基于面向对象的SPOT卫星影像梯田信息提取研究

梯田信息准确和快速提取是区域水土保持动态监测和评价的核心技术之一,运用遥感技术进行地物信息提取是一种有效手段。该研究以燕沟流域为研究区,采用高分辨率的SPOT5遥感影像数据,基于面向对象分类技术,通过影像分割构建影像对象,在分析影像对象的光谱特征、纹理特征和空间特征的基础上,建立了梯田信息的遥感提取规则,实现了梯田的自动提取。最后用手工勾绘结果对梯田的遥感提取结果进行精度评价,从田块边界的吻合度评价位置精度,并通过比较该结果与人工目视解译结果进行面积精度评价。结果表明,基于面向对象分类的遥感方法可以较好地从原始影像中提取复杂地貌区梯田的位置信息,面积提取正确率达到78.38%,该方法可为黄土高原地区梯田信息遥感提取提供借鉴。     

无人机RGB影像植被分类方法研究——以福建省三明市尤溪县为例

本研究以三明尤溪某地作为研究区,以DJI Phantom 4 Pro V2.0无人机航测影像为数据源,采用面向对象分类方法进行植被分类。经测试,取尺度参数100、形状参数0.3和紧致度参数0.5分割效果最好。利用光谱、纹理、形状等信息创建规则进行分类,将地物细分为芦苇、芒萁、杉木、马尾松、竹林、水田、百香果、柑橘、茶树、草地和3种农作物等13种植被类型,房屋、道路、水体、裸地等4种非植被类型,总体精度达到85.2%,Kappa系数为0.84     

基于厘米级无人机影像的水土保持措施精准识别

基于厘米级高分辨率无人机影像,应用面向对象方法(Object-Based Image Analysis, OBIA)对吉林省伊通县椽子沟流域的横坡改垄、地埂植物带、生态恢复乔木林、生态恢复草地等水土保持措施进行自动精准识别。应用超绿指数(Excess Green Index,ExG)、超红指数(Excess Red Index,ExR)、归一化差异指数(Normalized Difference Index,NDI)等光谱指数,形状的主方向、形状指数等形状特征,均值(Mean)、方差(Variance)、对比度(Contrast)等纹理特征进行措施的特征提取。结果表明:研究区水土保持措施识别的总体精度可达91.24%,Kappa系数为0.87;对垄台、垄沟等线性水土保持措施总体精度可达72.33%,Kappa系数为0.63。基于厘米级无人机影像,应用面向对象方法基本可实现对黑土区水土保持措施的精准识别,也可对垄台垄沟等线性措施进行自动识别,研究结果可为水土保持措施实施范围及完好程度的动态监测提供参考依据。     

黄土高原南部梯田土壤水分环境效应研究

水平梯田是控制坡耕地水土流失和实现旱作区农业高产与稳产的根本措施之一。通过研究发现,在黄土残塬沟壑区的泥河沟流域,梯田具有比较明显的蓄水、保水作用。距田埂愈近,越靠近外部,越接近土壤表层,土壤湿度越小,土壤愈干旱,越近里面,且越向下,土壤湿度越大。     

半干旱黄土丘陵区梯田集水增产效应研究

研究表明,半干旱区梯田平均可拦蓄入渗92.4%的雨水径流及泥沙,正常年份2 m土层有效贮水量比坡地多112~184 mm,可基本满足当地春小麦160.7 mm的亏缺水分的补给;增加土壤水分的高峰期主要在3~5月和7月份,增加量为9.15~46.41 mm,对本区土壤水分的快速补充恢复和缓解5,6月份的“卡脖旱”具有极其显著的作用;建成3年以上的梯田较10°以上的坡地增产幅度可达27.07%~52.78%,水分利用效率也高1.01~3.38 kg/(mm.hm2)。在限量供水条件下,相应的水分利用效率平均达17.9 kg/(mm.hm2),比旱作提高14.42%。因此,是半干旱区聚水增产的重要措施之一。     

