全球30m地表覆盖遥感制图的总体技术

本文针对全球30米分辨率地表覆盖遥感制图这一世界性难题,提出了以多源影像最优化处理、参考资料服务化整合、覆盖类型精细化提取、产品质量多元化检核为主线的总体研究思路,研发了影像几何与辐射重建、异质异构服务化集成、对象化分层分类、知识化检核处理等主体技术方法;用于制定了相应数据产品规范、生产技术规范,研发了多项生产型软件,用于研制了2000和2010两个基准年的全球）30米地表覆盖数据产品,将空间分辨率提高了1个数量级。     

期刊博览

全球30m地表覆盖遥感制图的总体技术 《测绘学报》2014年第6期 针对全球30m分辨率地表覆盖遥感制图这一世界性难题,提出了以多源影像最优化处理、参考资料服务化整合、覆盖类型精细化提取、产品质量多元化检核为主线的总体研究思路,研发了影像几何与辐射重建、异质异构服务化集成、列象化分层分类、知识化检核处理等主体技术方法;用于制定了相应数据产品规范、生产技术规范,研发了多项生产型软件,用于研制了2000和2010两个基准年的全球30m地表覆盖数据产品,将空间分辨率提高了1个数量级。     

面向地表覆盖更新的时空目标不一致性探测方法研究

正地表覆盖是地表各种生物与物理覆盖综合体,其空间分布及随时间的变化是气候模拟、生态评估、地理国情监测等不可或缺的重要基础地理信息。随着对地观测技术发展,利用遥感影像提取地表覆盖信息已成为当前的一种主要技术手段。但因地物光谱、纹理、时相等特征复杂多样,加上时相适宜、质量优良的影像数据难以全面覆盖,往往导致地表覆盖更新前后多期产品数据不一致。工程生产实践中,地表覆盖数据质检主要以人工检核为主、部分自动化为辅,耗时、费力,迫切需要一种面向地表     

基于MODIS数据的淤泥质海岸水体指数比较与分析——以黄河三角洲海岸为例

淤泥质海岸地区具有独特且复杂的水体环境,深入分析水体指数在该区域的性能特点具有重要的科学意义。以黄河三角洲海岸为研究区,使用2008年、2009年和2015年的MODIS和Landsat遥感数据,从地表覆盖类型光谱特征的角度,比较分析6种水体指数(即NDWI,MNDWI,AWEInsh,AWEIsh,TCW和WI2015)的水体提取性能。通过ROC曲线得到各水体指数的最佳阈值,研究水体指数在淤泥质海岸地区的水体提取精度和提取误差,分析不同地表覆盖因素对水体提取性能的影响。研究结果表明,AWEInsh的水体提取效果最佳,总体精度达97. 29%,制图精度达96. 84%,用户精度达97. 69%。各水体指数提取海水的制图精度较高,均高于90%;陆地水体的提取效果一般,制图精度均低于80%; NDWI对潮滩水的识别能力较差,制图精度低于其他水体指数。各水体指数的陆地水体漏分率较高,海水和潮滩水体的漏分率较低,MNDWI的海水漏分率高于其他水体指数。潮滩土壤对水体提取性能的影响最大,其次为耕地土壤,稀疏植被、茂盛植被和建成区的影响最小。研究结果可为进一步开展淤泥质海岸水体变化监测与分析提供参考依据。     

30m全球地表覆盖遥感制图生产体系与实践

在以"多源影像最优化处理、参考资料服务化整合、覆盖类型精细化提取、产品质量多元检核"为主线的总体研究基础上,依托生产技术规范体系、全过程质量控制手段和支持环境,通过30m地表覆盖产品和技术设计、多源影像资料收集整合处理、分区按类型地表覆盖数据提取组织实施及数据产品集成与优化,构建了工程化的30m全球地表覆盖遥感制图生产体系,实现了预期的产品指标,完成了2000和2010两个基准年的30m地表覆盖数据产品研制。通过精度评价,该套数据产品分类精度达到80%以上。该生产体系的构建为开展较高分辨率全球地表覆盖数据产品研制、细化、更新奠定了基础,为开展大规模遥感影像信息提取、表达和应用起到了示范作用。     

