基于空间结构模式匹配的褶皱地貌类型自动识别

褶皱的自动化识别是构造解译、地貌类型划分、三维建模等工作的基础。目前,基于地形形态进行空间统计特征分析的地貌类型自动识别方法,难于满足以“对称重复”空间结构为特征的褶皱构造地貌的识别需要。本文以基于ARG的褶皱场景建模为切入点,利用形式文法定义不同褶皱类型的空间结构模式,形成了一种基于空间结构模式匹配的褶皱构造自动识别方法,进而有效地支持了褶皱地貌的自动化识别。该方法包括4个环节：（1）根据核部地层与横切剖面线提取原则,提取可能存在褶皱的场景条带;（2）基于邻接ARG建模方法对场景条带进行场景空间结构的建模与化简;（3）将化简后的邻接ARG模型表达成句子,并通过判别其能否由模式文法推导而来,实现针对不同褶皱构造模式的匹配识别;（4）基于识别出的褶皱场景进行山、谷的进一步判别,最终确定褶皱构造地貌类型。实验表明,本方法可以较为准确地识别出庐山北部山地区域的褶皱构造,并确定褶皱地貌类型。该方法基本解决了构造地貌类型的自动化识别问题,是对传统地貌形态划分方法的有效补充。     

Spatial structure characteristics detecting of landform based on improved 3D Lacunarity model

The spatial structure characteristics of landform are the foundation of geomorphologic classification and recognition.This paper proposed a new method on quantifying spatial structure characteristics of terrain surface based on improved 3D Lacunarity model.Lacunarity curve and its numerical integration are used in this model to improve traditional classification result that different morphological types may share the close value of indexes based on global statistical analysis.Experiments at four test areas with different landform types show that improved 3D Lacunarity model can effectively distinguish different morphological types per texture analysis.Higher sensitivity in distinguishing the tiny differences of texture characteristics of terrain surface shows that the quantification method by 3D Lacu-narity model and its numerical integration presented in this paper could contribute to improving the accuracy of land-form classifications and relative studies.     

图像数据融合的地貌类型识别分类与制图

计算机遥感地貌制图是利用航空像片或者卫星影像进行识别制图;另是利用DEM数据融合计算提取。对此,本文介绍了一种对区域基本地貌形态类型进行计算机自动分类的方法。它通过识别标志在影像上对地貌分布区进行数字化,把TM影像中的地貌信息和从DEM中提取出来的地貌信息结合,以划分出详细的地貌类型:如河北省沽源县的台地、河谷平原、开阔平原、丘陵、低山和中山6大类。最后,通过一定的算法进行分类成图。     

基于随机森林的黄土地貌分类研究

地貌分类在指导人类建设活动的规模与布局中有着重要的意义。然而,传统的基于数字高程模型(DEM)的地貌分类方法使用的地形因子和考虑到的地貌特征往往比较单一。本文提出了一种基于流域单元的地貌分类方法,该方法考虑了流域单元的多方面特征,包括基本地形因子统计量、地形特征点线统计量、小流域特征和纹理特征。本研究首先基于DEM进行水文分析将研究区域划分成不同的小流域。然后利用数字地形分析提取29个不同方面的特征来表征流域的形态,并基于随机森林(RF)算法进行了特征选择和参数标定。RF是一种基于决策树算法的集成分类器,能有效地处理高维数据,分类精度高。最后选择训练集小流域对RF分类器进行训练,使用训练完成的分类器对整个研究区域的地貌进行分类,研究地貌分异的规律。该实验在我国陕北黄土高原典型黄土地貌区域的地貌分类中取得了较好的结果,结果表明不同的地貌之间存在明显的区域界线,特定的地貌类型在空间上表现出明显的聚集性。通过人工判读进行验证的分类精度达到了85%,Kappa系数为0.83。     

基于灰度共生矩阵的DEM地形纹理特征量化研究

 DEM的地形纹理以其表达地形表面的纯粹性与分析数据的可派生性受到越来越多关注。本文选取陕西省10个不同地貌类型区的25m分辨率DEM数据,引入空间灰度共生矩阵(GLCM)对地形表面纹理特征进行定量分析。研究表明,25m分辨率DEM数据的GLCM模型适宜分析间距是大于等于3个栅格大小。各纹理参数中,相关度可用于地形纹理的方向性量化;方差、差的方差、对比度可用于对地形纹理的周期性分析;熵、二阶角矩、逆差矩可用于对地形纹理的复杂性分析。在DEM及其派生数据中,光照模拟数据计算的各纹理参数的平均变异系数最高,表明光照模拟数据最适合于地形纹理特征的量化研究。同时本文提出了一种多参数综合的地形纹理量化方法,通过运用综合周期性和综合复杂性两个指标对不同地形区量化分析,结果表明,这两个指标对不同地形形态响应显著,可用于地形形态分类与识别研究。     

