土地覆盖变化检测中不同相对辐射归一化方法的评价

【目的】从土地覆盖变化检测性能的角度寻求一种精度较高且归一化过程相对简单、客观和自动化的辐射归一化方法。【方法】借助2013年7月和2015年9月的南京地区Landsat 8 OLI图像并以2013年影像为基准,执行基于伪不变特征(pseudo-invariant features, PIF)、时不变点群(temporally invariant cluster, TIC)、全景影像回归(wall-to-wall regression, WWR)和加权不变点(weighted invariant pixels, WIP)4种方法,分波段对2015年的多光谱图像进行辐射归一化处理。在此基础上利用变化向量分析技术(change vector analysis, CVA)进行土地覆盖变化信息提取,并借助高空间分辨率Google Maps对提取到的变化信息进行空间一致性验证。【结果】使用PIF、TIC、WWR和WIP方法对图像归一化后,利用变化向量分析提取的土地覆盖变化信息与目视解译得出的土地覆盖变化信息的空间一致性分别为79.63%、81.75%、72.72%和82.59%; 依不同变化地类给出变化检测阈值,算法的空间一致性会进一步提高。【结论】考虑到算法的客观性、自动化程度和变化检测精度,在4种方法中,TIC法和 WIP法更适合工程化的图像辐射归一化操作。     

基于TM/ETM+数据的南京三区域城市森林干扰指数及分析

以南京紫金山、幕府山和老山为研究对象,利用1992、1995、1998、2001、2003、2005、2007和2011年8期的Landsat TM /ETM+数据进行缨帽变换,通过对变换后的各分量进行归一化操作进而建立森林干扰指数模型,然后进行3个区域森林干扰指数分级操作,最后借助森林资源二类调查数据以及Google Earth影像的目视解译结果,对发展的森林干扰指数分析方法进行了验证。验证结果表明:基于Landsat TM/ETM+数据而发展的森林干扰分析方法是有效且可靠的。南京3个区域的森林干扰在1992—2001年间变化不明显,2001—2005年干扰上升明显,2005年之后下降趋势明显。空间上,幕府山森林受干扰最强,老山林场次之,紫金山最小。每个区域干扰强度的分布也各有特点,但相同的是区域周边的干扰指数明显大于中心地区。驱动南京城市森林干扰时空变化的因素主要包括人口增长、经济开发活动及景区游览等。     

南方集体林区森林破碎化模式及趋势遥感刻画 ——以浙江余杭为例

利用1984、1994和2005年Landsat TM遥感影像,采用ISODATA算法将浙江余杭区分别划分为105个光谱类别。然后借助1980和1995年的中国土地利用数据、2004—2006年间全球第1个300 m分辨率的土地覆盖数据库Globcover以及2005年余杭森林二类调查数据,将105个光谱类重新聚合为森林、非森林及缺失值3类以支持基于森林破碎化模型(非传统森林景观格局指数方式)的森林破碎化分析。结果表明:1984至1994年间该区的森林面积增加,而1994至2005年间森林面积降低。在整个研究期内,森林破碎化程度一直加剧,具体表现为内部森林的份额减少,斑块森林、过渡森林、孔洞森林比重增加。因此应对森林进行科学的调控,减少对该区森林的不合理干扰,制定相应的政策,以消除或减少森林破碎化对整个森林生态系统的潜在威胁。     

基于多源遥感的森林变化对区域温度影响的监测方法研究进展

人类活动通过改变土地覆被促成森林面积变化,推动碳收支和地表能量平衡发生相应变化,进而影响全球和区域尺度的气候。现有森林变化对区域温度的影响研究主要集中在有限精度的森林变化数据与温度数据结合的简单统计方法,但高可靠度的森林变化及其生物物理过程对区域温度的影响研究表明,准确、全面地理解森林与气候之间的生物物理相互作用机制,能为森林生态系统的全面评估提供科学支撑。笔者综合分析了基于多源遥感的森林变化结合其生物物理过程对区域温度影响的多种监测方法,结果发现:①多源中高分辨率森林变化数据的有限可用性一直阻碍着对温度变化影响的精准量化;②集成遥感观测数据的多种方法在量化森林变化的生物物理机制对于区域温度变化影响的评价不一致。因此,森林变化的生物物理机制及其温度效应是一个值得深入分析的问题。未来需要充分发挥多种数据源合理集成后用于解释森林响应气候效应方面的交叉优势,理解生物物理机制与生物化学机制共同作用下的森林变化、碳循环与气候的交互关系,并通过森林生态系统的合理经营与管理实现其气候效益最大化。     

