基于GeoSOS-FLUS模型的乌鲁木齐主城区扩张情景模拟分析

乌鲁木齐市作为新疆首府、“一带一路”中的中亚区域经济中心,其土地资源的合理利用、城市形态的健康发展则显得尤为重要。本研究首先基于乌鲁木齐主城区1990～2018年遥感影像解译出的土地利用分类对其土地利用时空演变情况加以分析,1990～2018年乌鲁木齐主城区急剧扩张,2010年以来交通网络铺设完善,主城区快速扩张,周遭耕地、林地、草地等萎缩95.12 km²、6.49 km²、52.37 km²,重心呈现出向东与向北扩张趋势,主城区农用与绿化面积萎缩,无法兼顾经济与生态效益协调可持续发展。接着,遴选自然与社会经济等影响主城区扩张的驱动因素,结合乌鲁木齐主城区扩张历史特点设计第一产业优先、第二三产业优先、生态优先情景,利用Geo SOS-FLUS模型对不同情景下的主城区扩张情景进行模拟预测,研究发现第二三产业优先情景下建设用地明显增加1 142.94 km²;生态优先情景下生态效益高的林地、草地、水域面积显著增加281.59、651.38、7.29 km²;第一产业优先情景下,建...     

1990~2015年吉林省西部耕地变化与“旱改水”时空特征研究

以Landsat遥感影像为数据源,利用面向对象和决策树方法获得多期土地覆被数据;以此为基础,分析了1990~2015年吉林省西部耕地变化与旱田水田转化特征及驱动因素。结果表明：1990~2015年期间,吉林省西部耕地面积增加了2159.33 km²,增速逐渐变缓。旱田面积在1990~2000和2000~2010年期间有小幅增加,但在2010~2015年期间呈减少趋势。水田面积持续扩张,25年间增加了1139.39 km²（51.7%）,旱田净转化为水田的面积不断增加,1990~2000年为69.13 km²,2000~2010年为156.19 km²,2010~2015年为288.27 km²。人口和经济的增长是导致耕地面积迅速增长的主要原因,影响水田面积扩张和旱田向水田转化的驱动因素有：科技进步、水利设施建设、政策倾向和利益驱动。最后提出了吉林省西部地区耕地保护的建议,为区域农业生产和生态建设提供科学借鉴。     

1990~2015年吉林省西部耕地变化与“旱改水”时空特征研究

以Landsat遥感影像为数据源，利用面向对象和决策树方法获得多期土地覆被数据；以此为基础，分析了1990~2015年吉林省西部耕地变化与旱田水田转化特征及驱动因素。结果表明：1990~2015年期间，吉林省西部耕地面积增加了2159.33 km²，增速逐渐变缓。旱田面积在1990~2000和2000~2010年期间有小幅增加，但在2010~2015年期间呈减少趋势。水田面积持续扩张，25年间增加了1139.39 km²（51.7%），旱田净转化为水田的面积不断增加，1990~2000年为69.13 km²，2000~2010年为156.19 km²，2010~2015年为288.27 km²。人口和经济的增长是导致耕地面积迅速增长的主要原因，影响水田面积扩张和旱田向水田转化的驱动因素有：科技进步、水利设施建设、政策倾向和利益驱动。最后提出了吉林省西部地区耕地保护的建议，为区域农业生产和生态建设提供科学借鉴。     

吉林西部遥感水域空间格局演变研究

水是地球上最活跃的动力因子之一,并呈现出各种形态特征,形态特征是经过长期的演化形成的,通过其形态特征揭示时空变化模式,预测未来发展趋势。应用两个时相遥感数据为基本信息源,在ARCGIS和NEVI的支持下,建立空间信息库,选取嵌块大小、边界密度、分维数、形状指数、破碎度指数等指标,对吉林西部水域景观空间格局的动态演变进行了分析。通过对吉林西部水域1979、2001年遥感数据进行水域遥感信息格局变化研究分析,1979年吉林西部水体总面积为2 018.22 km²,2001年面积为1 488.12 km²,减少了530 km²,水域景观空间格局发生了显著变化,主要影响因素是土地沙化、草地退化以及过度的人为开发、围垦等原因造成的。并对水域要素的景观指数计算来反映水域的变化特点。     

