泰安市区不透水面覆盖度遥感估算研究

区域不透水面覆盖度是该区域城镇化程度、生态环境状况的重要指示因子。针对传统线性混合像元分解丰度图经常出现负值或者大于1的情况,采用完全约束最小二乘混合像元分解方法,利用泰安市市区Landsat8 OLI遥感影像提取了其不透水面分布状况,运用高分辨率遥感影像随机采样进行了精度检验,并对该区域不透水面空间特征进行了分析。结果表明:该文方法对泰安市市区不透水面分布提取的精度较高;植被、水体、高和低反照率不透水面4种光谱端元的线性组合,可以较好地模拟OLI影像的波谱特征;高、低反照率不透水面两种光谱端元可以很好地表达泰安市市区不透水面信息。     

基于多时相遥感的鄂尔多斯市不透水面变化分析

不透水面作为城市发展和生态环境的重要评估因子,在保障生态环境健康和城市可持续发展中具有重大意义。本文以鄂尔多斯为研究区,通过融合多时相Landsat和夜间灯光数据,提取1990—2019年的不透水面信息,并利用重心分析法、标准差椭圆理论和景观指数理论分析时空演变规律。研究结果表明:①1990—2019年鄂尔多斯市不透水面经历了快速扩张;东北部不透水面覆盖度高于西南部;不透水面的扩张模式总体上表现为“向外扩张-向内加密”。②东北部扩张速度减缓,西南部扩张速度增快。③不透水面扩张的方向性减弱;不透水面扩张的方向有由“东北-西南”向“东-西”转变的趋势。④斑块数量及边缘斑块破碎度增加,城市与郊区的连通性增强,城市有向周边郊区扩张的趋势。本文研究对于进一步了解城市生态环境健康与城市可持续发展的相关关系具有一定的参考价值。     

融合多源时序遥感数据大尺度不透水面覆盖率估算

不透水面信息是监测城市扩张及区域生态环境变化研究的重要指标，基于遥感技术对地表不透水面信息进行快速提取具有重要意义。传统大范围不透水面覆盖率估算模型主要基于单一遥感信息与不透水面比例之间的相关性，通过单因子回归模型实现不透水面覆盖率的估算。受限于单一遥感信息的信息量及普适性等影响，这类方法在大尺度不透水面提取中具有较大局限性，估算结果的区域适应性存在较大差异。针对该问题，本文提出基于多特征遥感信息进行不透水面估算的方法，以弥补单一特征在大范围不透水面提取中的不确定性。该方法首先以多时相MOD13Q1、MOD09A1产品、夜间灯光数据（NPP-VIIRS）和Landsat 8 OLI为遥感数据源，从不同角度构建突出不透水面信息的多个指数特征；在此基础上利用多元回归模型建立多因子不透水面覆盖率估算模型，进而实现大尺度不透水面覆盖率的遥感估算。本研究选择分布于全国范围内13个典型城市作为主要研究区对提出的模型进行了验证，结果表明：该方法能够适应不同区域不透水面覆盖率的估算，在复杂城市区域表现出较传统方法更好的效果，明显改善了城市内部不透水面覆盖率的估算精度。     

无锡市城市不透水面扩张特征及其水环境效应

以无锡市为研究区,分析了1988-2016年无锡市不透水面扩张特征,并利用重力学模型分析了不透水面扩张对太湖水环境的影响。结果表明,无锡市不透水面呈显著上升趋势。不透水面比率由1988年的4.1%上升至2016年的32.3%。不透水表面空间影响力与太湖水质呈显著的相关性,水体总氮、硅含量与不透水面的空间影响力G相关性最好,相关系数分别为0.929和0.857。叶绿素a浓度、高锰酸钾指数、水温以及2004年前的总磷与无机磷含量与G的相关系数均大于0.6。可见,城市不透水面扩张对周边水体有较大的影响。     

植被调节下的干旱区不透水面覆盖率遥感估算方法

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的居住区指数模型（HSI）广泛应用于区域尺度城市不透水面扩张监测。但是,在干旱区由于受到裸岩、沙漠、戈壁等低植被覆盖区干扰,HSI算法的精度和适应性受到了一定的影响。为解决这一问题,本文利用植被覆盖度作为调节系数,对灯光数据与植被指数进行动态调整,构建了适用于干旱区的城市植被调节不透水指数（VAISI）;然后采用SVR模型,通过机器学习的方法构建了城市不透率参考数据与VAISI之间的非线性关系模型,实现对干旱区区域尺度不透水面覆盖率估算;最后,对模型估算结果进行了精度验证和比较分析。试验结果表明：在干旱区,VAISI解决了由于灯光溢出问题及城市周边裸土等低植被覆盖等因素导致的城市周边裸土像元不透率估算过高问题,一定程度上提高了城市内部不透水面空间分布信息的表达能力,有效克服了非灯光区估算结果高于背景值的现象。平均相关系数R由0.69提升到0.79,RMSE由0.17降至0.14。     

