一种用于城市信息提取的改进居民地指数

区域或者全球尺度上的城市分布信息提取是目前研究的热点与难点。采用DMSP-OLS夜晚灯光数据直接提取城市信息会受到灯光溢出问题的影响,且溢出问题因灯光光斑大小而异,不易定量分析。采用可见光-近红外遥感影像提取城市信息时,多选取植被丰富的地区,避免了裸土对城市信息提取造成的影响,但限制了研究区域的选择。为了解决以上问题,应用DMSP-OLS夜晚灯光数据和可见光-近红外遥感影像,对居民地指数(human settlement index,HSI)进行改进,构建了改进居民地指数(modified human settlement index,MHSI)。采用MHSI对中国和美国的城市进行了提取实验,并利用中国历年城市统计数据和美国NLCD土地覆盖数据集对提取结果进行验证。实验结果表明,MHSI在解决灯光溢出问题的同时,避免了其他地物类型(裸土、水体和植被)对城市信息提取的影响,一次性实现了区域或者全球城市信息的提取,提取精度优于HSI和MODIS土地覆盖数据集。     

融合多特征的城市不透水面覆盖率估算方法

高分辨率遥感技术的发展为准确估算城市区域精确不透水面信息提供了有效可靠的数据源。为了利用高分遥感影像精确估算不透水面信息,提出了一种基于多特征的城市不透水面覆盖率(Impervious Surface Percentage,ISP)遥感估算模型。该方法利用Sentinel-2光学遥感数据和珞珈一号夜间灯光遥感数据,从多个角度提取了反映不透水面信息的指数特征,基于多元回归分析方法构建了多因子不透水面覆盖率估算模型。以南京市为研究区对该方法进行了验证。结果表明,多因子不透水面覆盖率估算模型可以有效融合多种遥感信息,明显提高了城市ISP估算精度。     

GF-2支持下的干旱区稀疏植被区植被覆盖度估算

现有像元二分模型MODIS植被覆盖度模型因其形式简单、适用性较强的特点被广泛应用于区域植被覆盖度（FVC）的估算。然而,研究表明在沙漠和低植被覆盖的西部干旱区,从250 m的影像上很难精准地获取NDVI_veg（全植被覆盖植被指数）和NDVI_soil（全裸土区植被指数）参数。利用常用的直方图累计法获取模型所需参数NDVI_veg和NDVI_soil,估算结果存在普遍高估现象。为此,本文首先引入同期获取的GF-2号卫星数据,从GF-2号影像上提取植被覆盖像元;然后,利用Pixel Aggregate方法重采样至250 m分辨率,获取250 m空间分辨率下纯植被和纯裸土像元;最后,将纯植被和纯裸土像元各自空间位置相对应的MODIS NDVI数据最大值作为模型所需NDVI_veg和NDVI_soil参数,实现研究区内植被覆盖度的估算。试验通过与线性回归法、多项式回归法和直方图累计像元二分模型法估算结果进行精度对比,结果表明：利用GF-2影像辅助的像元二分模型,精准地获取了低植被覆盖区NDVI_veg和NDVI_soil模型参数,提高了干旱区植被覆盖度的估算精度,并有效地抑制了受稀疏植被影响NDVI在干旱区普遍偏高问题导致的FVC高估的现象。     

CBERS-02B多光谱数据在城市不透水面 估算中的可用性研究

以厦门岛为研究区,以CBERS-02B的CCD影像为数据源,采用基于可变端元的线性光谱混合模型估算了城市不 透水面组分含量,并探讨了该方法的实现过程与优势。通过端元评估确定了研究区的４个典型端元,即高反射不透水 面、低反射不透水面、高反射土壤和植被。在此基础上,以高、低反射不透水面端元的组分含量对城市不透水面含量 进行估算。精度评价结果显示：基于可变端元的方法要优于一般带全约束法;而在混合像元分解过程中加入全色波段 （band5）有助于提高模型估算精度,使得在像元尺度的精度与采用Landsat的已有报道相近,而在土地利用单元尺度实 现了对城市不透水面的无偏估计。研究实例也表明,尽管目前CBERS-02B数据在辐射定标和地理定位等方面还有待改 进,通过采用适当的处理过程和技术手段,依然能利用该数据对城市不透水面进行有效估算。     

