多光谱蚀变遥感异常提取方法研究

围岩蚀变是热液成矿作用发生过程的一个重要标志。国内外学者为了利用遥感技术提取围岩蚀变信息,开展了多种图像处理方法研究,如主分量阀值分析法、光谱角法、混合像元分解法、高植被覆盖区岩石矿化蚀变信息提取等。本文综述了在地表覆盖类型不同、地表覆盖程度不同的背景下,特别是植被覆盖严重地区的蚀变遥感异常提取的理论依据及异常提取方法研究现状,并对多光谱蚀变遥感异常提取的发展前景提出一些设想。     

多光谱蚀变遥感异常提取方法研究

围岩蚀变是热液成矿作用发生过程的一个重要标志.国内外学者为了利用遥感技术提取围岩蚀变信息,开展了多种图像处理方法研究,如主分量阀值分析法、光谱角法、混合像元分解法、高植被覆盖区矿化蚀变信息提取等.本文综述了在地表覆盖类型不同、地表覆盖程度不同的背景下,特别是植被覆盖严重地区的蚀变遥感异常提取的理论依据及异常提取方法的研究现状,并对多光谱蚀变遥感异常提取的发展前景提出一些设想.     

基于样本迁移的干旱区地表覆盖快速更新

阿姆河三角洲作为典型干旱区,干旱胁迫和次生的盐胁迫决定了本地区生态环境的复杂性和独特性,给遥感地表覆盖制图带来一定的困难。在土地利用/覆盖（LULC）遥感图像分类任务中,数量大、质量高、成本低的样本和速度快、性能稳定的分类器是高效实现高精度分类的关键。在一些偏远地区开展土地利用/地表覆盖遥感图像分类依然面临着标记样本空间上稀疏、时间上不连续甚至是缺失,人工收集成本高等问题。为此,结合最优树集成和样本迁移的思想,构建了一种高效的地表覆盖自动更新的新方法。该方法通过变化检测在历史产品上的同期影像上进行样本标签的标记,并将过去的地表覆盖类型标签转移到同源目标影像上,使用最优树集成（Ensemble of optimum trees,OTE）完成地表覆盖自动分类。根据阿姆河三角洲地区地表覆盖分类试验结果,表明该方法可以提取有效的地表覆盖标签,并能较高精度发实现土地利用/地表覆盖的自动分类更新。     

基于时序Landsat数据的三江平原植被地表类型变化遥感探测研究

Landsat 卫星遥感数据具有分辨率较高,数据积累时间长的特点,在探测地表覆盖变化和地物分类中得到广泛应用。首先,对获取的Landsat TM/ETM+时间序列数据进行了定量化处理,获取了三江平原七台河市1989~2012年时间序列Landsat地表反射率图像。其次,设计了林地指数和湿地指数,提取了三江平原七台河区域地物光谱和时序特征,同时设计构建了地表覆盖分类和植被地表类型变化探测的决策树算法,实现了1989~2012年七台河区域的植被地表覆盖变化的动态监测,提取了森林覆盖变化的空间分布与变化时间。最后,对七台河区域地表覆盖与植被地表类型变化进行了精度检验,分类总体精度达到90.04%,Kappa系数达0.88。研究结果表明:基于定量化的Landsat时间序列数据的分类算法能克服单时相影像分类的缺陷,实现区域地物自动分类和地表覆盖变化的动态监测。
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深度卷积神经网络特征提取用于地表覆盖分类初探

