长时间序列多源遥感数据的森林干扰监测算法研究进展

时空意义明确的森林干扰和恢复信息是评价森林生态系统碳动态的关键因素之一。然而由于诸多的现实困难,多尺度的森林干扰定量化时空信息相对缺乏。Landsat数据具备光谱、时间和空间分辨率上的优势,以及可以免费获取的特点,使其成为主要的长时间序列动态监测的遥感数据源之一,为长时间周期内提供具有合适的空间细节和时间频率的森林干扰信息成为可能。特别是基于Landsat时间序列堆栈(LTSS)的森林干扰自动分析算法的出现,更为森林生态系统的近实时监测提供强有力的工具。本文全面评述了长时间序列遥感数据准备和预处理技术以及国内外基于遥感数据源的多时相森林干扰监测方法,重点分析了基于Landsat的多种指数监测和自动化方法的优缺点,并总结了其与多源数据结合的扩展应用,最后就现有方法与国内外新的数据、技术手段的关联进行了展望,以期为推广中国本土卫星影像应用于森林干扰监测提供理论借鉴。     

森林扰动遥感监测研究进展

作为陆地生态系统的主体,森林的碳循环与碳蓄积对研究陆地生态系统起着重要作用,但目前森林扰动资料的缺乏在很大程度上影响着区域森林碳通量的估算精度。在对森林扰动监测方法和监测指数进行总结的基础上,对几种森林扰动监测指数进行了比较研究。鉴于当前基于长时间序列的森林扰动研究主要集中在北美国家,国内鲜有系统报道,因此,针对我国森林变化特点,结合长时间序列扰动分析方法和适宜的扰动监测指数,研究适用于我国森林的扰动监测模型具有重要的理论意义和应用价值。     

基于Sentinel-2影像的雄安新区2016—2019年土地利用分析

雄安新区是国家层面打造的又一个具有重要战略意义的新区,及时准确掌握该地区的土地利用详情具有重要意义。本文利用10 m分辨率的Sentinel-2影像对雄安新区2016—2019年的土地利用进行分类,进而分析该地区的土地利用时空演变。共测试了决策树、随机森林和支持向量机3种分类器,进而获得最高精度的土地分类结果图;同时,利用随机森林的特征排序功能分析了不同特征的重要性。结果表明,雄安新区的耕地、林地、水生植物面积总体均呈显著减少趋势,建设用地面积变化最为显著,表明雄安新区正在进行中、快速的城市化发展。本研究得到的10 m分辨率土地利用专题图和分析结果对于雄安新区的及时监测与规划有着重要参考意义。     

西双版纳橡胶种植特点及其对热带森林景观影响的遥感研究

利用遥感技术研究西双版纳橡胶分布格局、时空动态及其对热带森林景观的影响。研究表明： 西双版纳橡胶种植既有明显的地域分布和地带分布差异特征，也有很高的时空动态度； 橡胶种植对土壤侵蚀作用不明显，但是使周边环境破碎度加大，热带森林异质性自然景观向单一人工斑块化景观发展； 西双版纳橡胶种植获得了巨大的社会效益和经济效益，也对热带森林的稳定性和多样性造成威胁。     

基于信息化时代的遥感数据存档路径研究

信息化时代的发展,新技术革命正逐步改变着传统工业化的发展格局,遥感数据在土地覆盖监测、森林覆盖监测、草地覆盖监测以及湿地资源监测等方面具有不可忽视的重要作用.信息时代,实现遥感数据存档、共享、资源开发利用是当前考虑的重点问题.本文主要阐述信息时代遥感数据存档的必要性,分析当前遥感数据存档面临的主要问题,并提出适应社会生产和服务的新的管理模式,最大限度地挖掘遥感数据的社会化服务价值.     

疟疾发病的空间格局和时空演化分析

疟疾是一种具有复杂地理空间分布特征的地方性疾病,研究疟疾的空间格局,掌握疟疾发病的时空演化规律,为疟疾的防治提供科学决策具有十分重要的科学意义。本文以湖南省105个市、县级行政区1983～1992年疟疾发病的历史资料为例,运用空间自相关分析方法对湖南省疟疾发病的空间格局和时空演化规律进行分析、探测和识别。研究结果表明：湖南省各市县疟疾发病地域差异明显,整体呈现＂南高北低＂的空间格局,且主要集中在湘南和湘中经济相对落后的地区。在这期间,湖南省的疟疾发病经历了一个从＂南低北高＂到＂南高北低＂的时空演化过程。     

基于RS和GIS的黑龙江省积雪时空变化研究

以黑龙江省为研究区域,以风云三号气象卫星遥感数据资料为基础,通过对FY－3 A和FY－3 B的VIRR波段特性的深入分析,对2013～2015年多期FY－3A和FY－3B的VIRR遥感影像提取出黑龙江省多期积雪数据,进行黑龙江省积雪时空变化监测研究,结合RS和GIS技术对其进行了分析并得出结论,对了解其时空分布特征及变化规律,对于促进该区的工农业生产和生态环境保护都具有十分重要的意义。     

