法和“自下而上”归纳法相结合确定研究区自然资源综合区划的等级和范围; 探讨了1990—2018年青藏高原综合区划的变化,分析了自然资源动态变化特征以及空间差异。研究成果清晰地认识了青藏高原的自然资源关系和演化趋势,为区划的多学科交叉应用提供案例。     

黑河流域下游自然资源与社会经济耦合协调响应机制研究——以阿拉善盟额济纳旗为例

为研究近40 a黑河流域下游自然资源经济系统耦合协调过程和规律,以黑河流域下游阿拉善盟额济纳旗为研究对象,根据《额济纳旗统计年鉴》(1990—2015年)自然资源和社会经济相关数据,建立指标体系,进行综合发展水平研究,通过耦合协调度模型对研究区自然资源和社会经济耦合协调度进行分析,并对2020—2030年两者的耦合协调度进行预测。结果表明: 额济纳旗自然资源综合发展水平从1990年的0.160 0提高到2015年的0.811 5,增长趋向明显; 社会经济综合发展水平从1990年的0.115 0提高到2015年的0.713 8,也呈不断上升的趋势; 二者的综合发展水平曲线变化整体相似。自然资源与社会经济耦合协调程度呈上升趋势,由1990年的“重度失调经济损益型”历经“拮抗”“发展”“磨合”阶段转变为2015年的“高度协调发展同步型”。通过灰色系统理论GM(1,1)模型,预测未来10 a两者耦合协调度将进一步提高。     

基于InSAR技术的川西高山峡谷区地质灾害早期识别研究——以小金川河流域为例

采用短基线集时序干涉测量(small baseline subset InSAR,SBAS-InSAR)技术,利用多时相合成孔径雷达数据,对川西高山峡谷区开展地表多时相、长时序形变监测与地质灾害隐患早期识别研究。介绍了时序InSAR方法原理,梳理了数据处理流程,分析了小金川河流域雷达可视性,利用2018-11—2019-12共26期的Sentinel-1A历史存档数据开展了流域内地表形变监测,结果表明: 流域内雷达视线方向的年平均形变速率为-51.12~75.28 mm/a; 依据形变异常分布规律,共判译出4处形变异常区与11处潜在地质灾害隐患点,其中6处隐患点为已知地质灾害点,其余5处隐患点尚不为人知。以隐患点P1(阿娘寨滑坡)为典型案例,开展了长时序监测分析与验证,评估利用InSAR技术开展地质灾害隐患早期识别的可靠性,证明了SBAS-InSAR技术在地质灾害早期识别中的优势及有效性,其技术成果在川西高山峡谷区具有大范围推广应用的潜力。     

基于多源数据融合的海河流域降水资源评价

为更准确地评价海河流域降水资源量及其空间分布, 将海河流域划分为山区迎风坡、山区背风坡和平原区3个片区, 采用人工神经网络叠加一致性修正分片区进行多源数据融合校正, 生成海河流域2001—2019年降水融合数据集, 并利用该融合数据集对流域降水资源进行全面评价。结果表明: 从降水数量来看, 原始卫星产品在海河流域高估降水, 融合校正数据集精度较原始卫星降水数据有较大提升, 得到海河流域2001—2019年的年均降水量为515.2 mm, 合降水资源量1 639.4亿m3; 从降水分布来看, 融合校正数据集能更好地捕捉降水空间分布, 揭示流域东北、东南、西南和中部偏西降水较多, 西北部和中部偏东降水较少; 从降水规律来看, 海河流域平原区降水与空间位置参数存在很明显的联系, 流域山区迎风坡和背风坡降水均与高程变化具有明显的关系。     

考虑有雨无雨辨识的多源降水融合方法

多源降水融合是精准估计降水时空分布的重要途径, 多聚焦降水量或降水强度的误差订正, 对短历时降水雨区辨识的重视不足。提出考虑有雨无雨辨识的多源降水融合框架, 耦合地理加权逻辑回归与地理加权回归模型, 构建兼顾雨区辨识及雨量估计的降水融合方法, 并应用于汉江流域MSWEP V2.1与地面站网观测日降水融合。结果表明: 所提方法成功再现有雨无雨空间格局并刻画了降水中心, 整体强化了MSWEP V2.1对地面降水的表征能力, 降低误报率和误报降水量的幅度超过了60%, 提高临界成功指数和Kling-Gupta效率系数达40%以上; 较降水空间插值数据, 削减误报降水量并提升Kling-Gupta效率系数高于10%;另外, 较参考数据, 降水融合改善强降水事件(雨强≥50 mm/d)分辨精度的增益不低于60%。所提方法有效改善了降水估计效果, 为多源降水融合提供了新思路。     

航放数据与高分一号卫星光学数据融合及应用

高分辨率的多光谱遥感影像与低分辨率的航空放射性测量数据的融合有利于提高地质体识别效果,可以为地质填图和找矿提供重要参考。从多光谱遥感影像及航放数据特征出发,建立了基于Curvelet变换的线性融合方法,实现了高分一号多光谱数据与航放数据的多源异构数据融合。对融合结果的地质解译效果评价表明,在融合系数为0.7时,多光谱数据与航放数据的融合图像所反映的地质信息最丰富,表明所提出的基于Curvelet变换的国产卫星影像与航放数据融合方法对实现此类多源异构数据的融合,具有重要参考价值。     