基于支持向量机的MERIS土地覆盖制图及其空间一致性分析

遵循美国国家土地覆盖数据库2001分类主题及系统(30 m空间分辨率),研究中等分辨率成像光谱辐射仪MERIS(300 m)土地覆盖产品的发展及评价。4种监督分类器包括马氏距离、最大似然、决策树以及支持向量机被用来发展区域土地覆盖信息。结果表明:(1)支持向量机在土地特征刻画过程中分类性能最优;(2)由支持向量机导出的MERIS土地覆盖产品尽管其识别地面细节的能力不及NLCD2001,但其主要地物类型在空间分布上与NLCD2001比较接近。分析还进一步揭示MERIS数据可成功地区划水体、常绿森林、裸地及栽培作物等地物类型,而对于落叶林及灌木林的刻画则性能相对较差。在MERIS土地覆盖产品中观察到从灌木林向裸地、灌木林向常绿森林及灌木林向草地的误分现象。然而,MERIS土地覆盖产品的生产较NLCD2001要节省人力及成本,中等尺度的MERIS土地覆盖产品对于某些科学应用将具有独特的价值。MERIS土地覆盖产品的发展应该充分应用多种辅助信息以及区域调制的分类策略,以期获得更加可靠的分类结果。     

基于GIS的紫金山风景区景观格局及其动态分析

以南京紫金山风景区1993年和2002年两期森林资源调查成果为主要信息源,在地理信息系统软件Mapinfo 6．5的支持下,提取分维数、景观优势度、景观多样性及景观破碎度等景观格局指数对紫金山景区从1993～2002年近10年的景观格局及其动态特征进行了全面分析。结果表明：(1)景观优势度上升而多样性降低并且有林地景观类型始终占优势地位;(2)人为干扰大的景观类型有较小的分形维数;(3)有林地在研究区内呈集群分布而前期灌木林和后期疏林地近似呈随机分布。     

基于遥感的城市化进程监测方法及其应用

【目的】利用不同分类精度的指数模型分析南京2001—2015年的城市化进程。【方法】借助2001年Landsat7 ETM+,2006、2010年Landsat5 TM及2015年Landsat8 OLI南京地区遥感影像数据,首先通过归一化差异水体指数(the modified normalized difference water index,MNDWI)提取水体信息,随后利用城市指数(the urban index,UI)、归一化建筑指数(the normalized difference built-up index,NDBI)、建筑指数(the index-based built-up index,IBI)、基于红光的建筑指数(the visible red-based built-up index,VrNIR-BI)、基于绿光的建筑指数(the visible green-based built-up index,VgNIR-BI)模型提取不透水层,结合最大类间差分法将影像分为建成区和非建成区两类,最后融合分类结果形成南京地区城市化专题地图。【结果】从验证结果来看,所有模型的总体精度均高于64.33%,其中UI、NDBI模型具有总体最高精度。UI模型精度最低69.67%(2001年),最高85%(2010年); NDBI模型精度最低72.00%(2001年),最高82.60%(2010年)。在UI模型和NDBI模型下城市化发展水平,分别从2001年的11.55%和17.66%攀升至2015年的20.50%和25.60%。【结论】在精度最高的UI指数和NDBI指数模型下,南京市除高淳区和溧水区之外的各个行政区的建成区增量前4名分别是江宁区、六合区、浦口区和栖霞区。     

