植被物候遥感监测研究进展

植被物候是研究植被与气候、环境变化间关系的重要参量。本文针对目前常用的阈值法、拟合法和延迟滑动平均法等植被物候遥感监测方法进行比较分析;介绍了传感器网络法、物候模型法等物候遥感监测验证方法;从遥感监测方法和数据源两方面分析物候遥感监测的误差来源;针对目前研究中存在的问题,讨论了遥感物候的主要研究方向:从机理层面,应创新植被物候遥感监测方法;建立标准化地面验证数据源;利用多源遥感数据,组成高时间分辨率的原始遥感数据源,提高植被物候遥感监测的时间分辨率和测算精度。     

潮汐和植被物候影响下的潮间带湿地遥感提取

潮间带湿地具有重要的生态和经济价值,但受到全球变化影响,发生大面积退化甚至丧失.掌握潮间带湿地的时空分布特征,对海岸带资源的科学管理具有重要意义.由于受到多云多雨天气和潮汐动态淹没的影响,单时相遥感数据难以获取完整的潮间带湿地信息.因此,本研究开发了一种基于时序遥感指数的潮间带湿地分类算法,并以福建省亚热带海岸带为例,...     

基于高分遥感数据的地表覆盖专题监测研究

为推动高分遥感数据在地理国情地表覆盖专题监测工作中的应用,研究了基于高分遥感数据开展地理国情地表覆盖专题监测的技术路线和数据处理与分析方法,探讨了专题监测系统的模块和功能设置,以期为地理国情地表覆盖专题监测工作提供参考。     

植被物候参数遥感提取与验证方法研究进展

在气候变化背景下,植被物候作为生态系统对环境变化响应的直接体现方式,日益受到学界关注.获取长期、连续、多尺度的植被物候数据是物候研究的基础,而利用卫星遥感手段获取的物候参数已经成为陆地生态系统变化研究的重要指标.遥感物候参数在农业生产管理、生态系统监测、土地利用类型制图、人类健康和生态系统气候变化响应等领域发挥着重要的...     

融合Landsat 8与Sentinel-2数据的红树林物候信息提取与分类

科学准确地监测红树林是保护海陆过渡性生态系统的基础和前提,但红树林分布于潮间带,难以进行大规模人工监测。遥感技术能够对红树林进行长时间、大面积监测,但已有研究尚存不足。一方面,红树林分布于热带、亚热带区域,受到天气条件限制难以获得长时间覆盖的有效光学遥感数据;另一方面,红树林极易与其他陆生植被混淆,仅利用多波段数据的光谱信息难以精确识别。本文以恒河三角洲孙德尔本斯地区为例,基于谷歌地球引擎GEE（Google Earth Engine）获取2016年全年的Landsat 8 OLI和Sentinel-2 MSI数据,利用物候信息进行红树林提取研究。首先,基于最小二乘回归构建两个传感器在相同指数之间的关系,重建时间序列数据,之后根据可分性判据选取增强型植被指数EVI（Enhanced Vegetation Index）和陆地表面水分指数LSWI（Land Surface Water Index）。其次,对两个指数的时间序列数据进行Savitzky-Golay滤波处理,并分别提取生长期始期等13种物候信息。最后,将两个指数的物候信息进行特征级联,采用随机森林RF（Random Forest）方法进行分类,提取研究区红树林范围。实验结果表明：Landsat 8 OLI和Sentinel-2 MSI数据融合可有效提升时间序列质量,与基于单一传感器数据的分类结果相比,总体精度提高1.58%;物候信息可以显著增强红树林与其他植被的可分性,与直接使用时间序列数据的分类结果相比,总体精度提高1.92%;同时考虑EVI和LSWI指数可极大地提升分类效果,与采用单一指数相比,总体精度分别提高14.11%和9.69%。因此,本文通过数据融合、物候信息提取和指数特征级联可以更好地提取红树林,总体精度达到91.02%,Kappa系数为0.892。研究验证了物候信息在红树林遥感监测中的应用潜力,提出的方法对科学准确地监测全球或区域红树林具有一定参考价值。     

陆表物候监测的遥感指数多维度评估

针对陆表植被物候监测已发展了很多遥感指数,但不同遥感指数表征陆表植被季节性变化的能力存在差异。目前,有关陆表植被物候遥感指数的评估大多在不同标准下开展,导致研究结果间的可比性较差,致使无法根据不同区域选择出最佳的遥感指数,从而影响大尺度（如半球乃至全球）的陆表物候监测精度。本文在北半球中高纬度地区,以75个碳通量塔站点的406条记录和129个物候相机站点的482条记录为参考标准,对10种遥感指数应用于陆表物候监测的能力进行了系统性评估,并从两个精度评估视角（物候提取准确度、物候变化趋势一致性）、4个维度（植被类型、地理环境、物候类型、物候事件）对比分析了各种情况下的最佳遥感指数及其精度。虽然部分遥感指数在多数情况下均表现最佳,但不同植被类型、地理环境、物候类型（功能物候、结构物候）、物候事件（春季、秋季）组合情况下的最佳遥感指数并不聚焦于少数几种,而是散布于各类遥感指数之中;即使是采用了最佳遥感指数,但在某些情况下,其用于陆表物候监测的误差仍较大。从不同的精度评估视角来看,物候提取准确度高的遥感指数并不一定与物候变化趋势一致性高的遥感指数相对应,说明应根据关注视角来选择最佳遥感指数。本...     