一种面向对象的像元级遥感图像分类方法

本文提出一种面向对象的像元级分类方法(混合模型),并将其与单纯的以像元和面向对象的两种方法同时应用于分辨率分别为30m和0.5m的环境星CCD数据和航空影像进行对比分析。分类结果中不同地物类别之间光谱可分性的大小,很大程度上可反映分类结果的可靠性。若地物类型之间的光谱差异大,说明分类方法能将光谱差异大的地物很好地划分,显示出较可靠的分类结果;相反,如果分类结果中地物类型光谱差异小,则反映分类方法不够可靠。鉴此,本文通过计算分类结果中不同类别所对应的原始遥感影像像元之间的J-M(Jeffries-Matusita Distance)距离来度量分类结果中地物之间的光谱可分性,并用J-M距离比较分析了3种图像分类方法对2种不同分辨率影像的分类结果中各个类别之间的光谱可分性的变化。分析结果表明,混合模型不但能够得到较连续的分类结果,同时能够保持分类结果中类别之间的可分性。本文对分类结果进行了精度验证,结果发现混合模型的分类精度较其他2种方法要高。2种不同分辨率的遥感影像分析结果得到相同的结论,表明该模型适用于中分辨率和高分辨率影像。     

基于FbSP optimizer分割工具下的矿区土地利用分类研究—以济宁2号矿区为例

影像分割是分类的基础,分割结果的好坏直接影响分类结果的精度。该文基于一种通过训练过程和模糊逻辑分析,确定最优分割参数的分割工具——Fuzzy-based Segmentation Parameter optimizer(FbSP optimizer)来确定分割参数,并借助面向对象分类软件eCognition,以高分2号影像为基础,进行矿区土地利用的分类研究。结果表明,利用该工具不仅可以快速确定土地的最优分割尺度,同时结合eCognition,可较高精度地对土地利用进行分类。     

基于eCognition平台的第三次全国国土调查应用研究

第三次全国国土调查是我国一项重要的调查工作,是全面查清国土资源的重要手段.本文基于eCognition的面向对象分类方法结合光谱特征、纹理特征和几何特征进行高分辨率遥感影像的土地利用分类,研究结果表明该分类方法具有较好的分类结果和较高的精度评价.该分类方法已应用于第三次国土调查成果的检查,提高了不一致图斑提取的工作效率...     

顾及多分析尺度的地形部位面向对象分类方法

地形部位是地表形态的基本单元,其分类和提取在地貌发育、数字土壤制图、景观生态制图等领域有着重要的应用。康鑫等提出的多尺度Geomorphons地形部位分类法（简称多尺度Geomorphons法）利用高程相对差异信息和地形部位多尺度特征,可避免受地形属性计算及单一分析尺度约束而误分类,然而其存在分类破碎及分析尺度域难以确定的问题。基于此,本文以多尺度Geomorphons法为基础,提出了其适宜分析尺度域确定方法,建立了以初始地形部位数据层组合的对象多尺度分割和分类方法,进而构建了顾及多分析尺度的地形部位面向对象分类方法。以陕北黄土高原区域5 m分辨率DEM为实验数据,对面向对象分类方法进行了验证与评价。实验结果表明：①均值变点法可有效解决分析尺度域难以确定的问题,实验样区适宜分析尺度域为[5×5, 33×33]栅格单元;②以0,255为二值化的地形部位数据层组合适用于多尺度分割,尺度、形状及紧致度参数组合影响分割结果,且对于实验样区存在最优分割参数;③与多尺度Geomorphons法相比,本文方法得到的地形部位分类结果完整性较好,在地表形态对应和地理认知等方面更具合理性。     

加权人口密度连续分布模拟模型

人口分布是人文科学的重要研究对象。如何在数据不足的情况下获得较为符合实际的人口分布数据是业界的一大难题。为了解决这个问题,本文依照人口分布的规律,以人口统计数据、高程、海岸线、城市中心、河流和行政区划为影响因子,通过距离计算、重分类、加权计算等方法,建立了加权人口密度连续分布模拟模型,并进行了改进。基于2011年的福建省县级人口统计数据,本文在ArcGIS平台上模拟了该省的人口密度空间分布,模拟结果表明：各县人口总数误差与平均人口误差在40%以下的百分比分别为89%与84%,突出了福建省在城市中心、沿海、沿江,以及平原地区的人口聚集规律;各个县级行政区域内的数据集中,相对独立;县与县之间的区分边界数据又相互联系,变化连续,符合人口分布的实际情况。该模型相比于其他的人口模型易于理解,结构简单,可应用于各省的人口密度分布模拟,能有效地解决人口数据不足的问题。     

