基于Agisoft PhotoScan的无人机影像自动拼接在风景园林规划中的应用

【目的】通过构建研究区三维可视化直观模型,为大尺度风景园林规划设计提供前期分析资料。【方法】以南京神策门公园为研究区,通过轻小型无人机低空航测方式获取原始数据,利用Agisoft Photo Scan程序进行数据处理,自动对齐输入影像并进行优化处理,定向提取密集点云,建立不规则三角网(TIN)及数字正射影像(DOM)的制作。根据生成的三维可视化直观模型建立研究区域完整的正射影像,同时结合Arc GIS和ENVI等软件进行空间信息量化分析。【结果】无人机观测值与GPS观测值对比拟合得到线性回归模型,二者相关系数R=0.994;将输出的正射影像在Arc GIS中进行空间分析得到神策门公园绿地面积为36 974.78 m2,在ENVI中进行监督分类得到研究区土地利用类型统计表,其中绿地占比为64.34%。【结论】Agisoft Photo Scan软件在处理无人机影像时自动拼接精度较高,拼接影像时效性较好;对于较大尺度范围,能够有效提取风景园林规划设计前期分析所需的场地地理信息,并实现信息的量化分析。     

基于RF模型的高分辨率遥感影像分类评价

以QuickBird高分辨率遥感影像为主要数据源,采用多尺度影像分割方法提取地物对象的光谱、纹理和形状特征;在此基础上,构建基于随机森林（RF）方法的遥感影像分类模型,分析和评价特征变量对模型重要性与稳定性的影响。结果表明:1研究区最优分割尺度参数为70、形状因子0.2、色彩因子0.8,同时构建研究区乔木、灌木和草地等8个景观类型的光谱、纹理和形状等32个特征变量信息;2选择5 000棵树和1个节点变量构建的RF分类模型的总体精度为0.94,Kappa系数为0.93,OOB（Out of Bag）数据泛化误差为6.01%;3通过分析特征变量的重要性发现,Ratio_la₁和Ratio_la₂等光谱特征的重要性值明显比形状特征和纹理特征的高;4基于平均下降精度,选择16个变量构建RF模型时总体精度达到0.94,Kappa系数0.93;5基于基尼指数构建的RF模型,在19个变量时总体精度和Kappa系数达到峰值。相比较而言,基于平均下降精度构建的RF较稳定。     

西藏河滩流动沙地植被恢复及物种多样性变化

【目的】分析在河滩流动沙地上不同地面处理措施对沙地植被恢复的影响,为雅鲁藏布江中游河滩流动沙地的植被恢复工作提供依据。【方法】在雅鲁藏布江中游河滩流动沙地的多年植被恢复试验中,进行不同地面处理措施下各流动沙丘恢复植被的植物种组成和生长状况的野外实地调查,分析物种丰富度、α多样性的变化特征,同时结合2011年、2016年对试验地植物优势种的抽样调查,探讨了不同处理条件下沙地植被恢复情况。【结果】2008年以来,雅鲁藏布江中游河滩流动沙地植被恢复的存活植物种数可达10种,花棒、籽蒿和藏沙蒿在个体数量与生长状况上均优于其他植物种,且不同处理措施间植物的生长与物种多样性存在一定的差异,秸秆沙障植物物种数量最多,而植株生长状况对照较好。物种多样性则表现为石方格及塑料方格秸秆沙障无处理措施。【结论】花棒、籽蒿和藏沙蒿可以作为河滩流动沙地植被早期演替阶段的先锋植物。在植被恢复过程中,秸秆沙障既能保证物种多样性的水平,同时利于植物生长;但在人类活动干扰较为严重的区域,则可以铺设石方格及塑料方格,以提高植物多样性,进而促进植被生态系统的稳定,增强沙地植被恢复潜力。     

