基于多源遥感数据的荒漠植被覆盖度估测

以塔里木河下游为靶区,根据地面调查和不同分辨率的多源遥感数据,逐级建立荒漠植被覆盖度遥感估测模型,并对不同模型、不同估测方法的估测精度进行比较.结果表明: 随着遥感数据空间分辨率的提高,植被覆盖度遥感估测模型精度增加;基于高分辨率、中高分辨率及中低分辨率遥感数据建立的植被覆盖度模型的估测精度分别为89.5%、87.0%和84.6%;遥感模型法的估测精度高于植被指数法.不同分辨率遥感数据估测荒漠植被覆盖度的精度变化规律,实现了荒漠植被覆盖度估测的高、中、低分辨率遥感数据参数及尺度的定量转换,可为研究区生态恢复遥感综合监测方案的制定和实施提供直接依据.     

基于多源遥感的红树林监测

红树林是生长在热带以及亚热带海岸潮间带上的生态群落, 其生产力高, 固碳能力强, 对保持海岸带生物多样性具有十分重要的价值。本文介绍了利用多源遥感数据监测红树林的一些主要研究内容, 分为3个方面: (1)在时空模式研究方面, 利用高空间分辨率影像像素和对象结合的方法对红树林树种进行分类以及利用Landsat影像对红树林进行动态变化监测并分析其驱动因素; (2)在结构参数研究方面, 利用无人机多光谱数据及地面激光雷达数据对红树林叶面积指数进行反演; (3)在生理生化参数研究方面, 探讨了红树林叶绿素含量对淹没状况的响应、互花米草(Spartina alterniflora)入侵是否影响红树林光能利用率, 以及光化学反射指数(photochemical reflectance index, PRI)与光能利用率(light use efficiency, LUE)的关系。上述系列研究为提取红树林相关信息要素时如何选择合适的分析方法提供了有力的参考, 强调了遥感在研究红树林时空模式, 提取结构参数和生物生化参数监测的有效性, 从而更好地促进红树林生态系统的生物多样性保育工作。     

基于阈值分割的京津唐城市群生态用地多源遥感识别

当前中国快速城市化进程中的生态环境问题日益突出,在国家生态文明建设理念及新型城镇化战略指引下,有必要通过区域生态用地的快速遥感识别为城市群生态环境问题的有效解决提供基础数据支撑。鉴于不同类型遥感数据在表征特定地物类型的精度上各有优劣,综合多源信息的区域生态用地遥感反演是当前研究的趋势所在。本研究以京津唐城市群为例,综合考虑DMSP/OLS夜间灯光数据和SPOT/VGT数据在建设用地、植被覆盖度识别方面的优点,探讨基于阈值分割法的大尺度区域生态用地多源遥感快速识别方法。研究采用SPOT/VGT数据定量识别林地、草地与耕地,进而基于DMSP/OLS夜间灯光数据区分水体与建设用地。结果表明:京津唐城市群土地覆被整体识别精度达到85.64%,Kappa系数0.771;各类生态用地识别精度均较高,其中林地识别精度最高(90.87%)、水体次之(78.33%)、草地最低(70.97%)。该方法较好地解决了单一遥感数据难以快速区分所有生态用地类型的不足,是基于全球开源数据进行大尺度生态用地快速识别的有效手段。     

基于多源遥感数据协同的滇西北森林郁闭度估测

森林郁闭度(FCC)是评价森林资源和生物多样性的重要参数,利用多源遥感协同手段以较小成本高精度实现区域FCC反演是当前研究热点。本研究以星载激光雷达ICESat-2/ATLAS为主要信息源,结合54块实测样地数据,采用贝叶斯优化(BO)算法改进后的随机森林(RF)、K-最近邻值法(KNN)、梯度回归(GBRT)模型获取光斑尺度ATLAS光斑内FCC,协同多源遥感影像Sentinel-1/2及地形因子基于BO算法优化后的全连接深度神经网络模型(DNN)进行区域尺度的滇西北香格里拉市FCC遥感估测。结果表明：在提取的50个ATLAS激光雷达光斑参数指标中,经RF特征变量优选后,6个特征参数(乔木冠层百分比、冠层顶光子相对高度的标准差、冠层高度最小值、区段内98%冠层高度值与冠层高度中位数的差值、冠层顶部光子数、表观反射率)贡献率较大,可作为光斑尺度遥感估测模型变量。在BO-RF、BO-KNN、BO-GBRT模型中,以BO-GBRT模型估测的FCC结果最优,留一交叉验证的决定系数(R²)为0.65、均方根误差(RMSE)为0.10、绝对残差均值(RS)为0.079,预测...     

