地块尺度下基于多源卫星遥感数据的粮食作物识别

开展粮食作物监测对于国家粮食安全具有重要意义。在传统像元尺度下,利用单一遥感数据进行粮食作物监测,识别精度往往较低,提取的作物地块破碎,难以满足应用需求。为此,该研究以山东省青岛市黄岛区为研究区,提出了一套地块尺度下综合多源卫星遥感数据（包括高分辨率数据、多时相数据、高光谱数据）与土地利用调查矢量数据的粮食作物信息识别方法。首先,对高分辨率数据进行分割获取耕地地块矢量数据;其次,基于多源卫星遥感数据提取地块级时空谱特征;再次,利用样本数据计算特征类间可分性,并进行特征优选;最后,构建基于二次多项式支持向量机的主要粮食作物（春玉米）识别方法。结果表明：1）该研究所提的方法可以有效进行粮食作物信息识别,基于地块数统计的识别精度为89.7%;2）利用光谱特征、植被指数、纹理特征组合得到的识别结果精度最优,基于像元数统计的精度为97.1%,与传统方法相比提高了24.2个百分点,且提取的地块信息更完整。该研究成果可支持粮食作物种植用地的调查与监测,也可为耕地非粮化时空演变与分析提供新的思路。     

基于多源遥感数据的河西走廊覆膜农田时空演变分析

农田覆膜在中国西北干旱区广泛应用,具有显著的增温保墒和增产效果。大面积覆膜会影响到区域气候特征,其残膜污染影响生态系统健康。准确识别覆膜农田的时空分布特征,对于农业水资源管理和生态环境保护具有重要意义。为了准确量化河西走廊覆膜农田时空分布,该研究基于多源遥感数据,使用植被指数,提出了一种确定覆膜农田识别时间窗口的方法,在窗口内使用快速覆膜识别算法提取了河西走廊近10年覆膜农田区域,并分析了其时空演变规律。结果显示当地覆膜农田识别最佳时间窗口为4月上半月,其覆膜农田识别总体精度为80%。河西走廊多年平均覆膜农田面积为38.3×10⁴ hm²,其中55.6%位于黑河流域,疏勒河和石羊河流域各占20.9%和23.3%。由于节水灌溉面积增加同时灌溉用水量减少,对覆膜的需求降低,河西走廊覆膜区域近10年减少了32.4%。该研究可为中国西北干旱区农业资源调查提供参考。     

基于累积分布函数匹配的多源遥感土壤水分数据连续融合算法

数据融合是解决不同来源遥感数据无法直接对比分析这一瓶颈的有效方法。实时更新的SMOS土壤水分数据(soil moisture and ocean salinity)可开展实时干旱评价(2010年至今),但由于序列短无法开展频率及演变分析。CCI(climate change initiative)土壤水分数据是联合了多种主被动遥感数据合成的长序列数据产品(1979—2013年)。为提高不同来源遥感数据的融合精度,该研究基于累积分布匹配原理构建了多源遥感土壤水分连续融合算法,将SMOS和CCI融合成长序列、近实时的遥感土壤水分数据。经验证分析,累积概率曲线相关性中表征干旱的低值区纳什效率系数由0.52提高到0.99,且融合后土壤水分数据可以较准确地反映当地的干旱事件。该研究提出的多源遥感土壤水分连续融合算法显著提高了现有融合算法的融合精度。     

基于多源遥感数据的综合干旱监测模型构建

在全球气候变化越来越复杂的大背景下,准确监测华北粮食主产区的旱情对区域农业生产有重要的指导意义。以往的遥感干旱监测方法多侧重于监测土壤或植被等单一干旱响应因子,反映综合信息的能力较差,为此该研究使用中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)、热带降水测量计划(tropical rainfall measuring mission,TRMM)卫星等多源遥感数据,在综合考虑干旱发生发展过程中的土壤水分胁迫、植被生长状态和气象降水盈亏等因素的基础上,利用空间数据挖掘技术,构建综合干旱监测模型,并以山东省为例进行了试验验证。结果表明,模型监测出山东省近年来所经历的重大干旱过程与实际旱情一致,模型输出的旱情指标-综合干旱指数(synthesized drought index,SDI)与小麦的标准化作物单产变量的相关系数均大于0.7(P0.05);在小麦和玉米的生长期,综合干旱指数与作物受灾面积的相关系数在-0.67～-0.85之间,与标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)的相关系数在0.44～0.67之间,且通过了P0.01的极显著检验(3月份除外)。研究结果为综合评估区域干旱提供了一种新的方法。     

基于多源数据的南方丘陵山地土地利用随机森林分类

针对南方丘陵山地因地形破碎和山体阴影而导致的分类精度低问题,该研究以东江源地区为例,通过结合多源数据,以Sentinel-1、Sentinel-2A卫星影像和DEM作为数据源提取27个指标,构建了6种特征变量集,并设计了9种方案,探讨加入红边特征、雷达特征和地形特征对南方丘陵山地土地利用分类信息提取的作用.同时结合随机...     