多源遥感数据应用于森林健康研究的趋势

森林健康是一个复杂的概念, 森林健康评价的指标选取也是一个复杂的系统。由于遥感技术具有宏观性、实效性、综合性、可重复性和成本低等优点, 能为传统上只依靠野外实地调查进行的森林健康研究提供广域的、定量化的表达方法, 因此用多源遥感数据诊断森林必将成为森林健康研究的理想手段之一。论文将从森林参数的反演、森林火灾的监测以及森林病虫害监测三个方面入手, 综述多源遥感数据应用于森林健康研究的发展趋势。     

一种基于矢量数据的遥感影像变化检测方法

为克服多时相遥感影像变化检测因成像季节、拍摄角度等因素产生的误差,针对影像变化通常少于未变化的情况,提出了一种利用旧时相矢量图与新时相影像进行变化检测的方法.利用旧时相带有类别信息的矢量约束,对新时相遥感影像进行细分割获得图斑,对图斑提取光谱、纹理等特征,通过主成分变换构建特征集,在类别的约束下,应用孤立森林计算图斑的...     

基于多源遥感数据的洪涝淹没范围时序监测分析

目前,洪涝灾害是我国最严重的气象灾害之一,如何实现及时准确的洪灾监测是防灾减灾的重要前提和基础。本文基于多源遥感数据,采用数据协同的方式进行洪涝淹没范围时序监测分析,以重现淹没情形,反映灾情特征。其中MODIS地表反射率产品和DFO达特茅斯洪水数据库能够实现淹没的宏观动态监测;由同期高分辨率遥感影像水体提取结果以空间差值的计算方式求取的淹没范围则能反映淹没的空间变化和细节特征。相关结果可为灾情评估奠定基础。     

1979年—2019年兴凯湖湖冰物候变化的被动微波遥感监测

季节性冻结与消融的湖冰是气候变化的重要指示器。本文以兴凯湖为例,基于1979年—2019年的被动微波遥感数据获取了兴凯湖的冻融日期,用2000年—2019年的中等分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)数据进行了验证,并用气候数据分析了湖冰物候变化的原因。结果表明被动微波与MODIS遥感数据在湖冰物候提取方面具有较好的一致性,也即MODIS的验证结果表明用低频被动微波亮度温度数据获取湖冰物候的方法是可行的,结果也是可靠的。平均而言,兴凯湖湖冰每年11-13左右开始冻结,11-23左右完全冻结,湖冰冻结持续时间9.80 d;次年04-23左右湖冰开始消融,04-30左右湖冰完全消融,消融持续时间8.03 d;湖冰完全封冻时间150.50 d,湖冰覆盖时间168.03 d。过去41 a,兴凯湖开始冻结日期没有明显变化,完全冻结日期平均推后了0.19 d/a,开始消融日期和完全消融日期分别提前了0.16 d/a和0.13 d/a,湖泊完全封冻时间和湖冰覆盖时间分别缩短了12.71 d和2.87 d。湖冰冻结日期推后与风速增大密切相关,消融日期提前和湖冰持续时间缩短与气温升高显著相关。     

航空遥感数据典型自然下垫面偏振特性分析

对于航空航天大气偏振遥感来说,下垫面偏振辐射噪声影响扣除至关重要。本文基于航空偏振遥感数据,探讨了典型自然下垫面对可见光及短波红外波段偏振敏感性。研究发现,在可见光波段与短波红外(2250 nm)波段,植被下垫面偏振反射率线性拟合斜率都接近1,相关系数大于0.95,表明植被偏振反射率对光谱波段不敏感。比较分析了平静水面和存在耀光水面在670 nm和2250 nm两波段的偏振特性,存在耀光的水面其偏振反射率大约是平静水面的3倍。此外,在实验室测量了红砂土和河沙土的偏振反射率,偏振反射率随波段的改变量很小,其与波段的线性拟合斜率仅为10-5量级,说明两者的偏振反射率对波段很不敏感。因此,利用典型自然下垫面在可见和短波红外波段的偏振反射特性,将能够有效进行地气解耦,提高大气偏振遥感精度。     

