基于多时相中分辨率时间过程特征的江汉平原棉花种植面积变化监测

棉花是中国重要的经济作物,快速、准确地提取棉花的种植面积和分布信息,对于优化棉花种植空间格局、科学指导棉花生产及提高其管理水平具有十分重要的意义。为了探讨多时相中高分辨率影像在棉花种植面积监测中的可行性,本文以江汉平原为研究区,根据棉花物候特征,选取2012年、2014年江汉平原棉花生长关键期的多时相HJ-1A/1B卫星数据,通过分析研究区棉花不同生育期的光谱特征和归一化植被指数（NDVI）时序变化特征,对分类影像进行阈值分割、掩膜处理,最后利用决策树算法提取研究区2012年、2014年棉花种植面积。通过计算混淆矩阵评价分类精度的方法和提取面积精度方法对棉花提取结果进行评价,总体精度达到95.96%,Kappa系数为0.93,以农业局统计数据为参考,2012年、2014年HJ数据提取的棉花种植面积精度分别达到了97.91%、91.27%。因此,在不受云和降水等因素的影响下,基于江汉平原区域关键时相HJ卫星CCD影像数据,可利用该方法进行棉花种植面积监测。     

利用物候差异与面向对象决策树提取油菜种植面积

及时、准确地获取农作物种植信息,对于农业生产管理和国家粮食安全有重要意义。目前越来越多的免费卫星数据可以用于作物分类及生理参数反演。Sentinel-2卫星于2015年6月发射,提供了13个光谱波段,具有较高的时间分辨率、空间分辨率和光谱分辨率,为不同作物特征区分以及大范围作物种植面积快速提取业务化运行的精度与效率提高带来了契机。随着Sentinel-2数据的免费下载,这就为大面积生产下一代区域或者国家尺度的高分辨率（10~30 m）农情遥感产品提供了可能。物候信息包含了作物随着季节不断变化的特征,利用如NDVI等时间序列植被指数找出不同作物的特征进而开展作物分类得到了广泛应用。本文以油菜为主要研究对象,以长江中下游地区的江汉平原为实验区,基于作物物候差异与面向对象决策树的方法,对Sentinel-2卫星影像用于油菜种植区提取的效果进行了评估与分析。首先利用作物不同生长时期各波段光谱信息以及归一化植被指数等信息的差异分析并找出油菜种植区提取的最佳时相,然后对影像进行多尺度分割,根据对象特征建立决策树逐一去除非植被、林地等干扰类型,进而提取出油菜种植区域。通过分析发现,基于Sentinel-2影像的图像分割可以有效生成不同作物类型的对象;油菜开花期的特征是其区分于其他作物的关键因素,利用该特征可以有效消除分类时其他地物类型对油菜的影响,提高作物分类信息提取的精度和效率。研究表明：在区分油菜的决策树分类特征信息中,贡献最大的是归一化植被指数（NDVI）,近红外波段（NIR）和亮度（Brightness）信息。用162个油菜验证样本点计算混淆矩阵,油菜种植面积提取的总体分类精度为98%以上,Kappa系数为0.95。说明结合物候信息利用Sentinel-2数据进行大范围作物种植面积提取具有巨大潜力,可以提高大范围油菜种植区域快速提取的精度和效率。     

基于物候差异信息遥感估算冬小麦种植面积的研究

文章根据“高分一号”卫星数据,对我国河北省某市的冬小麦种植面积进行遥感估算,并根据冬小麦的物候差异,选取研究区冬小麦4个关键物候期的5景“高分一号”卫星遥感影像来获取研究区冬小麦的种植分布图.研究结果表明,基于物候差异信息可以快速提取1个生长周期内的冬小麦的种植面积.     