目的 地表覆盖监测是生态环境变化研究、土地资源管理和可持续发展的重要基础,在全球资源监测、全球变化检测中发挥着重要作用。提高中等分辨率遥感影像地表覆盖分类的精度具有非常重要的意义。方法 近年来,深度卷积神经网络在图像分类、目标检测和图像语义分割等领域取得了一系列突破性的进展,相比于传统的机器学习方法具有更强的特征学习和特征表达能力。基于其优越的特性,本文进行了深度卷积神经网络对中分辨率遥感影像进行特征提取和分类的探索性研究。以GF-1的16 m空间分辨率多光谱影像为实验数据,利用预训练好的AlexNet深度卷积神经网络模型进行特征提取,以SVM为分类器进行分类。分析了AlexNet不同层的特征以及用于提取特征的邻域窗口尺寸对分类结果的影响,并与传统的单纯基于光谱特征和基于光谱+纹理特征的分类结果进行对比分析。结果 结果表明在用AlexNet模型提取特征进行地表覆盖分类时,Fc6全连接层是最有效的特征提取层,最佳的特征提取窗口尺寸为9×9像素,同时利用深度特征得到的总体分类精度要高于其他两种方法。结论 深度卷积神经网络可以提取更精细更准确的地表覆盖特征,得到更高的地表覆盖分类精度,为地表覆盖分类提供了参考价值。     

基于Hyperion数据的铜矿信息直接和间接提取方法研究

针对不同的地表覆盖条件,研究基于Hyperion星载高光谱数据的砂页岩型铜矿信息提取方法。首先对Hyperion L1级数据进行波段筛选、坏线修复、大气纠正和几何纠正等预处理,然后分别针对不同的植被覆盖情况使用不同的信息提取方法。在岩石裸露区,直接使用光谱角制图法;在植被覆盖区,使用铜金属离子的积累导致的植被生理异常作为间接标志来识别铜矿信息,生理异常使用高光谱植被指数来计算。结果表明,综合使用这两种方法的互补信息能够便于提取复杂地表覆盖情况下的铜矿信息。     

改进Deeplab网络的遥感影像海岛岸线分割

目的 海岛作为一项特殊资源,在海洋开发和利用方面发挥着重要的作用;遥感作为一种非接触式远距离探测手段,为海岛研究提供了重要的数据来源;而深度学习因其对图像特征的提取能力和对复杂问题的拟合能力广泛应用于各个领域。本文结合深度学习的计算优势,兼顾遥感影像的波段数量多和覆盖范围大的特征,以海岛岸线的快速分割为目的,提出了一种改进的海岛岸线遥感影像分割模型。方法 该分割模型包括3方面：1）针对遥感影像的多波段特征,提出基于最佳指数的遥感影像波段组合选择,将选择后的波段组合作为海岛岸线分割模型的输入数据;2）针对遥感影像大范围覆盖的特征,提出基于Deeplab神经网络结构的海岛岸线粗分割,将粗分割结果作为海岛岸线优化的初始边界;3）利用全连接条件随机场优化海岛岸线,实现海岛岸线的细分割提取。结果 以大小不等的4个海岛的岸线提取为例,分别采用改进的海岛岸线分割模型、全卷积神经网络模型（fully convolutional networks,FCN）、Deeplab模型和目视解译法从遥感影像数据中分割海岛岸线。同时,引入平均交并比（mean intersection over union,MIoU）和相对误差,对各模型分割的海岛岸线结果进行精度比较。结果表明,本文改进的海岛岸线分割模型克服了FCN模型海岛岸线的不连续性问题,降低了海岛岸线的误分割现象;从MIoU值的比较可以看出,本文改进模型与目视解译的海岛岸线结果具有更高的吻合度,较FCN模型提高了17.7%,较Deeplab模型提高了5.2%;从海岸岸线的周长和面积的相对误差可以看出,本文改进模型的相对误差均低于FCN模型和Deeplab模型。结论 本文改进模型包含了面向遥感影像的波段选择、利用神经网络训练的海岛岸线粗分割和基于全连接条件随机场的海岛岸线优化,在保证岸线连续性的前提下,提高了海岛岸线的分割精度。     

面向对象的黑河下游河岸林植被覆盖信息分类!

