基于离散粒子群算法的2种新型水体提取方法的对比与验证

随着遥感技术在水体提取与监测方面的广泛应用,更多的研究者致力于提高遥感水体提取的精度。离散粒子群算法在遥感图像分类研究中获得了较高的精度和更稳健的分类效果,已经被应用到遥感水体提取领域,但其在水体提取中的适用性和精度还有待对比与验证。本文采用最新提出的2种基于离散粒子群算法的水体提取方法,即光谱匹配耦合离散粒子群算法（SMDPSO）与最大熵耦合离散粒子群算法（MEDPSO）,基于Landsat8_OLI遥感影像,分别选择了有冰雪、有云、有山体阴影和有建筑物的4种环境复杂,常规方法提取精度较低的区域进行水体提取,并与2种常用的水体指数法（NDWI、MNDWI）进行了对比与验证。结果表明：① SMDPSO和MEDPSO方法在4个实验区都能快速地寻找出最佳的水体分布,具有一定的通用性;NDWI和MNDWI方法对有冰雪、有云、有山体阴影和有建筑物影响的区域表现出水体信息的错分现象,提取精度较低;② SMDPSO方法能够识别细小河流和离散水体,水体提取精度较高,但在有冰雪、云、山体阴影和建筑物的复杂环境下提取精度较低、误判率高;MEDPSO方法不仅可以识别细小水体,而且也解决了其他3种方法在提取过程中无法抑制背景信息干扰的问题,在4个实验区的总体精度均在97.8%以上,高于其他3种方法;③ 将离散粒子群算法引入到水体提取方法之中,可增强方法的区域整体性,也可提高其水体提取的精度和自动化程度;④ 运用最大熵模型等机器学习方法,可以结合光谱、形状和纹理等影像信息以及地形信息来进行水体识别,使得水体信息提取精度更高。本文的研究可为离散粒子群算法的推广以及遥感水体提取方法的选择提供参考。     

沉积物岩性及水化学性质对水土界面氟迁移行为的影响

水土界面氟的迁移对高氟地下水的形成具有重要影响。以大同盆地典型氟中毒区为例,分析了不同岩性沉积物中的氟质量分数和形态分布特征,并通过室内静态实验,探究了水溶液的pH值、Ca2+、HCO-₃以及H₂PO-₄质量浓度对水土界面氟迁移的影响。研究结果表明,沉积物中不同形态氟按含量由高到低的顺序依次为:残余态氟≥铁锰氧化态氟>水溶态氟>有机束缚态氟>离子交换态氟;各形态氟在不同岩性沉积物中含量大小均表现为:黏土>粉质黏土>粉砂;在沉积物中,黏土矿物和方解石是主要的固氟矿物成分。溶液的pH值、Ca2+、HCO-₃以及H₂PO-₄质量浓度与氟在沉积物表面的吸附-解吸和沉淀-溶解平衡密切相关,沉积物对氟的吸附量随溶液pH值和HCO-3质量浓度增大而降低,随Ca2+和H₂PO-₄质量浓度增大而增大。      

铵伊利石的矿物学特征及热稳定性

伊利石是地壳中常见的层状硅酸盐矿物。当NH⁺₄赋存在伊利石层间时,可形成铵伊利石。探明铵伊利石的矿物学特征和层间NH⁺₄的热稳定性可为理解氮(N)的地球化学循环提供重要依据。通过多种谱学、电子显微学和热分析手段,并以伊利石(层间阳离子为K⁺)为参照,对山西省阳泉市新景矿煤层夹矸中铵伊利石的矿物学特征和热稳定性进行研究。结果表明：铵伊利石中NH⁺₄占层间阳离子总数的比例约为0.86,铵伊利石的基面间距(10.344?)明显大于伊利石(9.973?);同时,铵伊利石的(002)∶(003)衍射峰强度比值约为1∶1,而伊利石的相应衍射峰强度比值约为1∶3;铵伊利石四面体中广泛存在Al³⁺对Si⁴⁺的类质同象置换(Al³⁺→Si⁴⁺),其层电荷密度约为0.85;层间NH⁺₄的存在未对伊利石的层状硅酸盐结构骨架造成...     