基于多源时空信息的西宁和拉萨近70年来城市扩展过程重现及地表覆盖变化分析

西宁和拉萨城市作为青藏高原人类活动的热点地区,其发展历程对青藏高原社会经济发展具有重要影响。研究基于遥感影像、城市规划图和历史地图等资料重建了西宁和拉萨城市1949基准年、1978基准年、1990年、2000年、2010年和2018年城市扩展及2000年以来城市不透水层和绿地空间组分数据,分析了1949基准年以来西宁和拉萨主城区城市扩展的时空特征,揭示了社会经济因素和政策因素对城市土地利用/覆盖变化的影响。研究结果表明：(1)新中国成立以来,西宁和拉萨主城区持续扩展,均呈现非线性的增长态势,城市土地面积分别从1949基准年的1.98 km²和1.10 km²增长到2018年的75.65 km²和76.04 km²;西宁主城区城市扩展呈现十字状的扩展态势,拉萨呈现出圈层外延式的扩展模式;(2)自2000年来,西宁和拉萨城市绿化水平显著提升。2000～2018年,西宁和拉萨城市不透水层面积分别从36.91 km²和21.56 km²增加到55.34 km     

1985～2020年上海市不透水面时空特征演化分析

不透水地表的分布与变化是城市发展过程的直观标志和重要指示因子,在城市生态功能、城市规划和可持续发展研究等方面发挥着重要作用。利用中国科学院空天信息创新研究院研发的1985～2020年长时序30m不透水面动态数据集(GISD30),结合GIS空间统计方法,研究分析了过去35 a上海市不透水面时空特征演化。结果表明：(1)35 a来,上海市不透水面面积从878.07 km²增长至2 849.90 km²,面积扩张到原来的3.25倍,随着1990年浦东新区的开发开放,上海城市化进程明显加快,1990～2010年上海市不透水面扩张最为显著,2010年以后不透水面扩张速度和扩张强度开始显著下降。(2)从区位分异特征来看,不透水面迅速扩张的行政区主要位于城市郊区,其中,浦东新区在各个研究时段的扩张速度均大于其他区划。(3)基于紧凑度和分形维数发现,中心城区不透水面空间分布结构趋于疏散,上海市整体不透水面边界复杂程度降低,城市空间形态更加规则。(4)“南北两翼”的上海城市扩张特点较为明显,南部郊区的高强度扩张带动了不透水面空间重心的持续南移,发展至2010...     

基于遥感的干旱区典型绿洲LUCC研究

以干旱区典型的条带状且末绿洲为例,采用1973年MSS、1991年TM、2001年和2008年ETM+遥感影像为数据源,结合野外考察数据,选择适宜的分类指标体系,对遥感图像进行了监督分类,并获得了研究区土地利用/覆盖转移矩阵。 研究结果表明:近35 a 来耕地面积一直呈现出增加的趋势,增加了105.32 km²,耕地面积的增加量主要是由草地和林地的转化而来,是增加最快的土地利用类型;林地和草地面积一直呈逐渐减少的趋势,其中减少最多的土地类型是林地,减少了69.459 km²,林地面积的减少是由于林地转移草地、水体和耕地的比例超过草地转移林地的比例所致;草地面积减少了63.093 km²,主要是由一部分草地转移耕地、未利用地而引起;水域面积总体上有增加趋势,增加了22.073 km²,主要由草地和未利用地转移水体而引起;未利用地变化幅度不大,有缓慢增加的趋势,增加5.093 km²。     

基于MODIS的黄土高原土地荒漠化动态监测

以2001年和2009年8月MODIS卫星影像为数据源,基于归一化植被指数和像元二分原理,通过建立科学的荒漠化土地分类系统,对黄土高原地区近8 a的荒漠化土地进行了动态变化监测,分析了2个时期荒漠化土地的空间分布特征和面积变化情况。结果表明:黄土高原荒漠化土地面积整体呈明显的减少态势,但类型转化结构表明荒漠化土地强度却处于不断发展阶段。8 a间,极重度荒漠化土地面积增加了16.53 km²,增长率为28.36%,重度和中度荒漠化土地面积均有不同程度减少,分别减少了1.2×10⁴ km²和7.0×10⁴ km²,变化率分别为32.97%和29.19%;分别有9.0×10^4 km²和1.2×10⁴ k²的轻度和潜在荒漠化土地转化为其他类型荒漠化土地,并分别增加了9.3×10³ km²和7.3×10⁴ km²,增长率分别为4.2%和57.3%。发展区面积为1.9×10⁵ km²,稳定区面积为4.0×10⁵ km²,逆转区面积为2.8×10⁴ km²,发展区面积比逆转区面积大1.6×10⁵ km²,表明黄土高原环境质量不断下降,荒漠化强度不断扩张的趋势。     