基于AHP和FR模型的城市绿地适宜性评价

适宜性评价能够协调城市发展与生态环境保护之间的矛盾。以常州市为例,基于对航片的解译及实地调查提取研究区绿地信息,根据各种专题图建立空间属性数据库,利用ArcGIS9.3的Spatial Analyst工具,对适宜性影响因子(土地利用、植被指数、人口密度等)进行分析,运用层次分析法(AHP)和频率比(FR)模型,分析了常州市城市绿地的生态适宜性,并结合ROC曲线对两种方法进行检验和优选,针对分析结果提出常州市绿地系统规划建议。分析结果表明:权重变化对基于AHP法的适宜性评价结果影响不大,常州市城市绿地综合生态适宜性的空间分布规律大致为西部高,中部低。FR模型下高度适宜和较适宜区占研究区总面积的24.14%,以较大面积的绿地及苗圃地为主;不适宜区占研究区总面积的17.75%,以中心城区的建设用地为主。根据FR模型和3组AHP法计算出来的ROC曲线下的面积分别为:0.724、0.604、0.612和0.597。     

基于CA-Markov模型的喀斯特地区县域生态系统服务价值动态模拟

【目的】评估贵州喀斯特典型地区土地利用及生态系统服务价值变化趋势,为退耕还林(草)工程的实施提供理论支撑。【方法】在"3S"技术支持下,以贵州省普定县1999年、2003年、2009年和2015年4期Landsat遥感影像为主要数据源,根据CART决策树模型分类结果,提取普定县土地利用/覆被及景观格局信息,对1999—2015年间生态系统服务价值进行动态评估;在此基础上结合CA-Markov模型,预测普定县2021年土地利用景观格局及生态系统服务价值变化趋势。【结果】1999—2015年间,研究区生态系统服务价值平稳增加,其中林地、农田和水域3类景观的生态系统服务价值占总价值的90%以上,是生态系统服务主体。在土地利用生态系统单项服务价值方面,水源涵养、土壤形成与保护和废物处理这3项生态服务功能合计贡献率在50%左右。【结论】贵州普定县域生态系统服务价值变化的主要驱动因素是退耕还林(草)政策的实施。2021年普定县生态系统服务价值总量为9.58亿元,比2015年减少约0.3亿元,说明现有退耕还林政策下,普定县生态系统服务价值在未来5年呈下降趋势。     

基于SDA和CART算法的面向对象分类研究

以2005年深圳市福田区Quick Bird影像为主要数据源,根据面向对象多尺度分割结果,构建和分析了不同地类对象的光谱、形状和纹理信息特征,在此基础上利用逐步判别分析法(stepwise discriminant analysis,SDA)结合分类回归树(classification and regression trees,CART)构建多尺度、多变量分类模型。结果表明:1采用SDA在一定程度上能够客观、准确地进行特征子集预筛选,笔者从32个特征中筛选出27个特征用于构建CART模型,并按其区分地类能力进行了重要性排序,其中光谱特征与纹理特征排序比较靠前,形状特征中仅LengthWidth排在第5位,剩余特征比较靠后。2利用分类回归树模型可进一步优化特征选取,并智能化计算出分离阈值,基本实现面向对象的自动化分类。其中Mean_b3、Length Width、Ratio_b3、GLDVE和NDVI是重要分类节点。3逐步判别分析结合分类回归树构建的分类模型,可以在提高或者不显著降低影像分类精度的条件下实现特征降维。当取相关指数R20.2时,构建的分类模型效果最优,CART16模型训练和验证精度分别为94.44%和83.37%,其特征子集规模最小,与原始特征数量相比减少了一半。     

乡村聚落时空分布特征及驱动因素分析——以安徽黟县为例

【目的】基于遥感数据和3S技术进行乡村聚落时空分布特征及演变规律研究,为推进美丽乡村建设和实现地区可持续发展提供参考。【方法】以安徽省黟县为对象,基于核密度分析、GIS空间分析、景观格局指数以及空间自相关等分析方法,探究研究区2010年、2012年、2014年、2016年4年乡村聚落的时空分布特征与景观格局变化的驱动因素。【结果】2010年与2012年黟县各村镇之间的乡村聚落核密度估值呈较弱的聚集分布,2014年与2016年黟县各村镇之间的乡村聚落核密度估值呈显著的聚集分布状态; 2010年、2012年、2014年、2016年的Moran's I指数均大于0,黟县乡村聚落存在正的空间相关性,2016年Moran's I指数较2014年的低;黟县乡村聚落核密度估计值相似的地区在空间上聚集分布的趋势有所减弱,空间分布的差异性在增强;地势、河流等自然因素以及道路、城镇经济、人口变化等社会因素影响黟县乡村聚落分布格局的演变。【结论】黟县乡村聚落的时空分布格局特征与演变研究能够为美丽乡村建设中的合理规划、聚落优化、土地资源利用以及可持续发展规划建设提供理论依据。     

