WorldView-2数据在西昆仑库斯拉甫含煤盆地的应用与研究

WorldView-2作为全新多光谱高分辨率遥感数据,在煤田环境地质的应用目前处于探索研究阶段.本文以西昆仑库斯拉甫含煤盆地WorldView-2数据在煤田环境地质中应用与研究为基础,采用Envi4.8对WorldView-2数据预处理,大气校正后,探索性自动提取水体、植被、含煤地层界线等环境地质相关要素信息,为煤田环境地质研究提供技术支撑.     

Application of UAV equipped with high resolution sensors in fine topographic mapping北大核心CSCD

无人机搭载高分辨率传感器,获取的正射影像和数字表面模型(DSM),能够很好的反映精细地形表面特征。本文以藏东南地区雅弄冰川末端为研究区,利用M300 RTK无人机搭配睿铂M6P量测型相机,获得了地面分辨率为1.5 cm的正射影像及DSM。与航天遥感数据Planet影像和数字高程模型TanDEM相比,无人机航测获取的正射影像、DSM在提取冰川边界、冰川表面形态上具有较大优势。本文利用坡度阈值法、R成像波段阈值法,能够有效提取冰裂隙、冰面湖的分布,且自动提取误差小于10%。因此,无人机航测获取冰川区精细地形在未来冰川研究中具有非常大的潜力,尤其是提取冰面特殊形态,研究微尺度地形对冰川变化的影响。     

基于DEM和高分辨率遥感影像的“膨胀-融合”式地表沟壑提取

地表沟壑的精细化提取是地形地貌特征的重要内容.针对现有沟壑提取结果中存在断裂区域和伪沟壑区域的情况,提出一种基于DEM和高分辨率遥感影像的地表沟壑“膨胀-融合”式提取方法.该方法综合了D8算法、坡向变率算法和面向对象分类方法的提取结果,首先引入距离制图算法对初始沟壑进行方向性膨胀,然后通过栅格重分类和代数运算进行沟壑融合,剔除伪沟壑区域,最终实现研究区域内沟壑的精细化提取.以GDEM v2数据和高分二号影像数据为数据源,精细化提取了湖北省神农架林区举黑沟至麻湾村一带的地表沟壑.采用随机点验证法对实验区域内的沟壑提取结果进行了精度评价,结果表明该方法的总体精度为92%,能有效弥合数据中的断裂区域,同时剔除伪沟壑区域,达到提高沟壑提取精度的目的.      

基于WorldView-Ⅱ高分数据的盐湖矿化度含量定量反演研究——以尕斯库勒盐湖为例

鉴于盐湖水体矿化度含量定量反演研究较少,且中、低空间分辨率遥感数据反演的矿化度含量精度偏低,文章以柴达木盆地西部尕斯库勒盐湖为例,基于WorldView-Ⅱ高空间分辨率遥感数据和实测矿化度数据,开展了盐湖湖表水体矿化度含量定量反演技术研究。通过开展盐湖水际线提取、盐湖水体矿化度光谱诊断特征分析、矿化度识别遥感指数构建、矿化度遥感信息分离和线性回归模拟,构建了盐湖矿化度含量定量反演模型。经评价,模型反演精度为96.61%。研究结果表明,基于WorldView-II高分数据定量反演盐湖矿化度含量的方法是有效的,该方法对于快速定量识别盐湖矿化度含量,降低盐湖矿化度调查和分析成本,预测富矿水域具有十分重要的意义。     