1979~2010年乌海市煤矿开采对生态环境影响的遥感监测

以1979年以来多期陆地卫星Landsat MSS/TM遥感数据为基础,利用煤矿遥感影像各波段反射率远低于其他地物的典型光谱特征,提取了乌海市煤矿开采区时空分布数据集,并结合SPOT-VEGETATION NDVI数据,对乌海市煤矿开采区的变化过程以及生态环境影响进行了动态监测。结果表明:30 a来乌海市煤矿开采区扩张明显,煤矿开采区面积由1979年的2.69 km²增加到2010年的109.34 km²,净增加106.65 km²。煤矿开采过程中侵占了大量耕地、林地和草地,导致1998~2001年乌海市整体生态环境急剧恶化,全市年最大NDVI由1998年的0.2043下降到2001年的0.1231,2000年以后,乌海市煤矿开采区面积虽然仍呈增长趋势,但全市植被覆盖状况有所好转,尤其是2005~2010年植被覆盖状况明显好转,全市年最大NDVI由2005年的0.1417上升到2010年的0.2028。     

哈尔滨城乡梯度建设用地结构变化及不透水面遥感监测分析

在快速城镇化背景下,客观掌握城市扩张进程中的城乡建设用地及内部不透水面变化特征,有利于优化大都市城乡用地结构及空间融合发展。基于城乡建设用地及不透水面遥感监测数据集,应用空间分析模型,对哈尔滨2000~2015年城乡建设用地规模、结构及内部不透水面时空演变特征进行分析,探究城市扩张格局、区位差异、建设用地利用强度及城乡之间的差异。结果表明：①2000年以来城乡建设用地快速扩张了158.32 km²,年变化率和动态度均呈先增大后减小趋势;从城市核心区至远郊区方向其扩张规模依次增大,建设重点不断向城市周边推移,呈现出较明显的空间异质性;②城镇建设用地和独立工矿用地面积及占比逐年增加,扩张来源均以耕地为主;农村居民点占比降低了13.14%,城乡建设用地结构特征发生了较明显变化;③2000~2015年城乡建设用地内部不透水面面积和比例分别增加了145.32 km²和10.04%,城镇建设用地利用强度已达到较高水平,农村居民点用地利用强度快速提高,城市和农村之间的差距不断缩小;自城市核心区至远郊区方向不透水面比例不断降低,可利用潜力越大,不透水面面积增量、比例增量、比例增长率及扩张强度大体呈增加趋势,不透水面与城乡建设用地规模变化趋势相近,可在一定程度上揭示城市扩张轨迹。     

基于高分遥感影像的露天矿区土地利用动态监测——以平朔矿区为例

煤炭能源是我国能源体系的重要组成部分,煤炭的露天开采相较于井工开采对周边环境影响更加深远。平朔矿区是我国早期开发的露天矿区,主要采用边修复边开采的露天开采模式,导致矿区内部土地利用变化较快,亟需高效、准确提取各类地物类型及监测其生态恢复情况。以多期高分辨率影像为数据基础,通过多尺度分割和机器学习的面向对象分类方法,提取了研究区2013～2020年的土地利用信息,并进一步分析了平朔露天矿区的土地利用动态变化情况。结果表明：2013～2020年,矿区逐年向东迁移,矿区面积减少7.84 km²,农田面积减少36.08 km²,林地和草地面积增加64.77 km²,水体、排土场、矿区面积减少低于10 km²。研究区内土地利用面积变化分析结果表明,绿色矿山建设效果显著。结合平朔煤矿绿色发展政策,本研究将为绿色矿山建设评价提供方法和数据支撑。     

基于云平台的中哈干旱区典型城市地表覆盖变化遥感监测与比较

城市地表覆盖组分是影响人居生存环境和城市生态系统服务的关键因素。基于Google Earth Engine平台,利用Landsat 5/8遥感影像数据,采用改进的“植被—不透水面—土壤”模型及线性光谱混合分解方法,提取地处干旱区的中国西部大城市乌鲁木齐市与邻国哈萨克斯坦首都城市努尔–苏丹市、大城市阿拉木图市的地表覆盖信息,对比分析1990~2015年3个城市地表覆盖的变化特征。结果表明：1990~2015年间乌鲁木齐市城市建成区扩张面积最大,扩张了349.81 km²;其次为努尔-苏丹市,城市扩张面积为158.16 km²;由于哈萨克斯坦首都由阿拉木图市迁往努尔-苏丹市,整个时段阿拉木图市城市扩张最慢,总计扩张了126.23 km²。在城市建成区内,1990年到2015年间乌鲁木齐市城市地表不透水组分增加了7.10%,努尔—苏丹市和阿拉木图市分别减少了14.9%、4.49%。建成区内绿地组分努尔—苏丹市从1990年到2015年增加了6.68%;乌鲁木齐市和阿拉木图市分别减少了6.65%和2.75%。城市所表现出来的不同地表覆盖特征乌鲁木齐市主要受国家政策支持,阿拉木图市由于其历史背景和城市规划,努尔—苏丹市城市的快速发展则受哈萨克斯坦迁都的影响。     