随机森林方法支持的复杂地形区土地利用/土地覆被分类研究

随机森林方法目前已经成为遥感分类机器学习中一种有效方法,探索基于中等分辨率的Landsat卫星数据与随机森林方法相结合对复杂地形区长时间序列数据的获取及土地利用/土地覆被变化及模拟研究是非常有意义的。本文基于Landsat8OLI卫星多光谱数据,采用随机森林分类方法对青海省湟水流域复杂地形区土地利用类型进行了分类研究。针对复杂地形区域的情况,将研究区进行地理分区,根据每个分区的特点,选择相应的地形特征参数,并通过提取Landsat 8数据的光谱信息与纹理信息构建最优特征集,探索随机森林方法在复杂地形区土地利用分类的适用性。结果表明：使用Landsat8OLI数据进行随机森林分类,能较好地得到湟水流域复杂地形区域的土地利用类型结果;光谱、地形及纹理信息的结合在不同分区的表现结果不同。在脑山区光谱与地形信息结合能使随机森林分类效果最佳,总体精度达到91.33%,Kappa系数为0.886;而在浅山区与川水区综合考虑光谱、地形、纹理信息进行随机森林分类效果最佳,浅山区与川水区总体精度分别达到92.09%和87.85%,Kappa系数分别为0.902和0.859;利用随机森林算法进行优化选择纹理特征组合可以在保证分类精度的同时能够快速地提取土地利用类型信息,为复杂地形区土地利用类型的区分提供了实际可行的方法。     

STUDY ON METHODS OF LAND USE DYNAMIC MONITORING AT COUNTY LEVEL──Taking Dehui County, Jilin Province for Example

1 INTRODUCTIONMore arable land is needed to meet the continuous increase of population, at the same time, with the rapid development of economy in China, more and more arable land were occupied for the construction of transportation, industry and settlement. Increasing arable land by reclaiming and cultivating unused land and forestland or filling up lakes give rise to environmental deterioration, ecological disturbance and want of natural resources. In order to balance the various kind…     

基于三维激光扫描仪的边坡形变监测研究

摘 要： 利用三维激光扫描仪获取铁路边坡形变数据,并对点云数据进行体素化处理,利用种子生长法对体素化后的数据进行分类,并拟合其空间参数;通过观测点云数据与目标数据分类结果拟合平面之间的距离,确定边坡形变的具体值;利用扩展卡尔曼滤波对多期数据进行统计分析,得到边坡形变的速率与加速率,预测边坡形变。     

Spatial distribution of mountainous regions and classifications of economic development in China

China is a mountainous country with a great diversity of landform and geomorphology. This diversity underlines the need for regionalization and classification. This study defines the mountain terrains and regions with three criteria - elevation, relative height, and slope, and examines the extent of mountainous regions by using county as the basic administrative unit. According to the three parameters of economic base, resident income and development potential, we classified the economic development level in mountainous regions of China. The findings reveal that the extent of the mountainous region accounts for 74.9% of the Mainland China’s total area. The economic development of mountainous regions in China is classified into 4 main types and 23 subtypes.     

黄土地貌类型的坡谱自动识别分析

地貌形态特征识别与分类,对生态环境、水文研究及地质构造分析等地学研究具有重要意义,已成为现代地貌学的一个研究热点。传统的统计模式识别方法精度较低,难以解决线性不可分的模式分类问题。人工方法虽然识别精度高,但因各人认知偏差导致的识别误差难以控制。人工神经网络作为一种动态信息处理系统,能有效解决线性不可分的地貌类型识别问题。坡谱是利用微观地形定量指标来反映宏观地形特征的有效方法,在地貌学研究中正受到广泛的关注。本文以陕北黄土高原8个不同地貌类型区的数字高程模型（DEM）为实验数据,以流域为分析单元,提取坡谱及其特征指标作为描述地形特征的定量因子,并通过BP神经网络的构建与学习,进行黄土地貌类型自动识别。实验结果表明,在8种地貌类型的样本数据中,第1次实验正确识别率平均值达70%;第2次和第3次实验中,去除相似度较高的峁状丘陵沟壑或峁梁状丘陵沟壑任一种地貌类型后,正确识别率平均提升为80%和85%。经Kappa系数验证,该方法能以DEM数据有效识别不同类型的黄土地貌。     

