空间分辨率对绿潮覆盖面积、密集度卫星遥感信息提取的影响

研究表明,多源卫星数据提取的绿潮信息存在较大差异,通常认为可能的主要原因是不同卫星遥感器的的空间分辨率、过境时间差、波段设置等各不相同,但对此仍缺乏深入的研究。本文采用波段设置和过境时间完全相同、仅空间分辨率不同的四景 MERIS 全、降分辨率（300 m 和1200 m）影像,利用统一的算法（NDVI）进行绿潮信息提取,量化了空间分辨率对绿潮覆盖面积、密集度（由斑块个数、聚合度表征）卫星遥感信息提取的影响。结果表明：空间分辨率对绿潮覆盖面积卫星遥感信息提取影响显著,全、降分辨率 MERIS 影像提取的绿潮覆盖面积最大相对偏差可达67％,遥感影像的空间分辨率对绿潮面积提取结果的影响既与绿潮 NDVI 探测阈值有关,还可能与绿潮发展阶段有关。绿潮密集度卫星遥感提取结果也受遥感影像空间分辨率的影响,全分辨率 MERIS 影像提取的绿潮斑块个数为降分辨率影像的7～21倍,绿潮聚合度较降分辨率影像高15％～25％。     

基于混合像元分解的 MODIS 绿潮覆盖面积精细化提取方法研究

在绿潮遥感业务化监测中,250 m 分辨率的 MODIS 卫星数据是主要数据源,归一化差值植被指数（ND-VI）是绿潮卫星遥感信息提取的主要方法。研究发现,由于 MODIS 空间分辨率较低,存在大量的混合像元,导致提取的绿潮覆盖面积明显偏大。针对该问题,本文在 MODIS 绿潮 NDVI 计算的基础上,首先对大于 NDVI 阈值的像元进行混合像元分解,得到 MODIS NDVI 混合像元分解后的绿潮面积,然后以准同步的30 m 分辨率 HJ-1 CCD 影像提取的绿潮覆盖面积为真值,建立了 MODIS NDVI 混合像元分解得到的绿潮面积与 HJ-1提取的绿潮面积之间的关系模型,以实现绿潮面积的精细化提取。与传统的 NDVI 阈值法和混合像元分解法相比,该方法提取的绿潮覆盖面积更接近于“真值”,面积约为“真值”的96％,而传统的 NDVI 阈值法和混合像元分解方法提取的面积分别为“真值”的2．96倍和45％。另外,与传统的 NDVI 阈值法相比,新方法对 NDVI 阈值变化不敏感,在相同的 NDVI 阈值变化区间内,前者提取的绿潮覆盖面积变化了41％,而新方法的变化仅为11％。本文的工作在很大程度上解决了 MODIS 空间分辨率低导致的绿潮监测结果不准确的问题,为精细化的绿潮卫星遥感业务监测提供了参考。     

黄海绿潮漂移过程中浒苔挥发性风味物质研究

2007年以来,浒苔绿潮灾害年度周期性由江苏近岸向山东近海漂移,对黄海海域生态环境和生态安全造成严重威胁,如何利用大规模漂浮浒苔生物量,实现变害为宝迫在眉睫。为了探究黄海绿潮漂移过程中优势种浒苔挥发性风味物质的差异,本研究利用顶空固相微萃取(HS-SPME)和气相色谱-质谱联用技术(GC-MS),对绿潮漂移过程中的8个区域浒苔的挥发性成分进行提取和分析,共检测出包括醛类、醇类、酯类、酚类、酮类、烯类、烷类及其他化合物等187种物质;其中,这8个区域浒苔分别检测出72、64、49、53、34、48、41和54种化合物。通过对绿潮浒苔香气成分在水中的阈值和化合物含量分析,发现绿潮在向北漂移过程中,主体香气成分发生变化,每个区域浒苔均呈现独特的风味,总体上南黄海绿潮漂移早期浒苔风味品质较好。本研究为绿潮浒苔食品风味研发和资源化利用提供了数据支撑。     

