顾及空间自相关的地理国情信息统计格网尺度选择——以植被覆盖信息统计为例

统计格网尺度的不同会带来统计结果的差异,如何选择统计格网是地理国情信息统计的重要工作。本文提出了一种顾及空间自相关的地理国情信息统计格网尺度选择方法。采用地理国情普查数据,在50 m、60 m、70 m、80 m、90 m、100 m、250 m、500 m和1000 m几个尺度下,以植被覆盖信息统计为例,利用面积占优法和中心点归属法两种方法分别进行格网化,得到了不同尺度的植被格网数据;计算植被覆盖面积统计误差,分析不同尺度下植被覆盖信息的空间自相关的变化特征,并利用Moran’s I系数差值进行尺度选择,得到了植被覆盖信息统计格网的适宜尺度。以龙沙区和清涧县作为研究区域,结果表明,在地理国情植被覆盖信息统计时,不同地区的格网统计适宜尺度是不一样的,植被覆盖度中低的龙沙区的适宜尺度为100 m,而植被覆盖度高的清涧县的适宜尺度为250 m。     

青海湖流域景观格局空间粒度效应分析

流域是生态系统的基本单元和重要空间尺度单元,流域尺度景观格局分析的科学性很大程度上依赖于最佳空间粒度的选取是否准确。选择青海湖流域为研究区,基于卫星遥感数据资料,利用面向对象分类方法,解译获得流域景观数据,通过重采样得到不同空间粒度的流域景观数据,计算得到不同景观格局指数并绘制各指数与空间粒度之间的关系曲线,识别景观格局指数的尺度效应,评估空间粒度增加而引起的景观格局指数信息损失量,确定流域尺度景观格局分析的最佳空间粒度。结果表明:流域景观格局指数随着空间粒度增大变化显著,但规律不同;综合景观指数的空间粒度效应和信息损失量变化特征,流域景观格局分析的最佳空间粒度选择以90 m为最佳。     

基于GL30人口空间化尺度适宜性探究

人口统计数据的空间化能真实地反映人口空间分布情况,对研究人口分布的区域差异及其发展过程起指导作用,在此过程中,空间化格网尺度效应影响着模型的精度。为探究人口空间化的尺度适宜性问题,本文以四川省为研究区域,基于全球地表覆盖数据(Globle Land 30,GL30)及其派生的网格数据,对四川省2010年人口普查统计数据进行了人口空间化模型的尺度效应探究。通过基于人口密度、地表覆盖类型实现了研究区域的二次分区,实现了模型精度的提高。在此基础上,探究了县级尺度上在30 m、240 m、450 m、660 m、870 m、1 080 m 6个网格尺度上人口空间化的精度,得出县级尺度上在450 m网格尺度下,人口空间化精度最优。     

近岸/内陆典型水环境要素定量遥感空间尺度问题研究

近岸/内陆水环境遥感的空间尺度问题研究包括空间变异尺度及遥感监测空间尺度需求,以及多源多尺度遥感数据及定量产品的空间尺度误差两个方面。利用长时序高分一号16 m遥感数据集高时空分辨率的综合优势,采用空间半变异函数分析方法获取了中国近岸/内陆典型水环境要素（以悬浮颗粒物为例）的空间变异尺度。基于水环境要素空间变异的连续性和泰勒级数展开理论,定量化地描述了空间尺度误差解析函数。结果表明,近岸/内陆水体等高动态水体的空间变异尺度平均在150 m以下,而外海等相对稳定水体空间变异尺度在300 m以上。随着空间分辨率的降低,受到空间变异和水环境要素非线性定量反演模型的共同影响,悬浮颗粒物的空间尺度误差显著增大,亟需重点研究区域化的尺度误差校正方法。     

由NPP-VIIRS影像估算广东省碳排放的尺度效应分析

碳排放估算是节能减排和全球气候变化研究的重要领域之一,NPP-VIIRS夜间灯光影像能够反映人类活动强度而被广泛应用于碳排放的空间估算分析。本文构建和对比了基于2015年NPP-VIIRS夜间灯光影像的广东省能源消耗碳排放估算拟合模型,并重点研究了NPP-VIIRS影像的尺度效应,探讨了500、1000、1500和2000 m分辨率的模型结果精度。研究显示：①二次多项式拟合模型是碳排放估算的较优化方法,广东省21个城市之间拟合结果差异较大;②1000 m分辨率的NPP-VIIRS夜间灯光影像的广东省碳排放估算结果均方根误差最小,2000 m分辨率的绝对误差较小,并通过升尺度提高了模型运算效率;③间隔100 m从500 m连续递增至2000 m的不同空间分辨率的夜间灯光影像碳排放估算结果具有波动性,在1000 m分辨率处趋于平衡。本文分析了基于NPP-VIIRS夜间灯光影像的广东省碳排放估算模型,揭示了不同空间分辨率影像的尺度效应规律,可为夜间灯光影像碳排放估算提供空间尺度优化和结果精化方面的参考。     