基于高分辨率卫星影像的梯田监测方法研究

以高分辨率Qu ickB ird卫星数据为主要信息源,依托“3S”技术,对黄土高原沟壑区南小河沟典型小流域内的梯田进行监测,结果表明:利用高分辨率Qu ickB ird卫星数据进行区域或流域梯田监测,能够解决梯田传统监测费劳、费时以及精度低等问题,是获得梯田等水土保持措施动态的一种有效手段。     

基于面向对象影像分类技术的生态清洁小流域现状调查

结合当前北京市开展的生态清洁小流域建设,尝试利用现有的高分辨率航片,采用基于面向对象的高分辨率影像分类技术和G IS技术来开展生态清洁小流域水土保持现状等本底资料的调查,从而为生态清洁小流域的基础数据库建设、治理措施规划与布局提供基础数据和科学依据。应用实例表明,采用面向对象影像分类技术开展生态清洁小流域现状调查,在方法上、技术上都是可行的,不仅可以提高调查的客观性、准确性和现势性,而且也可以大大提高调查的工作效率,是未来生态清洁小流域调查的可选方法。     

基于SPOT5卫星影像的梯田监测方法研究

采用5m分辨率的SPOT5卫星数据,对黄土高原沟壑区典型小流域南小河沟内的梯田现状进行了监测研究。结果表明:利用5m分辨率的SPOT5卫星影像进行黄土高原沟壑区梯田监测,基本能够满足其实时、动态监测的需要,是实现大面积梯田监测的有效手段。与以QuickBird卫星影像(分辨率0.61m)为信息源的梯田监测结果相比,其解译精度可达86%以上,可在黄土高原沟壑区较大面积的梯田监测项目中推广应用。     

基于超高空间分辩率无人机影像的面向对象土地利用分类方法

为明确基于无人机超高空间分辨率影像的土地利用分类方法,尤其是有效特征和算法的选择,该研究获取吉林省德惠市一农耕区超高分无人机影像,获取区域正射影像图和数字表面模型,计算地形指标,采用面向对象方法进行土地利用分类研究。首先,采用随机森林算法,以光谱特征为基础,依次引入指数、形态、地形、纹理特征,建立5种特征选择方案,分析各类特征对分类效果的影响。其次,以Boruta特征选择算法获取的优化特征集为基础,采用随机森林算法、朴素贝叶斯算法、逻辑回归算法和支持向量机算法分类,分析不同算法的分类效果。结果表明:采用5种特征选择方案分类,引入形态特征时总体精度降低,引入其他特征时总体精度逐渐提高。5种特征共同参与的分类效果最佳,总体精度为98.04%,Kappa系数为0.980。错分主要发生在裸地和宅基地,漏分主要发生在草地、裸地、水渠和道路。错分和漏分主要是因为这几种类型对象具有相似的光谱、形态、纹理特征或相似的分布位置。采用优化特征集分类时,相比其他算法,随机森林算法更擅长处理高维特征集,获得最高的总体精度98.19%,最低的错分和漏分误差,分类效果最佳。借助无人机超高空间分辨率影像提取地形信息、形态信息,可以有效辅助土地利用分类,并能提高传统分类方法精度。     

基于UAV高分影像的陕北人工林结构参数提取

定期的森林结构参数提取是监测评价造林质量的重要方式,对林业规划有着重要的指导意义.基于大疆四旋翼无人机搭载RGB高清相机获取了陕北人工杨树林的高分影像,通过多尺度分割和面向对象提取、点云分类、以及Leica Cyclone中的点云数据图模块处理,实现了陕北黄土高原地区人工杨树林森林结构参数(冠幅、树高)、冠层高度的提取...     