基于改进SVM分类法的SAR图像水体面积提取研究

在复杂地表环境下的多云多雨地区,基于合成孔径雷达（SAR）图像提取水体时容易受到其它地物如水田、山体阴影等干扰,传统的灰度阈值法和SVM法未能考虑水体与其它地物在纹理和地形上的差异,因此水体提取结果精度较差。研究首先用Refined Lee滤波对SAR图像进行预处理;其后通过DEM建模和坡度计算提取地形特征,通过计算图像灰度共生矩阵以提取纹理特征（包括均匀性、角二阶矩和熵）,并结合SAR图像极化信息以及SDWI指数形成针对水体提取的特征空间,通过融合地形特征和图像纹理特征发展了改进SVM 分类法的水体提取模型。在使用Sentinel-1 SAR数据对所发展模型与SDWI水体指数法、传统SVM法水体提取结果进行比对后发现,改进SVM分类法提取的水体结果较好地剔除了水田和山体阴影,且提取的水体水面比传统的SVM法更加完整;该方法在总体精度、Kappa系数、漏分率和错分率指标上均优于SDWI法和传统的SVM法,总体精度达到98.06%,比SDWI法和传统的SVM法分别提高了23.24%和5.49%,有效提高了复杂环境下地表水体的提取精度。研究最后将所发展模型应用于2018年马哈韦利河流域逐月水体提取与变化分析,有效解决了山体阴影和水田误分问题。本文提出的改进SVM法可以实现复杂地表环境下大范围水体信息准确、完整提取。     

2月龄花鲈形态性状与体质量相关性及通径分析

【目的】探明花鲈(Lateolabrax maculatus)早期主要形态性状对体质量的影响程度,为其良种选育提供参考。【方法】采用数理统计方法对500尾2月龄花鲈的全长(X₁)、体长(X₂)、体高(X₃)、头长(X₄)、头高(X₅)、躯干长(X₆)、吻长(X₇)、眼径(X₈)、尾柄长(X₉)、尾柄高(X₁₀)等10个形态性状和体质量(Y)进行测量分析。【结果】相关性分析结果表明,10个形态性状与体质量的相关性均达到了极显著水平(P<0.01)。通径分析结果发现,体高、全长、眼径、躯干长、吻长、体长等6个性状是影响2月龄花鲈体质量的主要形态性状,其中仅体高对体质量的直接作用大于间接作用,为影响体质量的核心变量。决定系数显示,体高对体质量的单独决定系数最大(0.324),全长和体高对体质量的共同决定系数最大(0.287),6个形态性状对体质量的总决定系数为0.947,表明本研究已将影响2月龄花鲈体质量的主要形态性状全部纳入。经逐步回归分析,拟合得到最优线性回归方程为Y=-1.468+1.314X₃+0.160X₁-0.307X₈+0.149X₆+0.305X₇+0.046X₂。【结论】除体质量外,还须将体高作为花鲈早期选育的目标性状。     

煤矿开采活动对黄河中游窟野河流域溶解性硫酸盐的影响

煤矿矿井水是河水溶解性硫酸盐(SO₄^2-)的重要来源,但黄土高原煤矿开采活动对河水溶解性硫酸盐的影响仍不清楚。煤矿矿井水硫酸盐主要来自煤中黄铁矿氧化以及含煤地层附近裂隙水中硫酸盐,地表水硫酸盐还受其他人为输入的影响。因此,煤矿矿井水与河水硫酸盐具有不同的水化学特征、硫酸盐硫同位素(δ³⁴S_SO4)与氧同位素(δ¹⁸O_SO4)以及氢同位素(δD_H2O)与氧同位素(δ¹⁸O_H2O)组成。基于上述不同可以判定煤矿开采活动对河水溶解性硫酸盐的影响。选取受煤矿开采活动影响的窟野河流域作为研究对象,系统采集河水、地下水、煤矿矿井水、大气降水和泉水等水体样品,结合前人研究资料,借助δ³⁴S_SO4、δ¹⁸O_SO4<...     

QuickBird 影像城市阴影信息的提取与消除

城市绿地信息在城市研究中的重要作用。但由于各种因素的影响,城市绿地信息提取的精度受到很大的限制,其中,城市中建筑物的阴影是城市绿地信息提取的一个重要限制因素。本研究选取呼和浩特市城区的QuickBird影像,在获取最佳波段组合的基础上,利用多种方法对遥感影像的阴影信息进行提取和消除,以期获得最佳的阴影消除方法,高效地提取城市绿地信息。首先,通过比值运算、波段重组,增强处理影像阴影信息,用最佳指数法分析QuickBird影像阴影提取的最佳波段组合;然后,根据阴影在近红外波段的最小亮度值与最大亮度值的范围建立掩膜,成功提取影像的阴影信息;最后,将色彩空间变换分别与同态滤波和Gamma矫正结合以消除影像阴影,并与其他方法进行对比。研究结果表明,QuickBird影像阴影提取的最佳波段组合为3/4、4、2波段组合,最佳亮度值范围为70-165;色彩空间变换与Gamma矫正相结合的方法可更好地消除阴影,并能较好地保留影像的彩色信息,是消除阴影的最佳方案。     