从无人机遥感、数据融合、生态价值谈自然资源要素综合观测体系构建

自然资源要素综合观测体系建设是自然资源部全面贯彻习近平生态文明思想、践行山水林田湖草是生命共同体发展理念、实施自然资源“两统一”管理的重要举措。这项基础性、公益性、紧迫性的建设工程对于解决我国自然资源长期且连续定位观测研究不够、预判资源环境数据支撑不足、实现以自然资源综合区划为管理单元、评价资源综合承载力、研究资源间耦合平衡过程、预判资源环境生态演变趋势及优化自然资源空间结构配比,具有十分重要意义。自然资源调查、监测与观测研究是获取自然资源现状、预判未来状态的主要手段。我国自然资源调查、监测体系相对完善,但观测研究体系相对不系统,数据积累相对不足。为了更好地搭建自然资源要素综合观测体系,分别从无人机遥感观测、数据融合及自然资源资产价值方面给出了建议: 充分利用和发挥无人机组网遥感观测、倾斜摄影测量等技术,开展自然资源立体观测; 借鉴降水、陆面、海表和三维云气象多元数据融合经验,开展自然资源要素综合的数据融合; 利用森林资源生态服务价值评价经验,开展自然资源资产价值核算。这些建议对自然资源综合观测体系的科学构建具有借鉴作用。     

Multi-perspective analysis of vegetation cover changes and driving factors of long time series based on climate and terrain data in Hanjiang River Basin,China

The Hanjiang River Basin is the source area of the Middle Route Project of the South-to-North Water Diversion Project, and the vegetation coverage in this basin directly affects the quality of the ecological environment. This study is based on long time series of Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) data synthesized over 16 days from 2000 to 2016 in the Hanjiang River Basin. Major climatic data (temperature and rainfall) and topographic data (elevation, slope, and aspect) are employed to analyze the driving forces of NDVI changes. The results demonstrate the following: for the 2000–2016 period, the average annual NDVI is 0.823, with a change trend of 0.025 year^?1. The overall NDVI upstream is higher than that downstream. The average annual value of NDVI upstream is 0.844, with a change trend of 0.036 year^?1, and that of downstream is 0.799, with a change trend of 0.022 year^?1. The spatial distribution of NDVI was significantly increased in the area around the upstream section of the river and near the Danjiangkou Reservoir, and the distribution of NDVI around the central city was significantly reduced. The NDVI was positively correlated with temperature and rainfall, and the impacts differed among different regions. At elevations below 2000 m, the NDVI shows an increasing trend with increasing elevation, and at elevations exceeding 2000 m, the NDVI is negatively correlated with elevation. Slope is positively correlated with the NDVI. The influence of aspect on the NDVI was small.     

鄂尔多斯盆地北缘地球化学大数据样本优选分析

众所周知,地球化学数据携带有众多地质噪音,这些噪音严重影响地球化学数据信息的客观性与可靠性;对于地球化学大数据融合分析而言,确定样品的有效性及变量优选是滤除地质噪音、建立最优样本集合的必要性工作,因而在地球化学大数据处理分析前需首先进行大样本优选,从而更加客观、真实的揭示地球化学大数据信息及相关地质意义。本文以鄂尔多斯盆地北缘1∶20万地球化学土壤测量数据为例,考虑元素之间的地球化学亲和力与组合匹配关系,建立非线性大样本优选模型。具体做法是基于优选后的样品矩阵,将39个元素变量分解成若干独立因子向量,将最优独立因子向量作为元素组合,其向量各分量作为元素变量的权重,依权重大小进行变量优选;优选后的样本集合可以作为该区地球化学数据分析与信息识别的有效地学信息集合,运用这种集合可以有效开展鄂尔多斯盆地外围铀地球化学分析,并为盆地铀资源预测奠定基础。     

地球化学场及其在隐伏矿体三维预测中的作用

本文从物理学"场论"的角度介绍了地球化学场的概念,并从场源、场作用及地球化学指标分布三个基本要素出发阐述了地球化学场的扩散、对流-扩散的动力学机制。首先,按照采样介质,将地球化学场分为原生的岩石地球化学场,以及次生的土壤、水系沉积物、水文和气体地球化学场,描述了组成各类地球化学场的要素。其次,将地球化学场的分析方法概括为静态的空间结构分析和动态的时空结构分析两种,提出要以场的动力学机制为基础,利用地球物理学中的正、反演理论来研究四维时空中地球化学场的发展和演化。最后,探讨了地球化学场时空结构分析与三维地学模拟两者之间彼此补充和相互验证的关系,三维地学模拟构建的场源及空间介质模型,为地球化学场的正、反演提供了初始条件,地球化学场反演的结果又可用来修正三维地质模型;探讨了地球化学场与大数据分析技术间的关系,即采用大数据的"数据驱动"的思路来挖掘其与多元地学数据之间的隐性联系,探索其与成矿过程的关联性。地球化学场与三维地学模拟、大数据分析技术的结合将为隐伏矿体三维预测中地下成矿物质的分布和演化提供依据。     