基于信息量的高分辨率影像纹理提取的研究

从纹理提取方法入手,对影响遥感影像纹理提取精度的因素进行了分析。结果表明：移动窗口大小是影响基于灰度共生矩阵纹理提取的主要因素,对于高分辨率遥感影像,为了保持纹理融合影像信息量的丰富度,适宜的移动窗口选择范围为9×9至15×15之间。通过计算不同窗口大小的OIF值进行纹理组合的选择,得出对于较小的移动窗口3×3与5×5,纹理ME、HO与CR的组合将获得最丰富的纹理信息;对于窗口7×7至17×17,纹理VA、HO与CR的组合最适宜;而窗口大于17×17时,纹理VA、CO与SM的组合将会带来更丰富有效的纹理信息。对不同移动窗口下纹理组合的分类精度评价结果显示,适宜移动窗口下(9×9至17×17),VA、HO与CR纹理组合可提高高分辨率影像的信息提取精度。     

基于时间序列MODIS-VCF数据的云南省森林覆盖变化及破碎化分析

【目的】分析云南省2000—2016年森林分布及森林破碎化模式,评估现行森林经营政策的有效性,总结有关森林经营政策执行的经验和教训。【方法】以250 m分辨率MODIS-VCF(vegetation continuous fields, 植被连续场)产品及其衍生数据为基础数据源,利用单一像元位置上森林覆盖随时间的变化而拟合趋势线,通过对斜率、截距及该像元位置上森林覆盖率的方差进行阈值化操作,判定该像元上森林变化类型。在此基础上,利用3×3移动窗口分析技术提取窗口内森林面密度及森林连接度指数,并借助渗透理论将窗口中心森林像元归并为内部、孔洞、边缘、斑块、过渡或未确定等破碎化类型之一。最后,将典型区域的生物多样性动态与森林破碎化成分进行了关联性分析。【结果】2000—2016年,云南省森林面积呈波动增加态势,其中森林持续覆盖增加的区域占云南省总面积的比例约为30.57%。高覆盖变化主要分布在云南省西部和南部,低覆盖变化分布在北部、东部和中部。分析研究期内森林破碎化成分的占比发现:内部森林所占面积比例由2000年的50.03%增长到2006年的57.32%, 再略降到2011年的56.33%,最后升到2016年的63.32%; 孔洞森林面积占比则由29.41%下降到2006年的27.81%,2011年小幅升至28.36%, 再降到2016年的24.54%。边缘森林、斑块森林、过渡森林也与孔洞森林的变化趋势一致,基本上呈现逐渐下降的态势。【结论】在退耕还林、集体林权制度改革等政策推动下,云南省森林面积整体增加,森林破碎化程度降低。2006—2011年森林覆盖略微减少,热点地区森林破碎化程度增加,这同时影响到区域野生动物的数量下降和分布趋于紧缩。     

太平洋西北部地区天然林景观动态及破碎化驱动力分析

【目的】准确量化森林破碎化程度以及破碎化过程,对于理解森林的生境变化导致的生态服务功能变化具有重要作用。本研究旨在量化美国西北部天然林破碎化空间过程,探究其社会经济驱动因素,为构建合理的森林经营方案提供参考,并为提高中国东北地区天然林的管理水平提供借鉴。【方法】利用美国国家土地覆盖3期数据(NLCD2008、2013及2016),先对太平洋西北部地区天然林进行景观格局分析,然后采用森林破碎化过程模型描述和量化了4种破碎化过程,据此刻画了研究区内天然林景观动态变化及破碎化的时空模式。结合社会经济统计资料,分析导致这些变化的社会经济驱动因素及其管理含义。【结果】①2008—2016年,天然林面积总体呈现出缓慢的上升趋势,森林损失面积持续低于森林恢复面积,森林斑块面积逐渐增大,而斑块数量逐渐减少,森林连接性逐渐提高。②森林破碎化现象广泛存在,且随着时间推移逐步得到改善,收缩和破碎化过程在森林破碎化成分中占主导地位,4种破碎化过程呈现出“破碎化—收缩—穿孔—消失”的前后关联。③社会经济因素是森林破碎化的重要预测因子, 表现形式为:人口增加、居民点建设、农业开垦种植和区域经济发展对森林资源的依赖等。【结论】近10年内太平洋西北部森林破碎化程度逐渐降低,受人为干扰影响较大,森林景观在研究阶段内未发生明显变化,既满足了木材工业发展的需要,又符合生态保护的要求。