机载LiDAR数据估算样地和单木尺度森林地上生物量

利用机载激光雷达点云数据,结合大量实测单木结构信息,分别从样地和单木尺度估算了森林地上生物量AGB。首先,利用局部最大值单木提取算法提取了每个样地内的单木结构参数,并针对样地和单木尺度分别计算了一组激光雷达变量。然后,利用激光雷达变量和地上生物量及其两者的对数形式,从样地和单木尺度分别构建了估算模型。最后,针对两种尺度估算过程中存在的不确定性进行了详细讨论。结果表明:(1)样地和单木尺度模型估算的森林地上生物量与地面实测值都具有明显的相关性,且对数模型估算效果要优于非对数模型;(2)样地尺度模型估算效果(R2=0.84,rRMSE=0.23)明显优于单木尺度模型(R2=0.61,rRMSE=0.46);(3)按树木类型分别进行估算可以提高单木地上生物量的估算精度;(4)不论是样地还是单木尺度地上生物量估算都存在一定的不确定性,与样地尺度相比,单木尺度估算过程的不确定性更大,这种不确定性主要来自单木识别过程。     

Pi-SAR极化数据与K分布指数估算森林生物量与实验验证

用2002年和2003年日本Pi-SAR全极化数据,研究日本北海道苫小牧森林地区的森林生物量.雷达后向散射系数随森林生物量的增大而增大并迅速达到饱和,L波段雷达数据饱和点约为40t/hm2,X波段仅约为20t/hm2.在SAR数据统计分布中,K分布的指数参数在饱和点以上仍随生物量的增大而增大,并且HV极化方式时相关性最高.根据交叉极化数据K分布的指数参数与森林生物量的关系,本文估算了23个观测点的森林生物量,结果表明平均准确率为85%.因此该算法可以作为一种新的估算森林生物量的手段.     

双台河口国际重要湿地芦苇地上生物量遥感估算

基于多时相的Landsat8 OLI卫星遥感数据,采用面向对象的分类方法,提取双台河口国际重要湿地芦苇分布信息。通过对归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)等6个植被指数与野外实测芦苇地上生物量数据间的统计分析,比较不同植被指数对芦苇地上生物量的敏感性,构建双台河口国际重要湿地芦苇地上生物量遥感反演模型;应用该模型对芦苇地上生物量进行遥感反演以及空间格局分析。结果表明:双台河口国际重要湿地芦苇分布面积为4.39×104hm2,约占该研究区总面积32.96%;选取的6个植被指数均与芦苇地上生物量显著相关(p0.05),其中,以NDVI为变量的幂指数形式的估算模型为芦苇地上生物量遥感估算最优模型,模拟精度为79%,决策系数为0.76;双台河口国际重要湿地芦苇地上生物量呈东高西低和北高南低的分布格局,其平均地上生物量为4 785.5 g/m2,总地上生物量为2.06×106t;本研究结果可为双台河口国际重要湿地生态系统管理和生物多样性保护提供数据支持与科学指导。     

基于遥感的区域尺度森林地上生物量估算研究

森林是陆地生态系统最大的碳库,精确估算森林生物量是陆地碳循环研究的关键。首先从机载LiDAR数据中提取高度和密度统计量,采用逐步回归模型进行典型样区生物量估算;然后利用机载LiDAR数据估算的生物量作为样本数据,与多光谱遥感数据Landsat8 OLI的波段反射率及植被指数建立回归模型,实现区域尺度森林地上生物量估算。实验结果显示,机载LiDAR数据估算的鼎湖山样区生物量与地面实测生物量的相关性R2达0.81,生物量RMSE为40.85 t/ha,说明机载LiDAR点云数据的高度和密度统计量与生物量存在较高的相关性。以机载LiDAR数据估算的生物量为样本数据,结合多光谱遥感数据Landsat8 OLI估算粤西北地区的森林地上生物量,精度验证结果为:R2为0.58,RMSE为36.9 t/ha;针叶林、阔叶林和针阔叶混交林等3种不同森林类型生物量的估算结果为:R2分别为0.51(n=251)、0.58(n=235)和0.56(n=241),生物量RMSE分别为24.1 t/ha、31.3 t/ha和29.9 t/ha,估算精度相差不大。总体上看,利用遥感数据可以开展区域尺度的森林地上生物量估算,为森林固碳监测提供有力的参考数据。     