2017 - 2018年冬季乌梁素海湖冰表面裂缝形态分析

在2017 - 2018年冬季使用无人机对乌梁素海湖冰的冰面裂缝进行了航拍, 采用改进的自适应阈值分割方法进行图像二值化处理, 提取了冰裂缝的密度和分形维数。分析结果显示： 在固定区域的冰裂缝分形维数在1.35 ~ 1.50间变化, 冰裂缝数量随时间增加, 其分形维数也随之线性增大; 在冰生长期间, 冰厚度与冰裂缝分形维数也呈现出明显的线性关系（相关系数R²=0.75）。冰面不同区域的冰裂缝密度和分形维数在0.017 ~ 0.079、 1.38 ~ 1.64间变化, 且两者之间存在显著的对数相关性（相关系数R²>0.96）, 不同日期航拍数据拟合结果近似相等, 说明冰裂缝密度越大, 对应的分形维数越大。作为表征冰面形态特征的一种物理指标, 建立得到的冰裂缝分形维数与冰厚、 裂缝密度的相关关系, 对未来利用冰面裂缝形态监测冰层的生消过程可提供科学的参考。     

基于OLI影像和DEM的山区水体提取方法

以皖南山区秋浦河流域为研究对象,综合利用OLI影像和DEM数据,针对山区水体提取中出现的阴影问题和河流断线问题提出一种新的解决思路。首先通过比较单波段阈值法、NDWI水体指数法、谱间关系法以及SWI阴影水体指数几种水体提取方法,显示SWI能够剔除大部分山体阴影;其次使用基于数学形态的膨胀滤波和Pavlidis图像细化算法对SWI提取结果进行处理,较短水体的断线得到连接;最后对于水体断线严重的上游河流,利用DEM进行河网的提取,并以提取的河网代替水体指数的提取结果。结果表明,基于OLI和DEM数据进行山区水体的提取,方法简单,提取的面状水体齐全,线状水体连续,精度达到83.2%,该方法可为其他山区地形水体提取提供一定的借鉴。     

基于自动阈值与区域增长的SAR影像海岸线提取算法

为实现对海岸线的动态监管和监测,提出了一种自动阈值与区域增长相结合的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)影像海岸线自动提取方法。首先结合Canny边缘检测和最大类间方差法(OTSU方法)实现自动阈值分割提取水陆分界线;在自动阈值提取的基础上,对水域进行开运算和图像分割,将占有较大比例的海上水体作为种子点进行区域增长,获取海上水体,从而去除陆地水体、阴影等误分为海域的部分;之后对区域增长法获取的海陆分割结果进行去噪、填充等形态学优化处理,填补海上船体、风车、岛礁等造成的空洞影像,形成最终的海陆分割结果;最后,使用Canny边缘检测算子获取海岸线。基于江苏海岸带的实验结果表明该方法可以高精度地提取出光滑、连续的海岸线,在SAR影像海岸线提取中具有较强的实用性。     

江汉平原江陵湖泊沉积物粒度特征及气候环境意义

以江汉平原江陵湖泊沉积物为研究对象,结合沉积物岩性、粒度组成、孢粉和有机碳同位素等,分析了江陵湖泊沉积物粒度组成特征及该区域近9 000 a来的气候环境变化。研究发现,江陵湖泊沉积物记录了该区湖泊水体逐渐减小直至消亡的过程,气候环境变化大致可分为以下5个阶段：（1）8 900～6 300 a B.P.为水体较深、面积较大的开阔湖阶段,气候暖湿;（2）6 300～4 700 a B.P.为面积较小、水体较浅的潴水湖阶段,气候干旱;（3）4 700～3 400 a B.P.为面积更小、水体更浅的洼地湖阶段,气候偏暖偏湿;（4）3 400～2 500 a B.P.为湖沼泥炭发育阶段,气候暖湿;（5）2 500 a B.P.以来,由湖泊及湖沼堆积转化为洪水漫滩堆积,古云梦泽开始萎缩,气候变干。江陵湖泊沉积物粒度所记录的区域气候干湿变化与国内邻近区域（特别是鄱阳-洞庭湖区）显示出较好的一致性,沉积物粒度研究是恢复区域古降水等气候环境变化的有效途径。     