基于多源遥感数据的纳板河国家级自然保护区人类活动用地监测

人类活动对自然保护区内的珍稀及濒危野生动植物资源产生威胁。以自然保护区土地利用及其变化作为保护区内人类活动的代表。针对在低纬度热带地区多云雾天气对光学遥感成像产生严重干扰的条件下,如何实现基于多源遥感数据构建高时间、高空间分辨率遥感数据,监测复杂地形及气候环境下的热带雨林环境自然保护区土地利用变化监测,进而分析保护区人类活动这一问题展开研究。采用时空数据融合技术实现了2000年、2004年、2010年和2015年纳板河国家级自然保护区内人类活动(主要为人类活动用地:橡胶林、耕地、建筑用地)和自然地表(水体和自然林)分类识别,结果表明:1)时空数据融合技术能够实现复杂地形以及多云多雾天气条件下的高时空分辨率遥感数据,实现基于该时间序列数据的人类活动用地较高精度识别(2000年、2004年、2010年、2015年的总体分类精度分别为88.13%、86.88%、89.38%、90.63%,Kappa系数分别为0.834 0、0.817 6、0.853 3、0.871 1);2)纳板河国家级自然保护区内2000年至2015年期间,自然林的面积持续减少,橡胶林、耕地及建筑的面积持续增加;3)保护区内人类活动随地形的变化特征是:橡胶林及耕地范围在向坡度较大的地区扩张,大部分橡胶林种植在坡度为13?~24?之间,耕地也在向坡度较大的地区逐步扩张。该研究可为自然保护区监管部门及环境保护研究领域提供技术支持。     

基于Sentinel多源数据的农田地表土壤水分反演模型构建与验证

土壤水分是影响水文、生态和气候等环境过程的重要参数,而微波遥感是农田地表土壤水分测量的重要手段之一。针对微波遥感反演农田地表土壤水分受植被覆盖影响较大的问题,该文基于Sentinel-1和Sentinel-2多源遥感数据,利用Oh模型、支持向量回归(support vector regression,SVR)和广义神经网络(generalized regression neural Network,GRNN)模型对土壤水分进行定量反演,以减小植被影响,提高反演精度。结果表明:通过水云模型去除植被影响后的Oh模型反演精度有所提高。加入不同植被指数的SVR和GRNN模型的反演效果总体优于Oh模型,基于SVR模型的多特征参数组合(双极化雷达后向散射系数、海拔高度、局部入射角、修改型土壤调整植被指数)反演效果最优,其测试集相关系数和均方根误差分别达到了0.903和0.015 cm~3/cm~3,为利用多源遥感数据反演农田地表土壤水分提供了参考。     

基于RS和GIS扎龙湿地土地利用景观格局演变的研究

利用1995年、2000年和2004年三期遥感资料,在RS和GIS技术支持下,通过土地利用变化幅度、特定转移过程贡献率、土地利用程度综合指数、景观格局指数等研究土地利用的时空演变,揭示各类土地利用数量变化的幅度、空同格局变化和分布特征,探讨土地利用转移过程中的驱动机制与土地利用动态变化与自然生态过程的关系.研究结果表明:区域内各类土地利用在面积及空间位置都发生了不同程度的变化,总体的格局没有发生变化.呈现未利用地(沼泽地)主体的草地、耕地等相对为主体的交错湿地格局;滥牧、滥垦等不合理的人为活动,造成部分草地利用类型的转变和退化,草地区域生态环境恶化;整体景观多样性、均匀度先小幅度减少而后较大幅度增加,土地利用趋于多样化和均匀化,生态环境状况在逐步改善,但完整性较差;对土地的利用一般应按照一定的规划原则进行,做到土地的合理利用.实现土地资源的永续利用和区域可持续发展.     

