基于HJ-CCD数据和决策树法的干旱半干旱灌区土地利用分类

为了实现干旱半干旱灌区地表信息低成本、高效率的动态监测,利用HJ-CCD数据的多时相和多光谱信息,探讨了平罗县土地利用遥感分类方法。首先建立研究区内典型地物的NDVI时间序列曲线,提取反映该区物候模式的时序特征参数;然后对土壤信息丰富的3月份多光谱影像进行主成分变换,选取第1主成分(PC1)作为光谱特征参数,最后基于分类回归树(classification and regression tree,CART)算法进行决策树监督分类。总体分类精度达到92.26%,Kappa系数为0.91,比最大似然法分类结果精度提高了2.58%。研究表明:构建的NDVI时间序列曲线对研究区内的地类具有较强的代表性,提取的时间维和光谱维的分类参数对各地类均有很好地区分性,CART决策树算法分类结果清晰准确且精度较高。该方法为HJ小卫星在干旱半干旱区等区域的深入应用提供科学依据和实证基础。     

干旱半干旱地区植被生态用水计算

干旱半干旱地区是生态环境比较脆弱的地区 ,特别是人类不合理开发 ,使生态环境受到严重威胁。为了挽救中国西部干旱半干旱地区已遭破坏的生态环境 ,我国政府提出了“退耕还林”的号召。针对干旱半干旱地区 ,植被生态系统实际用水量以及达到某一目标要求的生态用水量如何计算或合理确定 ,对流域规划、生态建设以及水资源合理配置都有重要意义。先从生态系统的一般意义上来介绍生态用水的概念 ,进而介绍植被生态用水的计算方法 ,并针对“退耕还林”和“植被生态改善与恢复”情况下的生态用水计算问题进行专门介绍。     

我国干旱半干旱地区农业持续发展战略探讨

水资源短缺将是制约我国特别是我国干旱半干旱地区农业持续发展的因素。就土地资源而言,幅员广大的干旱半干旱地区将势必成为我国农业２１世纪发展的重要战略基地之一。该文叙述了我国干旱半干旱地区农业持续发展的有利条件、不利因素。简要介绍了国内外干旱半干旱地区农业发展的成功经验。提出了关于我国干旱半干旱地区农业持续发展的战略的建议。     

西部干旱半干旱地区水资源合理利用问题探讨

中国西部干旱半干旱地区约占全国土地面积的37.1％,降水稀少,蒸发量大,具有独特的水资源特征。该区域水资源的开发利用面临水资源短缺、地下水超采、地下水位下降、荒漠化加剧、水资源污染严重等问题。要合理开发利用该区域水资源,可考虑实施水资源管理战略,提高公众环境意识,并综合运用行政、经济、法津等手段,确保水资源的可持续利用。     

中国干旱半干旱地区风蚀气候侵蚀力的计算与分析

该文通过比较选择了联合国粮农组织所提出的风蚀气候因子指数计算公式，利用２３３个台（站）的气候资料，首次计算了我国干旱半干旱地区的风蚀气候因子指数值，以此阐述了我国干旱半干旱地区风蚀气候侵蚀力的基本特征，并就与风蚀气候因子有关的若干分析和探讨。     

干旱、半干旱地区土壤水分研究进展

土壤水分在干旱、半干旱地区生态系统中起着重要的作用。在简要总结土壤水分与植物关系、土壤水分与土壤呼吸关系、生物土壤结皮对降水再分配过程的影响、土壤水分时空动态、土壤水分监测技术五个方面研究进展的基础上,认为未来干旱、半干旱地区土壤水分研究在土壤水分平衡、土壤水分与土壤呼吸作用、土壤水分监测技术的改进等几个领域还有待于深入。     

干旱半干旱地区公路雨水集蓄利用

在我国的干旱半干旱地区,水资源缺乏和公路水毁的问题同时存在。为防止公路水毁,在设计公路时要配套有完善的路基路面排水系统。通过公路工程的排水设施,汇集公路路面和边坡产生的雨水径流,缓解暴雨对路基、路面的危害。集蓄的雨水用来解决群众生活和农业生产用水,提高抗旱能力。公路排水与集水技术的有机结合是实现公路建设和水资源可持续利用的有效途径。     

我国北方干旱半干旱地区水资源演变规律及其供需状况评价

利用 1 994～ 2 0 0 0年的水文资料和第一次全国水资源评价成果 ,运用统计学方法 ,分析了我国北方干旱半干旱地区水资源分布情况及其近 5 0年来的演变规律 ,定量说明了干旱半干旱地区大气降水与水资源分布的一致性关系。评价了干旱半干旱地区水资源开发利用现状和供需平衡状况 ,为该地区优化配置水资源、调整和优化农业结构以及合理开采利用地下水资源提供参考依据     

