面向对象的喀斯特地区石漠化遥感信息提取研究——以贵州省大方地区为例

针对现有基于像素的监督和非监督分类方法在地质环境复杂、地形起伏较大、阴影明显的喀斯特石漠化地区难以满足石漠化信息提取精度要求的问题,采用基于纹理特征数据和地形数据辅助面向对象方法进行喀斯特地区石漠化信息的提取。该方法首先依据石漠化分布在TM/ETM+影像面积大小不均匀的特征,利用纹理和地形因子计算最优分割参数进行多尺度分割;然后根据植被覆盖率、岩石裸露率以及坡度因子构建石漠化分级指标;最后参照石漠化分级标准、光谱信息以及纹理特征等建立的分类规则提取喀斯特地区石漠化信息。选取贵州省石漠化严重的大方县时序TM/ETM+影像进行石漠化信息提取试验,结果表明:与基于像素的监督分类和非监督分类方法相比,基于面向对象的分类可以有效地减少因复杂地形导致石漠化信息提取结果"椒盐化"现象,提取精度明显优于基于像素的监督分类和非监督分类方法。      

基于RS和GIS的喀斯特山区生态系统构成与格局及转化分析——以贵州毕节地区为例

为了更好地了解贵州省毕节地区生态系统类型的构成、格局与转化特征,本文基于面向对象分类和空间统计与分析技术,对毕节地区2000年和2010年生态系统类型进行提取,并对生态系统构成、格局和转化特征进行定量分析。结果表明:从生态系统构成和格局看,2010年研究区生态系统类型以林地和耕地为主,分别占研究区面积的42.65 ％和42.51 ％;2000和2010年该区均具有较高的斑块数和较小的平均斑块面积,说明该地区景观破碎化程度较高;2010年斑块总数较2000有所减少,表明研究区景观连通性得到改善,景观整体趋于规整化;2010年旱地斑块总面积和平均斑块面积有所减少,针叶林、草地则增加,显示该地区退耕还林还草项目的实施有所成效;旱地和针叶林的聚集度都增加,表明二者连通性增强、景观更加集中。从生态系统转化特征看,2000-2010年,研究区生态系统类型间转化总面积为1 298.25 km2,面积明显减少的是旱地和水田,明显增加的主要为林地、草地,土地面积转移矩阵显示旱地主要向林地、草地转化;受旱地面积较大影响,毕节、黔西、大方的面积变化和生态系统转化剧烈程度都较大,8个县（市）的生态系统类型相互转化强度值均为正值,可见生态系统覆被类型均向着较好的方向发展。      

基于面向对象分类的稀土开采区遥感信息提取方法研究

离子吸附型稀土矿是我国宝贵的矿产资源,运用遥感影像分类技术提取稀土开采区可以准确地实现对稀土开采状况的监测,但仅利用光谱信息往往难以保证分类精度。本文以江西寻乌稀土矿区为研究区,以IKONOS影像为数据源,应用面向对象分类方法提取了稀土开采区的遥感信息。针对稀土开采区的分布特点,选择基于边缘的分割算法进行影像分割;结合地形信息、光谱信息及几何信息建立规则集,进行特征提取;最后采用隶属度函数法实现面向对象分类,并与传统的光谱角填图分类进行对比分析。研究结果表明,面向对象分类法提取稀土开采区的总体精度为92.49%,Kappa系数为0.857 6,与传统监督分类方法相比有了很大的提高。     

广西喀斯特地区植被生态质量多尺度时空演变分析

为更客观监测评估喀斯特地区植被生态质量状况及阐明植被生态质量不同时间尺度的时空异质性特征,基于多年植被净初级生产力（NPP）、湿润指数（MI）,建立植被净初级生产力极大值（NPP_m）边缘函数,并结合植被覆盖度,构建出广西喀斯特地区植被综合生态质量模型（MQI）,以分析2000—2019年该地区植被生态质量多尺度时空演变特征。结果表明：（1）植被NPP_m是随气候条件变化的动态值,不同植被类型生产潜力对气候条件的响应不同,其中农田植被响应最敏感,灌草次之、森林最弱;（2）广西喀斯特地区月份与季度植被生态质量指数呈抛物线形式,年度植被生态质量指数呈波动式增加,年际植被生态质量发展经历了缓慢增长、逐步增长、迅速增长、显著提升4个演变阶段,且植被生态质量由广西喀斯特地区东北部向西南部、北部向南部逐渐递增,总体良好;（3）2000—2019年,广西喀斯特地区植被生态改善指数为0.71/20 a,98.83%的区域植被生态质量在20 a期间呈上升趋势,大部区域植被生态改善良好,这主要得益于退耕还林、石漠化治理工程和良好气候条件;（4）此植被生态质量模型区域适宜性较高,能精细化、精准化反映广西喀斯特地区植被生态质量的时空演变特征。     