多源遥感影像融合处理提取格拉丹东雪山区域特征信息

2022年7月中国地质大学(武汉)冰川勘测组与登山组,在格拉丹东雪山开展了“第二次大学生长江源科考”工作。为详细分析该区域冰川时空特征信息,以此次科研数据为支撑,结合光学遥感影像解译、InSAR形变信息提取、激光雷达测高及高精度大地测量,进行了多源遥感影像融合处理研究。针对格拉丹东雪山及典型冰川,采用高分卫星GF1、GF6、GF7、ZY3与Landsat7遥感影像,利用空三加密、频域影像互相关匹配、波段比值法及目视解译,提取区域DOM、冰川面积及条数分布;利用Sentinel-1A、ICESat-2影像,以SAR影像空间域互相关偏移量追踪方法为支撑,分别提取冰川表面流速及高程变化;利用青海省域北斗CORS站点,采用Gamit/Globk双差无电离层组合模型、卫星星站差分(real-time extended,简称RTX)及RTK(real-time kinematic)方法,计算所有控制点三维空间坐标及高程异常值。结果表明：格拉丹东雪山共发育冰川512条,年均增长率为3.12%,面积1 111.96 km²,年均退缩速率为0.63%;姜根(古)迪如冰川日均最大流速...     

面向对象和DEM的ZY-1 02C影像湿地提取研究

本文运用面向对象分类与DEM数据相结合的方法,对资源卫星一号02C卫星遥感影像进行湿地提取。探索了基于对象与DEM信息的提取技术,在02C影像湿地的提取应用,对研究我国国产卫星在湿地监测和保护方面有重要的意义。研究结果表明：（1）面向对象的遥感影像信息提取方法,可同时兼顾影像光谱信息及空间信息,适用于02C影像的湿地提取,精度得到明显提高;（2）基于对象与DEM信息的提取方法,使沼泽地与草地相混淆的现象明显减轻,湿地分类精度进一步提高,该方法适用于高分辨率遥感影像的湿地提取研究;（3）基于对象与DEM信息提取的水田、水体、沼泽地及河滩的精度,分别为88.46%、97.44%、86.96%和83.33%,满足资源卫星一号02C遥感影像对湿地进行监测和保护的需要。     

遥感技术在卫片执法工作中的应用研究

综合利用两米级与亚米级的国产高分辨率卫星影像优势,开展变化图斑综合提取,以此探讨多源卫星影像在卫片执法工作中的适用性。通过研究得到以下结论：相较于传统分类算法,TabNet网络深度学习算法可以较完整地提取地物边界,并且地物混淆程度较低。采用GF2影像进行地物分割优化,居民地与硬化道路的分割效果与实际情况完全符合,且边界严格按照实际走向。结合GF1与GF2影像的变化图斑提取精度整体较高,新增道路与厂房完整识别出来,并且通过剔除农作物等影响因素,避免了裸露土地对变化图斑提取的影响。     

融合多源遥感数据的黑河中游地区生长季早期作物识别

在生长季早期获取作物的种植情况,对于农业水资源管理,尤其是缺水地区的水量分配等具有重大的意义。本文利用改进型时空自适应融合模型（ESTARFM）,将作物生长早期3—6月的Sentinel 2影像与MOD09GQ数据计算得到的NDVI数据进行融合,建立NDVI时间序列,并利用随机森林分类方法对2019年黑河流域中游地区作物种植结构进行早期识别。利用3-6月Sentinel-2 NDVI与时空融合NDVI相结合建立的时间序列,作物分类精度达到91.42%,kappa系数为0.85,相比仅使用Sentinel-2 NDVI时间序列的作物分类精度提高1.05%,kappa系数提高0.02。与使用整个作物生长期（3—10月）Sentinel-2 NDVI时间序列的作物分类结果相比,精度仅低1.53%,kappa系数仅低0.03。利用Gini系数对利用Sentinel-2 NDVI与时空融合NDVI相结合建立的时间序列进行特征重要性评估,发现Gini系数得分高于平均值的10期NDVI影像中,有6期为时空融合影像,说明时空融合获取的NDVI数据利于提高分类精度的有效性。对比使用不同长度NDVI时间序列对作物种植结构进行早期识别的精度发现,最早可在4月中旬与4月下旬分别实现对苜蓿和玉米的早期识别;玉米的分类精度受NDVI时间序列长度的影响较大,可在5月下旬实现对玉米的早期识别。     