基于多源遥感数据的农业干旱监测模型构建及应用

干旱监测问题是干旱灾害模拟与预警及旱灾防灾减灾的关键。基于2001-2013年淮河流域40个气象站资料、28个土壤墒情站点和中分辨率成像光谱仪（MODIS）多源遥感数据,采用SEN趋势法和标准化降水蒸散指数（SPEI）等方法,综合了大气-植被-土壤相互作用等多元成因,构建了适用于淮河流域多源综合遥感干旱监测模型,探讨淮河流域干旱时空规律。研究表明：（1）基于多源数据构建综合干旱监测模型,利用土壤墒情和典型年份干旱监测对综合干旱监测模型适用性进行评价,通过了P < 0.01的显著性检验,构建的模型可综合反映出农业和气象干旱多源信息;（2）淮河流域干旱面积和干旱频率大都集中在4-5月和7-9月,9月份受旱面积最大。河南省是淮河流域受旱频率最高,其干旱面积占淮河流域多年平均干旱面积比重最大（38%）,其次是安徽（22%）,旱地受旱面积比重大于水田受旱面积比重;（3）淮河流域2、3和5月干旱有显著减弱趋势;而1、4和6月则有增强趋势。淮河流域小麦灌浆-成熟时期（4-6月）缺水对小麦粮食产量影响显著,综合淮河流域干旱趋势变化,需强化淮河流域4月份小麦的干旱监测与旱灾预警。     

基于无人机多源遥感数据的亚热带森林树种分类

树种多样性是生态学研究的重要内容,树木的种类和空间分布信息可有效服务于可持续森林管理。但在复杂林分条件下,获取高精度分类结果的难度大。而无人机遥感可获取局域超精细数据,为树种分类精度的提高提供了可能。基于可见光、高光谱、激光雷达等多源无人机遥感数据,探究其在亚热带林分条件下的树种分类潜力。研究发现:(1)随机森林分类器总体精度和各树种的F1分数最高,适合亚热带多树种的分类制图,其区分13种类别(8乔木,4草本)的总体精度为95.63%,Kappa系数为0.948;(2)多源数据的使用可以显著提高分类精度,全特征模型精度最高,且高光谱和激光雷达数据显著影响全特征模型分类精度,可见光纹理数据作用较小;(3)分类特征重要性从大到小排序为结构信息,植被指数,纹理信息,最小噪声变换分量。     

国家生态保护重要区域植被长势遥感监测评估

国家生态保护重要区域植被长势对于维持区域生态系统结构和功能的稳定性至关重要.以国家重点生态功能区、国家重要生态功能区、国家生物多样性保护优先区和国家级自然保护区等四类生态保护重要区域为研究区,选取年累积NDVI作为指示因子,监测评估了1998-2007年间国家生态保护重要区域的植被长势特征.结果表明:(1)国家生态保护重要区域总面积为536.59万km2,占全国陆地国土面积的55.89％.国家生物多样性保护优先区与国家重点生态功能区、国家重要生态功能区的重叠面积较大,分别占到相应生态功能区总面积的53.36％和50.20％.国家级自然保护区与其他三种类型区域的空间叠加关系较好,尤其与国家重点生态功能区,重叠面积占国家级自然保护区总面积的75.10％.国家重点生态功能区和国家重要生态功能区的重叠面积分别占各自面积的63.73％和39.15％.(2)对于植被长势总体状况,国家生态保护重要区域中东部的植被状况好于西部.植被状况较差的区域面积为10.59％,植被状况一般的区域面积为29.59％,植被状况好的区域面积为23.44％,植被状况较好的区域面积为36.39％.国家级自然保护区和生物多样性保护优优先区的植被状况好于国家重要生态功能区和国家重点生态功能区.国家级自然保护区的空间分布差异最大.(3)对于植被长势变化趋势,国家生态保护重要区域的植被状况整体呈现出变好趋势.62.39％区域面积的植被状况较为稳定,22.69％区域面积的植被状况呈现出变好趋势,14.93％区域面积的植被状况呈现出变差趋势.国家重要生态功能区的植被变好趋势最为明显,其次为国家生物多样性保护优先区.国家生物多样性保护优先区的植被变化趋势空间差异最大,国家级自然保护区的植被变化趋势空间差异最小.     