面向对象影像多尺度分割最大异质性参数估计

多尺度分割是遥感影像分析的关键步骤,影像分割过程中的尺度参数选择直接关系到面向对象影像分析的质量和精度。首先,总结了面向对象影像分析中尺度概念的内涵,分析遥感影像空间和属性两大基本特征,依据空间统计和光谱统计获得理论上最优的空间尺度分割参数、属性尺度分割参数。其次,运用了基于谱空间统计的高分辨率影像分割尺度估计方法,分析了分形网络演化多尺度分割与影像谱空间统计特征的关系,进而将基于谱空间统计的面向对象影像分析尺度参数应用于分形网络演化多尺度分割算法中,最后,对其参数的合理性进行验证。研究采用高空间分辨率IKONOS和SPOT 5影像数据,选择建筑实验区和农田实验区进行空间和光谱特征统计,以进一步估计分割中的最佳尺度参数。使用分形网络演化方法对图像进行分割,利用监督分类对本文提出的尺度估计方法进行验证,验证结果表明尺度估计方法可以一定程度上保证后续的面向对象影像分类的精度。不同于以往分割后评价的尺度选择方法会需要大量的运算量,本文方法不需要先验知识的参与,且在分割前就可以自适应地估计出相对较为合适的尺度参数,提高了面向对象信息提取的自动化程度。     

水环境参数定量遥感反演空间尺度误差分析

对地观测技术的快速发展为水环境定量遥感监测提供了多源遥感数据的有利支撑,然而多源数据空间尺度差异引起的遥感数据和定量产品的不一致性严重制约了水环境科学研究和业务化应用。针对多源遥感数据的空间尺度转换和尺度误差问题,本文提出一种模拟遥感成像过程点扩散函数(PSF)的多源遥感数据空间尺度转换方法。以高空间分辨率GF-1卫星16m遥感数据为基础,模拟了常用的内陆水环境监测卫星Landsat TM/ETM+/OLI(30m)、Terra/Aqua MODIS(250m、500m、1000m)数据,系统研究了高动态浑浊水体(以鄱阳湖悬浮颗粒物监测为例)多源定量遥感监测的空间尺度误差,并对比分析了常用的多源数据尺度转换方法(基于遥感反射率数据平均法和基于悬浮颗粒物产品平均法)的有效性。结果表明,基于点扩散函数的空间尺度转换方法与传统方法具有较高的相关性,基于遥感反射率数据平均法的水环境定量遥感产品的误差水平低于基于悬浮颗粒物产品平均法;相对于南海等相对平稳水体的低空间尺度误差水平(0.5%),在高动态浑浊的内陆或近岸水环境遥感监测中,由空间尺度变化引起的产品误差可达±5%左右。因此,在高精度水环境定量遥感发展应用的需求和多源多尺度遥感数据协同的背景下,本文研究对于提高多源遥感监测产品的一致性和应用能力具有重要理论和现实意义。     

郑洛地区史前聚落分布特征的空间自相关分析

针对郑洛地区史前聚落遗址点的空间分布特征的问题,该文提出了一种空间自相关分析方法,以不同的格网尺度研究郑洛地区4个文化时期的遗址点的空间分布特征。研究发现:5 000~12 000m的格网尺度最能表现出裴李岗文化时期、仰韶文化前期、仰韶文化后期和龙山文化时期这4个文化时期全局自相关的差异。从局部自相关所表现出的变化情况来看,6 000~10 000m这一范围的格网尺度是最能保留住郑洛地区这4个文化时期遗址点的空间分布特征。将空间自相关分析应用于史前聚落考古研究中,可以探讨史前聚落考古中遗址点的空间分布模式及其变化。这不仅为史前聚落考古提供了一种新的思维方式,也扩展了史前聚落考古理论方面的研究。     

地理国情普查数据的空间尺度转换研究

为了实现地理国情普查中不同尺度地表覆盖分类数据的交叉验证,文章选择郑州、西安等10个地理国情普查试点作为试验区,分析了不同地类在精度损失、景观格局等方面存在的尺度效应,并以林地为例,在空间分辨率6~2 000m的范围内,构建了空间尺度转换模型,估测精度可达92.63%。结果表明:地表覆盖分类数据进行尺度转换时,各种地类都会存在相应的精度损失;基于分辨率、景观格局指数构建的尺度转换模型,可以有效校正粗分辨率地表覆盖数据的尺度误差,为地理国情普查与监测中的质量控制提供参考。     

