GIS支持下的辽宁省海岸线分形特征研究

为加强对辽宁省海岸线分形分维的认识与理解,以2017年辽宁省调查统计岸线为基础数据,采用网格法计算了辽宁省及其沿海6市海岸线的分形维数,对其几何学特征和空间分布规律进行了研究。结果表明:辽宁全省及沿海丹东、大连、营口、盘锦、锦州和葫芦岛6市调查统计岸线具有分形性质,分维遵循分形地貌学中的合并原理,分维值分别为1.143 1、1.108 5、1.163 4、1.116 1、1.110 3、1.105 4和1.101 3。沿岸用海活动改变了原有岸线的自然形态,一定程度上导致辽宁全省及沿海各市海岸线的分维值都有所增加,其中盘锦市、营口市海岸线的分形维数变化最大,大连市海岸线分形维数变化最小。     

象山港岸区海岸线时空变化分析

提取1996—2021年象山港岸6期遥感影像的海岸线信息,计算对应的海岸线变迁强度、海岸线分形维数、陆域面积变化以及海岸线人工化指数,探索象山港区海岸线的时空变化并对其进行分析。结果表明：(1)象山港岸海岸线长度变化明显,岸线长度在2001年之后不断缩减且缩减趋势明显;(2)在自然与人类活动的影响下,象山港海岸线形态发生了较大的变化,2001年前海岸线曲折复杂,2001年后,海岸线分形维数不断减小,人类活动对海岸线的影响逐渐变大,岸线不断趋于平滑;(3)研究时段内,该区域陆域面积不断扩大,海岸线不断向海洋延伸;(4)人工岸线比重不断增加,人类活动的影响区域不断变大,到2021年,人工岸线达总岸线长度的80%以上,人工岸线比重预计在未来还会不断升高。     

近十年来长江口九段沙周边地貌演变GIS分析

长江口深水航道工程改变了长江口自然环境,导致周边水下地貌形态发生明显的变化。本文选取长江口九段沙周边浅滩区域作为研究区,搜集不同年份的海图资料,利用GIS技术进行地貌演变空间分析。分析发现：自2001年一期工程完工以来,九段沙周边浅滩总体处于稳定状态,冲淤空间分布特征明显;沿着南导堤堤坝泥沙淤积明显,导致南导堤北侧丁坝内形成淤积带,九段沙尾部沿着堤坝形成淤积带;江亚南沙下沙阻挡作用,使得上游来水在沙头处分流,在两股水流的作用下,九段沙西南侧分别形成两条平行的淤积带和冲刷带。     

基于遥感与GIS的中国湖泊形态分析

基于2010年Landsat TM/ETM数据,结合Google Earth影像和其他资料,采用面向对象的分类方法,以30 m的分割尺度对图像进行分割,并通过比值指数、归一化差值水体指数及谱间关系等指数来提取水体信息,将水体分为河渠、湖泊及水库坑塘3类,并对分类结果进行精度验证,最终得到中国湖泊空间分布信息;以此为基础,计算出反映湖泊形态的景观指数(如形状指数、近圆形指数及分维数等),并结合湖泊的面积和湖泊岸线长度来说明湖泊的基本状况及其形状的复杂程度。结果表明:利用面向对象分类方法可以得到较高的分类精度,3种类型水体分类的总精度为93%,湖泊分类精度达到90%以上;在中国内陆,面积大于1.0 km2的自然湖泊2 477个,总面积约77 934.72 km2;在5个湖区中,青藏高原湖区的湖泊面积最大,占湖泊总面积的54.34%,其形状指数和分维数均值为最小,湖泊形态比较简单;东部平原湖区降雨充沛,水系发达,其形状指数和分维数均值最大,湖泊岸线更加曲折,形态复杂多变;通过分析得出,形状指数与分维数有明显的相关性(R2=0.95),湖泊岸线分维数值越高,其形状指数越大,岸线越复杂。     

