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。     

基于Landsat数据及光谱混合分析的城市扩展及物候变化提取与分析

城市化是目前全球关注的热点问题之一。城市化导致城市范围的显著扩展,并引起局地气候的变化,从而进一步导致城市区域植被物候的变化。因此,利用多年的时间序列遥感影像提取城市扩展与植被物候的变化,可为分析城市化及其影响提供依据。Landsat系列卫星数据的免费开放,为分析城市的时空变化及其环境影响提供了丰富数据。本文利用由Landsat时间序列数据及标准化光谱混合模型得到的光谱端元组分时间序列,探索了城市及周边植被物候变化提取以及城市扩展提取的新方法,并以北京市为例,提取了1984～2015年32年间的城市扩展以及3个年段的植被物候变化,分析了城市扩展的时空演化以及植被物候的时空变化,并定性分析了二者的关联。论文的主要创新点包括三个方面:(1)提出了基于Landsat时间序列数据和标准化光谱混合模型的城市及周边区域植被物候及变化的提取方法。首先,该方法针对城市区域光谱混合问题及现有植被指数的饱和等问题,采用基于标准化光谱混合模型的全球端元组分的植被丰度时间序列进行植被物候及变化的提取,避免了光谱混合分析中端元选择的问题,同时植被丰度结果在不同地区不同时间上具有可比性;其次,该方法考虑城市及周边区域植被类型多样及变化复杂的特点,适用于多种物候模型的植被物候提取,能同时提取出不同植被类型的物候结果,同时,植被物候变化结果中剔除了不同地物类型及不同植被类型的变化区域,能更好进行物候变化分析。(2)提出了基于标准化光谱混合模型及全球端元组分的城市指数(SVDUI)。该指数基于物理统计的光谱混合分析进行构建,与现有基于像元构建的指数相比更适于光谱混合严重的城市区域的研究。该指数能更好地表达城市与其它地物类别的差异,突出城市特征,并更好地提取出城市范围,因此,SVDUI指数可为城市范围提取提供一种新的途径。此外,该指数能保持时间上的一致性与可比性,具有广泛适用性。(3)提出了一种基于SVDUI城市指数的时间序列变化检测方法,该方法可以快速提取城市扩展的时间、空间及强度信息。该方法能快速、有效地提取出长时间序列的城市扩展结果,同时能充分利用年内及年际变化的时间信息,有效去除单时相结果上的噪声影响,不依赖于单时相影像的结果好坏。     

多时相遥感影像的甘蔗种植范围提取

针对利用遥感技术提取农作物种植范围容易混淆其他植被类型的难题，提出一种基于生长关键物候期原理的农作物种植范围提取方法。该方法利用目标农作物在时间序列归一化植被指数(NDVI)上的数值变化确定其关键物候期，采用关键物候期植被指数的差值作为主要提取指标，统计分析各类型样本图斑指标特征值，确定用于提取目标农作物种植范围的指标阈值，采用决策树分类方法提取出种植范围。该文以我国南方甘蔗种植区为研究对象，结果表明：该方法充分利用了农作物生长规律特征，增强了目标农作物与其他地表覆盖类型的可分性，单纯自动化提取结果精度达87.53%,能够满足总体掌握农作物种植范围的需要，可为农作物种植范围提取提供参考。     

基于物候特征参数的山西煤矿区典型复垦植被分类

基于2001―2013年获取的MOD13Q1 NDVI数据,采用低通平滑Savitzky-Golay(S-G)滤波方法、插值法及切比雪夫多项式(Chebyshev Polynomial)拟合对NDVI时序数据进行重构;通过提取植被生长季开始日期、生长季长度、生长季结束日期、生长季NDVI最大值及NDVI最大值出现日期等关键物候特征参数,对研究区典型复垦植被类型进行分类。结果表明:研究区不同植被的物候特征具有显著差异,从生长季开始日期及NDVI最大值出现日期来看,农作物较有规律;而林地的生长季NDVI累积总值则明显区别于农作物及草地;农作物、草地和林地基于植被物候特征参数分类取得了较好结果,总体分类精度达到89.67%,优于采用多时相非监督分类的结果;该研究为山西省煤炭矿区生态环境恢复评价提供了一定的数据基础。     

