基于模糊粗糙集的GIS数据转换方法研究

GIS按照数据结构可以分为矢量数据和栅格数据两种。GIS的空间建模大部分是基于栅格数据进行的,因此,对于一些在矢量结构中表达的属性（如人口密度等）,需要转换成栅格数据。传统的数据转换方法一般都是面积占优法,这种方法没有充分考虑空间数据的模糊性问题。采用模糊粗糙集的理论,对矢量多边形数据转换成栅格数据的方法做了探讨。基于模糊粗糙集的数据转换方法考虑到了多边形数据的边界模糊性,利用隶属函数来确定多边形边界的不确定性。     

基于遥感的双中心型城市扩展模式研究

龙口市是典型的双中心型城市,本文利用卫星遥感数据,获取龙口市两个城市中心各时期的发展状况,对城市扩展状况进行对比分析。1988年龙口城区的面积为754.32hm2,只比黄城城区面积(567.11hm2)稍大;而到2004年时,龙口城区的面积已经达到1847.03hm2,接近黄城城区面积(976.14hm2)的两倍,说明龙口城区的城市扩展强度高于黄城城区。利用逐步回归法对社会经济数据进行分析,发现黄城城区扩展主要由人口,城市化水平,居民消费水平等所驱动,而龙口城区扩展则是受外贸出口影响更大。     

基于地表粗糙度地学意义的地表真实面积计算

地表真实面积很难直接测量和计算,一般利用投影面积代替地表面积。在地形起伏较小的平原地区,地表真实面积和投影面积相差不大,但在地形起伏复杂的山区,两者差异较为明显,为计算地形起伏复杂的横断山区地表面积,选取西藏自治区昌都县作为研究区,推导了地表粗糙度的地学意义,基于地表粗糙度地学意义计算地表真实面积并定量分析了地表真实面积与垂直投影面积之间的差异。实验结果表明:相同土地覆被下,DEM分辨率越高,地表真实面积与垂直面积差异越大;草地、灌木林地、有林地、疏林地和难利用地的地表真实面积与其垂直投影面积差异较大,分别占垂直投影面积的11.275%、13.447%、16.586%、13.644%和17.282%,对于地形起伏复杂的山区而言,地表真实面积与垂直投影面积之间的差异不容忽视;坡度越大,地表真实面积与垂直投影面积之间的差异越明显,当坡度>75°时,差异迅速增大。基于地表粗糙度地学意义可快速获取地表真实面积,若建立典型地区地表粗糙度数据库,可为该地区土地利用变化、森林资源调查和作物面积估产等提供更加科学有效的数据。     

基于等高线的三维真实感地形系统设计

基于等高线的三维真实感地形系统,首先把等高线地形图扫描进计算机,然后利用ERSI公司的GIS软件Arc/Info跟踪等高线生成矢量化的等高线数据,并根据得到的数据建立三维规则数据场生成三维地形模型。最后利用VC++6.0编程工具和OpenGL编程接口生成具有真实感的三维地形。实践证明该方法简单、实用。     

有云Landsat TM/OLI影像结合DEM提取青藏高原湖泊边界的自动算法研究

青藏高原的湖泊数量众多且分布广泛,约占全国湖泊总数量和总面积的41%和57%,对于全国甚至全球的湖泊研究十分重要。遥感监测湖泊分布历来已久,但光学遥感影像时常被云遮蔽,难以自动化提取得到完整的湖泊边界。提出了一种有云的Landsat TM/OLI影像结合航天飞机雷达地形测绘数据(Shuttle Radar Topography Mission,SRTM)30 m分辨率的数字高程模型(DEM)的湖泊完整边界的自动插值生成算法。首先,在Google Earth Engine平台上,利用Landsat TM/OLI影像的地表反射率Tier1数据,根据其中的像元质量评价(Pixel Quality Assessment,pixel_qa)属性,结合SRTM 30 m DEM数据,先剔除云、云阴影、积雪和山体区域的影响;计算改进的归一化差异水体指数(Modified Normalized Difference Water Index,MNDWI),采用Canny边缘检测算法,得到无云覆盖区域的已知部分湖泊边界(L)。在本地对DEM进行极差滤波,得到可能的湖泊区域;同时,利用DEM生成等高距间隔为1 m的等高线,将包围着可能湖泊区域的一系列等高线自动筛选出来,根据等高线间的包含关系建立树结构。叶子节点为最内部等高线,记为内等高线(C1)。由于Landsat和DEM的获取时间不同,随着湖泊扩张或萎缩,湖泊水位会相对于内等高线上升或下降,对此采用不同的外等高线(C2)确定方法;随后,建立内等高线C1、外等高线C2与已知部分湖泊边界L之间对应点的坡度坡向关系,插值得到未知的湖泊边界点;最后利用最近邻法连接已知的湖泊边界点与插值得到的湖泊边界点形成完整的湖泊边界。利用相近日期的资源三号影像或无云Landsat影像的手工数字化湖泊边界对提取的湖泊边界进行验证,发现两者基本重合,且长度差百分比为-6.81%～9.4%,面积差百分比为-2.11%～2.7%。表明该方法对于有云Landsat TM/OLI影像的湖泊边界自动化提取十分有效,并为在GEE等大数据平台中自动化提取长时间序列、高时间分辨率的青藏高原湖泊边界及其时空变化分析提供了新方法。     