基于探地雷达解译的喀斯特坡地表层岩溶带空间分布特征研究

表层岩溶带作为喀斯特关键带区别于其他区域地球关键带的近地表岩土结构标志层,对于水分和养分下渗、赋存、滞留、植被水分养分利用等方面具有重要作用,是岩石-土壤-植被系统中生物地球化学过程最为活跃的关键地带。描述和认识表层岩溶带对认知喀斯特关键带结构信息、研究水土物质循环过程、揭示表层与地下水资源利用规律等方面具有十分重要的理论和现实意义。本文利用探地雷达技术,探测黔中高原黔西县东南部喀斯特坡地,共计测线35条,测点799个,提取表层岩溶带发育厚度并分析空间分布特征,得到以下结论：喀斯特高原峰丛地貌区表层岩溶带发育较好,发育厚度集中在2~8m之间,最深可达18.8m。表层岩溶带发育空间分布异质性强,坡地表层岩溶带厚度发育异质性变化强于坝地。地面物质组成和表层岩溶带发育厚度关系密切,坡地石质化比例提高,表层岩溶带发育较深,地面物质组成可作为高原型喀斯特坡地反映表层岩溶带发育程度的综合代用性指标。本次研究还指示了喀斯特坡地土地石质化是表层岩溶带地质历史时期不断溶蚀发育演化、土壤地质历史持续漏失的结果。表层岩溶带的发育为水土漏失提供了空间基础,水土漏失也进一步加剧了岩土界面的水岩反应过程,促进了表层岩溶带的进一步发育以及地表土体下沉、基岩裸露、土地石质化景观的出现。

     

基于知识的遥感影像居民地信息提取——以山东省蓬莱市为例

如何自动获得居民地信息是遥感专题信息提取研究的热点问题,该文以山东省蓬莱市为研究区,基于对2004年TM影像光谱特征的分析,建立了基于知识的居民地信息自动提取模型,并对提取结果进行了精度评价。结果表明,利用该模型可以很好地将蓬莱地区的城镇居民地自动提取出来,其提取精度与传统的监督分类方法相比有了很大提高。     

喀斯特山区植被退化过程中的土壤质量变化及评价

为构建喀斯特山区土壤质量评价体系,通过对喀斯特山区植被退化过程中的小生境土壤进行调查,选用土面和石沟2种代表性小生境的土壤作为评价单元,用典范对应分析从29个指标中选出16个,通过因子分析法对土壤质量进行定量综合评价。结果表明：在喀斯特森林植被退化过程中,用土面和石沟2种小生境面积加权计算土壤质量综合分值,能更准确地反映植被退化过程中土壤质量的阶段性变化,具体可分为3个阶段,不同阶段之间土壤活性有机碳、碱解氮、速效磷、速效钾、有效锰、有效硫和脲酶活性出现显著降低,有效铁、蔗糖酶活性和粘粒含量出现显著增加。第Ⅰ阶段内（原生林-次生林）各土壤指标在样地间没有明显的差异;第Ⅱ阶段（灌木林）土壤活性有机碳、碱解氮、速效磷、速效钾、有效硫、脲酶活性和有效锰含量相对第Ⅰ阶段平均分别下降了33.73%、22.41%、57.66%、37.72%、44.59%、46.57%和12.52%;蔗糖酶活性及土壤粘粒含量平均分别增加了81.38%和47.69%;第Ⅲ阶段（灌草丛）土壤速效磷、脲酶活性、碱性磷酸酶活性和有效锰含量相对第Ⅱ阶段平均分别下降了42.82%、44.42%、28.45%和20.55%,土壤有效铁、粘粒含量平均分别增加了56.40%、57.49%,该阶段的土壤速效磷、速效钾含量已处于缺乏的水平,土壤质量明显下降。     

