高光谱遥感在植物多样性研究中的应用进展与趋势

人类活动、极端气候、物种入侵等事件导致植物的生物多样性丧失加剧,生物多样性保护迫切需要快速准确地收集陆地植物多样性信息。高光谱遥感的出现,为大空间尺度上的植物多样性研究提供了技术基础,为群落和景观水平的生物多样性相关理论的验证提供了契机。本文简要回顾了近年来高光谱遥感技术的发展及其在植物多样性研究中的应用。重点介绍了两类高光谱遥感反演多样性的手段,即直接反演和间接反演。直接反演手段以光谱变异假说为理论基础,从光谱曲线特征入手直接建立光谱信息与植物多样性的关系;间接反演手段则通过植被指数将光谱信息关联植物多样性,或通过定量反演功能性状计算功能多样性指标,进而实现植物多样性的间接估测。论文进一步结合实例,论述了高光谱遥感技术在大尺度生物多样性相关研究中的应用,如物种入侵监测、物种分布及多样性格局制图、生物多样性与生态系统功能关系研究。最后分析了高光谱遥感技术在生态研究应用中的局限性。随着多源遥感技术的发展日渐成熟,高光谱遥感技术与地面通量监测、激光雷达、计算机可视化等其他技术的协同应用可能是在生物多样性研究领域中一个新的发展方向。     

松嫩平原典型土壤高光谱定量遥感研究

为实现松嫩平原典型土壤理化参数时空信息的快速获取,为定量遥感、精准农业等相关研究服务,以松嫩平原典型土壤的高光谱反射率为研究对象,分析土壤反射光谱特征及其与土壤理化参数的关系,建立基于反射光谱指数的土壤理化参数遥感估算模型;提取黑土光谱特征点,建立黑土反射光谱曲线模拟函数.结果表明:松嫩平原不同土壤光谱特征差异主要在450-600,600-800 nm两个吸收谷部分,土壤有机质是黑土反射光谱特征的决定因素;不同于南方土壤,铁对松嫩平原典型土壤反射光谱特征的影响较小;随着含水量的增加,土壤水分对土壤光谱反射率的作用过程可以用三次方程定量描述;基于土壤反射率及反射光谱特征的土壤理化参数光谱预测模型可以用于土壤相关理化参数的快速测定;基于光谱特征点的黑土反射光谱曲线模拟函数可以准确描述黑土的反射光谱特征,这一方法可以用于高光谱数据压缩和基于多光谱数据的高光谱反射率重建.     

遥感技术在微生物复垦中的应用研究

微生物复垦是矿区生态重建的有效途径。遥感技术特别是高光谱遥感技术可以快速准确地获取微生物复垦后植被的生长状态和土壤性状改良的实时信息,为评估微生物复垦技术对矿区土地恢复和生态重建的作用提供了技术支撑。概述了遥感技术在矿区植被恢复、矿渣石排土场复垦、采矿沉陷地复垦和复垦区重金属污染监测等方面的应用和研究现状,以及微生物技术在改良煤矸石环境、治理采矿沉陷地和修复重金属污染场地中的作用和研究现状,分析了遥感技术应用于监测微生物复垦效果的理论依据,并讨论了今后遥感技术在微生物复垦中的应用潜力,以期为未来快速、准确、无损地监测微生物复垦植被的生长状况提供新方法,并为评价微生物技术在矿区生态重建中的作用提供参考。     

基于3S技术的耕地退化监测与评价技术方法探讨

综合分析了国内外关于土地退化监测与评价方法的进展 ,以绝对退化思想为指导 ,提出了基于 3S技术的耕地退化监测与评价技术路线框架 ,即综合运用 3S技术 ,分析影响土地利用与耕地退化的自然、环境与社会经济要素 ,建立基于 3S技术的耕地退化监测与评价的指标体系 ,提出基于 3S技术的耕地退化信息提取方法 ,建立基于 3S技术的耕地退化定量评价模型和评价方法 ,定量分析土地利用与耕地退化的生态环境响应 ,从土地利用的角度提出解决耕地退化的调控措施、政策及建议     