基于MODIS数据黄海绿潮覆盖面积精细化提取

针对MODIS数据绿潮提取存在大量混合像元导致绿潮覆盖面积偏大这一问题,基于3 m分辨率的机载SAR高分影像,结合归一化植被指数(NDVI),对MODIS研究区中大于NDVI阈值的像元进行混合像元分解得到绿潮的"覆盖面积";获取的准同步3 m机载SAR提取的绿潮面积为"真实值",然后建立二者之间的关系模型,并选取不同的样本区域对该模型进行了验证。实验结果表明:NDVI等传统算法所提取的绿潮覆盖面积约为"真实值"的2.68倍;基于混合像元分解的方法所提取的绿潮面积较"真实值"偏小,约为"真值"的0.56倍;与传统的NDVI等多波段比值法相比,该精细化模型方法提取的绿潮覆盖面积更接近于"真实值",与"真实值"误差仅为6.7%。     

基于HJ-1-A/B数据提取城市绿地信息的应用研究

先通过几何矫正、配准、裁切等预处理获取深圳市辖区的HJ-1-A/B卫星CCD2数据, 再选取城市绿地、林地、农用地等样本进行光谱特征分析, 并以深圳市基本生态控制线等数据作为辅助, 最后利用“决策树-监督”混合分类模式提取深圳城市绿地信息。将分类结果与深圳市生态资源测算的城市绿地面积进行对比, 分析发现两类数据的Pearson相关系数值为0.9997, 平均误差为8.37%; 通过空间分布对比发现, 两类数据解译获取的结果基本一致。结果有利于提高城市绿地信息的提取效率, 进而为降低区域生态环境动态监测的成本并提高监测的时间精度提供一定的借鉴。     

环境灾害遥感小卫星在辽河三角洲湿地景观制图中的应用

及时、准确地获得湿地的空间分布,对湿地的动态监测、保护与可持续利用具有重要的意义.环境灾害遥感小卫星星座A、B星(HJ-1A/1B星)是我国自主发射的陆地资源监测卫星,可为湿地类型的提取提供新的遥感影像数据源.本文通过对比我国环境灾害遥感小卫星CCD相机影像（HJ CCD）数据与Landsat TM5影像数据获取的湿地景观类型图的分类精度和各景观类型面积,验证和探究了HJ CCD数据在湿地景观动态变化监测中的适用性和应用潜力.结果表明：HJ CCD数据在地物识别分类方面可完全替代Landsat TM5数据;在实时动态监测方面,HJ CCD数据获取周期仅为2 d,优于Landsat TM5数据（16 d）.     

钱江源国家公园红外相机监测平台进展概述

钱江源国家公园红外相机监测平台由钱江源国家公园管理局与中国科学院植物研究所、北京大学合作建立, 覆盖了钱江源国家公园全域和毗邻的安徽及江西省的部分区域。其中, 钱江源国家公园古田山片区的监测始于2014年5月, 其他区域的监测始于2018年7月; 毗邻的江西、安徽区域的监测分别始于2017年11月和2018年3月。截至2020年5月, 共在343个公里网格内完成了1,033个有效位点的调查, 总有效相机工作日331,834 d, 共获得兽类、鸟类的照片和视频718,515份, 独立有效探测数151,221次。其中, 658,644份照片和视频可鉴定到物种, 对应133,204次独立有效探测。记录到分属7目15科的野生兽类23种, 分属9目27科的野生鸟类75种。通过覆盖全域的长期监测, 完成了钱江源国家公园大中型兽类的本底调查, 开展了关键物种栖息地利用和种群动态等研究, 为国家公园的规划、保护管理措施的制定和保护管理成效的评估提供了数据支持。今后, 本监测平台将在时间和空间尺度上进一步拓展, 以服务于国家公园主要保护目标和生态系统的完整性保护, 并将研究成果转化为国家公园自然教育的案例和素材。     