基于中尺度光谱和时序物候特征提取南方丘陵山区茶园

南方丘陵山区茶园空间分布的提取对于南方经济发展和生态环境保护有重要意义。为此提出一种基于中尺度光谱和时序物候特征的茶园提取方法。利用MODIS增强植被指数(enhanced vegetation index,EVI)和归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)数据产品选择Landsat影像的最适时间窗口,使用面向对象方法和决策树分类模型提取初步分类结果,使用MODIS-EVI植被时序数据提取不同植被物候参数,完成茶园分布范围提取。以福建省漳州市和安溪县为研究区进行茶园提取,经检验,总体分类精度达到85. 71%,Kappa系数达到0. 83,其中茶园的生产者精度为83. 72%,用户精度为90. 00%;提取结果与漳州市和安溪县茶园种植面积的公开统计数据接近。结果表明,该方法可获得较高的茶园提取精度。提取结果可以为南方经济发展和政府有关部门对茶园的调控提供一定参考和指导。     

利用经验模态分解的近地面植被指数时序数据重构研究

NDVI遥感产品可以较好地反映植被的生长情况,已被广泛应用于植被物候的遥感分析。本文利用PhenoCam物候相机观测网络林地站点的近地面多光谱数码相机照片,通过近红外和红光波段组合提取近似NDVI的时序数据,并在景观尺度上采用经验模态分解方法(EMD,Empirical Mode Decomposition)实现一定容差范围内NDVI时序数据的重构。结果表明:EMD方法能够有效地减少NDVI时序数据噪声干扰,经验证,趋势项残差的趋势较为明确。实验基于重构结果进行植被物候分析,得到的物候分布特征与植被实际生长反映的变化特征基本一致。     

高海拔山区草地物候提取方法对比分析

准确量测高海拔山区的植物物候对理解全球变化下的敏感生态系统的响应具有重要意义。利用物候相机和遥感技术开展物候信息的提取和对比,既能准确评估物候相机在山区植物物候提取的性能,又可为山区遥感物候数据反演提供重要参考。利用中国新疆维吾尔自治区天山山区人工观测、物候相机和遥感数据,测试了5种曲线拟合方式与4种物候参数提取方法的20种组合的物候参数提取结果,对比了3种数据在物候信息提取结果的异同。结果表明:（1）植物物候相机能在天山山区草地物候观测中提供高时间分辨率的绿度变化信息,是山区开展物候观测并验证遥感物候数据的有效手段。（2）山区雨雪天气等对相对绿度指数产生较强噪声影响,需要选择合适的滤波器进行去噪。（3）曲线拟合方式和物候提取方法均对物候参数数值产生影响。而提取方法可产生更明显的差异性,其中,阈值法和导数法提取的物候数值相近,开始期与人工观测的返青期一致性较好,停止期与枯黄期一致性较好;而Klosterman方法和Gu方法提取物候数值相近,提取的开始期与人工观测的返青末期一致性较好,停止期与人工观测的枯黄末期一致性较好。（4）20种不同滤波+提取方法的组合形式在山区遥感数据物候信息提取的有效性仅为48%,中分辨率成像光谱仪数据的最有效提取方法为Beck+Derivatives组合,可见光红外成像辐射套件数据的最优提取方法为Beck+Threshold组合和Elmore+Derivatives组合。     

Google Earth Engine云平台及植被遥感案例研究

植被物候是全球变化的敏感指示器,对陆表物质和能量交换产生显著影响.植被物候遥感分析存在数据收集困难、提取方法实现复杂等问题,谷歌地球云计算平台(Google Earth Engine,GEE)为基于遥感大数据的物候分析提供了有利条件.本文分析了GEE平台的数据源、开发接口和应用场景,然后基于GEE中的长时序植被指数数据...     