地表植被覆盖是描述区域生态系统的基础数据,也是全球及区域陆面过程、生态与水文众多模型中所需的重要地表参数。对于黑河下游额济纳绿洲,以Landsat 30m分辨率为主的遥感影像难以真实提取下游绿洲河岸林植被覆盖信息,而高分辨率影像目标地物轮廓清晰、空间细节信息丰富,有利于干旱背景下景观破碎、异质性强的植被覆盖信息分类。基于黑河下游额济纳绿洲QuickBird影像,通过面向对象的分类方法提取耕地、胡杨、柽柳、草地和裸地等主要植被覆盖类型,分类总体精度和Kappa系数分别为84.71%和0.7986。结果表明:利用面向对象分类方法对高分辨率影像进行植被覆盖信息分类,分类结果较好,能够满足精度要求。     

一种快速遥感影像海岛自动提取方法

为有效提高基于遥感技术的海岛调查中海岛提取的效率,该文提出了基于多窄带模型（Multi Narrow Band Model,MNBN）初始化的Grab Cut分割算法对高分辨率遥感图像中的海岛进行提取。首先基于海面与陆地提取进行海岛初提取,再利用初提取结果建立多窄带模型对Grab Cut进行初始化来提高分割算法的速度。分析表明,该算法可有效完成海岛提取,与其他自动海岛提取算法相比具有速度快、鲁棒性高等优点。     

一种快速遥感影像海岛自动提取方法

为有效提高基于遥感技术的海岛调查中海岛提取的效率,该文提出了基于多窄带模型(Multi Narrow Band Model,MNBN)初始化的Grab Cut分割算法对高分辨率遥感图像中的海岛进行提取。首先基于海面与陆地提取进行海岛初提取,再利用初提取结果建立多窄带模型对Grab Cut进行初始化来提高分割算法的速度。分析表明,该算法可有效完成海岛提取,与其他自动海岛提取算法相比具有速度快、鲁棒性高等优点。     

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     

21世纪以来西安城乡梯度土地覆盖变化及对城市热岛影响时空特征

城市快速扩张导致城乡梯度土地覆盖发生显著的变化,引发不透水地表的增加,植被覆盖的减少,从而加剧了城市热岛强度。研究城乡梯度土地覆盖变化引起的城市热岛效应,并揭示城市热岛的时空特征及强度的变化,对城市规划建设、人居环境改善及提升城市生态系统服务功能具有重要的意义。基于Landsat系列4期影像,利用单窗算法反演西安市地表温度,计算热场变异指数得到热力场强度图并对其进行等级划分,结合土地利用/覆盖类型数据分析城乡梯度土地覆盖变化对城市热岛强度的影响。结果表明：①2000年西安市极强热岛效应区占研究区面积的10.58%,逐渐增加到2011年极强热岛效应区域的面积占比达到16.14%,而后到2015年降低为9.00%,整体上西安市城市热岛效应呈现出了先增长后降低的趋势;②2000年到2015年城乡建设用地面积增加了412.76 km2,极强热岛强度的范围随城市建成区的扩张逐年向外扩展;③无热岛效应区约70%位于耕地和林地,水域在无热岛效应中的占比也在逐年增多,从31%增加到了47%。不透水地表面积占比与地表温度有显著相关性,城乡梯度植被和水体面积的增加可以有效地缓解城市热岛强度。     

Spatiotemporal Pattern of Urban-rural Aradient Land Cover Changes and Their Impact on Urban Heat Island in Xi′an City Since the 21st Century

Rapid urban expansion had a significant impact in land use/cover change along urban-rural gradient, and the increase of impervious construction land and the reduction of vegetation cover had induced and aggravated the urban heat island effect. Studying the impact of urban-rural gradient land cover change on urban heat island effect was significant for urban planning and construction, improving the comfort of human settlements and enhancing the function of urban ecological services. The surface temperature of Xi'an city was retrieved by mono-window algorithm based on Landsat images, and the thermal field intensity map was obtained by calculating the thermal field variation index, and the gradient land cover changes in urban and rural areas were analyzed with land use data. The results showed that: ①The urban heat island effect in Xi'an showed a trend of first increasing and then decreasing from 2000 to 2015. In 2000, the extremely strong heat island effect area accounted for 10.58% of the research area, and gradually increased to 16.14% in 2011, and then decreased to 9.00% in 2015. ②From 2000 to 2015, the area of construction land increased 412.76 km² and the intensity of extremely strong heat island expanded year by year with the expansion of urban built-up areas. ③About 70% of the non-heat island effect areas were located on farmland and forest land, and the proportion of water area in the non-heat island effect was increasing year by year from 31% to 47%, which showed that the increase of vegetation and water area could effectively alleviate the urban heat island effect.     

