融合合成孔径雷达和光学影像的植被覆盖区土壤湿度反演

利用合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)卫星可对土壤湿度实现大面积、时间连续的反演.针对此过程中难以消除植被遮挡的问题,提出融合SAR微波数据和光学数据,利用修正水云模型消除植被影响,求解纯粹地表后向散射系数,代入裸土区土壤湿度反演算法进行土壤湿度反演,并在武汉豹澥区域设置实测站点记录实测数据进行比对.结果分析表明,经过植被消除后,实测站点垂直极化后向散射系数平均衰减量与植被覆盖度之间时间序列上相关系数达到0.83;土壤湿度反演值与实测值趋势相关性平均提升0.08,且提升程度与植被覆盖度相关系数也达到0.8以上,表明本算法针对植被覆盖度越大区域反演效果越好.该方法通过SAR影像和光学影像融合反演长时间序列土壤湿度具有良好可信度.     

基于尺度化SMMI的神东矿区土壤湿度变化遥感分析

 为消除遥感数据时相差异的影响,在土壤湿度监测指数(SMMI)和尺度化归一化植被指数S-NDVI 的基础上,构建了尺度化土壤湿度监测指数S-SMMI。利用1989-2013 年神东矿区多时相TM/ETM+/OLI 及HJ-CCD 影像band3、band4 反射率数据,监测分析了神东矿区25 年来土壤湿度的时空变化特点及其与地表高程、NDVI 之间的关系。结果表明:神东矿区25 年来土壤湿度总体呈上升趋势,与矿区植被的改善成呈相关;土壤湿度和NDVI 的分布均受到了区域地形的影响,低高程区的土壤湿度与NDVI 对高程变化更为敏感;与土壤湿度为16%~32%时的NDVI 变化相比,土壤湿度小于15%时NDVI 变化更为敏感;而且,地势低洼处的人类活动对NDVI 的影响较大。     

神东矿区土壤湿度遥感监测与双抛物线型NDVI-Ts特征空间

 结合神东矿区环境与灾害遥感监测与分析,根据MODIS/AQUA卫星产品的归一化植被指数(NDVI)和地表温度(T_s)数据,分析了基于1km和500m分辨率数据的NDVI-T_s特征空间,发现NDVI-T_s特征空间均具有双抛物线型特征。与基于1km和500m分辨率数据的NDVI-T_s三角形特征空间进行对比分析,并将得到的温度植被干旱指数(TVDI)数据与实测土壤湿度进行相关性分析,结果表明1km双抛物线型NDVI-T_s特征空间能更好地反映地表0—5cm土壤湿度,而500m双抛物线型NDVI-T_s特征空间在监测10cm土壤湿度时更有优势。以通过双抛物线型NDVI-T_s特征空间得到的TVDI作为旱情遥感监测指标,评估了2010年10月8—23日16d和2010年10月8日当天的神东矿区旱情,揭示了矿区旱情的空间特点。     

区域地表植被演化特征分析

植被是反映矿区地表环境的关键因子之一,为研究地下采煤对地表环境的影响,选取植被指数作为地理环境因子,利用西咸新区2010-2016年的遥感影像计算出植被的生长季,提取矿区中植被生长较好的五个月的植被指数,统计出植被的退化情况并做分析。基于Arcgis软件对上述结果进一步分析,计算植被覆盖度并做统计分析。结果表明近七年大佛寺矿区地表植被有一定的演化特征,其中植被改善及退化比重变化幅度较大,彬长区域植被覆盖度整体呈上升趋势,大佛寺矿区植被覆盖度整体呈下降趋势,表明矿区开采影响了地表植被生长。     

基于机器学习模型的多层土壤湿度反演

为了获取深层土壤湿度缺测值,采用支持向量机、BP神经网络和随机森林3种机器学习算法,在表层至深层土壤中利用主成分分析法选择与土壤湿度相关性显著的气象因子作为输入数据,建立多层土壤湿度反演模型反演了不同深度的土壤湿度。结果表明:随机森林模型模拟结果更加稳定,反演效果更佳;受气象因子驱动的影响,3种机器学习模型对地表0~10.cm深度内土壤湿度的反演效果更佳,对深层土壤湿度的反演效果随着深度增加而变差;增加表层土壤湿度及不同深度土壤温度作为驱动因子可以有效提高机器学习模型对深层土壤湿度的反演能力。     

基于POI的多尺度西安市热岛效应分析

以西安市为研究区,利用2016年Landsat 8遥感影像数据反演西安市地表温度,通过多元线性回归分析分别在0.5、1.0、1.5、2.0 km尺度上对同时期地表温度与用户兴趣点(POI)密度、水体盖度以及植被盖度进行相关分析,通过逐步回归法定量分析人类活动因子模型与生态基础设施模型对地表温度的解释程度.结果表明,在4个空间尺度上POI密度、植被盖度与地表温度存在极显著的相关关系;相同空间尺度下,生态基础设施模型解释率高于POI模型;两模型的交叉解释率随空间尺度增大逐渐高于二者独立解释率之和;加入POI因子后,全模型对西安市地表温度的解释率较生态基础设施模型显著提高.     