滑坡遥感调查、监测与评估

滑坡遥感调查包括滑坡识别、基本信息获取和滑坡空间分析等，本文以天台乡滑坡遥感调查中用特征点法确定滑坡边界、影响带及滑坡运动特征及规模为例说明。滑坡遥感监测可分为直接监测和间接监测。由于突发的高速超高速崩塌、滑坡及泥石流活动时间难以预测，滑坡运动的规模相对于遥感地面分辨率较小，获取遥感数据的不连续性及价格昂贵等原因，目前较少应用遥感技术直接监测滑坡活动； 遥感监测滑坡运动引起的环境变化，称为间接滑坡监测，以遥感监测易贡大滑坡引起的易贡湖水面变化及溃坝造成的下游灾害为例说明。滑坡遥感评估指在获取滑坡及其发育环境基本信息的基础上，评估滑坡的稳定性，预测其未来活动性，评估区域滑坡的影响因子和进行区域滑坡危险性评价，文中以天台乡滑坡、千将坪滑坡稳定性评估及三峡库区中前段区域滑坡危险性评价为例说明。     

基于Sentinel-2A的耕地质量综合评价

本研究以Sentinel-2A数据为基础,构建基于多光谱遥感影像和地球化学数据的耕地质量指标体系和评价模型,对海伦地区耕地质量进行综合评价。在分析土壤肥力、土壤水分、土壤退化与植被指数的相关性的基础上,确定了基于Sentinel-2A的遥感评价指标,并基于营养元素与重金属含量构建地球化学指标,并将两项指标进行结合形成P-S-R框架体系。在该指标体系下,采用层次分析法构建了耕地质量综合评价模型,创新性实现了通过遥感手段结合少量地球化学数据完成对耕地质量进行评价。利用土壤样本实测点对模型进行验证,结果表明评价模型获取的耕地质量评价结果与研究区实际情况比对精度达到75%,结果表明海伦地区耕地质量整体较好。该方法相比采用传统的地球化学评价土地质量的方法更加方便和快捷,对于大范围耕地的可持续利用提供有效的技术支撑和重要的现实意义。     

粗糙度对被动微波遥感反演土壤水分影响的试验研究

土壤水分是气象预报、农情监测及水文模型的重要参数之一,利用被动微波遥感技术可以有效获取土壤水分。本文分析被动微波遥感反演土壤水分的国内外研究现状,在前人相关理论与方法的研究基础之上,基于土壤的微波辐射特性,通过双波段(C、Ku)微波辐射计对不同水分、不同表面粗糙度的土壤微波辐射特性进行了试验研究,分析土壤湿度与微波发射率、土壤粗糙度与微波遥感指数之间的定量关系,并建立了土壤湿度与微波发射率、粗糙度与微波遥感指数间的经验模型。     

基于SI-MSAVI特征空间的河套灌区盐碱化遥感监测研究

内蒙古河套灌区土壤盐碱化已经严重影响到了当地农业和经济的可持续发展。遥感技术能够定量获取实时的土壤盐碱化信息,监测盐碱化状况。利用Landsat遥感影像,采用盐分指数(salinity index,SI)和改进型土壤调节植被指数(modified soil-adjusted vegetation index,MSAVI)构建了改进型盐碱化监测指数(modified salinization detection index,MSDI)模型,对河套灌区沈乌灌域土壤盐碱化进行定量分析与监测,然后分别对研究区2001年、2010年和2017年土壤盐碱化信息进行分类并统计分析,不同盐碱地类型的MSDI平均值差异明显。通过野外考察并结合土壤样品实测含盐量数据,对改进型盐碱化监测模型进行了精度验证,MSDI与土壤含盐量相关性为0. 856 8,土壤盐碱化信息提取总体精度达到87. 5%,Kappa系数为0. 726。2001年以来研究区土壤盐碱化状况得到了有效的改善,非盐碱地占比由18. 50%增加至30. 47%,中轻度盐碱地呈碎片化趋势。结果表明,基于SI-MSAVI特征空间建立的盐碱化监测模型MSDI可以定量提取土壤盐碱化信息,有效地对河套灌区土壤盐碱化进行监测。     

卫星遥感技术在环境保护中的应用

阐述了卫星遥感技术在环境保护中的应用现状,针对新乡市环境保护的具体需求,运用遥感图谱解译技术解决大面积地面固体污染源监测问题,利用大气气溶胶反演技术实现区域PM10空间态势分析.结合地面观测站实测数据,提出利用线性拟合与回归分析方法定量评价卫星遥感数据在环境保护应用的可行性,结果表明卫星遥感数据与地面站实测数据呈现高度相关性.与地面观测站以及人工现场监测相比,卫星遥感技术具有大范围、省时省力等优点,具有广阔的应用前景.但是由于大气气溶胶多变的时空特性、探测技术精度的限制及地域关键信息的缺失,气溶胶定量反演技术并不完善,需要开展进一步的研究.     