1993~2016年喜马拉雅山西段杰纳布流域冰川变化遥感监测

基于Landsat TM/ETM+及OLI遥感影像,对喜马拉雅山西段杰纳布流域冰川面积进行提取,对冰川时空分布特征及其变化分析,并结合周边气象台站及CRU再分析资料气温、降水量资料对研究区冰川变化原因进行讨论。结果表明：①1993~2016年杰纳布流域冰川面积萎缩了164.56±161.72 km²,占总面积的5.78%,年均萎缩率为0.25±0.25 %·a^-1,且在2000年后加快萎缩;②杰纳布流域冰川在各个朝向和海拔带上均呈萎缩趋势,其中S朝向冰川面积萎缩率最大,占研究区冰川萎缩总面积的24.35%; 4 600~4 800 m和4 800~5 000 m两个海拔高度带冰川面积近23 a分别减少了29.93 km²和30.91 km²,占流域冰川面积萎缩总量的17.72%和18.30%;③1993~2016年杰纳布流域共有28条冰川末端发生不同程度的前进现象;④对狮泉河和Srinagar气象站及CRU再分析资料气温、降水量变化分析表明,1993~2016年该区域年均气温呈显著上升是杰纳布流域冰川萎缩的主要原因。     

基于分形的海南岛东寨港红树林景观空间结构变化研究

红树林湿地在维护近岸海域的生态环境,抵御海潮、台风自然灾害等方面具有重要作用。利用海南岛红树林遥感专题信息产品,基于分形理论中的豪斯道夫维数、景观稳定性指数和聚集维数,分析了1987—2017年海南岛东寨港自然保护区红树林景观空间结构的变化特征：(1)1987—2017年间,红树林景观面积整体增加,2017年总面积达到18.05 km²,且扩展方式主要为边缘扩展和内部联通。(2)红树林景观分布复杂度和稳定性在1987—2003年间整体下降,波动性较强,景观结构不稳定;在2003—2013年间稳步上升,斑块持续扩展,景观结构稳定发展;2013年后略有下降。(3)红树林景观增长有聚集中心,聚集维数为1.47,对周围红树林的增长有辐射性。东寨港红树林聚集分布区已达景观稳定状态,在保持抚育的基础上可适度开发其审美、生态功能,针对尚处于扩张等状态的红树林斑块,可持续进行扩种、抚育。     

基于面向对象—深度学习的闽东南低海拔海岸带地区湿地动态遥感分析

海岸带湿地具有重要的生态价值和经济开发价值,明确其时空变化特征与影响因素对于维持区域生态系统平衡和可持续发展具有重要意义。以Landsat TM/ETM+/OLI影像为基本数据源,综合利用面向对象与深度学习分类方法对1985~2015年闽东南低海拔海岸带地区的湿地信息进行提取,以揭示其时空演变特征与驱动力因素。结果表明：基于面向对象—深度学习分类方法对湿地进行信息提取,整体分类精度可达93%以上,分类结果整体性好;1985~2015年自然湿地面积呈减少趋势,人工湿地面积呈增加趋势,分别减少和增加250.31 km²和251.36 km²;湿地二级类型中,30 a间河口/浅海水域和淤泥质海滩面积减少最大,盐田/水产养殖场面积增加最大;1985~2015年湿地变化类型多样,且2000~2015年较1985~2000年湿地变化更为剧烈;湿地变化是人类活动和自然环境变化共同作用的结果,其中人类活动是影响湿地变化的主要原因。该方法及研究结果可为海岸带湿地监测与保护管理提供技术支持和决策参考。     