日照时间的地形影响与空间尺度效应

在广泛总结前人研究的基础上,提出了一个改进的、基于DEM数据的、起伏地形条件下的日照时间计算模型,在以往计算模型的基础上引入地球曲率修正因子Q,提高了模型的计算精度。并在此基础上,计算了全国6个典型地貌类型区,在春秋分日、夏至日和冬至日,两个空间分辨率下(500m和1km)地面日照时间的空间分布。应用数理统计、数学模拟和比较分析的研究方法,对模型修正前后计算所得的地面日照时间数据进行了对比分析,并对所得地面日照时间从不同地貌类型和不同空间尺度两个方面进行了地形与空间尺度效应研究。阐明了区域日照时间随地形地貌和空间分辨率变化的规律,对应用中计算地面日照时间的DEM空间分辨率选择具有指导意义。     

面向对象土地利用信息提取的多尺度分割

以往面向对象影像分析的分割尺度主要依靠经验并结合目视来进行选择,带有一定的主观性.本文针对利用高分辨率遥感影像进行土地利用信息提取的目的,采用面向对象的方法完成了两个典型实验区域的多尺度分割.主要研究了分割参数的选择;重点提出了一种最优分割尺度计算模型.结果表明,此模型计算最优分割尺度方便快捷,而且计算出的最优分割尺度...     

GF-2影像城市地物分类方法探讨

GF-2影像具有较高的分辨率和丰富的光谱、几何及纹理信息。为了深入探索GF-2影像城市地物分类方法,本文以四川省隆昌县城为研究区,提出了一种基于最优尺度和规则的面向对象分类法。在影像分割的基础上,通过构建评价函数,并结合最大面积法选取最优尺度,进而构建分层体系,提取影像的光谱、几何及纹理特征建立规则并分类,且将其与单尺度下的面向对象和基于像素分类法进行对比分析。结果表明,本文方法的总体精度和Kappa系数分别为93.33%和0.92。     

多尺度城市地表温度降尺度方法

针对目前星载热红外传感器的空间分辨率低,无法满足城市尺度的生态环境研究需求的现状,该文选择地表覆盖类型复杂的区域,根据研究区土地覆盖类型,选取归一化植被指数(NDVI)、城市不透水面指数(ISA)、改进的归一化差异水体指数(MNDWI)等因子加入DisTrad模型,采用移动窗口逐步回归统计地表温度和因子的线性关系,利用半方差曲线函数和均方根误差综合确定最优移动窗口的大小,以提高地表温度降尺度精度。研究结果表明:改进的DisTrad模型在地表覆盖类型复杂区域,具有良好的降尺度目视效果,且具有较高的降尺度精度,尤其在低植被覆盖的建筑区、水体区域具有更高的精度。     

基于最优尺度和规则的高分辨率影像分类研究

高分辨率影像的广泛应用推进面向对象影像分析(OBIA)的发展,而分割作为面向对象分类的关键步骤,其尺度的选择直接关系到地物信息的提取。空间尺度是地物的固有属性,在合适的分割尺度下可以更好地挖掘地物信息。本文结合最大面积法和分割质量评价模型对张山营镇影像进行分割实验,先通过分析对象最大面积初步得到最优尺度范围,后结合分割质量评价模型以确定最优分割尺度层次。在此基础上,综合样本提取的光谱、纹理等特征进行规则训练,最终完成面向对象的土地覆被分类研究。结果显示:基于多层次最优尺度的规则分类方法获得更好的分类结果,其总体精度为88.8%,Kappa系数为0.861,而基于单一尺度的最邻近法总体精度81.4%,Kappa系数0.773,基于单一尺度的规则分类法总体精度为83.2%,Kappa系数为0.85。     

Object-based image analysis of suburban landscapes using Landsat-8 imagery

Many experiments of object-based image analysis have been conducted in remote sensing classification. However, they commonly used high-resolution imagery and rarely focused on suburban area. In this research, with the Landsat-8 imagery, classification of a suburban area via the object-based approach is achieved using four classifiers, including decision tree (DT), support vector machine (SVM), random trees (RT), and naive Bayes (NB). We performed feature selection at different sizes of segmentation scale and evaluated the effects of segmentation and tuning parameters within each classifier on classification accuracy. The results showed that the influence of shape on overall accuracy was greater than that of compactness, and a relatively low value of shape should be set with increasing scale size. For DT, the optimal maximum depth usually varied from 5 to 8. For SVM, the optimal gamma was less than or equal to 10^?2, and its optimal C was greater than or equal to 10². For RT, the optimal active variables was less than or equal to 4, and the optimal maximum tree number was greater than or equal to 30. Furthermore, although there was no statistically significant difference between some classification results produced using different classifiers, SVM has a slightly better performance.     