采用遥感影像的林地建模研究

提出了一种全新的林地建模方法,对生长着树木的林地获取地面序列影像,利用影像分割实现树木信息的自动识别,通过基于地面区域约束的点云提取算法获得地面高精度密集点云,最后应用三次Beta样条曲线插值模型实现了林地等高线的建模。该方法将摄影测量技术应用于林地建模,解决了无法对有树木遮挡的地面进行建模的难题,提高了林地建模的效率。     

基于GIS的龙口市泳汶河流域地貌形态定量分析

地形因子是最基本的自然地理要素,也是对人类的生产和生活影响最大的自然要素。精确的地形地貌因子分析可为经济发展、农业规划、水土流失、工程建设等研究提供有力的数据支持。应用GIS工具,对龙口市泳汶河流域作了坡度、坡向等4方面研究性的分析,得出了比较准确的数据。     

基于遥感与GIS的黄土丘陵半干旱区土地利用定量化研究-以中国定西县为例

研究区域为典型的黄土丘陵沟壑半干旱区,以中国定西县为例。从1990年和2000年的Landsat TM影像图中提取两个时段的土地利用图,包括9种土地利用类型。从1∶10万的等高线数据中提取坡度数据。参考景观生态指标,我们选择或修改了10个指标实现定量化土地利用特征,动态监测土地利用变化,并分析地形与土地利用和土地利用变化的关系及土地利用变化与政府政策之间的关系。结果表明:①所选择的指标可以量化中国典型的黄土丘陵半干旱区土地利用及其变化特征,当转移矩阵采用不同的基数,可以体现不同的转换的量的特征;②土地利用与土地利用变化在不同坡度的空间分布上有很好的规律性;③政府政策是土地利用变化的主要驱动力因素,包括梯田改造、集雨工程和退耕还林还草。     

基于像元有向边的栅格数据扫描线矢量化方法

为了将海量栅格数据的面状信息快速矢量化,提出一种使用扫描线技术顺序遍历栅格数据、使用链表技术组织像元有向边动态构造区域边界、使用隐含射线法判断孤岛归属的栅格数据矢量化方法.该方法以单个像元为着眼点,利用栅格数据中所隐含的空间信息直接将栅格图斑转换成矢量区域;全部矢量化过程只需对栅格数据遍历一次,不产生任何中间数据,也不需要构建多边形拓扑关系等二次操作,是栅格数据矢量化的一步式解决方案.实验结果表明,文中方法具有较高的效率且易于实现.     

大幅面地图的三维地形重建

研究完成了一个实用的可用于大幅面像素地图的三维地形重建系统.提出一个实用的 等高线内插算法,算法克服了网格绘制等值线方法和三角网绘制等值线方法因只考虑了点的位 置属性、未考虑等高线的线属性而使插出的等高线常常会与母线相交的弱点;同时提出了一个 实用的等高线高程识别算法和一个可用于大幅面地图的三维规则数据场建立算法,算法充分利 用了等高线的先验知识,不仅建立的数据场的质量很高,而且算法的时间复杂性与数据点数 (m)和网格点数(n)成线性关系O(m+n),因此计算速度很快.最后利用三维规则数据场生成真 实感图形.     