利用ASTER卫星立体像对提取喀斯特数字地形模型——以广西大化高峰丛深洼地喀斯特地貌为例

ASTER卫星立体像对已经被成功地用于提取全球数字地形模型（DEM）,其有效性已经在不同类型的非喀斯特地貌区域得到验证。和一般地貌相比,喀斯特地形,特别是中国南方喀斯特,具有自己独特的形态特征。能否从ASTER影像中精确地提取喀斯特地貌DEM目前尚未见到有任何报道。本文利用ASTER影像成功地提取了广西大化地区高峰丛深洼地的喀斯特地貌DEM,并且将提取结果与同一地区1∶5万地形图控制点的高程和4个剖面的高程变化进行了对比。研究区内绝大部分区域是喀斯特地貌,但在其西北部有一舌状砂岩地貌分布,从而提供了一个很好的喀斯特和非喀斯特地貌DEM精度对比的机会。本文的研究结果表明,从ASTER影像提取出来的砂岩地貌的DEM均方根误差要小于喀斯特地区,表明从ASTER影像中能更有效地提取非喀斯特地貌的DEM。相比之下,提取得到的喀斯特DEM精确度则稍差。究其原因主要是因为研究区内独特的高峰丛深洼地地形形态。由于峰丛地形的阴影在构成立体像对的两幅影像（nadir-looking和aft-loo-king）上的大小和形态差异很大,导致了DEM生产过程中两幅影像不能精确配准,从而产生比较大的误差。相比之下,砂岩地区地貌相对比较平坦,地形阴影大小和形态在两幅影像上差别不大,故而能得到精度比较高的数字地形模型。本文研究结果同时还表明适当增加地面控制点能在一定程度上改善提取出来的喀斯特地貌DEM的精度。尽管提取的数字地形模型精度稍低,其均方根误差仍然远远小于该地区峰丛和洼地个体体量。因此本研究认为从ASTER立体像对提取的数字地形模型可广泛用于喀斯特地貌形态特征研究。     

西准噶尔地区多源遥感信息的线性构造提取与定量分析

夹持在近东西向额尔齐斯断裂和天山走滑断裂系统之间的西准噶尔地区,经历了自晚古生代晚期以来长期复杂的陆内构造变形历史。线性构造的长度、方向以及空间分布能够反映构造变形的强度和样式,指示应力作用的方式。本文选取新疆西准噶尔地区为研究区,利用ASTER、Landsat等多源遥感数据通过彩色合成、主成分分析、波段比值和Sobel滤波等增强显示断裂构造在遥感影像上的空间分布和光谱信息,并利用Canny边缘检测与人工解译相结合的方法提取研究区内线性构造;运用地质统计学的原理和方法对提取出的线性构造进行定量分析。结果表明,研究区内依长度优选方位确定的主断裂走向为N50°～60°E,代表了区域一级构造即达拉布特断裂展布的方位;依线性构造数量优选方位确定的次级断裂走向为80°～90°(近东西向),代表了区域三级构造的方位;介于以上两者之间的线性构造,即数量与长度均适中的线性构造,代表了区域二级构造的方位。线性构造的区域分布,揭示了在南北向主压应力作用下,西准噶尔地区构造体系的组成与构造变形特征。由此说明,多源遥感信息提取的线性构造定量分析,对于区域断裂构造体系的厘定具有重要意义。     

GPM与TRMM降水数据在中国大陆的精度评估与对比

为评估TRMM 3B42（TRMM）和新一代GPM IMERG（GPM）卫星降水产品精度,基于国内824个气象站点日降水数据,选用相关系数（R）、相对误差（E_R）和公正先兆评分（S_ET）等指标,对比分析了二者在中国大陆和九大流域内逐日、逐月尺度的观测精度。研究表明:①在日尺度上,中国大陆内的GPM降水数据精度整体优于TRMM,二者的R、E_R和S_ET分别达到了0.73、2.03%、0.36和0.70、3.75%、0.33;②GPM和TRMM日降水数据在海河流域、淮河流域、长江流域、珠江流域、东南诸河流域呈现较高的观测精度,在松辽流域、黄河流域、西南诸河片区精度次之,在内陆河片区相对最低;③在月尺度上,中国大陆内的GPM冬季降水精度明显好于TRMM,这是由于GPM提高了对弱降水和固态降水的观测能力。总体上,GPM降水产品在中国各大流域精度较好且优于TRMM,表明其在流域降水研究及水文模拟中将有较好的应用前景。     

黔桂岩溶山区土地利用变化的社会经济因素分析

基于黔桂岩溶山区1990、2015年的土地利用数据和社会经济统计资料,利用典范对应分析方法对1990-2015年25年间的土地利用变化及社会经济驱动因素进行了实证分析。结论如下:（1）黔桂岩溶山区土地利用变化存在明显的时空分异现象;（2）贵州高原区以草地大幅减少和林地增加为主要特征;黔桂峰丛洼地区以水域面积增加和草地减少为主要特征;广西丘陵区的主要特征是耕地减少和建设用地增加。（3）贵州高原区土地利用类型变化以经济和人口因素为主要驱动力;广西丘陵区土地利用类型变化以经济因素和农业结构水平为主要驱动力;农业因素对黔桂峰丛洼地区的土地利用变化驱动作用明显。未来应提高贵州高原和黔桂峰丛洼地区岩溶山区草地生态功能重要性的认识,在加强森林植被恢复的同时加强草地资源保护;城镇化发展背景下黔桂岩溶山区应减少优质耕地占用,开发低丘缓坡土地,建设山地特色城市。      

