Fine-resolution forest tree height estimation across the Sierra Nevada through the integration of spaceborne LiDAR,airborne LiDAR,and optical imagery

ABSTRACT

Forests of the Sierra Nevada (SN) mountain range are valuable natural heritages for the region and the country, and tree height is an important forest structure parameter for understanding the SN forest ecosystem. There is still a need in the accurate estimation of wall-to-wall SN tree height distribution at fine spatial resolution. In this study, we presented a method to map wall-to-wall forest tree height (defined as Lorey’s height) across the SN at 70-m resolution by fusing multi-source datasets, including over 1600 in situ tree height measurements and over 1600?km² airborne light detection and ranging (LiDAR) data. Accurate tree height estimates within these airborne LiDAR boundaries were first computed based on in situ measurements, and then these airborne LiDAR-derived tree heights were used as reference data to estimate tree heights at Geoscience Laser Altimeter System (GLAS) footprints. Finally, the random forest algorithm was used to model the SN tree height from these GLAS tree heights, optical imagery, topographic data, and climate data. The results show that our fine-resolution SN tree height product has a good correspondence with field measurements. The coefficient of determination between them is 0.60, and the root-mean-squared error is 5.45?m.     

基于Qi(xi,yi)函数的辐射线空间分割与TIN的约束边镶嵌

提出了一个基于Qi(xi，yi)函数的辐射线空间分割方法来实现约束边的镶嵌。时间复杂度的分析表明，执行Qi(xi，yi)函数的时间复杂度比计算点到直线的距离低．提出的算法比基于距离的空间分割算法在时间效率上具有优势。     

一种顾及影像纹理特性的自适应分辨率增强算法

针对传统的影像分辨率增强算法存在的缺点,提出了一个顾及影像纹理特性的自适应分辨率增强算法。在算法中,首先通过影像分析,根据定义的3种纹理特性,确定出像素在影像中所在的位置是属于平滑纹理、一般纹理还是边缘纹理,然后根据不同的属性应用不同的滤波器进行内插增强。特别是对边缘纹理的处理,为了提高精度,是通过两次迭代来完成的。实验中利用该算法和传统的增强方法对三峡地区航空影像和武汉TM影像分别进行了处理,并用常用的影像质量评价方法对增强处理结果进行了对比评价,实验证明,所提出的算法在保持纹理、边缘方面有较大的优越性,具有实用价值。     

利用网络游记分析不同类型游客的旅游流网络特征差异——以云南省为例

旅游流网络分析对理解游客的目的地选择以及目的地在旅游流网络中承担的角色有重要意义。以中国云南省为例,基于网络游记数据挖掘游客的多维度偏好,并以此对游客聚类,进而划分出不同类型的游客群体。针对各类游客游记中的旅游目的地序列建立旅游流网络,并从多个角度分析各类游客旅游流网络的结构特征和各目的地节点的角色特征。结果表明,不同类别游客的旅游流网络在整体结构上各有特点,反映出旅游目的地不同的空间交互模式和网络中心化程度。此外,部分旅游目的地在不同类别旅游流网络中承担截然相反的角色。上述分析有助于优化旅游流网络中各节点的协作机制,辅助旅游目的地制定差异化的旅游产品。     

一种基于灰度剖面分析的边缘提取新算法

针对影像中梯度较小的模糊边缘，提出了一种自适应梯度的概念和边缘检测算法。基于新的梯度概念，可以根据刀刃曲线的实际形状自适应地计算影像中每一点的梯度，比较理想地消除边缘的渐变效应(模糊)对边缘检测的不利影响。试验表明，这种梯度计算方法对模糊边缘的检测具有较好的效果。     

带有区域分裂自适应细化过程的SAR海冰图像分割

受海冰自身特性、成像系统特性和环境因素的影响,合成孔径雷达SAR海冰图像具有非平稳、尺度依赖的空间结构,现有的单马尔可夫随机场MRF模型分割方法只能较好地适应非平稳性,对海冰场景的多尺度结构考虑仍然是全局的。为此,本文提出了一种区域分裂过程与二叉树分层结构自适应更新相结合的单MRF图像分割方法。首先利用单MRF模型的全局迭代权值完成初始区域合并,同时以二叉树形式保护合并过程的记录。所设计的分层合并算法可保证二叉树结构的节点数与场景中的对象尺度具有正相关性。随后的细化分裂并不产生新的区域,只是返回到初始配置。依据场景中不同区域对象的尺度,自适应地调整空间语境模型中的尺度权值,实现区域更新。实验表明,该方法有效提高了带有多尺度结构SAR海冰场景的分割精度。     

边缘约束下的分形网络分割算法

分形网络演化算法（fractal net evolution approach,FNEA）是一种有效的多尺度影像分割算法,但对于具有斑点噪声、局部区域对比度低等特点的高分辨率合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）图像,直接应用FNEA算法得到的分割结果难以用于后续的面向对象影像分析。提出了基于边缘约束的FNEA（edge restricted FNEA,eFNEA）算法,通过加入边缘信息和构建异质性规则来为分割融入更多信息,提高分割效果。实验结果表明,对于微弱边缘和噪声污染严重等情形,eFNEA算法的分割结果均优于FNEA算法。     