基于遥感的祖厉河流域土地分类及其分布空间分析

以陇西黄土高原的祖厉河流域为研究区,利用1993和2007年两期TM影像数据对研究区土地利用类型进行分类,在此基础上结合数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)、多年平均降水量的空间分布数据,利用地理信息系统(GIS)空间分析方法,重点分析坡耕地、林地和草地的气候特征空间与地形特征空间,研究得出：①14 a内研究区大约有 214.82 km²坡耕地被治理,但2007年仍有145.08 km²处于临界坡度以上。②林地大致分布在降水量386~517 mm之间,14 a内人工林地有所增多。③在人为活动的干扰下,草地的覆盖度普遍降低。植被的恢复和重建是流域治理的切入点,该项研究目的为退耕还林还草提供科学支撑,服务于建立祖厉河流域生态系统的良性循环。     

Reduction of atmospheric and topographic effect on Landsat TM data for forest classification

The incident radiance in forested areas with rugged terrain varies greatly with the changes in solar elevation and azimuth, slope and aspect of the terrain, and the relative position of trees. The geotropic nature must be considered in the course of topographic correction. The Sun‐Canopy‐Sensor (SCS) model is introduced to substitute the cosine correction in a physical model. We used an atmospheric simulation code, MODTRAN, and a digital elevation model (DEM) to calculate the path radiance, downwards diffuse radiance and two‐way transmittance of direct and diffuse light at different altitudes. Based on the atmospheric parameters derived above and the Lambertian assumption, surface reflectance in a forested area was retrieved from Landsat Thematic Mapper (TM) imagery using a revised physical model. Meanwhile, a smoothed DEM was used to assess the effect of noise on the DEM and misregistration between the DEM and the satellite imagery. Correlation analysis, spectral comparison between sunlit and shaded slopes and a support vector machine (SVM) classification were performed to assess the effect of the revised radiometric correction algorithm. Results indicate that the revised physical model with smoothed DEM is more adequate for forested terrain and more consistent spectra for similar vegetation under different illuminations can be obtained. Finally, higher classification accuracy of forested land can be achieved with the revised correction algorithm compared with the SCS correction and the original physical correction model.     

南方丘陵地区水稻种植面积遥感信息提取的可行性分析*

以浙江省为试验区,在地理信息系统支持下综合利用多种地理信息,探讨丘陵地区大面积提取水稻种植面积信息的可行性。开展了分类识别方法的比较试验及训练样点相对稳定性试验。针对丘陵地区的复杂地形,在数字化地形图的基础上,建立数字地形模型(DTM),并衍生出地面坡度等地貌因子的数字化图像,结合NOAA/AVHRR数据,进行分类。试验结果表明,传统的分类识别方法中,最大似然法的分类精度可满足业务化运行的要求;建立在混合像元分解基础上的模糊监督分类,有较高的分类精度和较好的稳定性,具有较强的适应性;地貌因子参与遥感影像的分类,不仅可以有效地提高丘陵地区水稻种植面积信息的提取精度,而且还可以使面积信息提取精度保持一定的稳定性,提高空间精度;为探讨丘陵地区水稻种植面积信息遥感提取的可靠性和客观性,在训练样点保持相对稳定的前提下,对1996年和1997年浙江省水稻种植面积进行测算,两年的数量精度均在92%以上。     

南方丘陵地区水稻种植面积遥感信息提取的可行性分析

以浙江省为试验区，在地理信息系统支持下综合利用多种地理信息，探讨丘陵地区大面积提取水稻种植面积信息的可行性。开展了分类识别方法的比较试验及训练样点相对稳定性试验。针对丘陵地区的复杂地形，在数字化地形图的基础上，建立数字地形模型（ＤＴＭ），并衍生出地面坡度等地貌因子的数字化图像，结合ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ数据，进行分类。试验结果表明，传统的分类识别方法中，最大似然法的分类精度可满足业务化运行的要求；建立在混合像元分解基础上的模糊监督分类，有较高的分类精度和较好的稳定性，具有较强的适应性；地貌因子参与遥感影像的分类，不仅可以有效地提高丘陵地区水稻种植面积信息的提取精度，而且还可以使面积信息提取精度保持一定的稳定性，提高空间精度；为探讨丘陵地区水稻种植面积信息遥感提取的可靠性和客观性，在训练样点保持相对稳定的前提下，对１９９６年和１９９７年浙江省水稻种植面积进行测算，两年的数量精度均在９２％以上。     