黔桂岩溶山区土地利用冲突强度演变及其空间分异特征

采用基于“压力-状态-响应（Press-State-Response,PSR)的土地利用冲突强度模型,评估了1990-2010年黔桂岩溶山区土地利用冲突强度演变过程,并运用探索性空间分析方法(Exploratory Spatial Data Analysis, ESDA)对黔桂岩溶山区县域土地利用冲突强度变化的空间分异特征进行探讨,结果表明:（1）1990-2010年间黔桂岩溶山区土地利用冲突呈增强趋势,综合指数从0.09增长到0.30;（2）从全局空间自相关看,该区1990-2010年土地利用冲突强度存在显著空间集聚特征,且集聚态势进一步增强,时段Ⅲ压力指数、响应指数和综合指数变化量的Global Moran’s I指数为0.317 9、0.473 3和0.185 9,时段Ⅱ的Global Moran’s I值均大于时段Ⅰ的值;（3）就局域空间自相关而言,热点区、次热区趋向集聚于以贵阳市为龙头的黔中城市群、黔西南州、南宁市及其周边区域,冷点区、次冷区连片分布于黔桂峰丛洼地及其周边偏远山区。因而,建议在黔桂岩溶山区城镇化、工业化加速阶段,应优化土地利用结构,缓解土地利用冲突,以提高土地资源可持续利用水平。      

中国西南岩溶山地石漠化转型演变解析

系统阐明岩溶石漠化的演变趋势,对正确认识岩溶石漠化发生发展过程及实施有效的石漠化综合防治措施具有重要意义。研究表明：（1）驱动石漠化发生与形成的因素有岩溶山地农户生计单一、土地压力大、土地承载力低和生态脆弱等4个主要因素;石漠化发生扩展其实质就是在低土地承载力背景下,过伐、过垦、过牧等土地利用方式触发了岩溶山地土地退化,即石漠化。（2）岩溶石漠化在发生发展到一定阶段后,随着社会经济背景的演变和石漠化驱动因素的变化、消失,石漠化面积扩张的趋势会发生根本性的转折,即石漠化转型。（3）中国西南岩溶山地土地利用方式改变引起生态系统机制改变,从而引起石漠化转型演变。石漠化转型是土地利用系统对经济社会发展与生态系统综合作用的响应,符合经济社会发展和生态系统演化的总体趋势。（4）中国西南岩溶山地石漠化演变对揭示该区域人地关系变化具有指导意义。     

岩溶高原山区表层岩溶泉绿能与高效开发利用模式

为解决岩溶高原山区缺水的问题,合理开发利用表层岩溶水,开展了水文地质详细调查。查明区内表层岩溶泉出露13个,流量0~67.53 L·s⁻¹,动态变化与降水关系密切。文章总结了表层岩溶水“泉－池（窖）－库”优化调控、绿能高效开发利用模式：①在有砂泥岩夹层分布的凹部山岩溶洼地,采用防渗帷幕灌浆,建设悬挂式凹部山水库,积蓄地表水、表层岩溶水形成自流供水;②在湾半孔表层泉处建设蓄水池直接引流利用;③在湾半孔表层泉附近建设水泵站、光伏电站,平水期时通过光伏电站发电,由泵站自动控制抽取表层岩溶水补给凹部山水库,形成地表、地下水优化调控,联合调度调蓄利用25.3万m³·a⁻¹,解决了区内13 000余人的生活生产用水困难问题。     