基于2种夜间灯光影像亮度修正指数的城市建成区提取研究

夜间灯光影像容易受到道路灯光、水面散射等影响而产生背景噪声,这一定程度上影响了利用夜间灯光数据提取建成区的精度。本文基于夜间灯光影像的DN（Digital Number）值与路网密度正相关、与EVI指数（Enhanced Vegetation Index,增强型植被指数）呈负相关的规律,提出了2种可用于建成区提取的夜间灯光亮度修正指数：EVI夜间灯光亮度修正指数EANI (EVI Adjusted Nighttime Light(NTL) Index)和基于道路网密度与EVI指数的夜间灯光亮度修正指数REANI (Road Density & EVI Adjusted NTL Index),并利用珞珈1号卫星（LJ1-01,分辨率约130 m）影像和NPP-VIIRS影像（分辨率约 500 m） 2种不同空间分辨率夜间灯光遥感影像进行验证。以2018年徐州市建成区为研究对象,分区域（主城区、外围区）利用阈值法对2种原始夜间灯光影像、经EANI指数和REANI指数处理后的影像进行建成区提取,得到6种建成区提取的结果。研究表明： ① EANI指数和REANI指数能够有效抑制夜间灯光影像的背景噪声,建成区提取的结果均优于直接利用原始影像的结果,特别是对于城市化水平较低地区的建成区提取效果更佳;② 相较于NPP-VIIRS影像,利用LJ1-01影像提取建成区的效果提高6%左右,说明我国的LJ1-01夜间灯光影像在建成区提取方面有广阔的应用前景。EANI和REANI为建成区提取提供了有效工具,并可应用于城市规划和城市扩张等研究领域。     

基于Sentinel-1/2动态耦合移栽期特征的水稻种植模式识别

及时准确地获取水稻种植模式变化对于有效防控“非粮化”和完成“双碳”目标具有重要意义。现有研究多基于固定时间窗口挖掘水稻生长期特征,且多使用的是单一卫星影像数据,难以应用于大范围水稻制图。本文通过Sentinel-1/2数据构建动态窗口提取移栽期光学/雷达特征,利用其耦合关系实现水稻种植模式制图。将该算法应用于湖南和江西两省水稻制图。基于1402个地面参考点位对水稻提取结果进行验证,总体精度达92.80%;在县域尺度上,湖南和江西两省水稻制图面积与农业统计数据也具有高度一致性,R²达0.85以上。相比于用固定窗口进行水稻特征提取,该方法具有较强的鲁棒性和迁移能力,为实现更大范围作物制图提取提供新的思路和参考依据。2018—2021年江西省水稻制图结果表明,水稻总种植面积减少9.47%,约3460 km²,水稻种植强度从1.62下降至1.49;在种植模式上,“双改中”趋势明显,双季稻种植面积锐减21.61%,其中约84%改种中稻。     

北京二号卫星在土地利用变更调查遥感监测中的应用与评价

北京二号民用商业卫星星座由三颗高分辨率光学遥感卫星组成,是国家核准的民用商业遥感卫星,卫星自发射以来其民用应用有待开展,开展之前有必要对其进行相应测试,以测试影像本身质量及工程项目应用效果。本文以获取的湖南省常德市部分区域的北京二号原始影像为基础,研究其在国土资源部主导的土地利用变更调查遥感监测项目中的应用效果。本文采用同等分辨率的高分二号作为对比数据源,依照遥感监测项目流程对其进行遥感解译提取地类图斑,最后从图斑个数、面积、属性等方面判别北京二号应用效果。测试结果表明:北京二号卫星影像具备较高的地物识别能力以及提取面积精度,能够满足土地变更调查遥感监测1米级的监测需求。     