跨时空观下的遥感应用新视野

遥感是一门应用性极强的现代地球信息学科,在总结分析遥感学科理论发展与遥感应用新特征基础上,进行遥感学科发展与应用理论探索,是推动遥感学科与应用迈上新台阶的重要任务。本文通过对现有遥感学科组成及分类体系的分析,首先提出了一种基于方法论的遥感学科分类新方法,在分析遥感应用中普遍存在的跨时空特征基础上,从遥感应用新视野提出了跨时空遥感的理论,最后结合典型案例剖析了跨时空遥感的应用。跨时空遥感理论的建立顺应遥感学科发展的需要,遥感应用时空观的提出对今后遥感应用具有参考价值。     

多源遥感数据支持下的城市生态状况评价

城市生态环境监测具有数据来源广泛、监测要素复杂、服务对象多样等特点,整合可用的资源进行城市生态的综合监测成为目前关注的热点。本文利用高分辨率遥感影像,以及地表覆盖、城市边界等遥感产品,在现有遥感生态指数的基础上,结合黑臭水体指数,构建适合综合评估城市生态状况的集成遥感监测模型,实现对城市生态环境状态的多维度监测。该方法能够较准确客观地反映城市的生态环境质量,理论上补充了基于遥感数据的城市生态环境监测方法,可为城市生态环境监测的信息化建设提供技术支撑。     

国产高分辨率遥感数据在城市森林资源监测中的应用

为了满足城市森林资源精细化管理的需求,需要不断拓展国产高分辨率遥感卫星数据的应用范围。本文对国产高分辨率遥感卫星数据进行真实性检验并分析其数据特性,在此基础上开展基于国产高分辨率遥感卫星数据的城市森林资源监测的应用研究,并开发了相应的软件系统,对实现城市森林资源的自动化监测具有较高的实用价值和研究意义。     

黑河流域遥感物候产品验证与分析

植被物候遥感产品对全球变化响应、农业生产管理、生态学的应用等多领域研究具有重要意义。但现有植被物候遥感产品还有较多问题,主要包括一方面使用不同参数的时间序列数据以及不同提取算法导致的产品结果差异较大,另一方面在地面验证中地面观测数据与遥感反演数据的物理含义不一致导致的验证方法的系统性误差。本文以黑河流域为研究区,对比验证基于EVI(Enhanced Vegetation Index)时间序列数据提取的MLCD(MODIS global land cover dynamics product)植被遥感物候产品和基于LAI(Leaf Area Index)时间序列数据提取的UMPM(product by universal multi-life-cycle phenology monitoring method)植被遥感物候产品的有效性及精度等。同时,通过验证分析进一步评估基于EVI和LAI时间序列提取的物候特征的差异及特点,探讨由于地面观测植被物候与遥感提取植被物候的物理意义的不一致问题导致的直接验证结果偏差。结果表明:UMPM产品有效性整体高于MLCD产品,但在以草地和灌木为主的稀疏植被区,由于LAI取值精度的原因,UMPM产品存在较多缺失数据,且时空稳定性较低;基于玉米地面观测数据表明,EVI对植被开始生长的信号比LAI更加敏感,更适合提取生长起点,但植被指数易饱和,峰值起点普遍提前,基于LAI提取的峰值起点更加合理。由于地面观测的物候期在后期更加关注果实生长,遥感观测仅关注叶片的生长,遥感定义的峰值终点和生长终点与玉米的乳熟期和成熟期差异较大。     

利用遥感指数时间序列轨迹监测森林扰动

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森林碳通量的估算精度。利用1986年-2011年共14期的Landsat TM/ ETM+影像,以江西武宁县为例,使用遥感指数时间序列轨迹分析方法,研究了适用于中国南方森林的扰动监测技术,该技术不仅可以识别森林的扰动变化,同时还可以监测植被的恢复信息。精度分析表明该方法得出的扰动产品的Kappa系数达到0.80,总体精度达到89.7%,表明该方法对武宁县森林扰动具有较好的监测能力。森林扰动特征分析表明武宁县森林在20世纪90年代受扰动最为剧烈,并且扰动主要发生在低海拔地区。     

观测数据采样化的遥感影像非监督分割

为了实现影像的自动化分割,提出一种利用非监督方式将观测数据采样化的遥感影像分割方法。该方法利用欧氏空间的概率分布建模采样数据和观测数据,并将其映射到黎曼空间,通过不断将观测数据转换为采样数据的方式实现影像的自动采样化。每次采样过程只需计算观测数据点到采样点的测地线距离,将距采样点测地线距离最小的观测数据转化为采样数据,以保证采样数据不断趋于该类数据的真实分割结果,同时使算法能够有效分割具有不同像素数的类别。将算法应用于模拟影像和真实遥感影像分割,对其分割结果以及传统基于统计、基于模糊的非监督算法和基于神经网络的监督算法相应分割结果定性定量的对比分析验证了该算法的有效性及可行性。