铀矿大数据综合管理信息平台设计与实现

为了对砂岩型铀矿钻孔数据及地质资料进行汇集整理,建设铀矿地质钻孔及勘查信息数据库,实现对钻孔资料的统一管理,提高钻孔地质资料集成应用的工作效率,面向实际应用需求,设计并实现了铀矿综合管理信息平台。提出了铀矿大数据平台基础设施、信息资源、应用服务、用户交互的4层架构,采用云计算虚拟化、分布式储存、并行计算等技术建立了铀矿大数据基础环境,提升了铀矿钻孔大数据集的统一存储管理和计算能力;实现了多源异构钻孔数据智能化抽取、高效率转换及快速装载的目标,提高了数据管理及集成应用的工作效率;基于并行计算技术,实现了钻孔数据进行快速三维可视化表达及多条件快速查询功能,为铀矿勘查、成果集成提供了数据基础和信息技术支撑。      

基于综合区划的中国西南地区自然资源动态变化特征分析

为研究中国西南地区自然资源的动态变化特征,基于中国自然资源综合区划一级分区成果,以西南林耕自然资源大区为研究对象,通过选取符合区域特征的要素指标,确定指标权重,按照区划方案对西南林耕自然资源大区进行二级、三级区划,将其划分为6个自然资源亚区(二级区划)和11个自然资源地区(三级区划),并对区划单元内的自然资源动态变化进行了特征分析。研究区内自然资源以森林、耕地和草原为主,1990—2018年,自然资源变化主要表现为森林、耕地和草原三者间的相互转变,森林和耕地之间的相互转变主要分布于贵州和重庆的地区,森林和草原、耕地和草原之间的相互转变主要分布于云南和陕西的地区。建设用地明显增加,集中分布于各省会城市和直辖市。各类资源相互之间有明显转变,但面积在总体上基本保持动态平衡,表明自然资源的转变在合理范围内,其中四川盆地内的耕地和广西西部的森林受保护较好。各区划内优势资源明显,区划间变化特征彼此相异,可为全国或西南地区的自然资源配置、国土空间规划等自然资源统一管理提供决策支撑。     

基于自然伽马测井数据的铀资源评价方法研究

“煤铀兼探”“油铀兼探”是当今的研究热点,利用煤、油气田钻井的测井资料评价铀资源潜力是尚待解决的难题。以鄂尔多斯盆地彭阳铀矿区为例,开展基于自然伽马测井数据的铀资源评价方法探索。根据彭阳铀矿区砂岩型铀储层自然伽马异常响应显著的特性,通过对比分析9个验证孔中定量伽马和油田钻孔中自然伽马测井数据,研究彭阳铀矿区矿层定量伽马值的自然伽马测井回归模型,研发矿层平米铀量筛选计算程序。初步建立基于自然伽马测井信息的区域铀矿层识别和品位评价方法,研究成果精度与实测数据吻合,解决了难以高效利用常规煤、油气田测井资料进行铀矿层识别和品位评价的问题。该成果可为鄂尔多斯盆地铀资源调查和潜力评价提供有效的技术支持。      

基于地质大数据理念的模型驱动矿产资源定量预测

在大数据科学成为新的科学范式的背景下,基于地质大数据理念,提出了模型驱动的矿产资源定量预测评价的新方法,以及模型流程建模技术贯穿整个矿产资源预测评价过程的新思路,以地质理论指导地质大数据分析和计算机技术实现地质大数据挖掘2条主线展开研究,实现了面向地质大数据的数据挖掘与矿产资源的定量预测评价。结合青海祁漫塔格铁铜多金属矿床、山东焦家金矿床、云南个旧锡铜多金属矿床等不同地区、不同成矿类型和矿种开展了应用研究,完成了找矿模型工作流的设计与实现,进行了有利成矿信息的挖掘,取得了较好的效果,为大数据时代数字地质研究提供了新的思路。     

多源地学数据的网络存取和动态查询

在进行矿产资源评价时,需要综合利用多种地学数据。由于数据种类不同,数据格式各异,给数据的管理和使用带来了困难。这里通过将各种地学数据存储在网络SQL SERVER数据库中,实现了数据的高效管理和动态查询,并有助于数据的共享和远程访问。     

甘肃河西地区内陆河流域荒漠化的水资源问题

河西地区内陆河流域荒漠化的水资源问题,根本的原因在于水资源短缺而导致的生态环境脆弱和水资源的过度开发利用.如果上、中游地区水资源的利用超过了水资源量的限度,则流到下游的径流量减沙,地下水位下降;而下游地区为了弥补水资源的不足,便大量开采地下水,致使地下水严重超采,从而导致植被退化和荒漠化.在分析上述问题的基础上,以石羊河为例,说明内陆河流域的荒漠化防治要求实行以农业节水为中心,建立节水型社会的流域综合治理,实现水资源、土地资源、经济、社会和生态环境协调和可持续发展.