基于二维光谱特征空间的土壤线自动提取算法

土壤线是在二维光谱空间中土壤纯像元光谱反射率按照大小排列而成的直线,它综合反映了具有不同水分条件的土壤含水状况,对于了解土壤和植被的理化性质和生态特征有着重要的意义。由于土壤线采用手工描绘效率低,因人而异,致使涉及土壤线的模型在业务化应用和推广中受到限制。为此,提出了一种土壤线自动提取算法,以及算法实现的流程和步骤,利用该算法可以基于遥感影像构建的二维光谱特征空间自动提取土壤线参数。通过时间序列和实际估算2种方法分析了算法的性能,发现在提取土壤线参数上具有较好的稳定性和精度,时间序列内提取土壤线斜率的平均偏差小于0.1,与实际估算的土壤线斜率偏差也很小。该算法已被应用于农田干旱监测模型PDI、MPDI和SPSI的土壤线自动提取运算中。结果表明,在保证模型精度的前提下,自动算法有效地提高了模型运算的效率,对农业干旱模型的业务化推广有实际的应用价值。     

HJ-1卫星延寿期的CCD影像质量评价与可用性分析

HJ-1卫星发射升空投入运行以来,已在灾害与环境的快速监测与预报领域发挥了重要作用。HJ-1卫星目前已经成功运行3a多,属于超期服役状态。为了评价延寿期影像质量,该文从影像的几何校正精度、灰度特征和纹理特征3个方面对延寿期HJ-1A-CCD影像进行分析,并与正常寿命运行期的HJ-1ACCD影像、同时期的Landsat7 ETM+影像进行比较,分析结果表明:延寿期HJ-1A-CCD影像质量虽然有一定程度的下降,但其与正常寿命期影像质量接近,仍能较好地描述丰富的地物类型及地物细节信息,可以像正常寿命期影像一样,有效地用于环境监测、灾害监测、国土资源管理、城市规划、农业应用等方面。     

基于地基激光雷达的叶倾角分布升尺度方法研究

地基激光雷达因其具有穿透力强,能够提取植被冠层三维结构信息的优势,是提取植被叶倾角分布(Leaf angle distribution,LAD)的理想数据源,因此将地基激光雷达数据与遥感影像结合获取大尺度叶倾角分布结果颇具潜力。以河北省保定市北部4个县为研究区,利用10个玉米样地的地基激光雷达数据提取叶倾角分布结果,使用主成分正变换提取玉米实测叶倾角分布数据中信息量最大的前3个主成分,再利用神经网络模型对所提取的主成分与Landsat8反射率数据结合建立关系模型,然后将训练好的模型应用于整个研究区进行升尺度转换,最后通过主成分逆变换,得到升尺度后平均叶倾角(Mean tilt angle,MTA)结果。对升尺度后LAD与实测LAD及升尺度后MTA与实测MTA进行交叉验证,结果表明,升尺度MTA与实测MTA的验证精度(R2)为0.786 2,均方根误差(RMSE)为3.04°。该结果表明,使用提取主成分方法建立光谱数据与叶倾角分布的关系模型从而达到升尺度转换的目的具有可行性,模拟精度较高,且误差较小。     

遥感在农业面源污染中的应用研究

遥感作为农业面源污染的重要研究方法,主要是因为遥感具有尺度大、效率高、可重复性强、经济性好等一系列特有的优点,遥感与传统的研究方法相结合具有实际的应用。介绍了遥感在农业面源污染监测、估算和评价以及预报预测中的研究应用。遥感在农业面源污染监测中的应用主要体现在利用遥感对农业面源污染进行调查、农田水体污染和农田土壤污染进行监测。利用遥感来获取农业面源污染中的水文、土地、地形、气象和农业生产活动5大类重要数据,对水环境进行监测和评价主要是通过水体及其污染物的光谱特性,遥感对农田的地表光谱进行观测,能够了解农田土壤污染的来源、性状和程度。而遥感与模型和GIS结合能够对农业面源污染进行定量估算,也能够对农业面源污染内部的复杂规律进行评价研究,"3S"技术在农业面源污染模型中的集成应用,使得模型和各种管理措施两者能够相结合,用于非点源污染的预测预报,为治理农业面源污染提供了有力的依据。     

基于SEBAL模型的农作物NPP反演

基于能量平衡原理,运用SEBAL陆地能量平衡模型,利用国产HJ-1卫星CCD、IRS影像反演了河北省保定市涿州市和高碑店市的农作物净初级生产力(NPP)。利用HJ-1卫星影像、DEM、气象数据,反演净辐射通量、土壤热通量、感热通量,通过能量平衡计算蒸发比系数,进而计算光能利用率;基于DEM计算太阳总辐射,结合通过HJ-1卫星影像计算的光合有效辐射分量(f PAR)反演被作物吸收的光合有效辐射(APAR);利用反演的农作物APAR和光能利用率2个因子,反演农作物NPP。实验结果表明:研究区日蒸散量范围为4.43~8.18 mm/d,均值为6.28mm/d,与利用气象数据和Penman-Monteith公式计算结果 (7.15 mm/d)大致相等,反演精度较高;研究区农作物NPP均值为31.02 g/(m2·d),最高达到139.29 g/(m2·d),其空间分布特征与地物类型分布特征一致。     