江西于都马岭岩体地球化学特征及其找矿意义

马岭岩体是大埠岩体的一部分,大埠岩体已发现有铀、钨(锡)矿产。地球化学特征显示马岭花岗岩属陆内S型花岗岩,
呈钙碱性、过铝质,具富硅[w(SiO₂)为73.73%~75.73%]、略富碱[w (K₂O+Na₂O)为7.63%~8.63%]、高钾[w (K₂O)为
3.99%~5.60%]和低钙[w(CaO)为0.239%~0.662%]特点,铝饱和指数A/NCK为1.04~1.20。稀土元素配分曲线呈LREE
富集、HREE亏损,具强负铕异常的“V”字型,大离子亲石元素富集,Ba、Sr、P、Ti亏损,Al₂O₃/TiO₂ 比值>100,低Sr高Yb的特
征表明马岭花岗岩体形成是古老陆壳物质部分熔融的产物,原岩部分熔融的温度<875℃,岩体形成时的压力较低、深度较浅。结
合华南成矿花岗岩地球化学特征分析,马岭花岗岩体具铀、钨(锡)矿成矿潜力。      

面向对象的极高海拔区水体及冰川信息提取——以珠穆朗玛峰国家级自然保护区核心区为例

极高海拔地区多为河流发源、冰川发育地,由于地形起伏强烈,且野外考察验证工作困难,传统的遥感信息提取方法很难保证该地区水体及冰川的提取精度。本文基于ASTER影像,运用面向对象的图像信息自动分析方法,对珠穆朗玛峰国家级自然保护区核心区的水体及冰川信息进行了提取研究。为保证信息提取的准确度,将数字高程模型(DEM)及其衍生数据(坡度、坡向),归一化植被指数(NDVI)数据,及有助于区分水体、冰川与其他地物的相关指数(冰雪指数NDSII)及波段运算结果(b1-b3)、(b3/b4)等,分别作为一个波段叠加到原始图像中,使之成为对目标地物光谱特征的有益补充。并对不同类型的水体及冰川进行多级、多尺度分割,以满足其对分割尺度的不同要求。分割完成后,综合考虑目标地物的光谱特征、纹理特征、空间结构特征,根据各特征指数的直方图信息,设定合适的阈值,建立了各水体及冰川类型信息提取的知识规则,并结合实地调查对信息提取的精度进行验证,改进了ASTER遥感影像自动快速提取极高海拔区水体及冰川信息的实用模型。     

柴达木盆地东北部巴音河小流域水化学特征及来源

水化学特征是流域气候特征与环境的重要指示器,可用于揭示流域内河流、湖泊的补给方式及物质来源。以青藏高原柴达木盆地东北部巴音河小流域为研究对象,分析了巴音河—可鲁克湖—托素湖小流域生态系统的水化学组成,探讨了其主要的离子来源及控制因素。结果表明：水体pH、电导率(EC)及溶解性总固体(TDS)沿流向均呈升高的趋势,巴音河、可鲁克湖及托素湖水化学类型分别为HCO₃-Cl-Na-Ca-Mg型/HCO₃-Cl-Na-Mg型、HCO₃-Cl-Na-Mg型及SO₄-Cl-Na-Mg型;托素湖作为封闭的咸水湖,主要受到蒸发浓缩作用的控制,而巴音河、可鲁克湖则受到岩石风化作用、蒸发浓缩作用以及钠盐淋溶作用等的共同控制;受蒸发作用的影响,水体碳酸盐矿物达到饱和状态并发生沉淀,从而导致Ca²⁺质量浓度沿流向下降;巴音河、可鲁克湖Mg²⁺/Ca²⁺摩尔浓度比值较低,推测形成文石、方解石等碳酸盐沉淀,而托素湖Mg²⁺/Ca^2+...     