多尺度城市地表温度降尺度方法

针对目前星载热红外传感器的空间分辨率低,无法满足城市尺度的生态环境研究需求的现状,该文选择地表覆盖类型复杂的区域,根据研究区土地覆盖类型,选取归一化植被指数(NDVI)、城市不透水面指数(ISA)、改进的归一化差异水体指数(MNDWI)等因子加入DisTrad模型,采用移动窗口逐步回归统计地表温度和因子的线性关系,利用半方差曲线函数和均方根误差综合确定最优移动窗口的大小,以提高地表温度降尺度精度。研究结果表明:改进的DisTrad模型在地表覆盖类型复杂区域,具有良好的降尺度目视效果,且具有较高的降尺度精度,尤其在低植被覆盖的建筑区、水体区域具有更高的精度。     

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。     

基于半约束条件下不透水面的遥感提取方法

不透水面作为城市生态环境的一个重要指标,被广泛应用于城市扩张监测、热岛效应分析及人类活动影响等方面的研究中。线性光谱混合模型构造简单、物理含义明确,是估算不透水面的主要方法。但是全约束的线性光谱混合模型容易在不透水面覆盖较低的地区(0~20%)出现高估,而在不透水面覆盖较高的地区(80%~100%)出现低估。因此,以黑龙江省富锦市为实验区,利用Landsat5 TM图像,讨论了线性光谱混合模型在不同端元数目和约束条件下对不透水面的估算精度,发现三端元(高反射率地物、植被及土壤)半约束条件的线性光谱混合模型估算结果最优,其均方根误差为16.71%,并结合地表温度和植被覆盖度辅助分析,去除了水田对不透水面估算的影响,提高了不透水面的估算精度。     

利用雷达干涉数据进行城市不透水层百分比估算

人工不透水层是城市地区的重要特征.作为城市生态环境的关键指数,不透水层百分比(Impervious Surfaces Percentage, ISP)常用于城市水文过程模拟、水质面源污染及城市专题制图等研究中.本文利用ERS-1/2 重复轨道雷达干涉数据,采用分类与回归树(CART)算法探究了雷达遥感在城市ISP估算中的可行性和潜力,并与SPOT5 HRG光学遥感图像的估算结果进行了分析比较.香港九龙港岛实验区的初步研究结果表明,雷达干涉数据在城市不透水层研究中具有一定的应用潜力,特别是裸土和稀疏植被的ISP估算结果要好于光学遥感,这主要得益于雷达干涉数据(特别是长时间相干图像)在人工建筑物和裸土或稀疏植被之间具有很强的区分能力,另外,雷达干涉数据和光学遥感数据间的融合能够提高ISP估算精度.     

多时相Landsat影像的平原河网区不透水面信息提取方法与应用

不透水面是衡量城市生态环境的重要指标,针对平原河网区不透水面与水体、裸土等地物较难区分的问题,以苏北里下河平原快速城镇化区为研究对象,利用多时相Landsat影像为数据源,基于像元光谱特征及其季节性变化分析,构建了基于时序NDWI、NDVI和NDBI的决策树模型,并利用GIS空间分析技术对不透水面的时空变化特征进行了分析。结果表明：多时相光谱信息可有效改善水体、裸土和稀疏植被等像元与不透水面的混分,2005年和2016年的不透水面分类总体精度和Kappa系数均在0.85以上,合理反映了不透水面以向东和向南扩张为主的趋势特征,年均扩张速度约为6.7 km²。研究成果为该区城镇化下的生态环境效应研究提供数据基础,同时可为其他平原河网区不透水面信息提供借鉴和参考。     

Landsat8不透水面遥感信息提取方法对比

不透水面是重要的地表覆盖类型,利用卫星遥感影像准确提取不透水面信息对于掌握地表覆盖变化具有重要意义。现有研究已提出了多种不透水面遥感信息提取指数,但目前尚缺乏对这些不透水面指数的系统对比分析。利用Landsat8卫星遥感影像,测试了目前8种主要不透水面指数的提取精度。结果表明,在现有不透水面指数中,垂直不透水层指数能够有效增强不透水面信息,不透水面提取精度最高(89. 6%),其次是比值居民地指数和生物物理组分指数(87. 5%和87. 4%),城市指数与新建筑指数提取精度再次之(82. 9%和80. 0%),归一化差值不透水面指数、归一化建筑指数和基于指数的建筑指数未能有效增强不透水面信息,提取精度较低(75. 0%)。此外,这8种不透水面指数都未能有效解决不透水面与大片裸地光谱混淆的问题,在裸地广泛分布的区域难以准确提取不透水面,平均提取精度仅为71. 0%,影响了不透水面指数的大区域应用。     