基于多分辨率遥感数据与随机森林算法的土壤有机质预测研究

遥感数据已经在数字土壤制图中得到广泛应用,并且可以一定程度上提高土壤属性预测的精度。本文以榆阳区的黄土丘陵和风沙滩地两种地貌区为例,利用不同分辨率的专题制图仪(thematic mapper,TM)、先进宽视场传感器(advanced wide field sensor,AWIFS)和中等分辨率成像仪(Moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)的遥感影像数据(分辨率分别为30 m、56 m和250 m)和基于高级热量散射和反射辐射仪全球数字高程模型(advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer global digital elevation model,ASTER GDEM)的地形衍生数据,结合其他影响土壤有机质分布的辅助因子,用随机森林算法(random forest,RF)对表层土壤有机质进行模拟预测,并通过实测数据的百分比抽样对预测结果进行了验证。结果表明,在榆阳区的黄土丘陵区,基于TM数据的土壤有机质预测结果较好;在风沙滩地区,基于AWIFS数据的土壤有机质预测结果较好。基于RF的土壤有机质预测在榆阳区的黄土丘陵区结果较好,三个分辨率下的平均绝对误差在1.27~1.57 g kg-1之间,在风沙滩地区预测精度较低,平均绝对误差在1.46~2.08 g kg-1之间。高程、地理位置和植被是影响黄土丘陵区土壤有机质预测的主要因素,在风沙滩地区,植被、高程和离水源地的距离是影响有机质预测的主要因素。可见,在地貌相对简单的地区进行土壤有机质含量的预测时可以使用较低分辨率的数据代替较高分辨率的数据,同时,RF算法在复杂地貌区的土壤有机质预测更有效。     

干旱半干旱地区先进造林技术与效益分析

黄土高原干旱半干旱地区土壤肥力低 ,水土流失严重 ,严重制约了生态环境的建设 ,长期以来造林成活率低、保存率不高 ,并且林木生长缓慢。在该地区采用ABT生根粉蘸根、吸水剂浸根、根宝泡根或喷树干等措施进行造林试验示范 ,结果表明 ,几种新技术造林比对照提高成活率 14 7%～ 33 5 % ,保存率稳定在 95 %以上 ,幼林生长量 (树高 )增加13 %～ 136 4% ,节约造林经费 12 9～ 36 9元 /hm2 ,效果显著。该项造林技术应在黄土高原地区水土保持生态环境建设中广泛应用和推广     

新疆干旱区湿地景观格局遥感动态监测与时空变异

为了解和掌握全球变化环境下中国干旱区湿地的分布现状、变化过程和时空格局特征,该文通过多源遥感技术手段,采用面向对象分类方法和目视解译相结合,完成了干旱区湿地信息的多期监测,实现了新疆地区2000、2005和2010年的湿地分布制图,并利用动态度模型和地统计方法计算了近10 a时空变化情况,分析了湿地变化的时空特征。研究结果表明:1)近10 a来全疆干旱区湿地约增加了10.1%,2010年新疆湿地总面积达到22 438 km2,较2000年约增加了2 065 km2;2)在类型构成上,2010年河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地和人工湿地所占比例分别为42.73%、29.43%、17.98%、8.92%和0.94%;3)在空间分布上,南北疆呈现不均衡,南疆湿地约占总体的76%,北疆湿地仅占24%;主要分布在塔里木流域,以河流湿地为主,空间分布差异显著;4)新疆湿地面积总体上呈增多的趋势,不同类型的湿地面积变化幅度差异较大。沼泽湿地和人工湿地的动态度分别为:2.58%、2.43%,河流湿地与湖泊湿地的动态度为:0.59%、0.43%;净增量最大的是沼泽湿地和河流湿地,分别增加了827.92和531.86 km2,占湿地净增量的65.85%。在变化原因上,全球变暖、新疆区域气温升高和降水增多是湿地近年来增加的主要原因;人类活动的干扰,加剧了湿地变化的复杂性和空间差异性。研究结果可为区域生态环境变化研究以及湿地资源的保护规划提供数据支持和结论参考。     