利用GNSS信号地表穿透特性反演土壤湿度的思考

利用全球导航卫星系统干涉信号（GNSS-interferometric reflectometry, GNSS-IR）进行土壤地表湿度反演具有无需信号源、探测区域宽广等特点，受到了国内外研究机构的广泛关注. 为解决传统GNSS穿透模型结构复杂的问题，根据几何构型给出了GNSS-IR计算天线相位中心与地表实际反射面垂直距离的方法，通过仿真不同土壤湿度下的高度测量偏差，建立了与GNSS信号理论穿透土壤深度的线性关系，以及与土壤湿度的反比例关系. 考虑到卫星高度角的变化对高度反演的影响，采用修正的测高模型，并利用Lomb-Scargle谱分析的方法计算了高度测量偏差. 为减少地表植被对反演天线相位中心距离地表实际反射面垂直距离的影响，利用归一化植被指数对高度测量偏差进行了修正，同时建立了GNSS信号高度测量偏差与土壤湿度的一阶反比例模型，最后对该模型进行了验证. 结果表明，对于长时间大尺度变化土壤湿度的场景，利用GNSS信号地表穿透特性进行土壤湿度反演有着很好的效果.      

玉溪不透水面与植被及地表温度的定量关系分析

玉溪市区为例,以Landsat 8卫星遥感影像为数据源,将定量遥感分析中的线性光谱分解技术用于提取不透水面信息,并利用土壤调节植被指数和大气校正法分别提取出植被、地表温度等要素信息,并分析他们的相关关系.实验分析表明,越靠近玉溪城市中心区域,不透水面盖度值越大;不透水面信息与植被要素呈现较为显著的负相关关系,相关系数为0.866 5;而不透水面与地表温度信息存在明显的线性正相关关系,相关系数达到0.859 8.     

ESA土壤湿度遥感产品在河南省的时空变化分析

利用河南省区域2012年1月1日到2012年12月31日的土壤湿度观测资料和欧空局(ESA CCI SM)土壤湿度遥感资料,验证ESA土壤湿度遥感产品在河南省的精度及其时空分布特征.进行了一系列的反复实验,得出结果,结果表明:(1)ESA土壤体积含水量反演值与地面实测值相关性较好,R2为0.6765;RMSE为0.0511,偏差较小;平均值相差0.0113,土壤湿度值较接近.(2)ESA土壤湿度遥感产品可以很好地展现出河南省土壤湿度的空间分布特征.(3)ESA土壤湿度数据在一定程度上可以精确地展现各个季节河南省的土壤湿度时间变化趋势和空间变化特征,与实际情况大致符合,对分析河南的土壤水分变化有着一定的适用性.     

基于高分一号的农田植被区土壤湿度反演研究

以国产高分一号(GF-1)遥感数据为数据源,以荆州市公安县为实验区,选择垂直干旱指数(PDI)、改进型的垂直干旱指数(MPDI)和植被调整垂直干旱指数(VAPDI),对土壤湿度指数反演的效果进行比较和验证,同时为减少水体对地表反射率的干扰,采用归一化差异水体指数法(NDWI)对水体进行掩膜处理.研究结果表明,PDI、MPDI和VAPDI分别反演得到的土壤湿度值与实测值的相关系数为0. 520 5、0. 697 2、0. 687 2,实测土壤含水量验证精度评价也表明各模型均能满足反演的精度要求;在植被覆盖较好的农区,MPDI和VAPDI能够在一定程度上克服混合像元对土壤湿度光谱信息的影响,模型拟合效果优于PDI.研究结果可为江汉平原大范围和动态监测表层土壤湿度指数提供理论基础和实践参考.     

黄土山地典型覆被类型对土壤水分运动的影响

黄土高原山区土地覆被发生了巨大变化,为研究退耕还林后,覆被类型对黄土高原土壤水分的影响,对典型覆被类型的山区土地开展了不同季节土壤含水率变化监测研究.结果表明,不同深度土壤水分随季节发生了较大的变化,而相同季节不同的覆被类型对降水入渗及土壤水运动也有极大影响,且对土壤水分有效性有显著影响.植树造林有利于林地0～3m土壤水的补给,但仍会出现土壤干层,且下部土壤水的补给明显受到该干层的影响.覆被类型不同,土壤水分的变化趋势不同,当土壤水分改变后,又反作用于植被.土壤水与植被之间存在一个平衡状态,当平衡状态被打破时,直接影响植被的生长,而影响土壤水分的运动.     