基于多源数据和Stacking-SHAP方法的山地丘陵区土地覆被分类

山地丘陵区地形复杂,地表辐射信号畸变严重,地物识别困难。为准确提取山区地物信息,结合多源异构数据,Stacking 集成学习和shapley addictive explanation（SHAP）方法展开土地覆被分类研究。从Sentinel-1/2影像、气候数据、土壤数据和数字高程图中提取遥感、气候、土壤和地形四类特征变量,设计多种变量组合方案,结合Stacking算法,探讨不同类型变量在山区地物识别中的效用,并对比Stacking最佳方案与支持向量机（Support Vector Machine,SVM）、随机森林（Random Forest,RF）和极端梯度回归（eXtreme Gradient Boosting,XGBoost）算法的分类精度,评价Stacking方法在山区地物信息提取中的性能。同时,引入SHAP方法,量化Stacking模型中各特征变量的重要性。结果表明：在仅以遥感变量为基础方案时,山区土地覆被分类精度最低;在分别加入气候、土壤和地形变量后,总体精度、Kappa系数和F1分数均有所提高,其中旱地、水田和园地分类精度的提升幅度较大。基于Stacking算法结合所有类型特征变量的方案达到了最佳的分类精度,其总体精度、Kappa系数和F1分数分别为96.61%、0.96和94.81%,分类精度优于相同特征下的SVM、 RF和XGBoost。SHAP方法可量化Stacking模型中特征变量的全局以及局部重要性,明确各变量对不同地物类型识别的相对贡献,为山区土地覆被分类的变量选择及优化提供有价值的信息。该研究可为机器学习协助复杂景观地区土地覆被制图研究提供技术支持和理论参考。     

基于离散小波分解与重构的多源土壤含水量数据融合方法与评估

为提高土壤含水量格点数据的区域适用性、准确性，该研究提出了基于离散小波多尺度分解与重构的多源土壤含水量数据融合方法，利用2016-2018年6-9月ESA-CCI、SMAP、ERA5-Land数据集以及地面站点观测的土壤含水量数据，在以黄河流域为主体的主要农业气候区开展了融合方法可行性和适用性研究。结果表明，融合方法能有效捕获融合数据源的多尺度特征信息，通过多源多尺度逐层特征信息权重融合与重构，能有效改进单一数据源在不同农业气候区域的适用性、时空结构和波动特征的准确性。融合结果总体评估的均方根误差、偏差(Bias)和相关系数(r)分别为0.053 m³/m³、0.001 m³/m³和0.721，时空分解评估的综合表现均优于单一融合数据源的评估指标，多尺度时空波动频谱结构特征与观测时空序列更吻合，特别在25 d时间尺度以内时空波动吻合度改进最为明显。该研究获得了较理想的区域土壤含水量改进预期，可为区域生态环境监测、农业可持续发展、水土保持、防灾减灾等科学研究和业务应用提供可行有效的方法参考。     

基于遥感图像的城镇用地信息提取方法研究

如何快捷、准确与客观的提取城镇用地信息,以获得城镇用地的分布范围和面积资料,是有关城镇问题研究中的一个基本问题。利用遥感技术可以有效的解决这个问题,从城镇用地的遥感信息机理分析入手,根据各地物不同的光谱信息值,深入研究了基于遥感影像下的城镇用地的信息提取方法,并对提出的提取方法进行了若干讨论。研究结果表明,与传统的计算机分类方法和人工目视解译的屏幕数字化方法相比,本文所探讨的方法是一种行之有效的方法。     

基于遥感图象的土地利用分类方法研究

随着遥感技术和各种地学分析模型的发展和深入,利用遥感技术实现城市用地的快速分类将具有重要的实践意义。从遥感图像的应用出发,深入研究了基于遥感影像下的城镇用地的分类方法,并对提出的分类方法进行了若干讨论。     

晋陕蒙接壤地区土地利用格局动态遥感研究与预测

应用1986年与2000年两期TM遥感影像判图制图,编制两期晋陕蒙接壤地区土地利用现状图。在ARC/INFO的支持下,建立空间信息库,套合叠加,获取该地区土地利用类型动态转移数据矩阵,揭示该地区14年来土地利用与土地覆被的空间分布规律及其变化特征。应用Markov链模型对未来土地利用格局趋势进行预测分析,总的趋势是朝着好的方向发展,但还存在着草地沙化、耕地退化的生态问题,因此加大草地、林地、耕地的保护和改良以及生态环境保护和恢复的力度势在必行。     