岩溶山区崩滑灾害变形破坏地质模式分类

岩溶山区特殊的地质结构导致崩塌、滑坡等地质灾害时常发生,带来了严重的人员伤亡和经济社会损失。研究岩溶山区崩滑灾害特征,建立相应的变形破坏地质模式,对于岩溶山区崩滑灾害风险防控与治理工程具有重要理论意义与指导价值。文章以典型地质灾害形成演化过程为例,在系统地分析研究区典型崩滑灾害地质背景、影响因素、动力学与运动学特征的基础上,提出了岩溶山区崩滑灾害变形破坏地质模式,得出以下主要结论：（1）影响崩滑成灾基本因素（崩滑灾害体势能、岩溶结构面、岩组结构、斜坡地貌和斜坡结构）、影响因素（水文地质条件、工程活动、地震、降雨）和变形运动特征（运动形式和变形机制）三个方面,据此建立了岩溶山区崩滑灾害地质分类指标体系。（2）结合研究区特征对模型体系里面的每个要素进行系统分析,崩滑灾害的发生是各个要素相互组合、相互作用的结果。（3）总结了研究区内5种典型崩滑地质模式：高势能反倾降雨型高速远程滑坡—碎屑流模型、高势能斜倾视向采矿型高速远程崩滑灾害模型、超高势能横向陡倾地震型高速远程滑坡、高势能采矿型高速崩塌—碎屑流模型、低势能差异风化崩塌模型。为后续开展物理模拟、数值模拟、稳定性计算和变形破坏预测等工作奠定基础。下一步将更加深入全面地建立研究区的崩滑灾害模式,并进行崩滑灾害的危险性分级工作。     

光学遥感用于贵州发耳镇尖山营滑坡监测研究

文章选取贵州省发耳镇尖山营采矿型滑坡为研究对象,利用多期光学遥感数据,基于亚像元相关性匹配技术,实现该滑坡长时序定量化二维形变监测。利用多期存档Google earth影像及无人机影像,探测出该地区1#滑坡在2013年已开始发生明显的地表形变,且随着时间的推移,地表形变愈发严重;再基于Sentinel-2遥感数据求解出1#滑坡自2016年7月31日至2020年3月22日期间的二维形变时间序列,结果表明：该滑坡最大水平形变方向与斜坡方向一致,且在东西向和南北向上均表现为持续增大的趋势,最大累积形变量分别达到了44 m和-58 m。     

基于易滑地质结构与多源数据差异的岩溶山区大型崩滑灾害识别研究

岩溶山区地质环境复杂且脆弱,重特大崩滑地质灾害时有发生。如果对岩溶山区的地质环境认知不准,将直接导致对灾害识别能力不足。文章围绕岩溶山区裸露型岩溶陡崖、复合岩组型斜坡以及非裸露型岩溶斜坡3类基本易滑地质结构差异,探讨多源数据条件下更具适用性的识别探测方法。对于空间影响面积小的厚层岩溶陡崖结构,星-地组合识别方法更加适用,基于GNSS的识别探测方式可在获得动态变形趋势基础上,对可能发生的失稳模式进行初步预判,同时可对InSAR解译的地表位移进行矢量化校正,有利于提高对具有相同或相近SAR数据条件地区的灾害识别程度。对于具有较大空间影响面积的斜坡区域,可优先选用基于InSAR的遥感技术来获取地表变形结果,对于有致灾风险的大变形区还可结合易滑地质结构及外部影响因素对其可能失稳模式进行预判或反演分析。任何灾害识别方式都有其局限性,在实践中可根据不同地质结构特征与灾害类型特点,通过多源、多维度监测来构建综合识别体系,探索更具适用性的识别探测与数据分析新思路。     

高分辨率遥感数据处理方法实验研究

近几年高分辨率遥感数据处理与应用研究越来越受到国内外学者的重视,已成为目前遥感应用研究领域的热点和难点之一。首先分析了基于像素的中分辨率卫星数据的遥感数据处理方法,包括:基于统计理论的分类方法和基于光谱信息的非参数理论方法的分类方法。在此基础上,针对高分辨率遥感图像的特点,分析了面向对象的高分辨率遥感数据处理方法。其中,图像分割是最关键的一步,即如何有效地提取出对象特征非常重要。最后,给出了高分辨率遥感数据处理方法相关算法实验,主要进行了几种图像分割算法实验,同时结合植被变化检测,进行了变化检测算法实验。     

重庆溶洼—丘峰区土地利用类型对土壤抗蚀性的影响

以重庆鸡公山耕地、果园、撂荒地、灌草坡和林地5种土地利用类型为研究对象,通过野外采样调查与室内分析,采用主成分分析法对与土壤抗蚀性密切相关的11个常用指标进行筛选和综合评价,探讨不同土地利用类型下土壤抗蚀性能的变化状况和差异性。结果表明:研究区表征土壤抗侵蚀能力最优指标为:>0.25 mm团聚体破坏率、>0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚度、<0.01 mm物理性黏粒含量、结构性颗粒指数和<0.001 mm黏粒含量。依据提炼出的3个主成分,建立土壤抗蚀性综合评价模型,即Y（综合指数）=0.712Y1+0.157Y2+0.131Y3,由此计算出土壤抗蚀性由强到弱为:林地> 灌草坡>撂荒地>果园>耕地。建议区内适当退耕还林还草,减少人为扰动,以利于提高土壤的抗蚀性能和水土保持能力。