Land Change Patterns and Driving Mechanism in Beijing since 1990 based on GEE Platform

Land-cover and land-use dynamics is a key component for global change,and it is a significant form of the impact of human activities on physical environment.Basing Google Earth Engine platform and Classification And Regression Tree method,selected seven types of cultivated land,forest,grassland,wetland,water body,artificial surface and bare land as classification system,the paper used Landsat 5 TM and Landsat 8 OLI images to interpret the land\|cover and land\|use since 1990 of Beijing.Simultaneously,the paper analyzed and summarized the character of land\|use changing and driving force.The results show that：(1) GEE has outstanding advantages in remote sensing data analysis and processing at regional scales.(2) The CART method has high accuracy of remote sensing classification,and the overall accuracy of validation of 6 land cover products is above 93%.The spatial consistency of 2010 products and GlobeLand30\|2010 data showed that the spatial consistency ratios of woodland,water body and cultivated land were 84.28%,74.75%and 73.56% respectively.The spatial consistency of the distribution is 74.0%.(3) The main land types in Beijing were cultivated land,woodland and artificial surface,and the area accounted for about 90%.During the period from 1990 to 2016,the artificial surface and woodland area increased,and the cultivated land and water were shrinking.The artificial surface area increase of 1 371 km²,and cultivated land shrinkage 40%;On Beijing plain area,artificial surface by the circle of “spread pie” expansion trend to “blossom everywhere” expansion trend;The expansion of the artificial surface is mainly achieved through the encroachment of cultivated land.We constructed a multidimensional stepwise linear equation model to analyze the driving force of land type change,indicated that rapid population growth,rapid economic development,government\|related policies and other socio\|economic development factors jointly drive the Beijing land-cover/land-use evolution process.     

土地利用变化下北京市热通量的时空演变

探究土地利用变化对城市热通量的影响,对城市用地规划和城市热岛缓解具有重要指导意义。利用混合像元组分排序对比和分层能量切割方法,通过Landsat系列数据反演的地表参数,结合气象再分析资料,估算了2004、2009、2014和2017年4期9月份的北京市地表瞬时热通量,依据同期的北京市土地利用图,分析了北京市热通量随土地利用变化的时空演变。结果表明：①北京市地表温度和热通量分布具有明显的空间异质性,山区和平原、平原不同土地利用类型之间差异明显;②在不同时期,土地利用类型间的地表温度和热通量的高低次序具有一致性,瞬时潜热通量,林地最高,为347.85~546.95 W/m²,其次为耕地、草地,建设用地最小,为225.23~349.03 W/m²,感热通量和地表温度则相反,建筑用地最高,分别为94.06~189.28 W/m²和25.18~32.25 ℃,耕地和草地次之,水体的最低,分别为28.15~102.55 W/m²和19.25~28.38 ℃;③土地利用类型转变引起的城市热通量变化方面,自然表面转为建设用地时,潜热通量急剧减少,感热通量增加,城区周边耕地的潜热通量受城市热辐射影响而增加,城市绿地能有效缓解城市热岛效应。     