中国农林生物质发电产业发展区域适宜性分析

根据农林生物质发电项目的环境、经济、能源和社会等综合影响,从资源、需求和发展条件3个方面构建了农林生物质发电产业区域适宜性评价指标体系,利用模糊层次分析法对指标进行重要性排序,并对中国除港澳台以外31个省(市、区)发展农林生物质发电的适宜性进行综合指标值计算和空间分布特征评价,然后利用加权聚类分析法对各省区进行分类,结合综合指标值形成了区域适宜性评价结果。结果表明,农林生物质发电产业区域适宜性评价准则层指标重要性排序为资源>发展条件>需求;农林生物发电产业的规划和布局不能只考虑资源条件,要充分考虑需求和发展条件;我国农林生物质发电根据区域适宜性不同可以分为4类,分别为重点发展区,潜在发展区,普通发展区和不适宜发展区。研究结果有助于我国生物质能产业政策的制定和优化产业布局,促进生物质能产业发展。     

闽江赣江上游流域长时间序列NPP变化分析

闽江和赣江上游流域是闽赣水系的主要水源涵养区,其生态环境好坏直接关系到区域水资源可持续利用;而植被净初级生产力(NPP)对生态变化具有重要指示作用,因此有必要分析流域长时间序列NPP变化趋势及原因。通过对闽江和赣江上游流域NPP自1990年以来6期数据的模拟计算,结合DEM和实地考察,发现:(1)两流域NPP总体上都经历了一个快速增长期,且增长最快阶段均为1995—2000年,既得益于当地良好的水热条件,也与政策驱动有关;(2)NPP增长较快地带主要位于对自然破坏相对较少的高海拔山区和欠发达偏远地区;(3)闽江上游流域各期NPP值均高于赣江上游流域,且全流域普遍增长趋势较赣江上游流域明显,得益于其更丰沛的降水和更少的植被破坏;(4)闽江上游流域NPP增长相对持续稳定,赣江上游流域则经历了两次波动,应与城镇化等经济开发有关。     

黄河中游不同流域尺度土壤侵蚀评价

黄河中游是黄河流域土壤侵蚀最严重的区段,基于GIS和RS技术,利用2000—2010年黄河中游土地覆被数据、气象数据和地形数据等,提取了该区2000—2010年植被覆盖度,应用修正的通用土壤流失方程(RUSLE)计算了逐年土壤侵蚀模数,探讨了土壤侵蚀与植被覆盖度间的相关关系,并分析了不同生态系统、不同流域尺度土壤侵蚀时空变化特征。结果表明:(1)黄河中游植被覆盖度在空间上呈西北低东南高的分布特征,在时间上呈波动上升趋势,且植被覆盖度与土壤侵蚀模数之间存在负相关关系;(2)研究区2000—2010年各生态系统的土壤侵蚀强度在减弱,侵蚀状况明显好转;(3)黄河中游二级流域的土壤侵蚀量在2000—2010年间均有不同程度的减少;(4)在整个研究时段内,三级流域中的沣河、伊河及黑河流域的土壤侵蚀量在增加,其他流域的土壤侵蚀在减少。研究结果对黄河中游地区的水土保持措施具有一定的指导意义,同时,多尺度土壤侵蚀评价方法及通过剔除降雨因素实现以植被为主导因子的土壤侵蚀评价方法也可为其他地区的土壤侵蚀评价提供借鉴。     

福建省道路网络对土地利用转换的影响分析

依据2000-2010 年的福建省土地利用变化,利用缓冲区分析识别道路网络的影响范围,在不同尺度下,基于该影响域范围,利用相关分析研究了多尺度下道路网络密度与土地利用变化面积指数之间的相关性,同时分析了土地利用转换的地形特征,得到了路网密度影响土地利用转变的阈值。研究结果表明:道路网络对土地利用的影响范围为1 000 m,并且福建省道路建设是导致林地、灌丛、湿地和农田向建设用地转变的主要因素之一。从多尺度下土地利用发生转变的地形特征来看,林地向建设用地转变的高程主要在230~360 m,灌丛向建设用地转变的高程主要在100~180 m,湿地向建设用地转变的高程主要在60~100 m,农田向建设用地转变的高程主要在110~200 m;土地利用转变均发生在坡度7°以下;土地利用转变均发生在南坡。从多尺度下导致土地利用发生转变的路网密度阈值来看,林地转变为建设用地时的路网密度阈值为1.98~2.27 km·km^-2;灌丛转变为建设用地时的路网密度阈值为2.29~2.92 km·km^-2;湿地转变为建设用地时的路网密度阈值为2.61~3.01 km·km^-2;农田转变为建设用地时的路网密度阈值为2.23~2.98 km·km^-2。     

基于MODIS NDVI数据的复种指数监测--以环渤海地区为例

复种指数反映了耕地的实际利用强度,提高农田复种指数是区域粮食增产的重要途径之一,因此,监测和分析复种指数在时间和空间上的变化对粮食安全评估、农业发展规划科学决策有重要意义。NDVI的时间序列蕴涵着植被生长的年循环节律,耕地NDVI时间序列曲线的峰值个数和耕地的种植收割次数相对应,因此耕地的复种指数可通过分析NDVI时间序列曲线来获取。本研究以环渤海地区2000—2009年MODISNDVI时间序列数据为数据源,采用邻域比较法提取耕地NDVI年时间序列曲线的峰值频数,进而计算环渤海地区2000—2009年的复种指数,并对复种指数的时空变化及变化原因进行初步分析。结果显示,在环渤海地区,一年两熟的耕种模式主要分布在长城以南,长城以北基本上为一年1熟;环渤海地区各省份中,山东省具有最高的复种指数,辽宁省的复种指数最低;平原地区的复种指数远高于其他地形条件下的复种指数;区域复种指数存在明显的年际变化,主要是受耕地收益和农作物轮作的影响;混合像元的存在会影响复种指数提取结果。