高分辨率遥感卫星影像在土地利用分类及其变化监测的应用研究

研究了IKNOS米级高分辨率遥感影像在大比例尺土地利用图件更新中的应用技术,提出采用基于知识的土地利用覆盖分类以及变化监测系统方法,首先利用NDVI植被指数和半方差纹理特征的知识进行影像大类区域分割;其次结合光谱知识对各影像区域进行详细分类,同时利用区域生长技术与地类空间知识进行区域分类;第三步是分类后处理与变化信息提取,利用基础图件提供的知识与各区域分类进行比较以发现变化的区域。北京房山良乡试验区的试验表明,Kappa系数为0.912,总精度为0.938;变化信息错误率为13.69%,基于知识的分类与变化信息自动提取可以为在GIS/RS环境下的目视数字化提供目标,加速土地利用基础图件的更新作业过程     

内蒙古多伦县土地利用动态遥感监测应用研究

在内蒙古多伦县土地利用现状的两轮调查中,利用多时相卫星图象(TM)数据,根据多伦地区各类地物的波谱特征,采用了假彩色合成及比值假彩色合成等遥感图象处理方法,建立了土地利用动态监测解译标志。在地理信息系统技术的支持下,对多伦地区土地利用的空间分布和面积进行了详细解译和测算,制作成动态遥感监测图,为多伦县地方政府提供了真实可靠的各类土地利用现状数据,为土地合理利用及沙化治理提出了相应对策。     

献余热治荒沟重开发奔富路

献余热治荒沟重开发奔富路一走到陕西省三原县西阳镇陈家窑村临青河北岸的沟边，人们都会惊奇地问：这里的荒沟烂滩，是谁在短短的几年间就把它改造成山青、水秀、林茂、果丰、鱼肥的新天地呢？是他，今年７２岁的黄发祥老汉。１９８５年，黄老汉承包治理清河北岸这条荒沟...     

临朐县拍卖荒山使用权的做法与政策

临朐县拍卖荒山使用权的做法与政策张立文，倪伟（山东省临朐县水土保持办公室２６２６００）位于鲁中山区的临朐县，山区面积占全县总面积的８７．３％。水土流失是长期以来困扰全县经济发展的主要因素之一。１９９３年以来，县委县政府为加快荒山开发治理步伐，更好地发...     

拍卖荒山 加快治理

拍卖荒山加快治理王京南（山东省莱芜市农委２７１１００）魏佑福（莱芜市腰关乡政府）腰关乡地处山东省莱芜市北部砂石地区，大汶河上游。由于水土流失严重，仅有一点耕地多为土层薄、质地差，旱涝不保收的低产田。该乡立足人多地少山多的基本乡情，几年来围绕“山”字大...     

专业户荟萃

专业户荟萃龙南县南亨乡夹水村中拖驾驶员张石成，选准治理荒山水土流失，发展果业致富这条路，从１９８３年起，全家苦战４个春秋，按水土保持技术要求，高标准种植柑桔１０００株。１９８７年以来，年平均产桔１．５万公斤，纯收入１万余元。与此同时，张石成积极开展多...     

日照市土地利用变化遥感监测及驱动力分析

以2001年和2013年2期Landsat影像为数据源,采用ENVI的监督分类和分类后处理功能,并结合土地利用动态度分析模型和转移矩阵分析法,对日照市的主要土地利用类型数量变化特征、土地利用动态度和土地利用类型之间的转移特征进行了研究。结果表明,在2001—2013年,日照市的土地利用类型发生了显著变化,主要表现在耕地、林地、建筑用地和未利用地等方面。其中,耕地面积减少446.08km2,年变化率为-2.22%,主要转化为建筑用地和未利用地;林地面积减少192.55km2,年变化率为-2.43%,主要用于建筑用地和耕地,也有部分被转化成未利用地;建筑用地呈现持续增加的态势,2001—2013年,建筑用地面积增加一倍多,年变化率为8.05%,主要来自于未利用地和耕地;未利用地面积减少265.69km2,年变化率为-1.16%,主要被用于建筑用地。最后分析了引起土地利用变化的主要驱动因子,认为主要驱动因子是城市化进程、社会经济的发展、人口增长和人类活动。研究成果可为区域土地持续利用提供决策依据。