面向水流三维登记探索的多波束点云去噪及应用

针对多波束点云数据去噪难以保留精细特征,无法精确“锁定”河床形态问题,本文提出了一种面向自然资源确权水流三维登记探索的多波束点云去噪算法。以KD树搜索为基础,引入统计滤波理论进行多尺度噪声分类,并剔除大尺度噪声;针对小尺度噪声,在信息熵理论基础上,以主成分分析算法为基础,以信息熵最小原则确定最优邻域,并据此构建曲率信息熵对双边滤波因子进行优化改进,以实现水下地形点云去噪与精细特征保留的目的。试验结果表明,本文算法具有可行性,能够有效保证水下地形的精细特征,并能够应用于自然资源水流三维登记。     

基于直线感知增强的边缘提取算法

根据视觉识别边缘的感知特性,提出了一种基于直线感知增强的弱边缘的边缘提取算法。借鉴视觉的直线感知方式,针对弱边缘整体上呈直线分布的特点将其筛选出来,进行编组、连接和扩展。与Edison边缘提取算子的比较实验证明,本算法在对弱边缘的提取和虚假边缘的抑制上有显著增强。     

A tree counting algorithm for precision agriculture tasks

Abstract

This study proposes an automatic procedure for individual fruit tree identification using GeoEye-1 sensor data. Depending on site-specific pruning practices, the morphologic characteristics of tree crowns may generate one or more brightness peaks (tree top) on the imagery. To optimize tree counting and to minimize typical background noises from orchards (i.e. bare soil, weeds, and man-made objects), a four-step algorithm was implemented with spatial transforms and functions suitable for spaced stands (asymmetrical smoothing filter, local minimum filter, mask layer, and spatial aggregation operator). System performance was evaluated through objective criteria, showing consistent results in fast capturing tree position for precision agriculture tasks.     

结合边缘编组的Hough变换直线提取

针对传统Hough变换用于直线检测存在的问题进行了细致的分析和归纳总结,在此基础上,提出一种结合边缘编组的Hough变换直线提取算法。该算法首先采用基于8邻域的边缘跟踪算法对Canny算子检测得到的边缘点进行编组;然后对每一个边缘组分别进行Hough变换,单独确定Hough变换原点和参数的取值范围。Hough变换过程中,采用迭代的"投票"方式,每次确定单一峰值点并删除对应像素。实验证明,该算法原理简单,能有效解决传统Hough变换存在的精度不高、计算复杂等问题。同时该算法具有较强的鲁棒性,可以有效处理不同类型的影像数据,适用于并行处理。     

基于边缘的多光谱遥感图像分割方法

从Marr视觉计算理论和Tobler地学第一定律出发,提出了基于边缘的多光谱遥感图像分割方法.在基于边缘的多光谱遥感图像分割方法中,由边缘检测、边缘综合、边缘生长、区域标号等环节组成.该遥感图像分割方法在可视化开发平台Delphi中予以编程实现.将之应用于日本熊本市（Kumamoto）的Quickbird多光谱遥感图像中,并与多种遥感分割算法进行了比较：（1）从多光谱遥感图像各波段亮度信息利用的程度上看,提出的遥感图像分割方法能充分利用多波段亮度信息;（2）从遥感图像分割结果上看,由于分别对不同的波段进行边缘检测,并在此基础上进行边缘综合、边缘生长,遥感图像中的细节特征得到了充分体现,遥感图像分割效果更理想;（3）从计算复杂度和计算效率上看,基于边缘的多光谱遥感图像分割法较其他分割方法有一定的优势.     

基于单调链和STR树的简单要素模型多边形叠置分析算法

针对简单要素类叠置分析的特点,利用STR(sort-tile-recursive)树索引改进算法能够将尽量多的多边形节点存储在STR树的叶节点中,减少在空间数据库中检索多边形时的磁盘读取次数。算法对多边形边界进行关于坐标轴的单调链分割,并在多边形求交过程中引入平面图的概念,利用平面图元素与各个多边形的拓扑关系来组织叠加后的多边形。该算法能有效减少求交点的时间,在线段求交中加入对连续出入点特殊数据的处理。同时该算法使用单调链减少多边形求交过程的比较次数,与其他使用双链表或单链表的算法相比具有占用空间少及处理速度快的特点。     

SAR图像ROEWA边缘检测器的改进

针对指数加权均值比(ROEWA)边缘检测算子无法准确确定边缘位置和边缘方向的问题,对其表达式进行了改进。重新定义了反转的、带符号的、归一化最小指数加权均值比(IROEWA),作为边缘强度指标,来量化描述边缘的跃变程度,并在此基础上准确计算出边缘的方位。同时将改进的非极大值抑制算法应用到边缘检测流程中,对IROEWA得到的边缘强度图进行后处理。针对自然SAR图像和仿真SAR图像的实验都表明,改进算法能够得到比ROEWA加分水岭分割的原始算法更好的边缘检测结果。利用接收者操作特征(ROC)曲线,对改进算法进行量化评价,其曲线下面积(AUC)可达0.97570,非常接近理想的检测器;在其ROC曲线的最优点处,检测率可达0.95232,而虚警率仅为0.00214左右。     

