基于光谱混合分解的流域不透水面提取及其动态分析——以于桥水库为例

不透水面不仅是城市非点源污染的主要来源,还是流域生态环境变化的主要因素之一。不透水面的数量、位置、几何形状、分布格局以及透水率与不透水率的比值,均影响着流域的水文环境,因此成为研究热点。本文以天津于桥水库流域为例,综合遥感(RS)与地理信息系统(GIS)技术,从流域尺度上研究1984~2013年间不透水面覆盖度的变化。在ENVI 5.1软件支持下,利用遥感影像获取1984,1994,2004和2013年4个时相的不透水面信息。采用修正后的归一化水体指数剔除水体信息,排除水体对不透水面提取精度的影响。运用线性光谱混合分析法(Linear Spectral Mixture Analysis,LSMA),提取流域不透水面覆盖度。结果表明:流域内不透水面覆盖度大多集中在1~5级,植被覆盖程度较高。近30年间不透水面比例逐年增加,2013年比1984年增加了2.802%,呈线性增长。中等分辨率的遥感影像适合流域尺度的不透水面提取的结果可作为流域水文及规划管理的重要基础性数据。     

基于Sentinel-2A和Landsat8的城市不透水面的提取

城市不透水面相关研究对城市的发展至关重要.为了提取城市不透水面盖度,通常采用线性光谱混合分析方法,在亚像元尺度上计算混合像元内的不透水面面积比例.由于端元光谱曲线存在误差,导致不透水面盖度提取精度较低,因而提出端元优化方案,通过Sentinel-2A影像选择比较纯净的端元,利用其光谱信息优化从Land-sat8影像中选...     

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。     

一种采用稀疏促进的高光谱影像端元提取方法

利用稀疏促进原理以及高光谱影像端元提取传统算法,结合线性光谱混合模型,提出了一种采用稀疏促进的高光谱影像端元提取方法.该方法不需要预先对端元数量进行估计,也不需要假设影像中存在纯像元.利用模拟数据以及真实高光谱影像对提出方法、ICE算法和NMF算法进行了对比实验分析.实验结果表明:提出方法能稳定地从影像中提取端元并同时...     

一种提取不透水面的综合指数

针对线性光谱混合分解(LSMA)在提取不透水面过程中无法准确区分裸地和不透水面的问题,该文在LSMA方法基础上引入改进的裸地区域指数(IBAI),提出基于LSMA-IBAI综合指数的不透水面提取方法。该方法首先使用线性光谱混合分解对Landsat 8影像进行不透水面初步提取,然后采用改进后的裸地区域指数提取裸地信息,并构建LSMA-IBAI的综合指数模型,最后通过自适应迭代法对城市不透水面进行精准提取。实验结果表明,该方法能够快速准确地对城市不透水面进行提取,总精度至少提升了1.83%,Kappa系数至少提升了0.04%。     

基于测绘卫星影像的城市不透水面提取

针对城市大尺度的不透水面提取需求,以高分辨率遥感影像为数据源,基于随机森林模型,对光谱和纹理特征进行重要性分析,选出最优参数,实现高精度城市不透水面提取。选取武汉市作为实验区,以资源3号卫星遥感影像为数据源,不透水面提取的总体精度为0.97,所提取的高精度不透水面可为海绵城市的规划和建设提供有效的专题数据。     

基于随机森林模型的岸线不透水面提取方法研究

以南京长江沿岸保护区域为研究对象,利用2016年和2019年两期Sentinel-2影像构造多种遥感指数;再利用随机森林模型进行不透水面信息提取。结果表明,2016年的总体精度为88.25%,Kappa系数为0.76;2019年的总体精度为90.51%,Kappa系数为0.80,说明该方法具有较好的精度,能准确反映不透水面的空间分布。结合提取结果进行时空变化分析发现,2016-2019年南京长江沿线不透水面整体呈减少趋势,总面积减少2.784 km²,年均减少0.928 km²,其中大部分是由工矿用地转化为绿地以及港口码头消失导致的。长江沿线的不透水面提取和变化检测分析有助于全面、细致和真实地监测河道岸线情况,对于南京市开展长江岸线研究以及开发长江岸线资源和可持续利用具有举足轻重的意义。     

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。     

影像分割的城市不透水面信息提取

针对线性光谱混合分解在端元选取中的不足,该文提出了结合影像分割的线性光谱混合分解不透水面估算模型。选取植被、高反射率、低反射率、土壤4种端元,利用线性光谱混合分解和结合影像分割的线性光谱混合分解两种模型,以2010年的TM5遥感影像为数据源对哈尔滨市主城区的不透水面进行估算,并对两种模型进行了对比分析。研究结果表明:线性光谱混合分解和结合影像分割的线性光谱混合分解的平均绝对误差分别为19.84%和14.76%,说明结合影像分割的线性光谱混合分解模型比线性光谱混合分解方法的估算精度高。     

一种基于多源遥感影像的亚端元光谱提取方法

提出一种利用多源影像来提取低分辨影像亚端元光谱的方法,该方法利用高分辨分类得到的组分与低分辨的光谱之间的线性混合关系,建立了反演出低分辨影像的亚端元光谱的线性模型,并提出一种快速鲁棒反演亚端元光谱的提取方法。利用IKONOS和ETM数据验证了本文提出方法,实验结果表明了该方法的有效性。     

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。     

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。     

基于TM图像的城市不透水面信息提取

基于TM图像,利用遥感技术,以山西省太原市为研究区域,提取不透水面信息.综合比较和分析了被广泛应用的主成分分析法和归一化差值不透水面指数法,进而提出了一种改进的不透水面提取方法——实验图层组合法.利用随机生成的256个分类评价采样点,以可提供经纬度信息的Google Earth作为参考,将通过监督分类方法获得的分别基于原始多波段图像以及主成分分析法、归一化差值不透水面指数法和实验图层组合法得到的分类结果进行了评估,获得了4种图像的分类精度.比较可知,实验图层组合法总体分类精度高于其他3种结果,为87.72％,Kappa系数为0.85.     