土地利用结构分形特征动态分析

通过解译徐州市矿区1990年、2000年、2010年3期TM影像,获取土地利用类型、面积、斑块数等属性数据。利用Fragstats软件,计算3个时期各地类的分形维数和稳定性指数。在分析3个时期土地利用数量变化的基础上,研究分形维数与稳定性指数的动态变化特征,从不同地类的空间形态的变化上定量探讨徐州矿区20 a土地利用的演变。结果表明,1990~2000年,徐州矿区空间形态趋于简单,稳定性上升;2000年是一个转折点,1990年相对于2000年,5类地物分维数降低,稳定性上升;2010年相较于2000年,特别是建成区与耕地这2类地物分形维数上升,稳定性下降幅度较大。在城市化驱动下,经济发展,城市扩张,生态保护是区域土地利用分形特征与结构稳定变化的主要驱动因素。     

滩涂围垦对崇明东滩演化影响的遥感研究

崇明东滩在流域、海域来沙供应下面积不断扩大, 从20世纪60年代起, 其东部岸线向海推进大约10 km, 超过150 km²的新生滩涂被围垦。本研究探讨这种筑堤围垦对崇明东滩演化产生的影响。收集了1965年-2011年间的5景Corona影像、40景Landsat影像和1景SPOT影像, 利用影像水边线和对应潮情水位信息得到不同年份的崇明东滩+2 m线位置, 分析其延伸速率和方向的变化;对比影像及解译信息研究滩面植被、潮沟系统和团结沙的演化特点。结果显示, 泥沙供应充足时海堤建设对潮滩的淤涨具有促进作用, 这种作用在建堤初期表现更为明显;随着长江流域来沙的持续减少, 崇明东滩+2 m线的淤涨速度出现明显下降。海堤建设高程较低时可以改变东滩的淤涨方向, 自然状态下向东、东北偏移的趋势减缓, 近期转为向东南淤涨。海堤外潮流的反射和潮沟系统的发育对植被有较大的破坏, 导致堤外集水盆地的形成和扩张, 并最终退化为大面积光滩, 这种退化过程随着多次筑堤重复出现。团结沙的并岸过程对北港北沙的演化具有参照意义     

基于遥感影像的南通市海岸带变迁分析

基于GIS、RS技术,提取了南通市1986-2016年的6期海岸线,从海岸线的类型分布、长度消长、空间变迁、分形维数等多个角度,对南通市海岸带变迁进行分析。结果表明,近30年来,南通市海岸线变化显著,长度累计增长67.78km,岸线类型主要是自然岸线向人工岸线转化;南通市海岸带主要以向海扩张为主,陆地面积增长约637.237 7km2,海岸带地貌类型转变明显,主要表现为大面积滩涂转变为盐田、养殖池和建筑用地。使用网格法计算了南通市各时期海岸线的分形维数。总体来看,分形维数保持缓慢增大趋势,2006年以后开始显著增加,说明海岸线趋于复杂,大规模的近海工程建设是分形维数变化的主要因素。基于分析结果认为,人类的近海活动是造成南通市海岸带变迁的最主要的驱动力因素。     

城市交通网络分形维数的不确定性估计、控制与分析

长度-半径维数模型作为描述城市交通网络复杂不确定性现象的一种分形分维方法,其自身存在的不确定性往往被忽视,且相关研究更是鲜见报道。故针对该模型在分形维数测算全过程中存在的不确定性问题,本文率先开展了系统剖析、定量估计和质量控制研究。首先对数据源、矢量化处理、测算中心、尺度选择、以及分维数模型估计等一系列环节进行了不确定性估计与分析,其中首次给出了分形维数在一定置信水平下的不确定性度量区间,并依据误差传播理论对误差的传递和累积进行了描述;然后着重提出了基于LMed S(Least Median of Squares)的质量控制方法。最后通过对拉萨市的算例实验表明:道路的矢量化过程、测算中心和测算尺度的选择都会导致分维的不确定性;并在对数据质量进行控制的基础上,通过置信区间对长度-半径维数模型的不确定性进行了在一定概率水平下的首次度量;同时结合区域现状对研究结果给出了合乎实际的解释。本文在描述表征不确定性问题的分形几何和分形维数的基础上,系统地揭示了其自身不确定性的本质,不仅进一步丰富了分形分维理论,为控制其质量奠定理论基础,而且可为城市交通网络分形维数的地学应用提供可靠的科学依据。     