Constrained variants of the gravity model and spatial dependence: model specification and estimation issues

In this paper, we distinguish three constrained variants of the gravity model of spatial interaction: doubly constrained, production constrained and attraction constrained exponential gravity models. These model variants include origin- and/or destination-specific balancing factors that act as constraints to ensure that the estimated rows and columns of the flow data matrix sum to the observed row and column totals. Because flows are typically counts, the Poisson rather than the normal probability model specification furnishes the appropriate statistical distribution, and parameter estimation can be achieved via Poisson regression. This probability model specification motivates the use of origin and/or destination fixed effects or—under certain conditions—the use of origin- and/or destination-specific random effects for model estimation. The paper establishes theoretical connections between balancing factors, fixed effects represented by binary indicator variables and random effects. The results pertaining to both the doubly and singly constrained cases of spatial interaction are illustrated with an empirical example while accounting for spatial dependence between flows from locations neighbouring both the origins and destinations during estimation.     

多边形间空间关系查询的异构多核架构并行算法

目前在空间关系查询中常用的Plane Sweep算法是一种串行算法,在处理海量空间数据时效率较低,而已有的并行计算方法对于普通的计算机并不适用。本文针对这个问题,提出了一种多边形间空间关系查询的异构多核架构并行算法,该算法先利用STR树索引过滤掉不相交的多边形,然后将过滤后的多边形数据集合分解为点集合和边集合,并对其构建四叉树索引;在保证数据浮点运算精度符合要求的情况下,利用GPU强大的批量运算能力快速处理边与边的相交情况并据此逐步计算得到环间的拓扑关系,再根据环间拓扑关系计算得到多边形间的维度扩展九交模型(DE-9IM)参数值;根据DE-9IM参数值与空间关系查询条件相比对,输出查询结果。最后通过试验验证了算法的准确性与高效性。     

大型影像数据库中的色调调整方法

在详细分析造成大型影像库中色调差异成因的基础上，通过比较几种影像数字镶嵌时常采用的色调过渡匹配平衡方法，提出了一种充分考虑影像本身特征的相邻相关影像色调调整平滑过渡方法。同时为了减少大幅面影像调整时调整误差的空间传递性，给出了基于四叉树的多次调整法。     

自交叉双边滤波的极化SAR数据相干斑抑制

相干斑抑制是极化SAR数据预处理的关键步骤。双边滤波是一种空域和值域滤波相结合的优秀边缘保持滤波算法。针对双边滤波在抑制极化SAR数据相干斑的不足,该文将改进的交叉双边滤波引入到极化SAR数据降噪领域,加入散射机制测度来扩展原权重核,根据SPAN图像的局域变差系数自动调整空间方差系数,利用参考图像来度量灰度值和散射机制相似性。实验结果表明:本文方法较经典滤波算法有更强的噪声平滑能力和更好的细节信息保持能力,在保持原数据极化散射信息方面也表现出良好的性能,这为基于极化SAR数据的后续应用提供了支持。     

Chain-based polyline tessellation algorithm for cartographic rendering

ABSTRACT

Although the extrusion of 1D polylines into a 2D polygon and the tessellation of the polygon into primitives has been performed in the field of computer graphics, the efficient, robust, and high-quality tessellation of thick polylines that supports various cartographic styles for polyline rendering remains a practical challenge. We examined and compared existing vertex-, segment-, and polygon-based algorithms, and present a chain-based tessellation algorithm for cartographic rendering: points in the polyline are classified into abrupt and smooth points according to their point spacing, angle and thickness. The polylines are then divided into abrupt and smooth chains by clustering points that are adjacent and of the same type. An optimal algorithm is also presented to continuously tessellate the smooth chains into minimum geometric primitives and efficiently tessellate the abrupt chains into geometric primitives. We implemented the proposed algorithm and present the results of robustness, efficiency, quality, and cartographic styling tests conducted on real-world polylines. The results indicate that this approach has substantial advantages when considering all four requirements (robustness, efficiency, quality, and the support for various cartographic styles).     

结合边缘信息的DT-CWT干涉图滤波算法

提出了一种结合边缘信息的双树复小波变换(dual tree complex wavelet transform,DT-CWT)干涉图滤波算法。该方法是在DT-CWT几何多尺度变换域上,通过分析层间系数的传递性及层内系数的相关性确定边缘系数,并利用贝叶斯双变量收缩函数分别对复数小波域的边缘及非边缘系数采用不同的阈值进行收缩处理。实验结果表明,本算法对干涉图噪声有较强的抑制能力,较大程度地保留了干涉图的边缘及细节信息,处理结果优于传统小波域软阈值去噪方法。