利用伪归一化差异水体指数提取城镇周边

通过对归一化差异水体指数NDWI中的绿波段修正,提出了不依赖于中红外波段的伪归一化差异水体指数FNDWI（False NDWI）。使用NDWI和FNDWI分别在背景地物为城市、城郊、乡镇、村落和山区的遥感影像上进行河流水体提取,实验表明,FNDWI影像中城镇建筑用地与河流水体的可分离性较NDWI有所提升,提升率为116％～335％不等;相关性分析表明,河流宽度与可分离性提升率具有明显的负相关关系,相关系数为-0．82;分类结果显示,在城市和城郊区域,NDWI提取的水体中混杂有较多城镇建筑用地信息,而FNDWI提取的水体中基本未见混杂。总体上,FNDWI提高了2种地物的可分离性,剔除了NDWI影像混入的城镇建筑用地信息,较好地解决了NDWI城镇建筑用地与河流水体的混淆问题,尤其适用于城镇周边的细小河流。     

潮滩表层沉积物含水量的高光谱预测模型与反演分析

潮滩土壤含水量具有变化频率快、空间变化大的特征,是影响潮滩地表反射率的重要因素。潮滩土壤含水量的精确提取,可为潮滩特征地物信息遥感反演提供基础。本文利用江苏大丰王港潮滩4种典型沉积物、449组不同含水量对应的实测光谱曲线数据进行特征分析,构建高光谱预测模型,实现了潮滩沉积物含水量的遥感反演。研究结果表明:(1)在短波红外波段,沉积物含水量与反射率之间存在良好的分段线性相关关系,分段点对应的含水量分别为42%和62%;(2)1165nm、1336nm、1568nm和1780nm特征波段反射率,对含水量变化具有良好响应,由特征波段组合计算得到的差值水指数DWI、比值水指数RWI和归一化水指数NDWI与含水量呈显著线性相关,可有效改善单波段反射率与含水量之间的分段线性关系;(3)3个水指数中,DWI反演的含水量精度优于RWI和NDWI,且对不同含水量大小均有良好适应性,而RWI和NDWI更适合含水量变化范围中等的情况;(4)对于粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂和砂4种沉积物类型,DWI1336,1780验证组模拟含水量与实测含水量的相关系数,分别为0.891、0.915、0.920和0.905,均方根误差分别为9.87%、3.56%、4.24%和2.98%,表明由DWI构建的高光谱遥感反演模型,可有效实现潮滩表层含水量的时空变化预测。     

利用伪归一化差异水体指数提取城镇周边细小河流信息

通过对归一化差异水体指数NDWI中的绿波段修正,提出了不依赖于中红外波段的伪归一化差异水体指数FNDWI（False NDWI）。使用NDWI和FNDWI分别在背景地物为城市、城郊、乡镇、村落和山区的遥感影像上进行河流水体提取,实验表明,FNDWI影像中城镇建筑用地与河流水体的可分离性较NDWI有所提升,提升率为116%~335%不等;相关性分析表明,河流宽度与可分离性提升率具有明显的负相关关系,相关系数为-0.82;分类结果显示,在城市和城郊区域,NDWI提取的水体中混杂有较多城镇建筑用地信息,而FNDWI提取的水体中基本未见混杂。总体上,FNDWI提高了2种地物的可分离性,剔除了NDWI影像混入的城镇建筑用地信息,较好地解决了NDWI城镇建筑用地与河流水体的混淆问题,尤其适用于城镇周边的细小河流。     

卫星影像数据构建山地植被指数与应用分析

 本研究以Landsat影像为数据源,在分析复杂地形山地植被在阳坡和阴坡反射率差异特征的基础上,提出一种归一化差值山地植被指数NDMVI (Normalized Difference Mountain Vegetation Index)。该指数模型无需辅助数据(如DEM)的支持,通过同时降低近红外波段(TM4)和红光波段(TM3)反射率的方法来消除或抑制地形的影响,具有较强的可操作性。研究表明:NDMVI与太阳入射角余弦值(cos i)的相关性相当小,对地形起伏变化表现不敏感,可有效消除或抑制地形的影响;比NDVI值动态变化范围更宽,对地物有更强的遥感识别能力;该模型抑制地形影响的效果比用C校正模型的效果更佳,不会出现过度校正的问题。     

2010年中国西南旱情的时空特征分析——基于MODIS数据归一化干旱指数

 近年来,干旱灾害频繁发生,对区域内农业生产和生态环境造成了极大的破坏。为了快速准确地获取大面积地表土壤水分信息用以评估地表受旱程度,本文以2010年年初中国西南大旱为例,运用MODIS可见光-红外波段数据以及像元可信度综合生成了归一化干旱指数(NDDI)。同时,结合研究区内地面气象站点实测的土壤湿度数据验证了NDDI对地表土壤湿度的敏感度。结果表明:相比于植被状态指数(VCI)干旱监测模型,NDDI能更加灵敏地对浅层地表干湿变化做出迅速响应。最后,本文利用NDDI分析了2010年年初中国西南大旱旱情发展的时空演变过程,宏观上重现了此次旱情的发展历程,并使用该指数统计了不同时间节点、不同干旱等级下的贵州省土地受旱面积。结果显示:2010年1月-2010年4月为贵州省旱情最为严重的4个月,平均受旱面积达103 352km²,最大受旱面积达132 257km²,占贵州省总面积的75%以上。同时,旱情等级为重旱的土地面积最大达到88 246 km²,占贵州全境土地面积的50%以上。     