基于激光雷达卫星(GEDI)的广东省森林冠层高度和生物量估算

森林冠层高度和生物量估算对估算森林碳收支方面起到重要作用。本文以广东省森林为研究对象,以全球生态系统动态调查(GEDI)激光雷达卫星为数据源,分别采用回归树和克里金插值算法,对广东省的森林冠层高度和生物量进行反演。研究结果表明,广东省的树木高度普遍在10～20 m,占比超过50%。树高高值出现在粤北的韶关、肇庆等市,树高普遍在15～20 m;而湛江市的平均树高最低,普遍不足10 m。广东省森林生物量最大值为335.85 t/hm²,最小值为5.25 t/hm²,平均值为98.27 t/hm²。森林生物量高值区域主要分布在粤东山区和粤西山区,而广东省平原和城市化地区森林生物量则较低。本文结果为估算广东省森林生态系统碳吸收提供科学依据。     

高光谱与高空间分辨率遥感数据的亚热带森林生物量反演

精确估算森林生物量对全球碳平衡以及气候变化的研究有重要意义。以亚热带天然次生林为研究对象,借助地面实测样地数据,通过对机载LiCHy(LiDAR,CCD and Hyperspectral)传感器同时获取的高光谱和高空间分辨率数据进行信息提取和数据融合,建模反演森林生物量。首先通过面向对象分割方法进行单木冠幅提取,然后融合从高光谱数据提取的光谱特征变量和从高空间分辨率数据提取的单木冠幅统计变量,构建多元回归模型估算地上、地下生物量,最后利用地面实测生物量经交叉验证评价模型精度。结果表明,综合模型的精度(R~2为0.54—0.62)高于高光谱模型(R~2为0.48—0.57);在高光谱模型中地上生物量模型精度(R~2为0.57)高于地下生物量模型(R~2为0.48);在综合模型中地上生物量模型精度(R~2为0.62)同样高于地下生物量模型(R~2为0.54)。交叉验证结果表明,与仅使用高光谱数据(单一数据源)相比,通过集成高光谱和高空间分辨率数据的生物量反演效果有所提升,可以更加有效地估算亚热带森林生物量。     

基于MODIS时序影像的湖南省油菜种植面积遥感监测分析

基于时间序列影像数据的提取方法可实现快速监测大面积农作物的种植分布和面积估算.以湖南省为研究区,利用2017年500 m空间分辨率的MODIS NDVI时序数据,结合湖南省耕地分布数据和实地样点数据得到油菜物候标准曲线,采用最小二乘法与阈值法提取得到湖南省油菜种植分布.结果显示,遥感提取得到的湖南省油菜种植面积主要分布在湘北洞庭湖平原、湘中衡阳市、湘南岳阳市,油菜种植面积3.87×106 hm2,通过与2016年湖南省县域统计油菜种植面积数据进行比较,油菜空间格局分布大体一致,相关性系数为0.81,R2为0.66.采用油菜关键物候期的MODIS时序遥感影像,能有效地监测油菜空间分布和估算种植面积,这为油菜种植管理提供基础数据支撑.     

Sentinel-2数据的冬小麦地上干生物量估算及评价

作物生物量快速精确的监测对于农业资源的合理利用与农田的精准管理具有重要意义。近年来,遥感技术因其独特的优势已被广泛用于作物生物量的估算中。本文主要针对不同宽波段植被指数在冬小麦生物量(文中的生物量均是指地上干生物量)估算方面的表现进行探索。首先利用欧洲空间局最新的Sentinel-2A卫星数据提取出17种常见的植被指数,之后分别构建其与相应时期内采集的冬小麦地上生物量间的最优估算模型,通过分析两者间的相关性与敏感性,获取适宜进行生物量估算的指数。最后,绘制了研究区的生物量空间分布图。结果表明,所选的植被指数均与生物量显著相关。其中,红边叶绿素指数(CI_(re))与生物量的估算精度最高(决定性系数R~2为0.83;均方根误差RMSE为180.29 g·m~(–2))。虽然相关性较高,但部分指数,如归一化差值植被指数(NDVI)等在生物量较高时会出现饱和现象,从而导致生物量的低估。而加入红边波段的指数不仅能够延缓指数的饱和趋势,而且能够提高反演精度。此外,通过敏感性分析发现,归一化差值指数和比值指数分别在作物生长的早期和中后期对生物量的变化保持较高的敏感性。由于红边比值指数(SR_(re))和MERIS叶绿素敏感指数(MTCI)在冬小麦全生长季内一直对生物量的变化保持高灵敏性,二者是生物量估算中最为稳定的指数。     