东南极冰盖上新世大规模退缩事件

笔者近年对东南极内陆格罗夫山(Grove Mountains)开展了上新世以来冰盖表面波动的综合研究,运用冰川地质、地貌、土壤、沉积岩、孢粉组合及宇宙核素等各种方法手段,提出东南极大冰盖形成以后并非稳定演化至今,而在上新世早期时发生过大规模退缩,其前缘至少曾经退缩到格罗夫山地区,距现今冰盖边缘约400 km。之后,冰盖又迅速膨胀,到距今2.3 Ma时,冰面至少超过现今高度约400 m。以后冰面缓慢平稳下降,至1.6 Ma时,东南极冰盖进入第四纪振荡期,但重新上升的冰面再也没有超过现今高度的100 m以上。东南极冰盖大规模消融事件在全球尺度上也有所响应,例如北半球大冰盖形成,青藏高原整体剧烈隆升,塔里木盆地黄土出现等。这类行星尺度的气候变化可能与直布罗陀海峡关闭与地中海盐化事件,巴拿马地峡关闭等大地构造事件有关。     

基于ALOS光学影像的2008年汶川地震震害信息提取

本文基于ALOS光学影像对2008年5月12日发生的四川汶川大地震灾区进行了震害信息提取。由于本次地震造成了大范围的山体滑坡,我们尝试利用震前和震后获取的ALOS/AVNIR-2影像进行滑坡区域信息提取。首先利用分级方法提取植被和水体信息,对植被和水体进行掩膜之后通过基于像元的分类将裸地信息从震前和震后的影像中提取出来,两幅影像中裸地信息的差异则被认为是滑坡。同时在被滑坡阻塞的河流地区,水平面的上升情况也被提取出来。除此以外本文利用由SRTM获得的DEM数据对坡度和滑坡发生之间的关系进行了研究。     

WorldView-3影像与ASTER热红外影像在内蒙古卫境地区铀矿勘查中的应用

利用多源影像开展蚀变信息提取,以促进内蒙古卫境地区铀矿地质勘查工作。基于WorldView-3(WV-3)影像特点及典型蚀变矿物光谱特征,通过主成分变换提取Al-OH、 Mg-OH、 FeOH、 CO_3~(2-)及Fe~(3+)类蚀变矿物。利用ASTER(先进星载热发射和反射辐射仪)热红外影像,通过波段运算反演SiO_2含量信息。经对上述蚀变信息和基础地质资料的综合分析,圈定出一处铀成矿有利地段,并进行部分区域的野外查证,取得了较好的找矿效果,为该区后续铀矿勘查提供了参考。     

格陵兰冰盖表面消融研究进展

冰盖表面消融是格陵兰冰盖物质平衡的重要组成部分, 已成为近年来格陵兰冰盖研究的热点. 格陵兰冰盖表面消融研究的关键在于理解冰盖融水的产生、 运移和释放等水文过程, 需要解决如下关键科学问题: 1) 冰盖表面产生了多少融水;2)冰盖表面水文系统具有什么特征; 3)冰盖表面融水如何影响冰盖运动; 围绕这些科学问题, 总结了格陵兰冰盖表面消融的研究进展. 冰盖表面消融建模、 冰盖表面湖的信息提取与面积特征变化、 深度反演与体积量算等是目前研究冰盖表面融水量的主要途径, 冰盖表面湖、 冰盖表面径流、 锅穴与冰裂隙等表面水文要素的空间分布规律研究则可用于揭示冰盖表面水文系统特征, 冰盖表面融水与冰盖运动速率的关系、 表面融水进入冰盖内部与底部的水文过程是目前揭示表面融水如何影响冰盖运动的主要手段.     