基于景观连通性的城市绿地核心区规划方法研究

城市绿地作为城市生态系统的重要组成部分,对城市发展的贡献不可估量。以扬州市为例, 在ArcGIS 9.2支持下,借助于2005年SPOT 5遥感影像数据,引入景观巧合概率指数(LCP)、整体连通性指数(IIC)、可能连通性指数(PC)和重要值等评价指数,对研究区内的绿地斑块等级、连通性和空间结构进行分析。结果表明：当连通距离设置为500 m时, LCP、IIC和PC所反映的斑块重要性排列顺序基本一致;以500 m阈值确定2 km2绿地核心区内,绿地斑块数和面积分别占总体的8 %和16 %;核心区内的绿地斑块主要以中大型和大型斑块为主,斑块连接度高,破碎化程度较低。因此,控制核心区用地规模,加强核心区内的植物保护与建设,通过构建以核心区为重要节点的绿地网络是增加扬州城市绿地系统生态效益的关键。     

基于景观格局的常州市生态承载力动态分析

利用RS与GIS技术获取常州市1995、2000、2005年3个年份的土地利用空间分布,选取7个景观指数对其进行景观格局分析,并结合生态足迹模型计算相应年份的生态承载力,运用SPSS统计分析软件计算景观指数同生态承载力的皮尔逊相关系数,根据生态承载力动态变化和空间变异状况,结合生态盈亏情况和人均生态协调系数,对常州市可持续发展状况进行评价。结果表明:常州市土地利用类型变化在此10年间趋势比较稳定,建筑用地增加9.69%,其他用地减少10.12%,林地增加8.54%,农田减少6.47%;3个年份的人均生态承载力不断下降,分别为0.239 2、0.234 7、0.226 3 hm2/人;整体上,武进区和新北区的生态承载力较高,戚墅堰区最低;生态承载力与最大斑块指数、聚集度指数呈现显著正相关关系,与斑块密度间呈现显著负相关关系;3个年份的人均生态赤字分别为-0.822 1、-1.091 6、-1.488 7,人均生态协调度分别为1.195 4、1.158 9、1.122 2。     

基于空间自相关的县域尺度土壤侵蚀抽样方法研究

【目的】探讨不同空间抽样方法和插值方法对土壤侵蚀预测精度的影响,为县域土壤侵蚀快速评价提供技术支撑。【方法】以沂蒙山区蒙阴县为研究区,GF-1号和GF-6号卫星影像、1∶1万地形图等数据为基础数据源,基于空间自相关理论,采用不同的空间抽样方法和空间插值方法,对研究区土壤侵蚀状况进行快速抽样预测研究。【结果】①根据全局Moran’s I指数、Z score和平均图斑类型,选取400 m×400 m方格为抽样单元最优尺寸。②与空间随机抽样、空间系统抽样方法相比,空间分层抽样样本容量最少(150个,其他样本容量最均超过250个),抽样精度最高(96.69%),抽样效率最高。③空间分层抽样下,普通克里金法和协同克里金法的计算结果与栅格计算法差异较小,相对差异分别为8.25%和9.85%(另两种方法的相对误差大于25%),但在空间分布上,受坡度影响的协同克里金法土壤侵蚀强度分布更为详细。【结论】综合考虑抽样调查的精度和工作量,在沂蒙山区县域尺度开展土壤侵蚀调查工作时,可采用空间分层抽样和协同克里金法或普通克里金法的方法进行土壤侵蚀快速预测,从而为区域生态环境保护提供重要数据支撑。