WorldView-2纹理的森林地上生物量反演

使用高空间分辨率卫星WorldView-2的多光谱遥感影像,构建植被指数和纹理因子等遥感因子与森林地上生物量的关系方程,并计算模型估测精度和均方根误差,探索高分辨率数据的光谱与纹理信息在温带森林地上生物量估测应用中的潜力。以黑龙江省凉水自然保护区温带天然林及天然次生林为研究对象,通过灰度共生矩阵(GLCM)、灰度差分向量(GLDV)及和差直方图(SADH)对高分辨率遥感影像进行纹理信息提取,并利用外业调查的74个样地地上生物量与遥感因子建立参数估计模型。提取的遥感因子包括6种植被指数(比值植被指数RVI、差值植被指数DVI、规一化植被指数NDVI、增强植被指数EVI、土壤调节植被指数SAVI和修正的土壤调节植被指数MSAVI)以及3类纹理因子(GLCM、GLDV和SADH)。为避免特征变量个数较多对估测模型造成过拟合,利用随机森林算法对提取的遥感因子进行特征选择,将最优的特征变量输入模型参与建模估测。采用支持向量回归(SVR)进行生物量建模及验证,结果显示选入模型的和差直方图均值(sadh_mean)、灰度共生矩阵方差(glcm_var)和差值植被指数(DVI)等遥感因子对森林地上生物量有较好的解释效果;植被指数+纹理因子组合的模型获得较精确的AGB估算结果(R2=0.85,RMSE=42.30 t/ha),单独使用植被指数的模型精度则较低(R~2=0.69,RMSE=61.13 t/ha)。     

基于光谱吸收深度分析的冬小麦生物量估算模型的建立

准确的估算作物的生物量,对作物长势监测具有重要的意义。利用高光谱仪获取的冬小麦高光谱实测数据,通过植被参数分析、植被光谱吸收特征挖掘,构建了冬小麦生物量的高光谱估算模型。结果表明,基于光谱深度分析与偏最小二乘方法建立的估算模型的R2值为0.86,RMSE为0.0397kg/m~2,较基于植被参数的生物量估算模型,模型精度得到了大幅的提高。本研究证实了利用光谱深度技术可以准确地挖掘光谱数据的"红谷"波段与生物量之间的关系,从而实现冬小麦生物量估算精度的提高。     

基于WSR框架的《开发区土地集约利用评价规程》指标体系分析

旨在剖析我国《开发区土地集约利用评价规程》中指标体系存在的问题并提出改进建议。在界定开发区土地集约利用内涵基础上,从要素特征(W维)、利用目标(R维)和评价过程(S维)等3个维度阐述了开发区土地集约利用评价的系统要求,构建关联分析矩阵,对《规程》中评价指标体系的特征差异化、层次完整性和目标关联性等3个方面进行了分析讨论。针对当前《规程》中存在的评价对象混杂、开发区类型需要细化、指标体系不完整、计算方法需修正等问题提出了相应修改建议。     

时空大数据在空间优化中的应用

空间优化提供资源、实体等的高效配置与最佳空间组织方案,是地理学的重要研究领域。大数据背景下,各类蕴含时空信息的时空大数据能反映地表各要素的空间格局特征与演变过程,为空间优化提供强大的数据支撑。基于国内外时空大数据、空间优化研究成果,分析大数据发展历程、特征、定义及其影响,概括时空大数据的定义与特征,总结出对地观测、社会经济、物联网、互联网与社交网等5类时空大数据;在宏观(全国)、中观(省域)、微观(市县)3个尺度下,综述现有研究中的各种空间优化;将时空大数据在各类空间优化中的应用归纳为城市(镇)体系空间结构分析、自然生态环境监测、土地利用分析等7大类,并分别梳理了国内外的相关应用研究。该综述可为时空大数据、空间优化相关研究提供参考。     

基于Android的精密三角高程测量系统开发及应用

与普通水准测量相比,精密三角高程测量在特殊环境下的作业效率更高,为推广该测量方法的使用,开发一个功能完善的精密三角高程测量软件是必要的。本文在Android精密三角高程测量软件基础上,结合Android程序设计和精密三角高程测量系统的作业需求,开发了Android平台精密三角高程测量系统。在中国某长江大桥精密三角高程测量的应用中,通过将测量结果与普通二等水准测量数据进行检核与对比,证实该系统能够满足普通跨江水准测量作业的要求。     