面向对象方法和多源遥感数据的杭州湾海岸线提取分析

本文以1983-2011年的多源遥感数据为基础,利用GIS空间分析和地图代数功能,提取杭州湾海岸线,分析了其变迁的位置、长度,以及增加和减少的陆地面积。结果表明:受到自然和人为因素的影响,杭州湾南北两岸的海岸线变迁规律不同。杭州湾北岸1983-1993年共有60.2km的海岸线向陆迁移,最大迁移距离0.6km,减少的陆地面积共为23.5km2。1993-2011年由于围垦和工业填海北岸向海迁移。其中,1993-2002年最大迁移距离3.6km,新增陆地面积42.5km2,2002-2011年最大迁移距离2.9km,新增陆地面积61.0km2。由于淤积和围垦,杭州湾南岸海岸线不断向海迁移,1983-1993年、1993-2002年和2002-2011年向海迁移最大距离分别是1.8km、2.7km和5.1km,新增陆地面积分别为34.3km2、230.2km2及331.7km2。海岸线向海迁移的速度越来越快,规模越来越大。研究成果对于地图制图、滨海湿地生态资源管理,以及海岸线保护具有十分重要的意义。     

北京2008奥运赛场环境特征的GIS系统分析

本文针对不同环境特征参数的空间和时间变化特征,利用2006年不同空间分辨率和时间分辨率的多源遥感数据和产品,对31个奥运场馆、公路自行车赛场和奥林匹克公园的建筑指数、水体指数、白天/夜间陆表温度以及植被指数特征进行了GIS系统分析,其结果:(1)31个奥运场馆的建筑时间、地理位置以及露天情况对其环境特征有着重要的影响,建筑指数、水体指数、白天/夜间的陆表温度以及植被指数均表现出不同的变化特征,故奥运场馆的绿化和赛事安排应对这些因素进行综合考虑。(2)公路自行车赛场和奥林匹克公园均表现出建筑指数较高,水体指数为负值的特征,而且夏季和秋季白天/夜间陆表温度较高。建议在奥林匹克公园适当增加一些水体以提高其环境质量。     

洪涝灾情快速反应的星载SAR与TM数据的融合处理

本文以1998年鄱阳湖地区发生洪涝灾害为研究实例,应用灾中的Radarsat-SAR和灾前的TM数据,以不规则三角网(TIN)方法实现了高精度几何配准。然后,通过波段相关性和信息熵值分析,选取最佳波段。最后,对不同融合模型得出的图像进行对比,得出结论:以灾中的SAR和灾前TM的一个近红外(TM5或TM7)以及一个可见光波段(TM3最佳),分别赋RGB色合成的图像效果很好,既能识别区分洪涝淹没的绝产区、土壤滞水减产区和未受灾区,并且操作简便,能满足洪涝灾情快速反应要求。     

pH值对大菱鲆生长及鱼体生化组成的影响

研究不同pH对大菱鲆（Scophthal musximus）幼鱼生长及一般生化组成的影响。结果发现：不同时间段内,饲料利用率（FCR）总是随环境pH升高而呈上升趋势,特定生长率（SGR）及增重率（WGR）随环境DH升高而呈下降趋势。在不同时间段,pH83与pH88组的FCR均高于其他组,差异有统计学意义（P〈0.05）,而SGR、WGR均低于其他组,差异有统计学意义（P〈0.05）。各组间鱼体水分差异无统计学意义（P〉0.05）;脂肪含量总体呈下降趋势,pH63组的脂肪含量高于其他组,差异有统计学意义（P〈0.05）,pH6．8至7．3之间时差异不具统计学意义（P〉0.05）,pH78至8．8时降低,差异有统计学意义（P〈0.05）;蛋白含量在pH6．3至7．3之间时差异无统计学意义（P〉0.05）,pH7．8至88时降低,差异有统计学意义（P〈0.05）;灰分含量在DH6．3至7．3之间时差异无统计学意义（P〉0.05）,pH7．8至88时升高,差异有统计学意义（P〈0.05）。结果表明,水环境pH在6．3～7．3范围内有利于大菱鲆幼鱼的健康生长。