高精度曲面模型解算改进的Gauss-Seidel法

为了降低HASM的时间复杂度,采用一种改进Gauss-Seidel(GS)算法(MGS)解算HASM方程组。首先,从理论上分析了MGS算法收敛速度快于GS算法,然后以高斯合成曲面作为研究对象,用四组模拟试验表明,相同的网格数、达到相同的计算精度,MGS算法计算时间小于GS算法,且两种算法时间差与模拟区域网格数呈二次线性相关;固定网格数,使用相同的内迭代或者外迭代次数,MGS算法精度高于GS算法,但增加内迭代或者外迭代次数,GS算法同样收敛;MGS算法计算时间与网格数呈线性相关。MGS算法能够有效解决HASM模拟大区域的计算时间瓶颈,提高HASM运算速度。以甘肃省董志塬某测区SRTM3作为研究对象,基于MGS的HASM用于模拟DEM表明,HASM精度要高于传统的插值方法。     

基于OCO-2卫星观测模拟高精度XCO2的空间分布

本文首次基于OCO-2卫星观测数据,采用高精度曲面建模（High Accuracy Surface Modeling, HASM）的方法来模拟大范围高精度的二氧化碳柱浓度（XCO₂）的空间分布。首先,探讨分析HASM方法应用于模拟OCO-2卫星观测XCO₂的空间分布的可行性。从2014年9月至2015年8月OCO-2观测的12个月的XCO₂数据中,分别随机选取其各个月90%的XCO₂数据用于空间插值,剩余10%作为精度验证点。自验证结果表明,12个月的平均绝对值误差为0.34 ppm。由此可见,HASM适用于模拟OCO-2卫星观测XCO₂的空间分布。然后,采用HASM对OCO-2在2014年9月至2015年8月的各个月观测数据进行空间插值,获取空间分辨率为0.5°×0.5°的各个月均值XCO₂的空间分布,同时基于地基观测TCCON( Total Carbon Column Observing Network)站的XCO₂数据对HASM模拟结果进行交叉验证。验证结果表明,HASM模拟的XCO₂与TCCON站对应观测数据相比,其平均绝对值误差为0.81 ppm,相关系数为0.88。因此,HASM在模拟OCO-2卫星观测的XCO₂空间分布上具有很大的优势。     

生态区边界智能识别模型构建分析

大量生态分区研究资料表明,对生态区边界的智能识别、自动分区是生态格局与过程、生态系统服务功能等生态环境研究内容的关键。本文基于专家知识经验和生态分区原则,以地理信息系统为建模平台,运用栅格生成技术,对生态区边界智能识别模型进行机理探讨和框架构建。生态区边界的自动识别和生态区的自动分区,旨在克服目前生态区边界确定过程中的精度低、周期长、更新难等诸多问题。这对数字生态建设也有重要的现实意义。     

高精度曲面建模应用中边界误差解决方案

提出一种SAR数据检测桥面高度的反演方法。用几何射线描述桥梁散射机制, 依据去取向理论和分类参数分析, 得到SAR成像中桥梁结构目标单次、二次、三次散射的成像规律。通过SAR图像分类参数的聚类与细化、滤波和Hough变换直线检测算法, 检测出单次、二次和三次散射回波所成位置线图像, 进一步构成桥面高度的反演算法。用机载Pi-SAR数据反演了日本鸣门大桥的桥面高度和桥面宽度, 并与实测数据对比。按照该方法, 进一步采用星载ALOS-PALSAR数据检测中国东海大桥的桥面高度。反演方法是可行的。     

机载LIDAR数据的树高识别算法与应用分析

利用机载激光雷达数据提取天然次生林的树高,旨在探索影响树高提取精度的主要因素。首先,采用高精度曲面建模平差算法(Adjustment Computation of High-accuracy Surface Modeling,HASM-AD)生成研究区不同空间分辨率的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)、数字地表模型(Digital Surface Model,DSM)和冠层高度模型(Canopy Height Model,CHM);其次,用树顶点识别算法提取林木树高,设置不同树高识别范围,对比分析不同CHM分辨率和不同树高识别范围对树高提取精度的影响;最后,以天涝池流域30个实测样地数据为样本,对提取精度进行检验。结果显示：提取的样地平均树高与实测值具有明显线性相关关系,线性回归系数为0.694;树高识别范围是影响树高提取精度的重要因素,CHM分辨率对其影响较小。研究表明,采用高采样密度的雷达点云数据、正确选择CHM生成方法和改进树顶点识别算法是提高天然次生林树高提取精度的有效途径。     