利用AVHRR植被指数数据集分析中国东部季风区的物候季节特征

利用ＮＯＡＡ／ＮＡＳＡＰａｔｈｆｉｎｄｅｒＡＶＨＲＲ陆地数据集,建立了中国东部季风区（１０８°－１２３°Ｅ,２１°－４５°Ｎ）的１９８６年归一化植被指数（ＮＤＶＩ）距平图像序列。对此数据集进行主成分分析（ＰＣＡ）,前２个主成分的时间序列和空间场展示了中国东部季风区植被物候季节性特征和地域差异。南岭一五夷山以南的华南地区,植被生长季的物候季节性变化不明显。在南岭－五夷山以北地区,植被生长季的物候季节性特征明显,可以比较清晰地确定生长季的变化过程。以淮河流域为界,植被生长季的物候季节性特征又存在明显差异。华北平原表现出强烈的双峰植被物候过程。淮河以南地区,虽然也存在这种双峰物候过程,但比较华北平原的植被,还具有持续性的植被生长特征。淮河流域构成一条区分南北物候季节特征差异的过渡带。     

湿地植被类型提取及其生长期变化特征分析

针对随着全球气候变化、人口剧增和社会经济的发展,湿地生态系统及其生物多样性面临前所未有的威胁和干扰的现状,该文通过利用若尔盖湿地国家级自然保护区植被类型样点提取的长时间序列中分辨率成像光谱仪归一化植被指数同一像元值数据,采用非度量多维尺度分类方法,分析其提取植被类型的可靠性,并对植被生长期变化特征进行了研究。研究结果表明:长时间序列原始与Savitzky-Golay重构的归一化植被指数数据按植被类型分类结果显著,应力系数分别是0.07和0.04;保护区植被归一化植被指数值与降水量、温度存在中度、高度线性相关;保护区沼泽植被生长期呈延长趋势,草甸和沙地植被生长期在时间上有向后推移的趋势。     

国产尾标定位系统的研究及应用

对中国石油大学自主研发的全球卫星导航系统(GNSS)尾标定位系统的组成及运行原理进行了详细的阐述.介绍了该尾标定位系统在海洋拖缆作业中的应用,包括其核心软硬件的设计和主要工作流程.通过陆上模拟实验,对其电台传输距离和稳定性及定位精度进行测试,测试结果表明,尾标定位系统能够连续稳定地传输数据且能够实现厘米级的相对定位精度,可以满足实际生产中海上拖缆作业对导航定位的需求.     

轻小型无人机飞控测姿数据辅助测图精度分析

针对轻小型无人机系统难以集成重量、尺寸较大的定姿定位系统,造成高精度传感器定姿定位数据缺失的问题,该文研究了基于无人机飞控系统定姿定位数据辅助测图的方法,统计分析了飞控系统姿态测量精度以及基于姿态数据辅助的测图精度。YS09无人机飞控系统姿态测量误差较大,姿态中误差低于±3°,航向中误差低于±5°。在直接地理定向的情况下,姿态角影响水平和高程测图精度,其中对平面精度影响小于0.1 H,对高程精度影响小于0.3 H;偏航角影响平面测图精度,影响约为0.098 H。结果表明:基于飞控姿态数据辅助测图精度较低,难以满足大比例测图的精度需求,仅适用于应急条件下对精度要求较低的测图需求。     

基于顶点单位法向量法的模型简化算法研究

提出了改进的基于顶点视觉重要度的模型简化算法,该简化算法在顶点视觉重要度的计算中采用了顶点单位法向量法,目的是使处于平面内的顶点优先进行简化,从而使模型视觉尖锐的地方得到了很好的保持。在边折叠时,采用狭长三角形最大最小角方法及边角和法,增加模型的逼真性。最后,通过与QEM简化算法比较得出,本文简化算法较好地保持了模型的视觉特征,模型数据存储量也有大幅度减少,并缩短了简化时间。     

离散点云构建数字高程模型的插值方法研究

针对消除DEM构建中插值方法选择的随意性问题,该文基于机载LiDAR离散点云数据,以广东省典型城区与山区为实验对象,利用克里金、反距离权重、径向基函数和自然邻域4种插值方法,对插值参数进行优选后构建DEM,使用交叉验证、相关性分析、像元统计量和三维可视化等方法进行精度分析与比较。结果表明:在城区反距离权重插值,不但可以对空值区域进行适当填充和平滑,而且对高程最大、最小值的预测精度也很高;不同插值方法在构建山区DEM时精度相差不大,插值精度可以达到厘米级,其中普通克里金插值效果最佳。对于城区与山区点云数据反距离权重插值法生成的DEM均能很好地反映地表自然形态,为今后LiDAR点云数据构建DEM选择最佳的插值算法以及插值参数提供参考。     