多星数据协同的地块尺度作物分类与面积估算方法研究

为了解决多云雨地区遥感数据时空覆盖缺失的问题,以满足对地块尺度作物种植信息日益迫切的应用需求,本文在遥感图谱认知理论框架下发展了一种基于多星数据协同的地块尺度作物识别与面积估算方法。首先,基于米级高分辨率影像提取农田地块对象;其次,通过对多源中分辨率时序影像的有效化处理和指数计算,获取“碎片化”的高时空覆盖有效数据,并以地块对象为单元构建时间序列;然后,在时序分析基础上,建立多维特征空间,结合作物生长物候特征,构建决策树模型进行作物分类识别与面积计算;最后,以湖南省宁远县为研究区开展了水稻种植信息的提取实验。结果表明：本文方法可在农田地块尺度下实现不同水稻类型的准确识别及其种植面积的精细提取,早、中、晚稻的用户精度分别可达94.33%、90.76%和95.95%,总体分类精度为92.51%,Kappa系数为0.90;早、中、晚稻面积提取精度分别为93.37%、91.23%和95.42%。试验结果证明了本文方法的有效性,为其他作物种植信息的精细提取提供了借鉴。     

无人机影像的面向对象水稻种植面积快速提取

基于抽样技术的地面调查与遥感影像分类相结合的方法在大范围作物种植面积提取中得到广泛使用。无人机影像具有低成本、高时效、高分辨率的一系列优点,可以快速实现特定区域范围内的农情采样任务。本文以水稻样地为研究对象,采用便携式无人机Mavic Pro进行航拍。对所获取无人机影像进行预处理生成分辨率为3.95cm/pix的正射影像,采用面向对象的思想,目视评价和ESP工具相结合快速选择了最优分割尺度为300,应用了支持向量机、随机森林和最邻近监督分类方法对影像进行了地物分类和水稻面积快速提取。采用目视解译分类结果进行分类结果和面积精度评价,总体精度最高的方法为最邻近分类法,此时水稻分类用户精度为95%,面积一致性精度为99%。研究结果说明了无人机遥感和自动分类能够在平原水稻种植区快速获取样方内高分辨率影像并提取水稻种植面积,弥补了农田被遮挡时地面调查数据的缺失,为大范围水稻种植面积、产量等信息的计算提供样本和验证依据。     

农业土地利用遥感信息提取的研究进展与展望

农业用地占到全球土地面积近一半,农业土地利用（包括耕地及作物分布、种植制度、土地管理等）变化直接影响到粮食安全、水安全、生态安全和气候变化。遥感已经成为土地利用信息获取的重要手段,近年来中分辨率遥感卫星如Landsat、Sentinel以及中国高分卫星等的免费开放为国内外农业土地利用信息提取提供了前所未有的机遇,取得了一系列重要研究进展。本文从耕地分布、作物类型识别、农业种植制度以及农业土地管理4个角度分析了土地利用信息提取的最新研究进展。结果发现：① 耕地分布产品已经由过去的粗分辨率提升到10~30 m,耕地现状数据较为丰富,但挖掘遥感数据实现耕地变化历史回溯的能力有待加强;② 作物分类方面多采用地面调查数据和卫星遥感（Landsat和Sentinel-2为主）相结合的方式进行,在北美和欧洲得到了业务化运行,但对作物种植面积早期监测的能力有待加强;③ 基于遥感的农业种植制度信息获取（如撂荒）研究多集中在东欧等地区,在中国由于经济和政策因素导致的撂荒、轮作、休耕等现象也十分普遍,但具有针对性的遥感监测研究目前还相对缺乏;④ 农业土地管理措施信息提取方面,区域灌溉面积产品取得了重要进展,但数据的可靠性和准确性仍有待提高。在此基础上,我们结合遥感大数据、深度学习算法、云计算平台的发展对未来农业土地利用信息提取研究进行了展望：① 融合多源数据形成更高维度空间、光谱和时间信息的遥感大数据,提升特征提取和数据挖掘能力;② 机器学习和深度学习算法等智能化方法与基于地理学和物候信息的专家知识方法的耦合;③ 遥感云计算和大数据挖掘等前沿遥感和计算技术的应用。     