2000—2015年中国大陆海洋岸线变化多视角分析

针对中国大陆海洋岸线在宏观尺度、长时间序列下分析角度较少的问题,该文利用遥感与GIS技术,以2000、2015年2个时期为特征年,从海洋岸线长度与结构、分形维数、岸线变化速率与稳定性、开发利用负荷等角度,综合分析2000—2015年中国大陆海洋岸线时空变化特征。结论如下:①近15年来,海洋岸线总长度增加1 716km,岸线结构变化显著,人工岸线剧增,自然岸线锐减;②海洋岸线分形维数呈增长趋势,具有"北方<全国<南方"的宏观格局特征;③海洋岸线年均变化速率为33.03(m·a~(-1)),岸线的变化速率、稳定性具有显著的空间差异性,北方向海扩张趋势较集中、规模较大;④中国大陆海洋岸线约30%为开发岸线,且海岸开发以重度为主,分布不均,北方岸线开发利用负荷度较高。     

浙江东部穿山半岛岸线及潮滩演变的遥感调查

穿山半岛北侧是杭州湾的外海滨部分,其水动力条件、泥沙运移、沉积过程和地貌演变复杂。根据区域遥感影像和地理地形等资料,通过综合分析研究,探讨了穿山半岛北侧岸线和潮滩的变迁过程。研究表明,上世纪50年代穿山半岛北侧岸线大部分仍处于自然演变状态,从20世纪60年代开始,岸线向海迁移基本上是由工业填海和围海造田所致。潮滩总体呈现淤长的趋势,37a来,西侧滩界外移3050m,外移速率达+82.4m/a;向东,滩界变动范围逐渐减小。潮滩的发展具有空间、时间上差异性,潮滩淤涨集中在1955～1963年和1977～1982年。     

基于SOFM网络的声图非监督分类

利用局部窗口内的灰度纹理共生矩阵的统计量、灰度均值和两个分维数作为特征矢量，利用SOFM网络进行非监督分类侧扫声纳海底图像，通过实测数据验算，取得了理想的效果。     

分形方法在南麂岛土地覆盖类型分析中的应用

借助分形理论对南麂列岛国家级海洋自然保护区内的主岛---南麂岛的地面覆盖及其状况进行分析,把各地类图斑的复杂性、破碎性和形状等定性概念,用分维值和形状因子进行定量描述和比较,分析其形成机制。结果表明,灌木林地和草地等自然性较强的地类分维值较大,而晒场和居民地等人为干预较多的地类分维值较小,庄稼地的分维值则介于它们之间。     

基于遗传算法的BP网络实现海底底质分类

本文利用灰度纹理共生矩阵和两个分维数作为特征矢量,采用遗传算法训练BP网络,进行海底底质监督分类。以海底侧扫声纳图像为例,通过实测数据验算,取得了理想的效果。     

基于分形的数字水系集水面积阈值确定研究

集水面积阈值的确定是基于数字高程模型提取水系过程中的关键环节,但目前集水面积阈值的确定存在着随意性和主观性.本文引入分维数量化集水面积阈值对水系提取的影响.研究表明,在给定标度区间内集水面积阈值和分维数存在着良好的回归关系.二者的拟合方程可用来进行集水面积阈值的合理确定和水系的准确提取.     