石羊河流域水质环境遥感监测评价研究

利用遥感技术对流域水质环境的监测评价,可实现全流域水质的同步监测,其监测结果具有可比性。以石羊河流域为实验区,研究了一种基于遥感技术的河流水质环境监测与评价方法,该方法克服了传统监测方法的局限性,完善了表面水质遥感信息获取的基础方法研究体系。     

基于遥感和GIS的土地适宜性评价

以湖北京山县平坝镇为研究区域，将遥感技术和GIS技术相结合，充分发挥遥感在土地信息获取和GIS在数据管理及空间分析方面的优势，探索遥感技术在土地适宜性评价中的应用，从而确定土地对农林业是否适宜及适宜程度，为湖北土地利用规划提供依据。     

黄河三角洲春秋两季土壤盐分遥感反演及时空变异研究

为探索黄河三角洲春秋两季土壤盐分变化,以垦利县为研究区,利用2013年春秋两季Landsat影像,结合野外实测土壤样点与实验室测得土壤含盐量数据,通过遥感技术和统计反演模型,构建土壤盐分定量遥感反演模型,进行土壤盐分空间分布变异及春秋两季土壤盐分的对比分析。通过对原始反射率、反射率线性变换与土壤含盐量进行相关性分析,筛选出土壤盐分敏感波,基于敏感波段建立多元回归模型。研究表明:土壤盐分含量较高的季节集中在春季,而秋季相对低。垦利县土壤盐分含量在靠近海滨地区较为严重,内陆地区的盐碱程度较低,主要影响因素有气候、地表径流等。此研究结果可为研究区盐碱土改良提供数据参考和依据,也对黄河三角洲生态区保护具有重要意义。     

污染场地土壤的光谱特征分析

随着经济发展与城市化进程的加速,随之带来的土壤污染等环境问题呼之欲出。传统的土壤环境监测方法依赖于定点采样分析,耗时长,成本高;而遥感技术凭借监测范围广、速度快、成本低和便于进行长期动态监测等优势,已广泛应用于环境地球化学和土壤科学等领域。文章以天津某农药厂为研究对象,在地面土壤光谱实测以及土壤中农药类污染物化学分析的基础上,开展农药类污染物的土壤光谱响应特征研究,分析不同农药类污染物对土壤光谱特征的影响,为进一步应用遥感技术进行土壤地球化学填图、土壤质量评价等提供参考。     

基于地理国情监测的自然资源资产核算方法

在对环境与经济核算体系、自然资源资产及其负债、自然资源资产编制需求等相关理论进行综合分析的基础上,梳理得到地理国情监测和遥感技术支持下的自然资源资产负债指标体系,并以陕西省延安市为例进行了实例验证与分析。结果表明:①地理国情监测可为自然资源资产负债表编制提供与资产数量(存量和变化量)相关的较新、较可靠的基础性数据支持,基于遥感技术反演的植被覆盖度(FVC)和植被净初级生产力(NPP)可提供反映与林木资源和生态环境质量特征相关的实时动态信息;②延安市土地资源以林地为主,其次为草地和耕地,2015-2016年土地资源整体变化不大,草地和园地略有减少,耕地、城镇村及工矿用地和交通运输用地有所增加,土地资源的转移变化主要表现为草地转向耕地和城镇村及工矿用地;③2015-2016年延安市的FVC和植被NPP呈增加趋势,表明延安市生态系统的质量状况有所改善。     

“GF-1”影像质量评价及矿区土地利用分类潜力研究

为客观评价GF-1影像的质量及其在矿区土地利用分类的应用潜力,选择黄土高原区平朔矿区为研究对象,以同季相的SPOT 6影像作对比分析。在工程质量上,从灰度信息、纹理特征两个方面选取评价指标对其进行研究,统计结果表明:GF-1影像所含信息层次复杂,地物类型表达丰富;纹理特征明显,能用于复杂地类的提取。在应用角度上,构建基于像元的最大似然法和基于面向对象的最邻近两种分类器分别对研究区进行土地类型提取,对比分类结果表明,GF-1影像整体分类效果略次于SPOT 6影像,但GF-1影像仍能够满足用户快速获取矿区土地状况和其周边环境信息的应用要求,具有监测矿区土地变化和分析复垦植被生长状况等方面的潜力,可以为矿山土地生态复垦的整体规划设计和技术实施等提供基础数据。     