基于多源卫星遥感的暴雨灾情时空动态信息的提取

强暴雨淹没耕地形成灾害的同时,对耕地作物的生长也产生着极大的影响,而暴雨灾害对耕地作物生长的影响是一个渐变过程,需要由时空动态的观测进行监测。多源卫星遥感观测技术具有捕捉地面瞬间状态和刻画过程的优势。论文利用Terra/MODIS、Landsat和Sentinel卫星观测数据,挖掘多源卫星遥感观测数据,提出了一种利用NDVI变化的特征值进行灾情动态信息提取方法;并以2016年发生暴雨灾害的巢湖地区为实验区进行了方法的应用和讨论。结果表明,基于MODIS多时相NDVI变化结果提取的信息能够获得受灾害影响开始时期和持续时长等丰富的时空动态信息,根据这些信息可以统计得出大范围区域中受灾害影响的面积。另外,结合利用30 m和10 m的Landsat和Sentinel观测数据提取的水淹区,可为在暴雨致灾范围方面提供准确的参考信息。多源遥感作为评估灾情信息的依据之一,其获取的灾情动态信息能够为灾后耕地的恢复情况以及国家灾后损失评估和救助决策提供科学的数据依据。     

鄱阳湖南矶湿地景观信息高分辨率遥感提取

鄱阳湖南矶湿地是亚热带典型过水性湿地,由于该区域水文情况复杂,且泥滩、沼泽和疫水（血吸虫）分布较广,导致野外考察验证工作困难,使用传统的遥感信息提取方法很难保证该地区湿地景观的提取精度。本文以高分一号影像为数据源,综合运用数字高程模型（DEM）、归一化植被指数（NDVI）、归一化水体指数（NDWI）等辅助数据,采用面向对象分类方法,对鄱阳湖南矶湿地景观信息进行提取研究,并取得了较好的分类效果。研究结果表明：（1）基于国产高分辨率影像的面向对象分类,既兼顾了国产高分辨率影像光谱、空间、结构、纹理信息,又综合利用多源辅助数据参与到分类计算中,分类精度得到明显的提升;（2）基于面向对象与多源数据分类方法对湿地混合像元有较好地识别能力,可获得较高的总体分类精度（94.3275%）和Kappa系数（0.9324）,说明利用多源数据的面向对象方法提取湿地信息是可行的,其分类结果具有较高的准确性和可信度,较好地解决了过水性湿地景观分类问题;（3）该分类方法弥补了单一遥感影像分类方法的不足,对研究国产高分卫星在提取过水性湿地景观信息方面具有重要的参考和实际意义。最后,分析了多源数据面向对象分类尚待解决的问题和下一步的研究方向。     

GeoEye-1：全球分辨率最高的商业对地观测卫星

2008年9月6日成功发射的美国GeoEye-1卫星是迄今全球技术最先进、分辨率最高的商业对地观测卫星,能提供0．41m全色和1．65m多光谱影像,定位精度达3m。GeoEye-1具有极强的测图能力,每日可采集近70万km^2（相当于青海省面积）     