陆基散射计的水稻空间聚集特性分析

地物的空间分布状态会影响微波后向散射特性,针对因生长特性而无明显行列向的水稻,该文利用L、C双频段全极化后向散射计对水稻整个生长季进行后向散射系数测量,提出了聚集度指数表征这类植被不同时相的空间特性。通过分析不同空间聚集度的水稻散射特性,研究了水稻后向散射系数在高低频的时空响应。实验结果表明,拔苗期至分蘖前期,下垫面土壤散射为主要散射分量时,C波段后向散射响应随着水稻聚集度变化而规律变化,从分蘖后期开始,随着生物量变大植被体散射增加,L波段后向散射相较C波段对空间聚集度响应更为明显。     

开放式街道地图在城市发展水平分析中的应用

针对城市路网的发展状况,能在一定程度上体现城市发展的水平,但传统路网数据难获取的问题,该文采用了易获取、成本低、更新快等优点的OpenStreetMap路网数据为主要研究对象,利用多元线性回归的分析方法,重点研究OSM路网与城市经济发展水平(城市GDP)间的相关关系。通过实验验证,OSM路网密度与城市经济发展水平之间存在着明显的相关关系,利用OSM路网密度对城市经济发展水平进行分析,具有一定的可行性,能够为日后城市经济水平评估与评价提供了一种新的辅助评价指标。     

激光扫描电力巡检技术设计与成果质量检验

针对直升机激光扫描电力巡检缺乏相应的技术设计与质量控制标准的问题,在总结输电线路直升机激光扫描电力巡检特点的基础上,分析了直升机激光扫描电力巡检的设备选型要求,详细阐述了激光扫描电力巡检技术设计内容,总结了激光扫描电力巡检数据的重点检查内容与技术指标,为开展直升机激光扫描电力巡检技术设计、成果质量检验提供了参考。     

基于WebGIS的GIS网络虚拟实验室建设

虚拟实验室是高校教学改革的重点方向之一,WebGIS技术完全可以将传统桌面GIS软件上机操作过程中的各个功能移植到Web客户端中。基于WebGIS技术,设计一个基于REST服务和Ajax客户端的GIS网络虚拟实验室,重点研究GIS网络虚拟实验室的系统体系架构,对虚拟实验室中的各个组成部分和功能进行设计,设计的GIS网络虚拟实验室能够提高学生上机实验过程中的学习兴趣和积极性,提高GIS上机实验教学效率和教学质量,为其它同类课程建设网络虚拟实验室提供技术参考。     

WiFi室内定位的不同接入点选取策略的性能评估分析

最优无线接入点(access point,AP)子集的选取是进一步改善WiFi室内定位技术的一个难题。本文介绍了现有的AP选取算法并提出了基于奇异检验的AP选取算法,给出了WiFi室内定位的性能评估指标。通过实验评估分析了各AP选取算法的综合性能,结果表明:基于相同原理的AP选取算法,其位置估计误差具有相似性,但不同AP选取算法由于选取原理不同各自具有局限性。在实践应用中,要贴合实际情况,结合各AP选取策略特点,选择合适的AP选取策略。     

RTK无验潮水深测量误差分析及控制方法

实时动态(real time kinematic,RTK)无验潮水深测量技术已成为海洋测绘发展的方向。从RTK无验潮水深测量原理和误差来源入手,定性与定量分析了高程拟合误差、波浪引起的误差、仪器测量误差、定位时延以及仪器安装等误差对成果精度的影响,指出选择恰当的拟合模型是控制高程拟合误差的关键,安装姿态传感器可以削弱波浪引起的误差,提出测量前对换能器连接杆进行垂直度测量、采用双频接收机和PPS等控制方法可以有效减小测量误差。结合实践提出减小RTK无验潮水深测量精度四点建议,为RTK无验潮水深测量技术的推广应用提供参考。