基于无人机倾斜摄影技术的黄土丘陵区典型小流域淤地坝特征信息提取与分析

淤地坝现状特征信息的精准提取对于淤地坝运行现状评估十分重要,全面的淤地坝特征信息可为病险坝除险加固提供重要依据,当前淤地坝特征信息提取尚缺乏科学高效的技术。针对此问题,拟提出基于无人机倾斜摄影技术提取淤地坝运行现状特征的方法,以无人机航拍影像为基础数据,生成三维实景模型和高精度DEM,用于淤地坝数目、位置、剩余库容、有效坝高等重要现状信息的提取和测量,进而分析小流域内淤地坝分布、组成结构、坝体信息、淤积程度、坝控流域面积等特征。将此技术应用于陕西省榆林市子洲县蛇家沟小流域,详细提取1座大型坝和3座中型坝的现状特征信息。经过同野外实测数据对比,提取的淤地坝坝体信息相对误差均＜3.8%。所识别的大型坝剩余库容不足,处于基本淤满状态,且坝顶明显沉降,在极端降水条件下具有极大的漫顶溃坝风险。坝地耕作面积占小流域面积比例仅为2.17%,仍有坝地尚未开垦利用。研究结果可为小流域淤地坝动态监测与科学管理提供新方法和新思路。     

西北黄土高原水平梯田冬小麦的水分供应状况分析

运用误差分析方法研究了水平梯田与平作耕地冬小麦的水分供应状况的差异，讨论了水平梯田蓄水率和作物需水量的变化对水分状况的影响。认为主要是作物需水量的增大恶化了梯田水分供应状况。计算了西北黄土高原各地不同坡度水平梯田冬小麦的水分供应修正系数。     

黄土高原丘陵沟壑区小流域水资源合理利用模式研究--以韭园沟示范区为例

分析了黄土高原丘陵沟壑区小流域水资源特点和水资源利用现状。在进行流域需水量预测的基础上,研究了水资源赋存规律及合理利用方向,从社会经济环境协调发展角度,提出了小流域水资源合理利用的3种模式,以期为黄土高原丘陵沟壑区小流域水资源合理配置、规划与管理提供科学依据。     

黄土高原沟壑区小流域土壤养分分布特征

研究了黄土高原沟壑区王东沟流域土壤养分布特征，有机质，全氮、全氮、碱解氮、全磷、速效磷在王东沟小流域的分布呈现塬面＞山坡地＞坡台地的趋势，这是由于养分的投入主要分布在塬面，流失的养分在山地富集的结果，流域内土壤K素含量无较大差异，全钾，速效钾，缓效钾含量均比较高，流域内有机质含量不高，钾素较丰富，速效养分含量较低，且分布不均，林，草地有机质和碱解氮含量比农田土壤高，由于没有外源磷素的补充，其全磷，速效磷含量较农田土壤低，且变幅较大，果园土壤全氮，碱解氮，有机质，速效钾含量是所有土地利用方式中最低的。     

黄土高原丘陵区坡改梯后的土壤质量效应

采用时空互代法,以黄土丘陵区纸坊沟流域不同年限梯田为研究对象,选取坡耕地为对照,分析了坡耕地改造梯田后,土壤物理、化学和生物学性质的演变过程.结果表明,黄土丘陵区坡耕通过工程措施改造为梯田当年,在土壤扰动和水土流失双重作用下,土壤物理、化学和生物学质量呈现不同程度下降或没有显著变化.随着改造年限的延长,土壤质量显著提高...     

黄土高原泾河流域梯田对河道径流及生态基流影响

[目的]定量分析泾河流域梯田建设对河道径流、生态基流的影响程度,为流域梯田建设提供一定理论支撑。[方法]采用合作开发的嵌入梯田模块的SWAT(soil and water assessment tool)模型模拟河道径流量。[结果]嵌入梯田模块的SWAT模型在模拟河道径流时可满足模型模拟精度的要求;随着梯田面积增加,河道年径流量减少,生态基流保障程度提高,年、月生态基流不满足天数降低;梯田的年平均减流量为4.25×104 m3/(km2·a);梯田具有蓄洪补枯作用,且对丰水期的调控效果高于枯水期,对河道生态基流的影响为:枯水期平水期丰水期。[结论]嵌入梯田模块的SWAT模型在该流域具有较好的适用性,提高流域内梯田面积是滞洪补枯的有效手段之一,在一定程度上保障了河道生态基流。     