基于QuickBird影像的郑州市城区景观格局评价

以2005年8月QuickBird卫星遥感数据解译的郑州市城区土地利用类型和城市绿地覆盖景观类型图为基础,利用ArcView和Fragstats软件,对全城区及不同功能区土地利用景观、城市绿地覆盖景观指数进行分析。结果表明,郑州市城区景观格局主要表现为城市绿地景观,面积占总面积的35.51%,未利用地景观面积最小,只占到0.33%。城市绿地覆盖在空间形态上接近圆形,平均面积小、景观破碎化程度高。工业用地和居住区用地空间形态接近长方形。城区东北部和西南区域土地利用表现为以道路为骨架的格网状空间结构。景观格局水平分布表现出明显的区域差异,城区西北区域景观异质最高,东部城市绿地覆盖景面积较西部多,存在少数斑块控制整个景观的特点。     

基于无人机RGB光学相机的漂浮绿藻探测研究

绿潮是我国近海常见的一种海洋生态灾害.为利用无人机(UAV)RGB光学相机准确高效地监测绿潮,建立高分辨率RGB光学影像中绿藻快速提取算法,本文提出了一种新的指数用于增强漂浮绿藻的信号,即以绿色和红色波段形成一个虚拟基线,此基线以下蓝波段信号的线高即为红绿波段虚拟基线漂浮绿藻指数(RG-FAH).此外,利用不同条件的无...     

基于多时相中巴资源卫星影像的冬小麦分类精度

中巴资源卫星2号星（CBERS-02）具有较高的空间分辨率和较丰富的光谱信息,对植被有较强的探测能力.利用2006—2007年北京地区冬小麦生育期早期的5景CBERS-02卫星影像,计算了各时相和不同时相组合的主要地物类型及冬小麦的光谱可分性距离,进行了监督分类,同时,结合高分辨率航空和卫星遥感影像,构建了训练样本和验证样本,对利用CBERS-02卫星提取的生育早期的冬小麦进行了时相分析和精度评价,并与同期TM影像提取结果进行对比.结果表明：时相是影响冬小麦分类的主要因素,不同光学传感器的遥感影像也会影响分类精度;多时相组合有利于提高冬小麦的提取精度,与单时相冬小麦提取的最高精度相比,最佳时相组合的制图精度提高了20.0%、用户精度提高了7.83%;与TM数据相比, CBERS-02卫星影像的冬小麦分类精度略低.     

利用IKONOS卫星数据和分形方法研究南麂岛土地覆盖状况

研究南麂岛的土地覆盖类型及其空间分布和结构特征。利用具有1米空间分辨率的IKONOS卫星遥感数据,提取南麂岛的植被覆盖和土地利用信息,获得草地、灌木林地、庄稼地和居民地等主要土地覆盖类型及其分布图。然后利用分形几何方法建立南麂岛土地覆盖类型特性分析模型,从斑块的面积效应、覆盖类型的分形分析、单个斑块的分形分析和覆盖类型分形特征差异显著性等方面进行分析讨论。研究结果表明,南麂岛的草地和灌木林地的分形维数较大,而庄稼地和居民地的分形维数较小,说明草地和灌木林地的斑块的结构特征和边界比庄稼地和居民地更为复杂。进一步研究表明,斑块的分形特性与其受人类活动的干扰程度密切相关。     

基于“珠海一号”高光谱遥感影像的薇甘菊入侵监测

采用“珠海一号”卫星高光谱遥感影像,结合薇甘菊(Mikaniamicrantha)地面光谱数据,利用决策树分层分类提取方法,实现大范围薇甘菊入侵信息识别提取。结果表明,“珠海一号”OHS高光谱数据能准确反映薇甘菊精细光谱特征;在OHS高光谱数据的32个波段中,Band13 (665 nm)、Band22 (780 nm)、Band25 (833 nm)、Band26 (850 nm)、Band27(865nm)、Band28(880nm)是识别提取薇甘菊的最佳波段;利用OHS高光谱数据监测薇甘菊分布提取精度达82.6%,可满足薇甘菊入侵监测日常业务需要,为薇甘菊精准防治提供有力支撑。     