顾及栅格空间拓扑关系的地表覆盖时空目标不一致性探测方法

地表覆盖与更新是地理国情监测、环境变化评估、生态系统保护等不可或缺的基础地理信息。遥感制图技术已成为地表覆盖信息提取的重要手段,但因地物光谱、纹理及时相等特征复杂性,地表覆盖更新数据往往存在错分、漏分,从而导致地表覆盖时空目标不一致。现有地表覆盖更新数据不一致性探测主要以人工检查为主、部分自动化为辅的方式,生产实践中需要大量的作业人员与时间,缺乏行之有效的不一致性自动化探测工具。本文研究分析了栅格地表覆盖更新数据不一致性检查面临的挑战,提出了基于复合逻辑量词的栅格空间拓扑关系计算方法、基于置信区间的更新期地表覆盖错分目标初判规则构建,以及利用空间约束多重匹配的更新期错分目标后验判断,形成了“关系-规则-判断”的地表覆盖时空目标不一致性探测体系。试验以山东临朐、垦利GlobeLand30数据为研究对象,经与统计一致性检核方法对比分析、参照真实地表影像数据,实现了地表覆盖时空目标不一致性探测与有效性检验,验证了探测方法可行性。     

应用转移矩阵分析辽阳矿区的地表覆盖变化

为了分析辽阳地区的地表覆盖变化情况,本文选取辽阳矿区为研究区域,以2003年、2009年、2015年Landsat TM/OLI遥感影像及ASTER GDEMV2高程数据为基本数据源,提取NDVI、NDBI、MNDWI、高程值及单波段亮度遥感指数构建决策树分类模型,完成辽阳矿区地表覆盖的分类。对分类结果进行地表覆盖类型数量变化利用土地转移矩阵分析,并对驱动力因素进行研究。结果表明;决策树模型适用于辽阳矿区地表覆盖分类,分类精度较高。研究区域土地覆盖类型发生显著变化,主要表现为建设用地大幅增长,采矿用地大面积减少,植被、水体、裸地面积变化较小。人口增长、经济发展、矿区生态治理成为该矿区地表覆盖特征变化的主要驱动因素。     

利用SLR检核GPS35卫星广播星历精度

论述了利用SLR检核GPS卫星广播星历精度的基本方法。采用2005年9月1日至11月30日3个月的SLR观测数据对GPS35号卫星广播星历的精度进行了检核,检核结果表明,观测时段内,由广播星历误差所引起的用户等效距离误差约为35cm。由此我们可以得出结论,在观测时段内GPS35号卫星广播星历的精度能够保障导航和实时定位工作的要求。     

基于GEE的干旱区流域湿地水体时空动态变化特征分析——以宁夏平原为例

黄河流域生态保护和高质量发展已成为国家重大战略,宁夏平原为黄河流域具有代表性的典型湿地区域。本文基于谷歌地球引擎平台(GEE)对宁夏平原1984—2020年湿地水体的历史覆盖、面积变化、类型转变及季节性演变等动态信息进行分析与评价。结果表明：(1) 1984—2020年宁夏平原湿地水体历史覆盖面积为1 373.86 km²,占研究区面积的8.1%,全时段覆盖水体面积为116.46 km²;(2) 1984—1999年至2000—2020年宁夏平原地表水体面积共计增加482.99 km²,总体面积变化率为45.6%;(3)研究区新增永久性水体明显,过去37年新增永久性水体218.89 km²,同时季节性水体面积变化幅度较大;(4) 2020年,全年覆盖水体占比为39.45%,而1—6月覆盖时间的水体面积占比超过50%。本文成果可为环境保护和黄河流域高质量发展提供数据支撑。     

大光斑波形数据在土地覆盖分类的适用性分析

针对GLAS地学激光测高系统是冰、云和陆地高程卫星(ICESat)的唯一监测工具,能够记录地表光斑内的地物信息,是否能应用于黄土高原土地覆盖分类的问题进行了研究。利用粒子群和最小二乘法相结合的方法对GLAS波形数据进行高斯分解,获取高斯波个数、波形总能量、波形信号起始和信号结束位置4个波形参数;基于波形自动分类方法对黄土高原水体、森林、城市用地、其他地类(裸地、低矮植被等)进行分类。通过基于覆盖相同研究区域的30 m地表覆盖数据(Globe Land30),验证分类的准确性。结果表明,GLAS大光斑波形数据对黄土高原的4种地类能够很好地进行区分,总分类精度高达87.68%,Kappa系数为65.79%。研究表明,GLAS波形数据可以作为获取土地覆盖信息的有效数据源,为研究黄土高原土地覆盖变化提供更丰富的数据支持。     

地表覆盖遥感产品更新完善的研究动向

近年来,多尺度地表覆盖遥感产品的不断涌现,为环境变化研究、地球系统模拟、地理国(世)情监测和可持续发展规划等提供了重要科学数据。为更好地满足广大用户日益增长的应用需求,应对地表覆盖遥感产品进行持续更新完善,保持其时效性、增强时序性、丰富多样性。针对大面积地表覆盖遥感产品更新完善所面临的主要问题,介绍和评述了国内外有关研究动向,包括影像与众源信息相结合的更新、数据类型细化与完善、地表覆盖真实性验证,并作了简要展望。     