西秦岭洮坪地区花岗岩内部接触关系及等级体制填图

岩体内部接触关系的研究是花岗岩等级体制划分及填图的唯一途径。1:5万区调证实,以造山带复杂地壳组份为背景的西秦岭洮坪地区花岗岩类发育,其成因为以S型为主兼有Ⅰ型,因而兼有结构序列和成分序列双重演化规津。这对更有效地综合运用两种类型的划分方法和划分原则来进行超单元—单元划分并指导填图提供了方便。本文着重介绍划分原则、划分方案及野外识别复式岩浆侵入序次和演化序列等重要特征的内部接触关系。     

基于多源数据的县域主导功能类型划分及其空间结构模式识别

研究县域主导功能类型并分析空间结构模式对区域全面、协调、可持续发展的引导和规划调控具有重要意义。本文以广东省为例,利用K-means聚类分析对其124个县域单位主导功能区类型进行划分;基于腾讯位置大数据,利用位序—规模法则构建空间结构指数,并结合遥感数据对不同主导功能县域的空间结构模式进行识别和分析。研究表明：① 利用统计、遥感、社交媒体以及夜间灯光等多源数据和K-means聚类方法进行县域主导功能区分类,分类结果能客观反映区域特征,广东省县域主导功能可分为生态主导型、农业主导型、工业主导型、中心服务型和均衡发展型5类;② 基于腾讯位置大数据的位序—规模法则方法能够突破城市尺度,结合遥感数据定量分析,可用于中观县域尺度的空间结构模式识别研究;③ 农业主导型和生态主导型县域空间结构指数均值都大于1,呈单中心空间结构特征趋势;工业主导型县域空间结构指数均值小于1,呈多中心空间结构特征趋势;均衡发展型县域空间结构指数均值接近1,不同地区均衡发展型县域所呈现的空间结构特征存在差异;④ 不同主导功能县域之间的空间结构模式差异明显,生态主导型县域多呈单中心极核式,农业主导型县域多呈单中心极核+散点式,均衡发展型县域多种模式并存特征明显,而工业主导型县域呈多中心网络分布模式。     

动态聚类法用于地下水位动态分类

在研究地下水位动态观测网时,首先必须解决地下水位动态分类问题。本文以陕西两华(即华县和华阴县)地区地下水位动态观测网为例,将数理统计学中的动态聚类法应用于地下水位动态分类。通过计算,可将该区的地下水位动态分为四类,它们与实际的水文地质条件相符合。计算表明,对于大样本的地下水位动态,动态聚类法具有明显的优点,其主要优点是占用计算机内存比较少。     

垦利县土地盐渍化及其发生变化趋势分析

垦利县位于黄河三角洲扇缘地区,具有典型的三角洲地貌。土地盐渍化是垦利县土地质量问题的根源,是影响土地生产力发挥的最根本原因。分析研究垦利县土地盐渍化发生的原因、现状及变化趋势,对指导当地土地资源的合理开发与利用具有重要的意义。     

Study on methods of land use dynamic monitoring at county level

Remote sensing technique has played an important role in land use dynamic monitoring, but as for the land use dynamic monitoring at county level, traditional remote sensing methods such as satellite imagery visual interpretation and computer classification can not meet its demand for accuracy. The result of 1: 10 000 land use investigation map has high accuracy, but this method can not be used to dynamically monitor the land use because of its big expenses, long period and difficulty in updating data. In this paper, the characteristics of physiognomy, climate and the status of land use in Dehui County are taken into consideration and a set of method, which takes use of 3S techniques and applies to Northeast China Plain, is come up with. When the land use type of a land parcel changed as a whole, the date updating can be make by changing its land type ID in the attribute table in a GIS. When the land use type of an irregular area changed, GPS receivers are used to position its border. This set of method is characteristic of high accuracy and low expenses. It gets the information of land use change timely and can be used to dynamically monitor the land use. Foundation item: Under the auspices of the key project of the National Ninth Five-year Plan (96-B02-01-07). Biography: LI Lin-yi (1968 —), female, a native of Jilin, Ph. D. candidate of Changchun Institute of Geography, the Chinese Academy of Sciences. Her research interest includes land use change monitoring and crop yield estimation using “3S” techniques.