基于多季相光谱混合分解和决策树的干旱区土地利用分类

该文利用2015年Landsat 8多季相数据,以民勤县为例探讨了干旱区土地覆被/利用分类方法。首先进行了研究区多季相遥感数据的主成分变换,确定了Landsat OLI光谱空间的内在维数。其次通过对各季相主成分空间的分析,确定了光谱混合分解的端元类型及各自的代表性季相。获取端元光谱之后,采用全约束线性光谱混合模型分解各个季相的遥感影像,估计各端元组分占像元的面积百分比（端元丰度值）。最后利用端元丰度值的多季相估计结果,依据先验知识和训练样本建立决策树分类规则进行土地覆被/利用分类。分类方法的总体精度达到90.94%,Kappa系数为0.90。研究表明：将物理意义明确的端元丰度值作为分类变量,能够快速、有效地获取分类规则,生成树的结构简单、合理、清晰,对训练数据的依赖性较低,因此具有应用于整个旱地系统土地覆被/利用分类的潜力。     

基于组合核非线性退化模型的遥感图像复合分类

遥感数据的多空间分辨率复合分析是遥感处理技术的重要发展方向。为了解决低分辨率图像混合像元分类精度低、高分辨率数据分类处理时间长以及大区域高分辨率数据获取困难等实际应用问题,该文改进了传统基于线性退化函数模型的复合分类模型,提出了基于组合核函数的非线性退化模型复合分类算法,分析了纹理信息对于提高复合分类精度的作用,并通过实际遥感数据试验分析比较了两种模型的分类精度。试验结果表明新方法可较大程度地提高总体分类精度,在分类过程中引入纹理信息有助于进一步改善分类精度。     

半干旱沙区土类/亚类的遥感调查制图方法

传统土壤调查制图存在低时效性、低精度等问题。为了解决半干旱沙区土壤遥感调查制图问题,该文以科尔沁左翼后旗为例,基于野外实地调查和专家知识分析了半干旱沙区土壤类型分布特征与环境因素之间的关系,并探讨了基于多时相Landsat8 OLI影像数据的半干旱沙区土类/亚类遥感调查制图方法。结果表明:利用多时相Landsat8 OLI影像数据提取的归一化差异水体指数(modified normalized difference water index,MNDWI)、盐分指数(salt index,SI)、归一化差异湿度指数(normalized difference moisture index,NDMI)、归一化差异植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)等环境信息,可实现对沼泽土、盐碱土、草甸土、风沙土及其亚类等半干旱沙区主要土壤类型的遥感调查制图。应用本文提出的半干旱区土类/亚类遥感调查制图方法对科左后旗进行土壤遥感调查制图和精度验证,总体精度约为72.84%,Kappa系数为0.667 8。该方法可为半干旱沙区数字土壤调查制图提供思路和参考。     

基于证据理论的多源遥感产品土地覆被分类精度优化

针对现有土地覆被遥感产品及融合方法存在的不足,该文提出了一种新的分类体系转换方法,实现了证据理论(Dempster-Shafer)框架下多源产品的集成,并以GEOWIKI、林业调查数据为参考,通过绝对及交叉验证方法对融合结果精度进行了评价。研究结果表明:无论总体精度还是类别精度,融合结果与原始数据相比均有一定提高,说明在融合过程中,吸收了多源数据的类别分布特征,做到了多源数据间的互补。通过融合结果的不确定性分析,总体上融合结果的不确定性较小,但在景观异质性较强区域,融合结果的不确定性显著,不确定性值集中于0.4~0.7之间,这说明如何提高景观异质性区域的土地覆被类别精度,实现该区域数据重构是未来亟需解决的问题。该文所得成果为未来全球或区域尺度土地覆被遥感产品的研制及产品精度验证提供了参考。     