StarBorn: Towards making in‐situ land cover data generation fun with a location‐based game

Data contributed by a large number of non‐experts is increasingly used to validate and curate land cover data, with location‐based games (LBGs) developed for this purpose generating particular interest. We here present our findings on StarBorn, a novel LBG with a strong focus on game play. Users conquer game‐tiles by visiting real‐world locations and collecting land cover data. Within three months, StarBorn generated 13,319 land cover classifications by 84 users. Results show that data are concentrated around users’ daily life spaces, agreement among users is highest for urban and industry land cover, and user‐generated land cover classifications exhibit high agreement with an authoritative data set. However, we also observe low user retention rates and negative correlations between number of contributions and agreement rates with an authoritative land cover product. We recommend that future work consider not only game play, but also how motivational aspects influence behavior and data quality. We conclude that LBGs are suitable tools for generating cost‐efficient in‐situ land cover classifications.     

Tracking desertification on the Mongolian steppe through NDVI and field-survey data

Abstract

Changing environmental and socio-economic conditions make land degradation, a major concern in Central and East Asia. Globally satellite imagery, particularly Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) data, has proved an effective tool for monitoring land cover change. This study examines 33 grassland water points using vegetation field studies and remote sensing techniques to track desertification on the Mongolian plateau. Findings established a significant correlation between same-year field observation (line transects) and NDVI data, enabling an historical land cover perspective to be developed from 1998 to 2006. Results show variable land cover patterns in Mongolia with a 16% decrease in plant density over the time period. Decline in cover identified by NDVI suggests degradation; however, continued annual fluctuation indicates desertification – irreversible land cover change – has not occurred. Further, in situ data documenting greater cover near water points implies livestock overgrazing is not causing degradation at water sources. In combination of the two research methods – remote sensing and field surveys – strengthen findings and provide an effective way to track desertification in dryland regions.     

Modeling for Prediction of Land Cover Changes Based on Bio-physical and Human Factors in Zagros Mountains, Iran

The rapid population growth and ongoing development activities has resulted in natural resources demolition. However, the dynamics of the natural resources in relation to different biophysical and socio-economic factors are still remains poorly understood. The present study investigates the basic natural resources i.e. forest, rangeland and surface water bodies’ status using satellite data for the years 1990, 1998, and 2006, and their change detection in relation to biophysical and socio-economic factors. Monitoring land-use/cover change detection using remotely sensed data has been a well recognized technique. The analysis of change detection revealed eleven important land cover changes, which occurred during the past 16 years (1990–2006) in the region. The rate of land cover change was observed to vary across the sub periods and a general decline of forest cover and increase in rangelands and water bodies was observed. Logistic regression model was employed to analyze the relationship between changes and explanatory factors. The land cover change results and logistic models developed in this study are useful in supporting natural resources management efforts and provide useful information for managers/policy makers in formulation of sustainable management strategies for the region.     

Characterizing and monitoring global landscapes using GlobeLand30 datasets: the first decade of the twenty-first century

Global land cover maps are important sources of information for a wide range of studies including land change analysis and climate change research. While the global land cover maps attempt to present a consistent and homogenous data in terms of the production process, the existing datasets offer coarse resolution data, e.g. 1000 m for IGBP DISCover and 300 m for GlobeCover 2009 that is oftentimes challenging. Recently, GlobeLand30 data based on Landsat archive for two timestamps of 2000 and 2010 has been released. It presents a finer spatial resolution of 30 m, which provides numerous opportunities for a wide range of studies. The main objective of this study is to use this dataset for characterizing global land cover patterns, monitoring, and identifying extreme land change cases with their types and magnitude. The findings reveal massive land change patterns including deforestation, desertification, shrinkage of water bodies, and urbanization across the globe. The results and discussions of this research can help policy-makers, environmental planners, ecosystem services providers and climate change researchers to gain finer insights about the forms of global land change. Future research calls for further investigation of the underlying causes of the massive changes and their consequences on our ecosystems and human populations.     