基于分形维度法的都市区城市蔓延分析——以广佛为例

根据1957与1982年两个时期的地形冈并结合1995与2008年的遥感卫星影像提取城镇建设用地专题信息。利用ArcGIS建立广佛都市区城镇建设用地数据库．采用分形维度的计锋方法,对广佛都市区城市蔓延的情况进行测度和分析。结果表明广佛都市区三个发展阶段城镇建设用地面积增长速度并不均匀,具有加速发展的特点。四个测度年份的分形维数分别为1．6454,1．6285,1．5586和1．5270,均在1-2之间．分形维数呈递降趋势,总体下降了0．1184,城市发展模式由紧凑型逐渐向松散型演变,存在城市蔓延情况,而且城市发展模式以年均0．14％的速度从紧凑型向松散型演变。广佛都市区城市蔓延的地域分异较为明硅,具有较强的空间集聚性和中心向心件,广州和佛山毗邻地区以及中心城区是城市蔓延的活跃区和集中区,1982—1995年问研究区内蔓延速度比1995．2008年间要快。通过深入分析发现,经济快速发展、城市人口的持续增长、交通道路网络的建设是广佛都市区快速扩张和城市蔓延的基本动力因素之一,开发区土地扩张,进一步加剧了无序扩张和城市蔓延。     

基于RS和GIS的甬台地区城市建设用地扩展特征研究

以多时相Landsat MSS,TM和ETM卫星影像为数据源,利用遥感和GIS手段,提取宁波、台州2市5个时相（1979,1990,1995,2000和2005年）城市建设用地信息,分析了城市建设用地扩展的时间特征、形态特征、空间特征并通过其与人口、GDP因素的相关分析研究其扩展的动力机制。结果表明：①1979年以来,甬台地区城市建设用地总体扩展速度表现为先升后降,而城市建设用地总体扩展强度则表现为不断提高的趋势。②甬台地区城市建设用地的空间结构存在明显的分形特征,城市建设用地空间结构分维逐渐增大,城市建设用地空间复杂性增加,城市建设用地趋向不稳定。③甬台地区城市扩展与社会经济发展具有明显的相关性。     

SAVR法──影像表面分维估计的新方法

本文在分形表面积与体积关系的基础上，导出了一种估计影像表面分维数的新方法──ＳＡＶＲ法。通过对合成的已知维数分形影像数据的测试，表明新方法在分维估值准确性和无标度区特性方面表现较优，进一步与ＢＬＡＮＫＥＴ法分维估计实验比较得出，ＳＡＶＲ法具有较强的保持多分辨影像分维估值的稳定性。最后提出了基于ＳＡＶＲ法方向分维的纹理特征度量并给出了在方向纹理分析中的应用实例。     

基于遥感影像的巢湖流域面状水体分维测算

通过对2000年2月的研究区ETM＋遥感影像光谱特征进行分析,利用修正的归一化差异水体指数（MNDWI）与谱间关系法提取研究区面状水体形态信息,使用小岛法计算面状水体的分形维数,得到巢湖流域全区面状水体的总体分维D0=1．2776,及以主要河流所划分的各子区的分维值：南区D1=1．2800,西区D2=1．3032,北区D3=1．2376。反映了研究区各子区地理环境与人类活动的差异。     

An Evaluation of Fractal Methods for Characterizing Image Complexity

Previously, we developed an integrated software package called ICAMS (Image Characterization and Modeling System) to provide specialized spatial analytical functions for interpreting remote sensing data. This paper evaluates three fractal dimension measurement methods that have been implemented in ICAMS: isarithm, variogram, and a modified version of triangular prism. To provide insights into how the fractal methods compare with conventional spatial techniques in measuring landscape complexity, the performance of two spatial autocorrelation methods, Moran's I and Geary's C, is also evaluated. Results from analyzing 25 simulated surfaces having known fractal dimensions show that both the isarithm and triangular prism methods can accurately measure a range of fractal surfaces. The triangular prism method is most accurate at estimating the fractal dimension of surfaces having higher spatial complexity, but it is sensitive to contrast stretching. The variogram method is a comparatively poor estimator for all surfaces, particularly those with high fractal dimensions. As with the fractal techniques, spatial autocorrelation techniques have been found to be useful for measuring complex images, but not images with low dimensionality. Fractal measurement methods, as well as spatial autocorrelation techniques, can be applied directly to unclassified images and could serve as a tool for change detection and data mining.