基于无人机LiDAR和高空间分辨率卫星遥感数据的区域森林郁闭度估测模型

森林郁闭度是森林资源调查中的一个重要因子,对森林质量评价具有重要作用。随着人工智能技术和遥感技术的不断发展,研究如何利用深度学习有效协同不同空间覆盖能力的遥感数据实现区域森林郁闭度的估测具有重要意义。由此提出了一种协同应用高密度无人机激光雷达和高空间分辨率卫星遥感数据,对区域森林郁闭度进行定量估测的深度学习模型（UnetR）。对用于图像分类的Unet模型的损失函数进行改进,并在卷积层后加入批量归一化层,使其具有对连续变量进行定量估测的能力。与全卷积神经网络、随机森林和支持向量机回归模型进行对比实验。结果表明,UnetR模型的均方根误差较低,估测精度较高,为实现区域森林郁闭度遥感监测提供了一种人力成本低、自动化程度高的估测方法。     

机器学习算法在森林地上生物量估算中的应用

森林地上生物量是森林生产力的重要评价指标,对其进行高效监测对维持全球碳平衡和保护生态系统具有重要意义。本文首先基于冠层高度模型数据,通过分水岭分割算法得到单木冠幅边界;然后在单木冠幅范围内提取23个LiDAR变量,结合佩诺布斯科特试验森林的87组实测数据,利用随机森林和支持向量机建立森林地上生物量估算模型;最后对样地模型估算的结果进行了比较,讨论了预测结果及其精度。结果表明:本文选用的随机森林模型和支持向量机模型在估算森林地上生物量的应用中获得了较高的精度;并且,随机森林模型在基于机载雷达数据估测森林地上生物量中的估算精度更高,模型泛化能力更强,制图精度也更好,具有更好的适用性。     

基于多源数据的2009—2019年丹江口市景观变化分析

面向丹江口市的自然资源景观及其变化展开研究,从景观格局的角度进行量化分析。首先整合丹江口市的历史地理时空数据和第三次全国国土调查成果,研究土地利用格局及其时空变化;然后利用景观格局指数方法分析丹江口景观格局的时空变化特性,并据此针对国土资源与人口经济协调发展提供建议。研究发现,2009—2019年丹江口市的优势景观类型基本无变化,除交通运输用地,其他景观类型的破碎度和形状复杂度均呈缓慢上升趋势,景观多样性和丰富度整体也呈上升趋势,说明丹江口市在建设发展过程中的生态环境持续向好。研究成果对于丹江口市土地利用的现状评价与效益提高、城市建设的规划布局和可持续发展具有重要参考意义。     

基于徐州市主城区的景观格局时空变化研究

对城市景观格局进行时空变化分析,有助于为我国城市化合理布局、稳定发展提供重要的参考。本文以徐州市主城区为研究区,选取2003、2013和2018年3期6景Landsat ETM+/OLI遥感影像数据,结合景观生态学理论以及遥感技术和地理信息系统技术,以ENVI、ArcGIS以及FRAGSTATS软件为平台,通过监督分类获取研究区景观格局信息,结合景观格局指数分析法以及转移矩阵对徐州市主城区景观格局的时空变化进行分析研究,为徐州市城市规划和生态环境建设提供参考。研究表明,2003—2018年间徐州市主城区内城市景观格局一方面趋于同质化,其他景观同质化变为建设用地;一方面趋于破碎化,景观格局整体上离散破碎化程度加深。     

塔里木河干流生态效应评价方法研究

以塔里木河干流为研究区,合理选取生态效应评价指标,根据塔里木河流域地表覆盖信息的动态时空变化特征,采用地面监测与多源卫星监测相结合的方法,建立了生态环境变化的监测体系。从植被恢复响应、生态景观格局指数、地下水埋深等方面出发,分析了研究区生态环境本底状况,从而对塔里木河干流生态效应进行了评价。     

基于Biome-BGC模型的小兴安岭森林碳通量时空分析

全球气候变化是当前人类生存和发展所面临的严峻挑战,森林生态系统在减缓温室效应和维持全球碳平衡中发挥着重要作用.本文以黑龙江省小兴安岭地区森林为研究对象,将通量观测和生态过程模型相结合,采用Biome-BGC模型估算森林碳通量,使用M-K方法和EOF方法进行了时空分析,并发现了2000—2015年小兴安岭森林碳通量的时空特征规律.研究结果表明:在时间上,具有明显的年际变化特征,且呈波动下降的总趋势;在空间上,具有同向分布模式和反向分布模式的空间分布特征.本研究成果将为我国制定应对全球变化的战略决策,以及生态文明建设和环境保护提供科学参考依据.     