基于MODIS影像的鄱阳湖湖面积与水位关系研究

利用统计分析的方法,根据2001年获取的13景鄱阳湖区无云MODIS影像中的9景提取的水体面积,并结合同步观测的水文数据分别采用线性、对数和指数3种模型模拟湖面积-水位之间关系。结果显示对数模型相关性最好（R²=0.918）,其次为线性和指数模型。利用另外4景MODIS影像对模型进行检验表明,该模型精度较高,模拟的最大误差为3.36%。本研究显示,可根据鄱阳湖水位观测值,利用该模型预测鄱阳湖洪涝期洪水淹没面积,以弥补云天状况下光学遥感难以监测到洪水淹没范围的不足。本研究为利用遥感影像实时监控鄱阳湖水情空间动态变化提供了可行的方法,对湖泊、水库的泛洪监测、调洪功能分析具有重要意义。     

大型金属矿山不同环境介质中重金属元素化学形态分布特征——以甘肃金昌市和白银市为例

重金属元素在环境介质中的存在形态及各形态比例是决定其迁移性和生物可利用性的重要因素.采用BCR法连续提取过程对大型金属矿山周围土壤和水体沉积物中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn化学形态的分析结果表明,土壤和水体沉积物中不同重金属元素化学形态分布有很大差异.总体而言,Cd以弱酸提取态为主(约占60%),Cr以残渣态为主,占90%以上,Cu以可氧化态为主(约占60%),Ni和Pb以可还原态为主,分别约占50%和60%,Zn以残渣态为主,约占45%.不同区域土壤中重金属元素各形态质量分数之和依次为厂区外围>尾矿坝旁>农田,各形态分布也与总量具有相似的变化趋势.金昌市矿山环境介质中重金属以Cu和Ni为主,白银市以Cd、Cu和Pb为主,重金属元素的生物可利用态和潜在可利用态质量分数高,平均约占各金属,总量的60%～90%,对周围环境具有很大的潜在生态危害性.     

新疆北山地区侵入岩遥感识别方法

基于ASTER数据、Landsat 8数据及WorldView-2数据,采用波段组合法、最小噪声分离法、主成分分析法以及波段比值法,结合岩石光谱曲线,综合提取了新疆北山地区侵入岩的岩性特征。对WorldView-2进行主成分分析和最小噪声分离,并将R(PCA2)G(PCA1)B(PCA4)、R(MNF2)G(MNF1)B(PCA1)、OLI数据R(B7)G(B6)B(B5)进行假彩色合成,利用OLI数据中的B5/B2、B2/B1突出花岗岩。这些方法解决了复杂岩性的影像色调差异较小、细节不清晰等问题,降低了岩性划分及解译的难度,使各种岩性界线更加明晰。结合前人的区域地质调查成果,对研究区侵入岩岩性进行了系统解译及分析。多源遥感数据的综合利用,有助于更有效地识别复杂岩性并进行更详细的岩性分类,提高遥感岩性识别的正确率。     

WorldView-3影像在内蒙古苏莫查干敖包地区铀矿勘查中的应用

为对苏莫查干地区呈小规模展布的铀成矿带进行勘查研究,采用WorldView-3(WV-3)高分辨率影像和主成分分析、假彩色合成,对研究区内岩性、构造进行解译;利用主成分分析法及可见光近红外波段提取了铁染蚀变信息,同时也利用光谱角制图法及短波红外波段提取了黏土化蚀变信息,并进行了野外验证。结果表明, WV-3遥感影像能很好识别出研究区呈小范围展布的铀矿地质信息,有助于促进该区铀矿勘查研究。     

基于HJ-1A卫星CCD遥感影像数据的煤矿区塌陷坑积水和煤堆监测

地表塌陷积水和煤堆的识别与区分是煤矿开采区环境保护的重要工作内容。本文利用HJ-1A卫星CCD遥感影像数据,以神东矿区为例,在深入分析矿区煤堆、塌陷积水、其它水体和工矿用地等地物的光谱特征基础之上,通过波段反射率差异和归一化水体指数(NDWI)构建了矿区内煤堆和塌陷积水的遥感提取与识别决策树模型。模型分析表明,塌陷积水的NDWI指数范围为[0.02,0.13],与部分裸土/工矿用地容易混合,需要利用红光通道阈值进行剔除。煤堆与其他非水体地物都有较明显的区分但与塌陷水体较为一致,需进一步通过红色通道阈值加以区分,当阈值为0.14时研究区提取结果最佳。研究区内共提取出煤堆373个,面积4.96 km2,塌陷积水11个,面积0.51 km2。通过与2.5 m空间分辨率的SPOT卫星目视解译验证表明,本文利用HJ-1A CCD影像数据识别总精度可达97.77%,构建的决策模型适用于矿区内煤堆及水体信息的自动提取。     