1987-2015年宁波市不透水面时空变化分析

全面掌握城市不透水面变化规律和现状,对于城市化进程研究、城市规划发展和生态文明建设等具有重要的意义。以宁波市为研究区,基于1987-2015年的Landsat影像,利用完全约束最小二乘混合像元分解法实现宁波市不透水面信息提取,结果表明:完全约束最小二乘混合像元分解法避免了不透水面丰度出现负值的情况,提取精度较好;近30年宁波市不透水面扩张显著,不透水面面积增长近5倍,扩张速率和强度在2007-2010年达到最大,并逐渐趋于平稳,2007年以前宁波市城市扩张以三江口片和各区县(市)主城区为主,2007年后则以新区经济发展带扩张为主。     

典型绿洲城市不透水面提取及时空变化分析

选取库尔勒市城区为研究区,以2009、2012、2014年Rapid Eye影像为数据源,利用混合像元分解方法提取了库尔勒市的不透水面信息,分析了不透水面的时空变化特征。选取高程、坡度、坡向、距水系距离、距道路距离、距2009年城区距离、距规划区距离7个因子,利用Logistic回归进一步分析了2009—2014年库尔市不透水面扩张的主要影响因素。结果表明:2009年库尔勒市不透水面所占比例为27.04%,2012年为32.89%,2014年为35.69%;各因素的贡献率依次为坡度、坡向、距规划区距离、距道路距离、距2009年城区距离、距水系距离、高程;整体来看,在交通线密集的地方,城市不透水面分布较多,相对而言交通线稀疏的地方不透水面分布较少,并且具有沿道路轴线发展的趋势。     

改进遥感生态指数的宜宾市三江汇合区生态环境评价

城市扩张是宜宾市近年来的主要特征,研究其对生态环境的影响,对城市发展与生态保护具有重要意义.为了更好地评价城市扩张对生态的影响,基于遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI),构建归一化不透水面和裸土指数替代原有建筑指数作为干度指标,建立了改进型遥感生态指数(improve...     

南昌地区不透水面信息自动提取

随着城市化进程的不断加速，不透水面成为一种十分关键的地表覆盖类型之一，如何快速获取高精度的不透水面信息成为目前遥感研究的重点话题。考虑不透水面构成复杂、光谱曲线复杂的特征，本文基于决策树思想，通过建成区指数（BUAI）、改进的归一化水体指数（MNDWI），制作研究区植被、水体掩膜，并根据研究区土壤反射光谱特点制作研究区土壤掩膜。通过基于决策树思想的提取模型，结合掩膜文件，逐步剔除透水面，得到不透水面信息。结果表明：该模型提取的不透水面信息总体精度达到了98.27%，Kappa系数为0.86。通过和实地信息对比分析，认为该模型提取结果较为可靠，适用于大范围地区的不透水面信息提取。     

地表不透水面比例遥感反演研究综述

城市化造成的城市扩张给社会和生态环境带来诸多问题,监测城市变化是解决这一系列问题的重要切入点。不透水面数据作为表征城市扩张的重要指标已成为城市化研究的热点。不透水面数据获取及其时间序列变化分析是现阶段研究的核心。相比于早期基于平面地图的不透水面提取,遥感因其能够连续、快速、大范围对地观测而被广泛应用于不透水面的研究。多源数据融合和多种反演方法的提出使不透水面的遥感反演取得不断进步,研究的重心也逐渐由不透水面分类制图转移到亚像元不透水面比例的定量反演。本文从单时相和时间序列2个角度对不透水面比例遥感反演方法进行总结,详细分析了各种方法的优势和不足,并简述和对比了常用精度验证方法;最后总结了现阶段不透水面比例遥感反演方法中存在的问题并提出了解决思路,展望了未来的发展方向。     

基于规则的高分影像不透水层提取技术研究

为满足城市环境评价、城市规划监测、城市水循环评价对城市不透水层检测的需求,本文以国产高分卫星多光谱数据为研究基础,提出了一种新颖的基于规则的高分辨率多光谱影像不透水层提取方法,该方法利用归一化指数模型,融合对象统计特征,制定综合判定规则,可有效提升城市区域不透水层的提取精度。同时利用国产卫星数据,选择了典型的10个城市进行实验验证,取得了良好的效果。该方法可广泛应用于城市外轮廓提取、城市环境评估、城市扩展评估等研究领域。     

Sentinel+Landsat融合影像的城市不透水面积参数获取

不透水面是衡量城市化的发展程度和评价城市生态环境质量的重要指标之一。南昌市作为环鄱阳湖生态经济圈的典型代表区域城市之一,准确、及时、高效地获取其不透水面信息对经济发展和生态规划提供全新的决策参考具有重大意义。现有的不透水面研究大多集中在针对单一光学遥感影像数据提取不透水面信息,但受影像数据源的影响,其分类结果往往存在光谱混淆和“椒盐”现象,限制了不透水面分类精度的进一步提高。为了改善这一局面,本文以南昌市为研究区,综合考虑多源遥感影像数据各自具有的影像特征优势,探究基于Sentinel+Landsat影像提取不透水面信息的适用性与优劣性。     