基于LSMM和改进的FCM提取城市植被覆盖度——以北京市海淀区为例

植被是城市生态系统的重要组成部分,及时获取植被覆盖信息对城市生态环境监测具有重要意义。利用中分辨率Landsat TM遥感数据,采用线性光谱分解模型(LSMM)开展城市植被覆盖度提取;同时,通过改进训练样本选择方式,在最小噪声变换(MNF)、像元纯净指数分析(PPI)、N维可视化分析基础上得到端元样本,再运用模糊C-均值(FCM)获取植被覆盖度;最后以高分辨率SPOT5遥感数据对两种方式的提取结果进行精度检验。结果显示,基于LSMM和改进的FCM提取的城市植被覆盖度与检验数据相关系数分别为0.8252和0.9381,后者可以较好地处理其他要素的非线性影响,因而具有较高精度。     

金钟山亚热带森林林窗特征与木本植物多样性的关系

开展林窗空间格局与林下木本植物多样性关系的研究,对于认识森林物种共存、生物多样性维持以及生态系统可持续发展具有重要意义。本研究以广西金钟山自然保护区24 hm²永久森林动态监测样地为对象,采用机载激光雷达获取样地点云数据,通过R语言提取林窗并计算各林窗的形状复杂指数,利用相关分析量化林窗特征与林下木本植物多样性的关系。结果表明：该研究区林窗空隙率为6.16%,密度为15.5个·hm^-2,平均面积为39.72 m²,整体以微小和中型林窗为主;林窗空间分布格局存在地形分异特征,多分布于低海拔和缓坡区域;林窗形状复杂指数与香农指数、物种丰富度指数均呈正相关,且在低海拔和陡坡处表现更加明显。本研究揭示了亚热带森林林窗植被更新特征,对区域生物多样性保护具有一定指导作用。     

环境减灾卫星多光谱CCD影像自动几何精纠正与正射校正系统

我国环境减灾光学卫星(HJ)多光谱CCD影像由于具有高时空分辨率、大幅宽等优势,能够提供同一区域不同生长阶段的植被信息,是提取具有生态学意义土地覆盖及开展植被生理生态参量反演的重要数据源之一。然而,目前该数据产品的几何定位不准确及山区地形畸变误差使其难以满足应用需求。高定位精度是遥感影像信息提取、参数反演与应用分析的前提,遥感影像的几何精纠正与正射校正是遥感数据预处理面临的首要问题。在分析国内外卫星影像自动化处理系统研究现状的基础上,结合HJ CCD影像幅宽大的特点,构建了HJ CCD影像的自动几何精纠正与正射校正处理系统。与目前商业软件相比,自动几何精纠正与正射校正处理系统采用了自动化的控制点搜索与过滤方法,能有效提高控制点选取的效率与精度。同时,结合DEM数据,系统自动拟合卫星飞行路径并纠正由偏离星下观测导致的山体位移。系统应用结果表明,自动几何精纠正和正射校正系统能够有效的提高处理效率,节省人力和时间成本。该系统已被成功应用于全国生态十年(2000—2010年)变化遥感调查与评估专项土地覆盖遥感监测的环境减灾卫星多光谱遥感影像预处理工作。     