一种新的增强型不透水面指数

针对西北干旱地区城市不透水面提取存在的局限性以及阈值确定的繁琐性等问题,该文提出了一种新的增强型不透水面指数(ENDISI)。基于Landsat8_OLI影像,以兰州市建成区为例进行不透水面信息提取,总体精度达到88.5%,结果较为理想。相比于已有的不透水面指数,ENDISI可以有效避免西北干旱区沙土、裸露山体的影响,适用性更强;采用"0"作为提取不透水面的阈值,简单、客观并且提取精度高。综上表明,ENDISI可用于西北干旱地区城市不透水面信息的高效提取。     

归一化光谱分解模型在城市化信息提取中的应用

以2001年7月11日LandsatETM7影像和2009年7月16日TM影像为数据源,基于V-I-S理论模型,采用归一化光谱分解模型提取了乌鲁木齐市区范围内2个时段的植被、土壤、不透水层3个连续地表参数分量。通过对不透水层不同阈值的划分,提取了2时段的乌鲁木齐市城市发展的空间信息,结果较为满意;通过空间叠加计算方式获取了8年来乌鲁木齐市城市化发展的空间信息和主要拓展方向。结果表明,乌鲁木齐城市化发展速度较快,特别是北扩趋势显著。     

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。     

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。     

干旱—半干旱地区地表特征探测的成像雷达干涉测量方法与模型

从估测干涉测量雷达数据相关性出发，通过利用欧洲资源卫星1号和2号获取的重轨干涉测量雷达数据，开展新疆喀什试验区地表土地类型的识别与分类，区分和识别出裸土，盐碱地，灌丛，裸岩/戈壁，沼泽和水体6类土地类型。并对不同土地类型的后向散射特性和相关性进行定量分析。探讨干涉测量数据相关性干旱-半干旱地区地表特征的关系，从而建立了干旱-半干旱地区地表变化的干涉测量时相关模型。为干旱-半干旱地区利用干涉测量数据进行地表变化监测提供理论依据。     

Mapping impervious surfaces with the integrated use of Landsat Thematic Mapper and radar data: A case study in an urban–rural landscape in the Brazilian Amazon

This research explored the integrated use of Landsat Thematic Mapper (TM) and radar (i.e., ALOS PALSAR L-band and RADARSAT-2 C-band) data for mapping impervious surface distribution to examine the roles of radar data with different spatial resolutions and wavelengths. The wavelet-merging technique was used to merge TM and radar data to generate a new dataset. A constrained least-squares solution was used to unmix TM multispectral data and multisensor fusion images to four fraction images (high-albedo, low-albedo, vegetation, and soil). The impervious surface image was then extracted from the high-albedo and low-albedo fraction images. QuickBird imagery was used to develop an impervious surface image for use as reference data to evaluate the results from TM and fusion images. This research indicated that increasing spatial resolution by multisensor fusion improved spatial patterns of impervious surface distribution, but cannot significantly improve the statistical area accuracy. This research also indicated that the fusion image with 10-m spatial resolution was suitable for mapping impervious surface spatial distribution, but TM multispectral image with 30 m was too coarse in a complex urban–rural landscape. On the other hand, this research showed that no significant difference in improving impervious surface mapping performance by using either PALSAR L-band or RADARSAT C-band data with the same spatial resolution when they were used for multi-sensor fusion with the wavelet-based method.     

基于ASTER GED产品的地表发射率估算

地表发射率是地表温度反演的重要输入参数,为了解决现有地表发射率估算方法在裸露地表精度较差的问题,本文基于最新的ASTER全球地表发射率产品(ASTER GED)和基于植被覆盖度的方法(VCM),提出了一个改进的地表发射率估算方法。首先,利用ASTER GED产品求解裸土发射率,然后,利用ASTER波谱库中的植被发射率和植被覆盖度结合VCM方法计算地表发射率。利用张掖地区2012年11景ASTER TES算法反演的地表发射率产品和实测地表发射率数据进行了验证,同时利用一景Landsat 8 TIRS数据分析了对地表温度反演精度的影响。结果表明该方法估算的地表发射率整体精度较高,可以有效改进裸露地表的发射率估算精度,用于支持利用多种热红外传感器数据生产高精度的地表温度产品。     

城市不透水表面遥感估算研究

作为城市化水平的关键指示因子,不透水表面已经被广泛应用在城市生态环境评估中。利用TM影像,采用附有限制条件的线性光谱混合模型对北京城区的不透水表面分布进行空间分析。通过高反照率、低反照率、植被及土壤4类光谱端元的线性组合表征城市土地覆盖类型,综合剔除噪声影响后的高、低反照率分量,估算北京城区不透水表面分布。研究结果表明：利用附有限制条件的线性光谱分解得到的RMS平均值为0．003428。其不透水表面分布结果与同期spot-5对比验证,R2为0．932,均方根误差为0．086,结果令人满意。