地表不透水面信息遥感的主要方法分析

全球范围内的城市扩张已使得大量的不透水面取代了以植被为主的地表自然景观,并给生态环境带来了明显的负面影响。不透水面作为一个影响生态环境的关键因子已引起了全社会的广泛关注。如何及时快速地掌握不透水面的空间分布信息,准确无误地量化不透水面的动态变化信息,是城市规划、环境保护亟待解决的现实问题。而遥感以其快速、大范围、多尺度、可重复的对地观测优势为解决这一问题提供了很好的解决方案。不透水面遥感研究经过近十几年的发展已有了长足的进步,多种针对不透水面信息反演的遥感创新技术与方法被相继提出。本文重点分析了这些针对遥感不透水面提出的创新技术,详细地指出了它们的优势和不足,并在此基础上总结了中国遥感工作者在不透水面遥感方面的研究工作。当前许多不透水面信息的反演精度都可以达到85%以上,但是不透水面与裸土和阴影信息的混淆仍是困扰不透水面信息精准反演的主要问题。由于大部分不透水面材料具有和砂土石同源的特点,因此在现有影像光谱分辨率不足的情况下,单靠光谱是很难进一步提高不透水面信息的反演精度,而借助LiDAR等其他辅助数据,将有望帮助解决这一瓶颈问题。     

武汉城镇化与热岛效应的定量研究

针对目前城市化进程加快对城市增温和城市热岛效应的促进作用尚不十分明确的问题,提出基于遥感技术的城镇化与热岛效应数量关系的构建。结果表明,1987-2013年间,武汉市中城镇化水平(50%~80%ISA)面积增加了14.5倍,高城镇化水平(80%~100%ISA)面积增加了2.8倍,城镇化范围沿着武汉市主城区和主要干道不断扩张;不透水面值与地表温度表现出明显正相关,不透水面值平均增加1%,可使地表温度增温0.06℃~0.19℃,城镇化水平对武汉城市热岛效应作用明显。研究结果为探讨城市热岛效应的缓解对策提供了基础,对合理规划和管理城市化意义重大。     

城市不透水面遥感估算

由于人口快速增长和农村人口向城市迁移,城市不透水面积也在持续快速增长。加速的城市扩张和无监控的城市开发会导致诸多生态环境问题。本文利用Landsat影像,采用附有限制条件的线性光谱混合分解、植被覆盖度与不透水面负相关模型、监督分类三种方法对南京城区的不透水表面分布进行空间分析。通过评估这三种方法提取的不透水面的精度和分析和种方法受其主要人为因素的影响大小以及不透水面的提取过程,表明了线性光谱混合分解方法较优。     

Improving impervious surface estimation: an integrated method of classification and regression trees (CART) and linear spectral mixture analysis (LSMA) based on error analysis

Classification and regression tree (CART) has been widely implemented to estimate impervious surface, an important indicator of urbanization and environmental quality. Although the CART algorithm gains higher overall accuracy than linear regression models, only very few studies have noticed that reliability of CART is affected by systematic errors. Especially, CART typically overestimates impervious surfaces in low-density urban areas and underestimates them in high-density urban areas. The primary objective of this study is to develop an improved integrated method to estimate impervious surface with higher accuracy by reducing the systematic errors of CART. This improved method was applied to three urban areas, Chicago (United States), Venice (Italy), and Guangzhou (China) to examine its effectiveness. When compared with the conventional CART, overall mean average error (MAE) and root mean square error (RMSE) of improved method are decreased by 22.64% and 20.93%, respectively, and R² rises from 0.9 to 0.96. In high-density impervious surfaces, where intensely developed urban area is located, the MAE and RMSE for the improved method are 0.066 and 0.088, respectively, largely improved from 0.100 to 0.130. Since accurate estimation of high-density impervious surfaces is the fundamental issue for monitoring and understanding the urban environment, the improved method demonstrated in this study is significant.     

基于混合光谱分解的城市不透水面分布估算

城市化的一个重要表现就是不透水面分布比率的上升,城市内部不透水面分布是城市生态环境的一个重要指标。对于规模较大的大城市,采用高性价比的中等分辨率影像,获取不透水面的分布,是当前国际研究的一个热点。本研究利用Landsat 7的ETM 影像,在线性光谱分解的技术上,提取了上海市的不透水面分布并对其空间特征进行了分析。研究揭示,ETM 影像对于城市尺度的信息提取,其成本是较低的;对于城市地域来说,利用植被、高反照度、低反照度和裸露的土壤四种最终光谱端元的线性组合,可以较好地模拟ETM 波谱特征,而除了水面以外的高反照度、低反照度两种最终光谱端元,可以较好地表达城市不透水表面信息。结果显示,利用中等分辨率影像对上海中心城区不透水面分布提取的精度还是令人满意的,总体上,上海市不透水面分布比率较高,不透水面分布的空间差异进一步揭示了城市土地覆被空间结构以及城市空间扩展的差异性。