基于DEM的秦岭陕西段地表面积与垂直投影面积差异性分析

基于DEM数据,利用中心像元与相邻8个像元模型计算了位于陕西境内的秦岭腹地地表面积,结果表明:①秦岭陕西段地表面积为75224.67 km^2,与垂直投影面积61641.27 km^2相比增加了22.04%;②秦岭陕西段地表面积与垂直投影差异与海拔的关系呈类抛物线趋势,海拔高度为2000 m时二者的差异达最大;③与垂直投影面积相比,秦岭陕西段低山、中高山以及亚高山面积分别由19258.34 km^2、33654.18 km^2、3789.32 km^2增加到21559.88 km^2、39836.85 km^2、4480.92 km^2,增长比例分别为11.9%、18.4%与18.3%;④秦岭陕西段不同土地利用类型的地表面积与投影面积均存在差异,未利用地地表面积与垂直投影面积的差异最大,达34.4%,林地次之,差异为27.7%,再次是草地,差异为22.4%左右,农田、其他林地、水域、居民地与工矿用地的地表面积与投影面积的差异较小,依次为12.5%、8.5%、5.4%和2.5%。     

Analysis of the Difference between Surface Area and Vertical Projection Area on Shaanxi Qinling Mountains based on DEM

Based on DEM of Qinling Mountains, used the model of the center cell and the adjacent eight cells, we calculated the surface area of Shaanxi section Qinling Mountains. The results shows that: (1) The surface area of Shaanxi section Qinling Mountains is 75 224.67 km², which is an increase of 22.04% from the vertical projection area；（2）The relation between the difference of surface area and vertical projection area and elevation is parabolic. The altitude of 2 000 meters is the area with the largest difference between the surface area and the vertical projection area in Shaanxi section Qinling mountains；（3）Compared with the vertical projection area, the area of low mountains, medium mountains and submountains in Shaanxi section of the Qinling mountains increased by 2 301.54 km², 6 181.67 km² and 691.60 km² respectively, with the growth rate of 10.68%, 18.37% and 18.25% respectively.（4）The difference between the surface area and the vertical projection area is various in different land use types. Not using land is the largest, the difference is 34%. The second is forest land which the difference is 28%, and the lawn is approximately 20%. Difference is small in farmland, other forest land, water and residents and industrial land, which is 12%, 8%, 5% and 8% in turn.     

Study on Dynamic Remote Sensing Monitoring of LUCC and Soilwind Erosion Intensity in the Beijing-Tianjin Sandstorm Source Control Project Region

The Land Use/Cover Change(LUCC) and soil wind erosion intensity of the Beijing\|Tianjin sandstorm source control project region were monitored by remote sensing.The spatial and temporal patterns of LUCC and soil wind erosion in the project region were analyzed.The results showed that there was significant difference in LUCC and soil erosion intensity before and after the project was implemented.In the recent 30 years,the LUCC process mainly manifested the change from cultivated land reclamation to ecological conversion of farmland to forest and grass,with the ecological restoration and desertification effectively inhibited.The overall arable land showed an increase and then decreased.The area of arable land increased from 2000 to 2015,the area of cultivated land converted to forest and grassland was 446.10 km² and 1 129.32 km²,with the most obvious in the west;the area of land for construction expanded obviously;the trend of unutilized land decreased significantly The type of conversion is dominated by grassland conversion to grassland with an area of 493.12 km².The erosion-mitigating modulus of soil erosion in the project region with wind-blown sand control decreased overall,especially after the implementation of ecological engineering (p<0.001).The eastern and southern areas are covered with high-coverage grassland and soil wind erosion in the area with the main type is small;Soil wind erosion in the Hunshandake sandy land is larger,but the overall trend is decreasing.Different land use/cover types have a greater impact on soil wind erosion intensity.The order of soil wind erosion modulus is Sandy land> Sparse grass> Moderate grass>dryland> Shrub>Paddy>Dense grass> Other woods> Sparse woods> Forest;The conversion of low coverage to high coverage grassland types effectively inhibited soil erosion (-66.12%),and the increase of vegetation coverage effectively reduced soil erosion.The soil wind erosion increased (58.26%) in the surrounding area of sandy area,the soil wind erosion increasedduring the conversion process of low coverage grassland type,and the grassland was converted into sand,and the wind erosion in the dry land increased.     

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。     

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。