矿区土壤重金属污染安全风险计量与可视化表达

 多年高强度的金属矿产开采使得矿区土壤重金属富集。本文精确构建矿区三维地表模型,合理布置367个采样点;调查分析矿区土壤中重金属Cd、As、Cu、Zn 和Pb 的生态安全风险。结果表明：土壤中重金属平均含量顺序为：Zn>Pb>Cu>As>Cd,重金属含量实际值远超背景值,且变异系数差异较大,Cd、As、Cu、Zn 和Pb 在土壤中含量的对数值成正态分布;污染指数均为重度污染,污染指数大小顺序为：Cd>Pb>Zn>As>Cu;土壤中重金属的潜在生态风险指数RI达787.29,潜在危害程度很大;Cu、Zn、Pb 总非致癌风险HQ小于1,但Cd、As 仍存在很高健康风险,且As 为主要风险源。本文实现了重金属污染风险状况在三维模型上的可视化表达,为矿区的安全生产管理提供直观的决策依据。     

基于地表温度和植被指数的农业干旱遥感监测方法

农业旱灾是人类面临的最主要自然灾害之一,对我国农业生产影响非常大。土壤含水量是农业干旱监测的重要指标,通过遥感地表温度(LST)与植被指数(NDVI)结合,可以估算土壤湿度,监测农作物旱情。重点研究了LST/NDVI特征空间中干湿边的提取方法,通过14年全国NOAA/AVHRR的8km合成数据集分析发现,在LST/NDVI特征空间中,曲线斜率与实测土壤湿度显著相关(R=0.78,P<0.01),干边的截距和斜率与湿边有比较稳定的关系,但干湿边存在较大的空间和时间变异性。将全国分为6个区,分别确定LST/NDVI特征空间,根据特征空间干湿边参数反演土壤湿度,在土壤湿度分布图和全国耕地分布图基础上,进行旱情分级,得到全国耕地旱情分布图,可以为农业抗旱救灾提供快速宏观的信息服务。     

条纹检测在计算机提取遥感图象线性结构中的应用

理论与实践表明了遥感图象中线性结构的提取对于大面积陆地的化学探矿及石油与天然气蕴藏的预测，有很大好处。考虑到实际地质构造与遥感图象的吻合度，采用条纹检测方法进行线性结构的提取，经实验，效果良好．     

辽河三角洲土地利用变化及其影响

以盘锦市为例，以遥感和地理信息系统为主要技术手段，结合野外调查，对辽河三角洲的土地利用变化进行了分析，结果表明：10年间研究区的土地利用既有类型间的转换，又有空间上的变化，且呈现一定的规律性。人为干扰是变化的主导因素，而随之产生的生态问题则必须采取有效措施予以控制和补偿。辽河三角洲是重要的商品粮基地和油田，还是许多珍稀鸟类的栖息地，本研究对协调地区经济发展与生态保护具有重要意义。     

基于多时相遥感的煤矿区LUCC信息图谱

在地学信息图谱理论和GIS的支持下,以多时相遥感为LUCC数据源,针对煤矿区的特点,提出了建立四种LUCC信息图谱的方法。选择唐山市古冶区为研究对象,以3个时相(1987年、1992年和2001年)遥感图像为数据源,利用ENVI4.0对图像进行预处理和人机交互解译,通过ArcView3.2进行空间分析,生成了四种类型的LUCC信息图谱,计算了LUCC转移矩阵和概率转移矩阵。以1987-2001年时段为例,对空间格局和演变过程的信息图谱进行了详细分析。研究表明:基于多时相遥感数据,利用地学信息图谱研究煤矿区LUCC是一种先进可行的技术途径。     

宁夏盐池县封育区沙地浅层土壤水分时空特征分析

以宁夏中部干旱带盐池县封育沙地为例,利用GPS定位,采用定位监测的方法,以自然状态下的流动沙地为对照,对不同封育年限的封育沙地的土壤水分时空特征进行分析.结果表明,不同类型封育沙地的土壤水分含量随着土层深度而变化,一般为表层土壤含水量均较低,随着土壤深度的增加,土壤含水量先增大后降低.土壤水分变异系数随着土层深度的增加均呈现出降低的趋势,土壤水分含量由大到小依次为流动沙地,封育2 a沙地,封育4 a沙地,人工恢复沙地.同时,根据生长季初末土壤含水量的变化特征,土壤水分的年内变化规律表现为流动沙地和封育2 a沙地的土壤水分为积累型,封育4 a沙地的土壤水分近似于平衡型,而人工恢复沙地的土壤水分则是消耗型.这主要是降水入渗补给和蒸腾蒸发两个相反过程相互制约的结果.     

遥感影像关联规则数据挖掘

随着遥感影像的应用越来越广泛，从海量数据的遥感影像中智能化提取有用信息正在被广泛地研究，这就是数据挖掘技术问题，借用一个简单的实例研究了数据挖掘技术中的关联规则理论在遥感影像属性提取中的应用，应用Apriori算法提取了植被、坡度、降雨、山火之间的关联，为相关的决策支持提供了参考．