基于生态监管的生态保护修复工程实施成效评估指标体系

生态监管是保障生态保护修复工程有效实施的重要途径,生态保护修复监督评估是我国当前维护生态环境安全的迫切需求和生态监管开展的有力抓手。在对国内外已有生态保护修复成效评估相关理论方法进行分析的基础上,围绕生态保护修复工程实施目标,结合生态监管要求,统筹考虑“山水林田湖草生命共同体”理念、生态保护修复工程类型、指标可操作性和兼容性等因素,综合运用频度分析法、专家咨询法和层次分析法等方法,提出了生态保护修复工程实施成效评估指标体系,构建了包括生态环境成效和工程管理成效的指标体系。其中,生态环境成效指标由共性指标和个性指标组成,共性指标包括生态系统格局、生态系统功能、生态干扰等方面的具体指标,个性指标包括森林保护修复工程、草原保护修复工程、湿地保护修复工程、矿山修复工程、防沙治沙工程、石漠化治理工程、水土流失治理工程、地质灾害治理工程、流域综合治理工程等不同工程类型的具体指标。工程管理成效指标主要包括工程绩效、工程实施及公众满意等方面的具体指标。在对各项指标评估的基础上,通过综合评估计算对生态保护修复工程实施成效进行评估。基于生态系统格局指数、生态系统功能指数、生态干扰指数、工程管理成效指数及不...     

面向国土空间生态保护修复的多尺度成效评估体系构建

国土空间生态保护修复是对受到人类干扰而受损或退化的生态系统进行保护和修复的系统工程,成效评估对其优化调整与实现效益可持续具有重要意义。已有研究与实践往往存在侧重单一要素和子项目尺度的局限。本文在梳理国土空间生态保护修复内涵的基础上,基于生态系统的多尺度特征,构建了面向国土空间生态保护修复的多尺度成效评估体系与支撑成效评估的全周期监测体系。多尺度成效评估体系由子项目尺度、保护修复单元尺度和区域/流域尺度3大尺度构成,全周期监测体系由基础信息调查体系、工程实施监测体系、多尺度成效评估体系组成。区域/流域尺度关注生态系统的结构、生态系统质量与生态系统服务等,数据主要依托遥感获取;保护修复单元尺度关注生态胁迫因子、生态系统质量与服务等,数据可依托遥感与地面调查结合获取;子项目尺度关注工程技术措施的实施情况,数据主要依托地面调查获取。在实施多尺度成效评估时,需重点关注和解决生态修复的溢出效应、传导机制、潜在影响等关键问题。     