基于GF-2数据结合多纹理特征的塑料大棚识别

塑料大棚在全球范围的大量使用带来经济效益,同时也引发了很多环境问题,及时准确的塑料大棚空间分布信息是农业生产和土壤治理决策的重要依据。塑料大棚的使用改变了土壤表面的光谱特性和空间结构,塑料薄膜材质的特殊性,使其反射光谱具有强烈的方向性和不确定性,因而仅依靠地物反射光谱特征难以准确识别塑料大棚。本文以GF-2影像作为单一数据源,针对塑料大棚特有的空间分布细节信息,分析不同纹理提取算法对塑料大棚识别的适用性。结果表明:1)纹理能有效提高基于遥感影像的塑料大棚识别精度;2)使用单一纹理算法识别不同空间分布结构塑料大棚的分类方案中,采用LBP (local binary pattern)纹理算法的塑料大棚识别精度均优于GLCM (gray-level co-occurrence matrix)、PSI (pixel shape index)纹理算法,其中研究区A基于LBP纹理特征的塑料大棚识别总体精度为96.85%,Kappa系数为0.95,研究区B的总体识别精度为95.58%,Kappa系数为0.94;3)本文使用3种不同的纹理特征组合分类方案,均能提高塑料大棚的识别精度,但不同纹理特征组合算法运用到空间结构差异较大的2个区域时表现不同。加入GLCM的纹理特征组合能提高分布范围较大且聚集度高的塑料大棚识别精度(研究区A塑料大棚斑块平均面积为3.39 hm2,聚集度指数为80.64),对于塑料大棚使用面积小且分布破碎的区域识别精度提升效果不明显(研究区B塑料大棚斑块平均面积为1.37hm2,聚集度指数为72.98)。本试验结果中研究区A的地物光谱特征、NDVI和3种纹理特征组合的大棚识别精度最高,总体识别精度和Kappa系数分别达到了98.13%和0.97,研究区B的地物光谱特征、NDVI、PSI和LBP纹理特征组合识别精度最高(总体精度为96.13%,Kappa系数为0.95)。基于影像对象的多纹理特征能够实现塑料大棚的精细识别,该方法对塑料大棚空间分布精确制图具有重要意义。     

阴山北麓干旱半干旱区地表土壤风蚀测试与分析

为定量评价阴山北麓干旱半干旱区不同地表土壤的抗风蚀效果，采用野外风洞原位测试方法进行试验研究。结果表明：风速一定时，退化草地、传统耕作农田的风蚀模数明显高于相应的无退化草地和保护性耕作农田；无退化草地和保护性耕作农田的风蚀模数曲线随风速变化平缓且不存在转变临界点。风速为18m／s时，无退化草地、保护性耕作农田的抗风蚀效率分别可达85．1％和90．8％，对8级大风具有较好的抗风蚀效果。     

基于遥感蒸发模型的干旱区灌区灌溉效率评价

为评价干旱区灌区的灌溉效率,该文以作物生长期灌溉地的蒸散发扣除降水量作为灌溉水的有效利用量,将灌溉水有效利用量与灌溉净引水量(总引水量减去退、排水量)的比值定义为灌溉水有效利用系数。利用遥感蒸散发模型可以较为准确地估算灌溉地蒸散发,从而可以避免传统灌溉水利用系数评估中难以准确估算通过灌溉到达作物根系层水量的问题。以河套灌区为研究对象,利用遥感蒸散发模型(surface energy balance algorithm for land,SEBAL)计算了区域内灌溉地作物生育期的蒸散发量,并结合降水量与净引水量的观测资料,对节水改造以来(2000-2010年)河套灌区灌溉水有效利用系数进行了分析和评价。结果表明,灌溉水有效利用系数近年来有增加趋势,同时灌溉水有效利用系数随降水量和净引水量的减小而增大,减少供水对灌溉水有效利用系数的影响要大于灌区节水改造工程的影响。另一方面,在灌区净引水量减少的情况下,灌溉地蒸发量能够维持在较稳定的水平,反映了近年来灌区节水改造的效果较好。     

水稻种植面积遥感估算的不确定性研究

利用研究区地物类别亚米级GPS详查数据及TM影像光谱数据,模拟生成1m分辨率的遥感模拟影像。用3种非参数分类法(最临近法KNN、误差后向传播神经网络BPN,模糊自适应网络FUZZY ARTMAP)和一种参数分类法(最大似然法MLC)对研究区TM影像进行硬分类估算水稻面积;还采用BPN全模糊分类、BPN和KNN模糊分类、抽象级结合和测量级结合的多分类器结合方法对遥感影像进行分类估算水稻面积;采用最多数法则的尺度扩展算法,实现由3m空间分辨率参考图提取30m空间分辨率影像像元纯度信息,讨论混合像元问题对遥感影像分类精度的影响。结果表明:非参数分类法精度均高于参数分类法,3种非参数分类法之间的差异较小,用最大似然法估算水稻面积的用户精度最高,用K最临近值分类法估算水稻面积的生产者精度最高;水稻类全模糊分类法的面积和真实面积最为接近,水稻类像元内的面积估测和真实面积无极显著差异;多分类器结合的分类法无论采用投票法还是测量级方法都能提高分类的总精度,能够提高水稻类面积提取的精度;研究区在30m空间分辨率的情况下,各类别分类总精度、Kappa系数随像元纯度升高而升高,4种硬分类方法没有对混合像元的分类表现出特别强的能力。本研究最终制作出分类影像像元的分类结果图、分类最大概率值、熵值图和水稻类概率值等4张图层,构成了对研究区分类结果不确定性的空间分布图不确定性图层,为采取进一步降低不确定性的措施提供了线索。