基于CSW的全球地表覆盖信息共享

元数据是信息共享的重要技术之一,地表覆盖信息具有类型多样、处理复杂、变化较快等特点,目前还没有相应的元数据标准规范对其进行描述。本文分析了地表覆盖信息的特征,以此为基础,扩展现有的地理信息元数据标准,构建了全球地表覆盖信息元数据模型;并结合OGC的CSW规范提出了全球地表覆盖元数据目录服务共享方案;最后实现了全球地表覆盖信息元数据目录原型系统,提供了用户发现、发布和管理元数据的功能,促进了全球地表覆盖信息的共享。     

北京市基础地理数据存储管理与服务模式探讨

为满足“智慧城市”建设、应急保障服务、国情监测等需求,迫切要求对全院地理信息数据全面整合、统一管理,打破部门间数据共享壁垒。基于此需求构建了以私有云架构为基础,采用C/S端系统对多源地理数据进行资源组织、入库以及管理,采用B/S应用程序对用户提供地图服务,并捕获用户的数据购买申请,通过B/S与C/S客户端的交互实现数据分发的综合性系统。该系统能够为院属各部门、相关委办局、政府机构全面、实时、全面提供定制化、精细化的数据服务,同时确保了我院数据源的所有权及安全性。     

全球地表覆盖制图研究新范式

全球土地覆盖制图在过去的10年中取得重要进展,空间分辨率从300 m增加至30 m,分类详细程度也有所提高,从10余个一级类到包含29类的二级分类体系。然而,利用光学遥感数据在大空间范围制图方面仍有诸多挑战。本文主要介绍在农田、居住区、水体和湿地制图方面的挑战,讨论在使用多时相和多传感器遥感数据上的困难,这将是未来遥感应用的趋势。由于各种地表覆盖数据产品有自己定义的地表覆盖类型体系和处理流程,通过调和以及集成各种全球土地覆盖制图产品能够满足新的应用目的,并且可以最大程度地利用已有的土地覆盖数据。然而,未来全球土地覆盖制图需要能够按照新应用需求动态生成地表覆盖数据产品的能力。过去的研究表明有效地提高局部尺度制图的分类精度,更好的算法、更多种特征变量(新类型的数据或特征)以及更具代表性的训练样本都非常重要。我们却认为特征变量的使用更重要。本文提出了一个全球土地覆盖制图的新范式。在这个新范式中,地表覆盖类型的定义被分解为定性指标的类、定量指标的植被郁闭度和高度。非植被类型通过它们的光谱和纹理信息提取。复合考虑类、郁闭度和高度3种指标来定义和区别包含植被的地表覆盖类型。郁闭度和高度不能在分类算法中提取,需要借助其他直接测量或间接反演方法。新的范式还表明,一个普遍适用的训练样本集有效地提高了在非洲大陆尺度土地覆盖分类。为了确保更加容易地实现从传统的土地覆盖制图到全球土地覆盖制图新范式的转变,建议构建一体化的数据管理和分析系统。通过集成相关的观测数据、样本数据和分析算法,逐步建成全球土地覆盖制图在线系统,构建全球地表覆盖制图门户网站,为数据生产者、数据用户、专业研究人员、决策人员搭建合作互助的平台。     

3D Visualization for the Analysis of Forest Cover Change

Abstract

Visualization techniques have been developed to recreate natural landscapes, but little has been done to investigate their potential for illustrating land cover change using spatio‐temporal data. In this work, remote sensing, geographic information systems (GIS) and visualization techniques were applied to generate realistic computer visualizations depicting the dynamic nature of forested environments. High resolution digital imagery and aerial photography were classified using object‐oriented methods. The resulting classifications, along with preexisting land cover datasets, were used to drive the correct placement of vegetation in the visualized landscape, providing an accurate representation of reality at various points in time. 3D Nature's Visual Nature Studio was used to construct a variety of realistic images and animations depicting forest cover change in two distinct ecological settings. Visualizations from Yellowstone National Park focused on the dramatic impact of the 1988 fire upon the lodgepole pine forest. For a study area in Kansas, visualization techniques were used to explore the continuous human‐land interactions impacting the eastern deciduous forest and tallgrass prairie ecotone between 1941 and 2002. The resulting products demonstrate the flexibility and effectiveness of visualizations for representing spatio‐temporal patterns such as changing forest cover. These geographic visualizations allow users to communicate findings and explore new hypotheses in a clear, concise and effective manner.     

基于TM图像的农业区域植被覆盖变化检测

以交叉相关光谱匹配(cross correlogram spectral matching,CCSM)为基础构建土地覆盖变化强度指标,利用华北农业植被覆盖区2期不同时相的TM图像计算该地区土地覆盖变化强度图像.认为变化强度图像任意二阶邻域中像素的变化强度服从隐马尔可夫模型,用马尔可夫随机场-最大后验估计(maxium a psteriori estimationof markov random field,MRF - MAP)的方法从变化强度图像中提取植被变化区域.实验证明:该方法能够有效识别各种外源噪声造成的农业植被覆盖区域同物异谱的现象,可准确提取植被变化区域;但对于水体区域存在误判现象.