基于背包式激光雷达测量系统的城市绿地树木三维绿量估算方法

三维绿量能够客观、准确描述城市绿化水平,可为定量研究城市绿地生态功能的机理提供可靠的数据基础。针对单位附属绿地分布分散、规模较小等特点,本研究提出一种面向该类城市绿地的三维绿量估算方案,该方案包括数据获取、处理、实体分割、分类和单木冠层提取以及三维绿量计算的环节。首先,利用背包式激光雷达测量系统获取三维点云数据,利用变尺度地面点滤波算法剔除地面点云;然后,利用基于密度的聚类算法对非地面点云进行聚类,且基于密度特征的竞争算法对重叠区域进行二次分割,形成独立对象;接着,利用PointNet++模型提取植物点云,根据枝叶点云主方向差异性以及轴向分布密度提取冠层点云;最后,使用凸包法计算单木冠层三维绿量,累计每株木的三维绿量得到区域三维绿量。以某科技园区为例,估算其总三维绿量为21034.95 m³,其中,芒果树株数最多,三维绿量总量最大,为4868.64 m³,占23.2%;单株三维绿量最大的树种为小叶榄仁,平均每株为120.37 m³。本研究方案估算的树木三维绿量与传统方法的相对误差在10.7%～33.7%,平均相对误差为20.9%;与台积法的相对误差在2.7%～16.0%,平均相对误差为8.7%。本研究方案充分利用三维点云数据特性,所用凸多面体逼近树冠的原始形态,更符合树木的实际情况。该三维绿量测量和估算方案可为城市三维绿量快速、精确估算提供新思路。     

基于植被指数的北京军都山荆条灌丛生物量反演研究

基于环境卫星数据提取10种植被指数,辅以资源三号卫星数据提取的高精度数字高程模型(DEM)等数据,结合实地野外采样数据,以北京军都山为试验区采用最小二乘回归模型拟合植被指数与荆条灌丛冠层生物量的定量关系,并利用拟合结果对研究区灌从冠层生物量进行了反演估算,生成研究区荆条及其伴生灌丛生物量空间分布图。结果表明,文中所建立的多元线性回归模型在研究区具有较好的反演精度和预测能力。其模型显著性为显著(α0.01),相关系数为0.856,标准误差为58.5g/m~2;预测标准误差为98.1 g/m~2,决定系数为0.865。通过对研究区荆条灌丛的冠层生物量进行遥感估算,提出了一种利用遥感技术监测灌木群落生物量的新思路。     

基于多时相Landsat TM影像的汶川地震灾区河岸带植被覆盖动态监测——以岷江河谷映秀-汶川段为例

基于混合像元分解方法,利用Landsat TM卫星遥感数据监测了岷江上游干旱河谷区映秀\汶川段河岸带植被在汶川地震前后的植被覆盖动态变化,并结合高程、坡度及坡向数据,分析了植被受损及地震3a后植被恢复的空间分布特征。结果表明,地震造成研究区河岸带植被的受损总面积为2736.61hm²,且集中分布在海拔1100-1700m,坡度25-55°之间以及东、东南和西坡;地震3年后,受损植被与震前相比,共恢复了56.20%。     

浒苔遥感监测研究进展

浒苔大规模集聚形成的绿潮灾害是海洋生态系统主要生态环境问题之一,基于卫星遥感影像监测浒苔及其扩展动态已成为一种及时有效的手段。对国内外浒苔遥感监测方面文献进行归纳整理,认为光学遥感数据、多波段比值法是最常用的遥感数据和监测方法。对遥感监测浒苔机理进行了阐述,并对分类方法进行评价认为监督分类法解译精度不高。目前单波段阈值法和多波段比值法应用广泛,但在监测漂浮浒苔和混合象元解译存在不足。辐射传输模型法能有效提高信息解译的精度,但还处于起步阶段。遥感监测浒苔灾害的未来发展需要提高影像空间分辨率,深入研究监测方法,进行多种平台和多源遥感数据相结合,并由定性走向定量,从而建立健全遥感监测预警系统。     

气象因子与地表植被生长相关性分析

降水和气温是影响地表植被覆盖状况的两个重要的气象要素,地表植被的生长对它们的响应又存在一定的滞后效应。利用我国334个气象台站和1982-1994年NOAA-AVHRR卫星数据,通过相关分析研究了我国4-7月份气候区域降水和活动积温对地表植被的影响。结果显示,不同的气候区域和月份,降水和积温对地表植被的作用程度明显不同;前期降水和活动积温对植被作用的有效时间尺度也分布不均,并与土壤质地类型分布有关,因此,通过某一固定时间尺度的降水或活动积温不能准确的预测大区域地表植被的生长状况。