联合LiCSBAS和机器学习的昆明市地面监测和预测

针对InSAR在数据处理过程中存在对流层延迟误差、解缠误差及处理大范围区域数据需要消耗大量时间和磁盘空间的问题，本文首先利用LiCSBAS和GACOS产品对2016年9月16日至2021年5月5日昆明市134景Sentinel-1升降轨影像进行数据处理，获取昆明市主城区沉降信息，在此基础上得到5个典型地表沉降区并分析其时空分布特征；然后利用深度森林和长短期记忆网络模型进行时序值的预测，引入绝对误差(ε)、均方根误差(RMSE)、纳什系数(NSE)对模型进行评价，深度森林和长短期记忆模型得到的ε均在4 mm以内，RMSE值分别为0.70和3.01,NSE值分别为0.92和0.81。结果表明，深度森林预测模型效果较好，联合LiCSBAS和机器学习模型的城市地表监测和预测的方法可以为今后开展地面沉降监测和灾害预警提供参考。     

基于RS和GIS的木兰县生态格局时空变化研究

随着社会城镇化进程加快,人与生态平衡的矛盾日益凸显。如何在保障生态安全的背景下,寻求经济生态双赢的可持续发展模式便成为这个时代所面临的重要课题。木兰县是黑龙江省重要的林特产品和农粮产业基地,文中以木兰县为研究区域,利用RS和GIS手段,对木兰县生态格局时空变化进行定性和定量的分析研究。研究结果表明:2006—2017年生态系统图斑破碎,城镇和裸地生态系统的土地利用动态度较高,人为干预强度大;生态系统流动方向主要是城镇生态系统、农田生态系统和森林生态系统之间的转化,且城镇生态面积增加量最高。同时,结合当地情况,对当地生态格局变化产生的问题提出解决对策,为日后的生态安全体系的构建和布局优化以及生态可持续发展提供参考依据。     

森林防火监测站选址及可视域分析

火灾是森林的宿敌,危害巨大。建立监测站不仅是一种有效的森林防火措施,还是我国主流的预防对策。文章基于GIS对某林区数字高程模型进行空间分析,通过分区查询统计理论提取其最高点,利用缓冲区技术去除不合理高程点,获取可视域范围较大的监测站点分布图;根据泰森多边形对监测站点监测区域进行可视域分析,获取其可视域分析指标值,同时剔除功能重复的站点,以得到其较为理想的分布。该方法只需单一的数字高程模型数据,选取站点过程考虑综合因素,可操作性强,为森林防火监测站的部署和分析提供了一种科学参考。     

基于Sentinel-1多时相InSAR影像的云南松切梢小蠹危害程度监测

森林病虫害是森林健康生长的重要威胁之一,开展其危害程度监测对森林保护具有重要意义。基于多时相Sentinel-1C波段雷达数据、云南松物候和地面高度2 m处的相对湿度资料,对SAR相干系数和后向散射系数的时变特征及与相对湿度的相关性进行了分析,提出一种利用合成孔径雷达干涉(interferometric synthetic apertrue Radar,InSAR)影像进行森林病虫害危害程度监测的方法;并以云南省祥云县为研究区,进行了云南松健康林与不同程度受害林的分类研究。结果表明:(1)后向散射系数和相干系数的时序变化均与云南松物候期相关;(2)相干系数与相对湿度的相关性很小,后向散射系数与相对湿度有一定的相关性,其中轻度受害林的相关性达到0. 78;(3)通过实测数据验证,用多时相相干系数进行分类,精度高于后向散射系数分类,其中降轨数据的精度最高,可达到83. 15%,表明多时相C波段SAR相干数据可有效识别健康林与不同程度的受害林;(4)该方法对多云雨地区的森林病虫害监测与分类有一定的优势,可以进一步提升遥感监测病虫害的能力。     

基于"3S"的梵净山自然保护区植被分布探讨

利用“3S”技术对梵净山国家自然保护区森林植被类型的空间分布进行分析,并为森林植被的监测与管理提供依据,更好地对各个区域(核心区、缓冲区、影响区)危害因子进行监控,从而有效地对其森林植被进行有效的保护。     

基于高分辨率航空影像的盘锦市湿地时空变化监测的方法研究

基于2013年、2008年和2003年的高分辨率航空影像,利用盘锦市地理国情普查数据,设计了盘锦市湿地时空变化监测的技术路线,提出了空间格局变化分析、变化热度分析、生态安全评价和变化预测分析等方法。     

近实时中高空间分辨率森林火灾监测系统展望

森林火灾是最为常见的灾害之一,严重危及人类生命安全。及时准确监测森林火灾的发生及火场状况,对应对火灾及减少损失至关重要。当前,森林火灾卫星遥感监测主要以低空间分辨率的卫星遥感为主,空间分辨率过低导致无法探测规模较小火灾及掌握详细火场态势。针对这一问题,结合近些年中高空间分辨率卫星观测、共享及处理能力的发展,本文从森林火灾卫星遥感监测的基本原理、当前可用中高空间分辨率卫星数据及其特点、中高分辨率森林着火区监测算法,以及数据共享与云端存储与计算等4个技术环节,对森林火灾中高分辨率卫星遥感监测当前研究现状与存在问题进行了总结,阐述了近实时中高空间分辨率森林火灾监测系统的可行性。近实时中高空间分辨率森林火灾监测系统可对已有低空间分辨率森林火灾监测体系形成重要补充,依托其空间分辨率的优势有助于及早、准确发现小规模火情,进而为森林火灾的防治与管理提供更好支撑。