遥感监测2005~2015年中国NO2时空特征及分析影响因素

基于OMI对流层NO²柱浓度产品研究了2005~2015年中国及各省(市、区)NO²时空变化及影响因素:①中国对流层NO²柱浓度2005~2009年波动较小,2010~2011年升幅较大,2012年较2011年有所下降,2013年与2012年持平,2014、2015年持续大幅下降;②中国NO²高浓度分布面积11年来变化显著,五级高浓度分布面积2005~2011年呈显著上升趋势,2011年面积最大为37.2万km²;2011~2013年波动较小;2014~2015年呈直线下降趋势,2015年降低到6.1万km²;③上海、天津两市对流层NO²柱浓度处于五级高浓度水平,其中上海是中国浓度最高的城市,山东是中国浓度最高的省;④对流层NO²柱浓度的变化与第二产业生产总值相关性很大,需要调整优化产业结构降低第二产业比重才能得到改善;长期依赖燃煤高污染的能源结构也是导致NO²浓度居高不下的一个重要原因,亟需开发新能源以替代煤燃料等各种办法;机动车保有量快速增加,汽车标准及油品跟不上国际发展水平,导致NO²排放量大增。     

基于线性光谱混合分析的乌鲁木齐不透水层提取及其时空变化分析

利用Landsat TM、OLI多光谱卫星遥感数据,采用VIS（植被－不透水层－土壤）模型和线性光谱混合分析法对丝绸之路经济带核心区乌鲁木齐建城区及其周边进行丰度估算,并针对红色彩钢板屋顶在不透水层丰度图像上低亮度特点,进行改进处理,提高了不透水层丰度估算精度。研究结果表明：1994~2018年的24年间乌鲁木齐市不透水层呈现出显著扩展的特点,其面积从140.41 km²扩大到462.62 km²;扩展速率在1994~2005年间缓慢上升,2005年之后迅速上升;扩展强度先上升,2010~2015年达到最大,之后出现下降;同时,城市不透水层的空间扩展具有明显差异,向西和东北方向扩展最为显著。综合分析指出：乌鲁木齐城市不透水层的空间扩展受到周边山体地形和煤矿开采等因素的限制,而“乌昌一体化”政策是城市扩展的主要助力因素。     

2001~2018年三江源地表水动态变化及驱动力分析

当前很多研究利用遥感影像关注地表水动态变化情况,但不同算法得到的变化情况尚待进一步分析。基于GEE平台,以三江源为例,利用JRC全球地表水产品对三江源2001~2018年的地表水体面积进行动态变化分析,并结合大气再分析产品ERA5和PERSIANN-CDR进行驱动力分析。结果表明：2001~2018年期间,三江源常年性水体面积从6 403.61 km²增加至7 473.09 km²,主要增加部分分布于长江源区;三江源常年性水体面积变化和年降水量有显著正相关关系,常年性水体面积变化和气温没有显著相关关系;卓乃湖自2011年起溃坝,引起自身萎缩,导致其下游的盐湖扩张严重,有溃坝的风险。     

2020年澳大利亚潮间带滩涂空间分布制图

滩涂作为潮间带生态系统的重要组成部分,具有维持海岸线稳定,加速物质交换和促进碳循环等独特的环境调节服务功能和生态效益。对潮间带湿地现状进行准确、及时的评估对实现可持续管理目标至关重要。研究借助Google Earth Engine (GEE)云计算平台,选用2020年Sentinel-2密集时间序列遥感影像,集成最大光谱指数合成算法(Maximum Spectral Index Composite,MSIC)和大津算法(Otsu)构建多层决策树分类模型,实现澳大利亚潮间带滩涂的快速自动化提取。经过矢量化处理得到2020年澳大利亚高分辨率潮间带滩涂空间分布图,提取的滩涂面积为10 708.22 km²,总体精度为95.32%,Kappa系数为0.94。该数据集存储格式为.shp,时间分辨率为年,空间分辨率为10 m,数据量为154 M。该数据能促进并管理沿海生态系统,如红树林造林和控制互花米草等外来物种入侵,同时还可以作为科学研究的基础数据,如生物多样性、碳储量估算和海平面上升造成的海水侵蚀。     

基于并联卷积神经网络的无人机遥感影像建筑区域测量

无人机遥感影像覆盖范围广,难以区分建筑区域与背景区域,导致无人机遥感影像建筑区域测量结果可靠性下降;以解决这一问题作为研究目标,提出了一种基于并联卷积神经网络的无人机遥感影像建筑区域测量方法;获取无人机遥感影像,通过静态输出、图像融合、去雾等环节完成遥感影像预处理;构建并联卷积神经网络,通过网络训练传播提取预处理后无人机遥感影像建筑区域边缘特征,经过特征匹配实现无人机遥感影像中建筑区域识别,结合面积计算结果得到建筑区域的测量结果;经过精度性能测试实验得出结论,在有雾和无雾环境下所提方法与传统区域测量方法相比的建筑区域测量误差分别降低了0.505 km²和0.305 km²,说明该方法的测量结果可靠性更高,可以广泛应用在无人机遥感影像建筑区域测量领域。