面向生态系统评估的多源数据融合体系

基于生态系统服务功能的生态系统评估是识别生态环境问题、开展生态系统恢复和生物多样性保护、建立生态补偿机制的重要基础,也是保障国家生态安全、推进生态文明建设的重要环节。生态系统评估涉及生态系统多个方面,需要多要素、多类型、多尺度的生态系统观测数据作为支撑。地面观测数据和遥感数据是生态系统评估的两大数据源,但是其在使用时常存在观测标准不一、观测要素不全面、时间连续性不足、尺度不匹配等问题,给生态系统评估增加了极大的不确定性。如何融合不同尺度的观测数据量化生态系统服务功能是实现生态系统准确评估的关键。为此,从观测尺度出发,阐述了地面观测数据、近地面遥感数据、机载遥感数据和卫星遥感数据的特点及其在问题,并综述了这几类数据源进行融合的常用方法,并以生产力、固碳能力、生物多样性几个关键生态参数为例介绍了“基于多源数据融合的生态系统评估技术及其应用研究”项目的多源数据融合体系。最后,总结面向生态系统评估的多源数据融合体系,并指出了该研究的未来发展方向。     

基于遥感生态指数的阜新市生态质量评估

城市化建设的不断推进及发展给生态环境带来了日益增加的压力,如何多方位、客观准确并且快速地对区域生态环境质量进行评估是目前研究的一个重要方向。以辽宁省阜新市为研究区域,选取2000年、2008年和2016年的遥感影像作为基础研究数据,借助ENVI5.1软件作为数据处理平台,再结合主成分分析方法,借助遥感生态环境质量评价指数RSEI对阜新市的生态质量进行评估。结果表明:2000年、2008年和2016年,阜新市的生态质量总体呈上升趋势;2000—2016年间,研究区RSEI主要由1、2级向3、4、5级转变,生态质量变好和变坏的面积分别占总面积的53.28%和2.38%,生态质量变差的区域主要集中在阜新市东北的风沙区和西南部盆地区;而阜新市西南部盆地区主要是市区,该区生态环境质量变差主要在于近年来的城市快速发展,东北部的风沙区与科尔沁沙地接壤,该区的环境变差在于所处地理位置以及防风固沙林中部分林木出现退化现象等,因此能否在快速城市化建设的同时重视生态环境的保护与修复,成为阜新市生态环境质量变化的重要决定因素。     

无人机在生物多样性遥感监测中的应用现状与展望

近十年, 无人机平台由于其灵活机动、成本低等优势在植被生态调查、资源环境监测、生物多样性保护等领域逐渐兴起。本文从生物多样性遥感监测应用角度首先介绍了无人机分类系统, 为具体工作开展过程中如何选择合适的载体和传感器提供了参考; 继而总结了不同类型无人机的适用性及其可搭载传感器的用途与区别。在此基础上, 针对无人机平台的高精度遥感信息具体应用案例, 就反映生物多样性变化并揭示其驱动机制方面的无人机遥感直接和间接指标的相关研究进展展开阐述。最后, 就目前无人机遥感技术在生物多样性监测领域的应用中存在的限制, 如软硬件结合匹配程度不够、部分设备过于昂贵、法律法规不完善、与传统生物多样性监测手段结合较弱等问题进行探讨。我们认为: 无人机遥感技术可以很好地弥补地面监测与航天、卫星遥感之间的尺度空缺, 更好地将监测点上的结果以准确、可靠的推绎方法扩展到区域尺度供决策分析使用。今后迫切需要进一步加大生物多样性近地面遥感监测项目建设的实施力度, 从整体上提高生物多样性热点区域应对变化的分析预警能力。     

北京山区植被动态及生态恢复的遥感监测

基于北京地区1979、1988、1999、2005和2009年5期Landsat数据,利用基于植被指数的像元线性分解模型对植被覆盖度进行反演,分析了北京山区植被覆盖的时空动态,并通过提取植被退化和修复的区域,研究了海拔、坡度和土壤类型对生态修复的影响.结果表明：1979-1988年,北京山区植被覆盖基本稳定,其后由于社会经济的快速发展,1988-2000年北京山区植被严重退化,2000年以后由于采取多种保护措施,大部分区域生态恢复效果明显,2009年平均覆盖度达到72%,比1999年增加了13%.北京山区植被覆盖变化与地理特征密切相关,土壤贫瘠和坡度较大区域在自然状态下的退化比例相对较高,且退化后不易自然恢复,而低海拔区域受人为因素的影响更大.     