Spatial analysis of landuse over Idukki district using remote sensing techniques

Use of Landsat imagery for the preparation of small scale thematic maps has proved a quicker and economic device. Visually interpreted Land use categories supported by intensive ground truth have been classified for Idukki district in Kerala State. With this quicker device, Landuse and Land Cover clasess are made, considering all the geographical conditions of the area. The classified map can certainly prove a good tool to the planners for acquiring optimal Land use of the area.     

Preparation of optimal land use maps for agricultural development using remote sensing techniques

Optimal land use map of Kanholi area, part of Nagpur district,Maharashtra have been prepared using Satellite imagery in 1:1000,000 and 1:250,000 and aerial photographs in 1:60,000 scale with adequate ground checks. The Satellite imagery proved valuable information about landscape characteristics, land use, hydrology and other environmental features. The aerial photographs were used to prepare comparatively large scale land resource association maps in scale 1:60,000 on geomorphology, landuse, soil hydrology. Soil irrigability, land irrigability and land capability maps are also attempted after interpreting soils information collected during field studies. The utility of this technique in preparation of optimal land use map with associated limitations due to scale have been discussed in the paper.     

遥感数据空间尺度分级模型与基本比例尺关系

多源遥感数据综合应用是遥感发展的必然趋势,统一的遥感数据空间尺度分级模型是多源数据集成与综合应用的基础。虽然已有多种空间尺度分级模型,但很多主流模型并非出于分尺度综合应用目的,缺乏客观的比较和评价。国家基本比例尺系统作为经过论证、中国应用面最广泛、接受度最高的一种尺度分级系统,是以应用为导向的遥感数据空间尺度分级模型的最优参照系。从不同视觉精度下国家基本比例尺对图像空间分辨率的需求出发,比较各空间尺度分级模型的层级分辨率与需求分辨率的匹配情况,包括OGC Well Known Scale Set的Global CRS84Pixel和Google Maps Compatible,以及NASA World Wind、Google Map、百度地图、天地图等软件平台采用的层级格网系统,以及"五层十五级"遥感数据组织模型,通过对数据信息冗余度的分析,对各个模型进行了评价。结果表明,在高视觉精度应用需求下,"五层十五级"模型与基本比例尺精度要求具有较明显的匹配优势,其次为OGC Google Maps Compatible模型和天地图模型,其余模型平均数据冗余倍数在2倍左右;在低视觉精度应用需求下,"五层十五级"模型平均数据冗余度仍为最低,其次为Google Map模型,其余模型平均数据冗余倍数都在2倍以上。     

利用双变量同化与PCA-Copula法的冬小麦单产估测

为了进一步提高冬小麦产量估测的精度,基于集合卡尔曼滤波算法和粒子滤波（particle filter, PF）算法,对CERES–Wheat模型模拟的冬小麦主要生育期条件植被温度指数（vegetation temperature condition index,VTCI）、叶面积指数（leaf area index, LAI）和中分辨率成像光谱仪（moderate-resolution imaging spectroradiometer, MODIS）数据反演的VTCI、LAI进行同化,利用主成分分析与Copula函数结合的方法构建单变量和双变量的综合长势监测指标,建立冬小麦单产估测模型,并通过对比分析选择最优模型,对2017—2020年关中平原的冬小麦单产进行估测。结果表明,单点尺度的同化VTCI、同化LAI均能综合反映MODIS观测值和模型模拟值的变化特征,且PF算法具有更好的同化效果;区域尺度下利用PF算法得到的同化VTCI和LAI所构建的双变量估产模型精度最高,与未同化VTCI和LAI构建的估产模型精度相比,研究区各县（区）的冬小麦估测单产与实际单产的均方根误差降低了56.25 kg/hm2,平均相对误差降低了1.51%,表明该模型能有效提高产量估测的精度,应用该模型进行大范围的冬小麦产量估测具有较好的适用性。     

冠层特征尺度的定量计算模型与方法

冠层特征尺度是植被定量遥感的基础概念,其物理定义和数学定量表达具有重要的研究意义。首先,基于光学辐射传输角度提出的冠层特征尺度的物理定义,即水平维线性混合条件下的最小分辨率单元,建立了冠层特征尺度的数学计算模型,并引入倒置的地统计学指数模型。然后,提出了基于局部方差分析的冠层特征尺度计算方法。最后,利用森林区域高分辨率图像,对论文提出的冠层特征尺度模型进行了定量验证。结果表明,冠层特征尺度模型计算的冠层特征尺度与树林株行距存在密切联系,线性复相关系数达0.95,证明了本文方法的合理性和可行性。本文提出的冠层特征尺度模型为地表特征尺度定量计算提供了一种新方法。