基于多源异构数据的粮食作物种植面积提取

利用遥感影像进行农作物面积提取已经普遍应用到农作物种植面积提取工作中,但是普遍存在着提取效率低,精度达不到生产要求。随着高分辨率传感器的相继问世,融合多平台遥感数据有利于提高分类和动态监测的精度。本文以日照市莒县粮食种植面积提取为例,融合多时相和多源异构数据,利用深度学习算法提取粮食种植区域,深入挖掘多源数据的互补效应,提出了融合多时段、多源地理信息提取农作物种植面积的方法,为实现农作物种植面积快速高效的提取奠定了基础。     

青藏高原湖泊面积动态监测

高原湖泊的动态变化对区域水循环具有重要影响。受全球气候变化的影响,青藏高原湖泊自20世纪90年代开始呈现剧烈扩张趋势。为揭示近年来青藏高原湖泊面积的时空变化规律,本文提出了一种改进的半自动湖泊提取算法,结合环境减灾卫星（HJ-1A/1B）和Landsat系列卫星影像数据,对青藏高原内流流域中面积大于50 km²的127个湖泊进行了连续6年的动态监测,并分析了该区域2009-2014年湖泊面积时空变化特征。研究结果表明,该区域湖泊整体呈现显著扩张趋势,年均变化速率为231.89 km²yr^-1（0.87 %yr^-1）,6年间湖泊面积扩张速率有所减缓。其中,扩张湖泊有104个,收缩湖泊有23个,变化速率分别为271.08 km²yr^-1（1.02 % yr^-1）和-39.19 km²yr^-1（-0.15 %yr^-1）。不同区域湖泊面积变化具有明显差异,主要表现为东部及北部大部分区域湖泊扩张,南部地区大部分湖泊面积稳定,萎缩湖泊主要分布于研究区四周。最后,本文通过分析冰川融水补给对湖泊面积变化的影响,发现存在冰川融水补给的湖泊面积变化率远大于不存在冰川融水补给的湖泊。由此可见,近年来冰川融水的增加是促进青藏高原内流流域湖泊扩张的主要因素之一。     

基于NDVI时间序列影像的张掖市农作物种植结构提取

HJ卫星(环境与灾害监测预报小卫星)数据具有较高的时间和空间分辨率,可以有效地进行农作物种类识别,利用其时间序列数据进行作物信息提取具有很大优势。以甘肃省张掖市为研究区,利用2012年4月~2012年10月15个时相的HJ卫星CCD(电荷耦合元件,charge-coupled device)数据,通过分析玉米、油菜、大麦和小麦农作物在整个生长阶段的时间序列NDVI(归一化植被指数,normalized difference vegetation index)变化特点,提取四类农作物NDVI随时间变化的特征曲线,利用决策树分类方法,对2012年张掖市农作物进行分类,并以外业调查得到的实际地面验证点对分类结果进行验证。验证结果表明,可以有效地识别玉米、油菜、大麦和小麦4类农作物,制图精度分别为94.74%、82.35%、78.95%和90%;总体分类精度达到86.43%。而后提取了张掖市2014年农作物种植面积和分布格局,通过对比分析发现,2012~2014年,张掖市玉米、油菜的种植面积有不同程度的增加,大麦和小麦的种植面积各有一定程度的较少。可以为张掖市主要作物的种植结构调整提供科学依据,还可以为黑河流域农作物信息提取研究提供参考。     

HJ卫星图像水稻种植面积的识别分析

 HJ-1A/1B卫星具有较高时空分辨率,是提取水稻等农作物种植面积的潜力数据源。本文以江汉平原腹地的监利县及周边相邻区域为研究区,根据水稻物候历,选取样区水稻生长关键期的多时相HJ-1A/1B卫星数据,利用水稻移栽期的水分信息和生长期的归一化植被指数(NDVI)变化信息,结合陆表水系数(LSWI)、短波红外波段的反射率(R_IRS-B2)、差归一化植被指数(DNDVI),构建了HJ卫星数据的水稻种植面积识别方法,提取了研究区2009-2011年水稻种植面积,得到面积精度和样本点精度均不小于90%,Kappa值不小于0.80的结果。