轻便型变形监测雷达的研制与基本性能测试

本文介绍自主研发的轻便型变形监测雷达的原理结构和特点,并通过一系列实验对该雷达进行基本物理参数和精度的初步测试以及建筑物变形监测方面的应用实验。通过实验证明,该雷达的测量精度达到0.1mm,最远可以观测到800m外的目标,可以用于建筑物变形监测,该雷达也用于边坡、大坝、桥梁等目标的远程变形监测。同时,该雷达在重量、体积、功耗等方面有着优势,解决同类产品笨重、难以携带作业的问题。     

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。     

乘车软件应用前后出租车寻客路径偏好分析

本文尝试通过模拟出租车的路径选择探索乘车软件推广对出租车寻客路径偏好造成的影响。基于出租车的历史寻客轨迹,提取起终点对之间的出租车寻客路径集,选取路径的行程距离、历史乘客数目、历史载客行程距离等六个指标,对出租车的寻客路径选择行为进行多项Logit模型建模。通过分析模型的系数大小,得到各因子对出租车寻客路径选择的影响以及出租车在起终点对间寻客的偏好因子;通过统计出租车在各行政区内或跨行政区寻客时以各因子为偏好因子的起终点对数目,得到偏好因子的空间分布差异;此外,通过对比乘车软件推广前后的建模结果,得到出租车寻客路径选择偏好的变化规律。     

Galileo导航系统观测值的质量分析

从信噪比、伪距多路径效应、单差残差和非差观测值精度等方面对进入初始服务初期Galileo导航系统观测值的质量进行了对比分析,最后简要评估了Galileo导航系统的单点定位精度。结果表明:在信噪比方面,Galileo E5最高,E1、E5a和E5b次之且基本相当;在伪距多路径方面,Galileo E1最大,其次分别为E5b和E5a,而E5最小;在单差残差方面,Galileo导航系统单差相位残差基本在±4 mm内,单差伪距残差基本在±0.3 m内;在非差观测值精度方面,Galileo导航系统相位观测值精度E1最高,E5a、E5b和E5次之且基本相当,而伪距观测值精度E5最高,E5b最差;整体上而言,Galileo导航系统观测值的数据质量略优于GPS和BDS;Galileo导航系统单频伪距单点定位的水平精度约为2.2 m,与GPS和BDS的水平定位精度基本相当,而高程精度约为5.2 m,稍差于GPS和BDS,这与可观测卫星数和PDOP有很大的关系。     

利用多频多系统GNSS OEM板卡实现高精度变形监测

针对近年来被广泛应用的多频多系统GNSS OEM板卡,设计并实现了一套基于多频多系统OEM板卡的低成本变形监测系统,包括数据解码、基线处理、网平差和坐标转换等,能够实时获取测站点高精度空间坐标。以某高层建筑形变监测为例,通过串口通信获取板卡多频多系统观测信息,并经过该系统解算,实现了监测点实时定位,且系统成本相比市场上测量型GNSS接收机系统下降了约40%。实验结果表明,该系统解码精度可达0.2 mm,静态模式定位精度可达到平面2 mm以内,高程5 mm以内,动态模式定位精度可达到平面5 mm以内,高程10 mm以内,验证了该系统的可靠性和适用性。     

基于视频的行人检测跟踪与统计算法研究

视频图像中运动目标的检测及跟踪一直是视觉分析的研究热点之一。本文针对教学楼内摄像头固定、背景基本不变的情况,提出了一种行人检测跟踪及统计算法。首先根据背景差分法初步提取行人目标,然后将行人目标二值化,最终通过阴影去除、膨胀、腐蚀等一系列图像预处理操作去除光线变化及噪声的影响,得到较完整的行人目标,并改进了基于质心跟踪的行人目标跟踪方法,采用基于矩形中心的方法实现了行人跟踪与统计,使之更适应教学楼行人检测。实验结果表明,该算法可以实现对行人目标的较完整提取、对目标运动方向的较准确判断和对行人的较精确统计,为教学楼行人疏导提供技术保障。     

环境负载模型效应位移序列可靠性分析

以12个IGS基准站为研究对象,通过格林函数方法对基于QLM模型的地表环境负载(大气压力、土壤湿度、非潮汐海洋、积雪深度)引起的测站位移序列进行可靠性分析。结合粗差分析、主分量分析、噪声特性分析等对位移序列进行特征分析,结果表明基于QLM计算的负载效应序列是比较可靠的,在对GPS坐标时间序列修正过程中,能较好避免不必要的二次误差的引入。此外,地表环境负载对测站的位移影响甚至达到cm级,对测站垂向位移影响更为明显;且负载位移时间序列存在明显的周期性波动,对高精度的地球动力学研究负载环境效应的影响不可忽略,应施加负载改正,为去除坐标时间序列中虚假的非线性变化提供参考。