基于机载LiDAR 技术的典型水库水量变化估算

针对传统外业测量水库库容估算方法易受地形、气象条件影响,存在危险性高、效率低等问题,以仑山水库为研究对象,采用机载 LiDAR 技术估算水库面积及水量变化。通过实地数据采集,利用 KD- 树算法剔除点云中的粗差点,并采用渐进加密不规则三角网(PTIND)滤波分离出地面点,完成 LiDAR 点云数据的预处理;根据点云数据建立精细化数字高程模型(DEM),提取不同水位的水库水面面积;最终利用积分和传统棱台体积估算方法对比分析不同水位水量差值变化。结果表明：与高程实测值相比,DEM 高程反演值满足高程精度要求,基于机载 LiDAR 的水量估算受库底坡度变化的影响,估算值低于传统估算方法的估算值,估算结果更为精确,可为监测水库水量变化提供科学依据。     

Estimating vertical error of SRTM and map-based DEMs using ICESat altimetry data in the eastern Tibetan Plateau

The Geoscience Laser Altimeter System (GLAS) instrument onboard the Ice, Cloud and land Elevation Satellite (ICESat) provides elevation data with very high accuracy which can be used as ground data to evaluate the vertical accuracy of an existing Digital Elevation Model (DEM). In this article, we examine the differences between ICESat elevation data (from the 1064 nm channel) and Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) DEM of 3 arcsec resolution (90 m) and map-based DEMs in the Qinghai-Tibet (or Tibetan) Plateau, China. Both DEMs are linearly correlated with ICESat elevation for different land covers and the SRTM DEM shows a stronger correlation with ICESat elevations than the map-based DEM on all land-cover types. The statistics indicate that land cover, surface slope and roughness influence the vertical accuracy of the two DEMs. The standard deviation of the elevation differences between the two DEMs and the ICESat elevation gradually increases as the vegetation stands, terrain slope or surface roughness increase. The SRTM DEM consistently shows a smaller vertical error than the map-based DEM. The overall means and standard deviations of the elevation differences between ICESat and SRTM DEM and between ICESat and the map-based DEM over the study area are 1.03 ± 15.20 and 4.58 ± 26.01 m, respectively. Our results suggest that the SRTM DEM has a higher accuracy than the map-based DEM of the region. It is found that ICESat elevation increases when snow is falling and decreases during snow or glacier melting, while the SRTM DEM gives a relative stable elevation of the snow/land interface or a glacier elevation where the C-band can penetrate through or reach it. Therefore, this makes the SRTM DEM a promising dataset (baseline) for monitoring glacier volume change since 2000.     

地形对蚀变信息光谱影响研究与应用

通过加入地形因子进行相关光谱信息分区来提取蚀变信息,首先利用ASTER影像立体像对提取DEM,进行地形(坡向)划分,即分为阳坡、半阳坡、半阴坡、阴坡4类型,将相对应的区域统计其波谱信息,分为不同的波谱区,然后分别用主成分分析法提取蚀变信息。结果表明:波谱分区蚀变信息提取方法能够更加有效地识别出各个波谱区的蚀变异常信息,有效减小地形因素对蚀变信息提取结果的影响,并且在研究区得到很好的应用。     

Combining satellite multispectral image data and a digital elevation model for mapping debris-covered glaciers

Automated glacier mapping from satellite multispectral image data is hampered by debris cover on glacier surfaces. Supraglacial debris exhibits the same spectral properties as lateral and terminal moraines, fluvioglacial deposits, and bedrock outside the glacier margin, and is thus not detectable by means of multispectral classification alone. Based on the observation of low slope angles for debris-covered glacier tongues, we developed a multisource method for mapping supraglacial debris. The method combines the advantages of automated multispectral classification for clean glacier ice and vegetation with slope information derived from a digital elevation model (DEM). Neighbourhood analysis and change detection is applied for further improvement of the resulting glacier/debris map. A significant percentage of the processing can be done automatically. In order to test the sensitivity of our method against different DEM qualities, it was also applied to a DEM obtained from ASTER stereo data. Additionally, we compared our multisource approach to an artificial neural network (ANN) classification of debris, using only multispectral data. While the combination with an ASTER-derived DEM revealed promising results, the ANN classification without DEM data does not.