基于Landsat-8 OLI TIRS对黑河流域的土壤湿度反演研究

土壤湿度是表征土壤水分状况和土地水文过程的一项重要指标,与农作物及植被的生长密切相关,而传统的土壤湿度监测可以较为准确地测量出土壤湿度,但是不能反映较大范围内的土壤含水情况,耗时长且耗费的人力物力较多.随着遥感技术的发展,其被广泛应用于植被分类、土地利用规划、地球资源普查、环境污染监测等领域.其中,土壤湿度也可以通过遥感卫星影像丰富的波段信息反演获取,实现对土壤湿度的大范围的动态监测.本文旨在利用遥感卫星影像Landsat-8的OLI成像仪和TIRS传感器波段数据,反演地表温度,计算ND-VI,构建TVDI模型,对黑河流域内的土壤湿度进行反演研究.     

旱情遥感监测研究进展与应用案例分析

在大范围、长时序的旱情监测中,遥感技术以其快速、经济和大空间范围获取的特点,弥补了基于台站气象数据旱情监测的不足,为防旱和抗旱决策提供了实时、动态、宏观的辅助决策数据。本文对已有旱情遥感监测方法进行分析和整理,将其总结为基于土壤热惯量、基于土壤波谱特征、基于蒸散模型和基于植被指数的旱情监测方法,并对各类方法从监测原理、适用范围和应用进展等方面进行了阐述。在此基础之上,详细介绍一种结合了全球植被水分指数和短波角度归一化指数的优势建立的旱情遥感监测模型和方法。以2010年春季西南地区旱情为应用案例,从监测模型方法、数据处理流程和应用分析等方面,介绍一种基于植被水分指数的旱情监测方法,并对其监测结果进行统计分析与评价。     

青海省生态服务功能评价研究

采用定量指标法和模型法研究了青海省水源涵养、生物多样性、土壤保持、防风固沙生态服务功能。不同模型下的服务功能利用GIS进行空间叠加处理,得到青海省生态系统服务总值。对青海省净初级生产力(NPP)分析发现,水、光、热条件较好的区域植被覆盖较好,而定量指标法评价因子少、相关数据易获取,但是评价结果只是定性分析;模型法评价因子多、相关数据不易获取,但是评价结果为定量分析、极小区域评价与实际相符。基于两种模型的特点,本文采用"定量指标法"得出防风固沙功能评价数据与"模型法"得出的水源涵养、土壤保持功能评价数据进行叠加分析,即"综合法"。该方法较为客观地评价了青海省生态服务功能,也为下一步青海省生态保护红线的划定提供了有力的科学依据。     

基于地表温度—植被指数三角/梯形特征空间的地表蒸散发遥感反演综述

地表蒸散发是地表水分循环和能量平衡的重要组成成分,其准确估算对农业灌溉与干旱监测、水资源管理、气候变化预估等研究至关重要。基于地表温度—植被指数三角/梯形特征空间开展地表蒸散发遥感反演及土壤蒸发/植被蒸腾分离是地表蒸散发定量遥感研究的国际热点与前沿课题之一。本文全面、系统、深入地综述了地表温度—植被指数三角/梯形空间反演地表蒸散发和分离土壤蒸发与植被蒸腾的国内外研究进展,详尽阐述了各干湿边确定方法和蒸散发反演建模方法的基本原理、优势与不足等,明晰了各方法的适用条件并梳理了待进一步解决的问题,最后指明了三角/梯形特征空间蒸散发遥感反演研究的未来发展方向。通过本文,有助于深化认识基于三角/梯形特征空间反演地表蒸散发的机理,为遥感反演地表蒸散发及分离土壤蒸发/植被蒸腾新方法的创立提供启迪,推动中国蒸散发定量遥感研究水平迈上新台阶。     

特征变量选择结合SVM的耕地土壤Hg含量高光谱反演

为探讨应用高光谱数据反演耕地土壤重金属汞(Hg)含量,对原始光谱进行10 nm重采样和SG平滑处理,用不同光谱变换数据与土壤重金属Hg含量进行相关性分析,采用IRIV、Random Frog和PCC提取光谱特征波段,分别建立SVM与GWO-SVM土壤Hg含量高光谱反演模型,获取Hg含量最优反演路径.研究表明,一阶微分变...