基于遥感专题解译的白洋淀湿地底部DEM构建

基于多时相Landsat遥感影像,利用适合白洋淀湿地信息提取的综合提取方法提取湿地范围。将湿地范围视为水体淹没区,淹没区的边界线视为对应地表水位高程的等高线,并根据遥感影像、高程控制点等对淀区内受人为影响的局部区域进行校正,插值生成白洋淀湿地底部的数字高程模型(DEM)。选用遥感影像和地面高程控制点对构建的数字高程模型进行验证,遥感影像验证精度在80%以上,地面控制点验证误差在±0.5 m以内的点达到80%。这种由一系列遥感影像提取等高线生成数字高程模型的方法可以弥补白洋淀湿地内数字高程信息不足的缺陷,对于提高白洋淀湿地的水均衡计算和构建湖泊与地下水耦合模型的精度有着重要意义。     

青藏高原北部可可西里库赛湖年纹层微区分析及形成机理

湖泊年纹层是进行高分辨率古气候环境研究的重要载体之一,其形成机理的研究能够为高分辨率古气候环境信息的提取提供重要的依据。本文以青藏高原北部可可西里库赛湖沉积的年纹层为研究对象,通过纹层薄片显微镜观察,以及纹层的扫描电镜、X衍射和同步辐射X射线荧光等微区分析,对库赛湖沉积年纹层的形态、沉积和成分特征进行了研究,以探讨库赛湖年纹层形成过程和机理。结果表明:年纹层层偶由深浅相间的微层组成,深色层主要由灰褐色—黑褐色的粗颗粒物质组成,磨圆中等、分选性差,矿物以石英、长石、白云母、黏土矿物等为主,其中石英含量占73%左右,且具有明显的风力搬运特征;浅色层呈灰白色,矿物颗粒较细,除石英、长石、白云母、黏土外,还有自生的文石,同时浅色层中含有大量的枝角类碎片和半月形介形类生物壳体。研究认为,库赛湖冬季温度低、风力强劲,风的机械搬运作用使大量的陆源物质在冰面堆积,等到春季湖泊开封,冰面上粗颗粒物质沉积到湖底形成库赛湖年纹层的深色层(粗颗粒层);夏季温度升高,冰雪融化,降水增加,河流搬运的陆源粗颗粒物质由于重力作用先在湖泊边缘沉积,而黏土矿物等细颗粒物质则在湖泊中心沉积,同时夏季湖水温度升高,蒸发作用加强,生物活动增强,湖泊自身的生物、化学作用加强,从而形成以细碎屑矿物、生物残体、自生碳酸盐沉积为主的浅色层(细颗粒层)。因此,库赛湖的年纹层层偶是由冬季冰面风成物质形成的粗颗粒深色层(冰融化后,风成物质沉降至湖底堆积)和夏季沉积的细颗粒浅色层两者交替而形成的。     

中国中、东部典型样区土壤和水体多样性关联分析

分别选取中国中、东部不同尺度典型样区为研究区域,将多样性理论与方法应用于水体空间分布多样性和土壤构成组分多样性评价中。计算了各研究区及其分区域内,以土属为基本单元的土壤构成组分多样性和2km×2km网格尺度下的水体空间分布多样性,并探索了两者之间的内在联系。研究结果表明:将多样性理论与研究方法应用于区域水资源的空间分布离散性评价具有可操作性;区域水体总面积变化与区域水体空间分布多样性变化之间具有一定的正相关关系,70%以上数据支持这一推断;区域水体比例与水体空间分布多样性之间并无绝对联系;水体和土壤研究数据均体现出分形特征及结构;区域土壤构成组分多样性与水体空间分布多样性之间存在负相关关系,大尺度区域下的相关系数R²约0.8。