草地地上生物量高精度曲面建模

草地生物量的大区域精确估算对全球变化研究和草地资源的合理利用具有重要作用。为提高草地生物量的空间模拟精度,发展了草地地上生物量的高精度曲面建模方法HASM-GB(High Accuracy Surface Modeling for Grassland Biomass),基于内蒙古草地地上生物量野外调查资料和同时期的遥感影像数据,采用HASM-GB方法对内蒙古自治区草原地上生物量空间分布进行了模拟。通过野外实测数据采用修正的Jackknifing方法对HASM-GB方法模拟结果进行了验证,结果表明模拟结果与实测数据之间具有较低的均方根误差(28.03 g/m²)和较好的相关性,相关系数为0.62。将HASM-GB方法与遥感生物量回归模型、普通克里金和回归克里金3种方法进行了精度对比,结果表明与其他3种方法相比,HASM-GB方法的模拟结果具有相对较低的平均误差、平均绝对误差、均方根误差和与测定值较高的相关系数。通过对地上生物量空间分布格局模拟结果的分析可知,由于植被指数-生物量回归模型属于非空间方法,其模拟精度很大程度上取决于主、辅变量间的相关性水平,易受植被指数数据误差的影响。普通克里金不能考虑辅助变量的作用。HASM-GB方法能够充分考虑生物量采样点和辅助变量的空间变异信息和邻域样本的空间结构特征从而提高模拟精度,其对草地地上生物量的曲面模拟能力高于回归克里金。结果表明HASM-GB可以作为模拟草地地上生物量空间分布相对有效的方法。     

中国国家自然保护区土地覆被变化(英文)

For preventing ecosystem degradation,protecting natural habitats and conserving biodiversity within the habitats,2588 nature reserves have been established in China at the end of 2010.The total area is up to 149.44 million ha and covers over 15% of Chinese terrestrial surface.Land-cover change,as the primary driver of biodiversity change,directly impacts ecosystem structures and functions.In this paper,180 National Nature Reserves(NNRs) are selected and their total area is 44.71 million ha,accounting for 29.9% of all NNRs in China.In terms of the ecosystem characteristics and their major protected object,all selected NNRs are classified into 7 types.A Positive and Negative Change Index of Land-cover(PNCIL) was developed to analyze the land-cover change of each NNRs type from the late 1980s to 2005.The results show that the land-cover of all selected NNRs types have degradated to a certain degree except the forest ecosystem reserves with a decreasing rate,but the rate of degradation alleviated gradually.The mean positive and negative change rates of land-cover in all core zones decreased by 0.69% and 0.16% respectively.The landscape pattern of land-cover in the core zones was more stable than that in the buffer zones and the experimental zones.Furthermore,the ecological diversity and patch connectivity of land-cover in selected NNRs increased generally.In short,the land-cover of 180 selected NNRs in China had a beneficial change trend after NNRs established,especially between 1995 and 2005.     

地球表层建模研究进展

本文在讨论地球表层概念和地球表层建模定义的基础上,总结分析了地球表面形态表达、地球气候系统模拟、生态系统空间模拟分析和地球表层模拟系统等主要研究进展。分析结果表明,误差问题、多尺度问题、地球表层模拟速度问题和三维实时可视化问题是地球表层建模面临的主要挑战。为了解决这些问题,必须发展和采用诸如以遥感数据为初始场、以地面实测数据为优化控制条件的高精度高速度曲面建模新方法和新思路。     

基于多重网格求解的土壤属性高精度曲面建模

高精度曲面建模(HASM)是近几年发展起来的可用于地理信息系统和生态建模的一种较高精度的曲面建模方法.本研究选择南方红壤丘陵区江西省吉安市辖区、吉安县和泰和县为研究区,采集150个表层土壤(0～20cm)样品,分别随机选取60、90和120个点作为模拟数据集,90、60和30个点作为验证数据集,基于多重网格(MG)作为...