黄土高原小流域治理与生态建设

 分析黄土高原水土流失特征,介绍该区小流域综合治理与生态建设成就。根据黄土高原小流域治理理论与实践,提出了黄土高原国土整治的“28字方略”及水土保持型生态农业概念;研究了小流域生态系统健康评价方法及指标体系。建议退耕还林还草与沟道工程措施结合,加强生态系统自我修复功能的系统研究;在以小流域为单元的基础上,加强中尺度生态环境建设试验示范研究和科学评估生态恢复的环境效应等。     

黄土高原小流域淤地坝监测

[目的]为了探索小流域淤地坝监测的内容、指标、方法,分析淤地坝建设效益,更好地为淤地坝规划、建设、运行管理服务。[方法]2005—2010年,在黄土高原不同水土流失类型区选择了12条典型小流域坝系,布设监测点,采用遥感、水沙观测、调查等方法,连续开展淤地坝工程建设动态、拦沙蓄水、坝地利用及增产效益、坝系工程安全等监测。分析了淤地坝建设与坝系配置、坡面治理、拦沙蓄水、坝地利用等之间的关系。[结果]小流域淤地坝坝系在拦截泥沙、蓄洪滞洪、减蚀固沟、增地增收、促进农村生产条件和生态环境改善等方面发挥了显著的生态、社会和经济效益。[结论]建议在淤地坝建设中以小流域为单元,以骨干坝为主体,骨干坝、中型坝、小型淤地坝相结合,形成稳定的淤地坝坝系。     

黄土高原小流域坝系建设有关问题探讨

针对过去淤地坝建设中存在的诸如部分坝系工程总体规划滞后、工程布局不合理、工程设计无开拓性、投资效益低下等问题,对坝系建设目标、建坝时序安排、创新工程设计、建立长效投资机制等方面进行了探讨。     

黄土高原小流域植被恢复的土壤侵蚀效应评估

植被建设是治理土壤侵蚀的重要途径,特别是坡面土壤侵蚀。退耕还林还草是黄土高原乃至全国最大规模的植被建设工程,黄土高原是该工程的重点地区之一。小流域是土壤侵蚀综合治理的基本单元。通过退耕还林工程实施前后小流域土壤侵蚀的模拟和分析,可以为植被建设成效评估和调整治理策略提供参考。运用修正土壤流失方程RUSLE,在ARCGIS10.2平台下模拟了羊圈沟小流域1984年、1996年、2006年、2012年和2014年5个年份的土壤侵蚀,评估了退耕还林前后黄土高原小流域植被恢复对土壤侵蚀的影响。降雨侵蚀力R利用延安气象站30年(1984—2014年,除1999年外)的日降雨数据计算,LS因子利用将矢量化的1∶5 000地形图插值生成DEM提取;土壤可蚀性K因子利用2006年实测土壤理化数据计算,总结概括前人研究成果获取C、P因子值。研究结果表明:(1)各坡度带侵蚀都显著减弱,15°~25°,25°~35°和35°坡度带是中度以上侵蚀发生的主要区域。1984—2014年3种坡度带的侵蚀面积之和分别占总面积的44.93%,42.65%,35.78%,23.23%和22.98%;(2)退耕还林前后相比,土壤侵蚀强度显著降低:中度以上侵蚀面积急剧减少,土壤侵蚀转变为以微度、轻度和中度侵蚀为主,3类侵蚀面积之和在2006年、2012年和2014年分别占总侵蚀面积的26.53%,44.24%和43.47%;(3)土壤侵蚀模数呈现减小的趋势,从1984年到2014年,土壤侵蚀强度从15 327.57t/(km2·a)降至3 270.19t/(km2·a),降低70%以上。总体上,土壤侵蚀明显降低,表明植被建设有效遏制了土壤侵蚀,退耕还林工程对水土保持和治理土壤侵蚀起到了显著的效果。