时间信息熵及其在植被覆盖时空变化遥感检测中的应用

基于遥感影像的变化检测是当前的研究热点,可为区域生态环境保育、资源管理与发展规划等提供决策支撑。目前遥感影像的变化检测多基于两个时相,不能充分地反映植被在时间维的连续变化特征。通过引入信息论,提出了利用时间信息熵来综合表征植被长时间序列的变化特征。研究以延河流域为试验区,基于MODIS/NDVI数据,应用时间信息熵方法来计算了2000—2010年该区域的植被覆盖变化信息,厘清了时空变化特征。研究结果表明,近10年延河流域的植被覆盖的变化以增加为主,占流域面积的80.7%;植被覆盖明显增加的区域占流域面积13.9%,主要分布在流域的东北部和东南部;植被覆盖减少的区域占比2.4%,主要分布在流域的西部和西北部;严重减少的区域占比1.1%,主要分布在流域的中部和西南部,是需要重点的生态恢复与治理区域。时间信息熵方法与回归分析法相比,能够更为客观地表征长时间序列植被覆盖的连续变化强度和变化趋势,可为区域生态环境的保护和管理提供更为科学的理论依据。     

基于遥感生态指数的雄安新区生态质量评估

城镇化建设的持续推进给生态环境带来的压力日益增加,多方位、客观、准确、快速测算区域生态环境质量是生态学研究的一个重点.本研究从绿度、湿度、热度、干度4方面分别提取了归一化植被指数(NDVI)、湿度指数(WET)、地表温度(LST)、归一化建筑-土壤指数(NDBSI)4个分量指标,采用基于ENVI平台的主成分分析技术集成所选指标,基于新型遥感生态指数(RSEI)对1995—2015年雄安新区生态质量进行评估.结果表明: 1995、2004和2015年,雄安新区的RSEI均值分别为0.724、0.710、0.682,生态质量总体呈下降趋势;1995—2015年间,研究区RSEI主要由4、5级向1、2、3级转变,生态质量改善和恶化的面积分别占总面积的8.9%和20.9%,生态改善区域主要位于雄县东部和南部,主要原因在于该区域大面积的林地和园地受到当地政府的高度重视和严格保护,生态质量恶化区域主要位于城镇外围以及白洋淀周边,原因在于白洋淀水域面积的锐减和城市化的不断推进;RSEI与各分量指标的平均相关系数为0.804,均高于各分量指标间的平均相关系数,表明RSEI能较好地综合各分量指标信息,全面准确反映研究区生态质量状况.     

多源空间数据融合的城市人居环境监测模型与应用研究

人居环境监测作为城市人居环境建设与管理实践提升的基本,是目前人居环境研究落地的重点。传统的城市人居环境监测在数据更新速度、精度等方面存在不足,难以满足精细化管理需求。提出利用遥感数据与互联网的兴趣点POI(Point of interest)数据结合,建立人居环境监测模型。模型主要有两个关键环节,一是构建自动化提取建筑物算法,该算法通过建立地物特征集,以POI点对应样本为种子,利用全局最优和区域生长算法,自动提取城市建筑物,再利用全局最优算法确定其他地类的阈值;二是人居环境指标计算,将建筑物、绿地、水体信息提取结果与POI数据结合,利用密度类与距离类空间分析算法,分别计算自然、社会经济类指标。基于上述模型,利用2018年4月的北京二号遥感影像和POI点数据在北京市回龙观社区进行实验验证,结果显示:信息提取结果中,总体精度超过95%,Kappa系数超过92%,提取效率提高2.3倍,表明信息提取精度高且可信,适合工程化应用。计算回龙观社区人居环境监测指标,分析结果认为,社区内自然类指标差异不大,但缺乏水体生态系统,生物多样性不够丰富,社区内的商业比较繁华,但是学校和医疗不充足,尤其是缺乏大型公立医院。综上,通过人居环境监测模型研究和应用分析,将遥感数据和互联网数据结合应用于人居环境质量监测有效提高了精度和速度,有利于业务化,服务政府管理。