城市不透水面覆盖度与地面温度遥感估算与分析

全球气候变暖和城市化的快速发展,导致了城市不透水面急剧增加和热岛效应日趋严重.本文综合利用多源遥感数据进行城市不透水面覆盖度(ISP)和地面温度(LST)的估算,实验结果较好地反映了城市ISP和LST的空间分布和变化状况;同时对二者之间的相关关系进行了简要分析,发现ISP与地面温度之间具有正相关关系,为通过绿化建设改善...     

The use of single-date MODIS imagery for estimating large-scale urban impervious surface fraction with spectral mixture analysis and machine learning techniques

Urban impervious surface information is essential for urban and environmental applications at the regional/national scales. As a popular image processing technique, spectral mixture analysis (SMA) has rarely been applied to coarse-resolution imagery due to the difficulty of deriving endmember spectra using traditional endmember selection methods, particularly within heterogeneous urban environments. To address this problem, we derived endmember signatures through a least squares solution (LSS) technique with known abundances of sample pixels, and integrated these endmember signatures into SMA for mapping large-scale impervious surface fraction. In addition, with the same sample set, we carried out objective comparative analyses among SMA (i.e. fully constrained and unconstrained SMA) and machine learning (i.e. Cubist regression tree and Random Forests) techniques. Analysis of results suggests three major conclusions. First, with the extrapolated endmember spectra from stratified random training samples, the SMA approaches performed relatively well, as indicated by small MAE values. Second, Random Forests yields more reliable results than Cubist regression tree, and its accuracy is improved with increased sample sizes. Finally, comparative analyses suggest a tentative guide for selecting an optimal approach for large-scale fractional imperviousness estimation: unconstrained SMA might be a favorable option with a small number of samples, while Random Forests might be preferred if a large number of samples are available.     

A geostatistical temporal mixture analysis approach to address endmember variability for estimating regional impervious surface distributions

Spectral mixture analysis (SMA) is a major approach for estimating fractional land covers through modeling the relationship between the spectral signatures of a mixed remote sensing pixel and those of the comprised pure land covers (also termed as endmembers). When SMA is implemented, endmember variability has proven to have significant impact on the accuracy of land cover fraction estimates. To address the endmember variability problem, this article developed a geostatistical temporal mixture analysis (GTMA) technique, with which spatially varying per-pixel endmember sets were estimated using an ordinary kriging interpolation technique. The method was applied to time-series moderate-resolution imaging spectroradiometer normalized difference vegetation index imagery in Wisconsin and North Carolina, United States to estimate regional impervious surface distributions. Analysis of results suggests that GTMA has achieved a promising accuracy. Detailed analysis indicates that a better performance has been achieved in less-developed areas than developed areas, and slight underestimation and slight overestimation have been detected in developed areas and less-developed areas, respectively. Moreover, while the performance of GTMA is comparable to those of phenology-based TMA and phenology-based multiple endmember TMA over the entire study area and in less-developed areas, a much better performance has been achieved in developed areas. Finally, this article argues that endmember variability may be more essential in developed areas when compared to less-developed areas.     

遗传算法优化的BP神经网络城市不透水层百分比估算

本研究利用基于遗传算法优化的BP神经网络算法估算城市不透水层百分比。首先,将像元中各端元组分与BP神经网络的节点相对应进行BP网络建模,遗传算子建模;其次,对样本进行网络训练,先通过GA算法得到全局近最优网络权重集,然后用梯度下降算法训练网络,直到找到能充分反映特征空间中的数据分布模式的局部最优网络权重集;然后,训练好的网络被应用于整个影像用来估算城市不透水层覆盖百分比。在此基础上,对北京市地表不透水层百分比进行估算。试验结果表明,本研究所用的方法能有效利用中高分辨率遥感影像数据估算城市不透水层百分比。     

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。     

倾斜摄影测量的城市真三维模型构建方法

针对如何基于近年来新推出的倾斜摄影测量技术快速构建城市真三维模型的问题,在研究分析国内基于该技术构建三维模型方法的基础上,提出了利用Street Factory系统,结合少量人工干预快速构建城市真三维模型的方法。采用倾斜影像联合空中三角测量技术,实现了多角度倾斜影像的一体化区域网平差;通过多视影像密集匹配和自动纹理关联,实现了高精度真实三维模型的构建。基于RCD-30倾斜相机获取的西安大雁塔景区倾斜影像,开展城市真三维模型构建试验。结果表明,所提方法构建的城市真三维模型满足相关规范的要求,适合大规模区域城市三维模型快速构建,对测绘生产单位规模化生产具有一定的参考价值。