提出了基于模拟退火( SA, Simulated Annealing ) 算法的植被参数( 叶面积指数和叶绿素含量) 反演方案。该方案以冠层反射率模型( SAIL, Scat tering by Arbit rarily Inclined Leav es) 作为正向模型, 分别以Bo ltzman 模拟退火( BSA , Bolt zman Simulated Annealing) 、快速模拟退火( FSA,Fast Simulated Annealing ) 、极快速模拟再退火( VFSA, Very Fast Simulated Anneal ing ) 算法为优化方法, 并采用模型输出的光谱反射率和观测的光谱反射率的残差平方和作为目标函数。模拟反演结果表明: ①模拟退火算法能够跳出局部最优, 得到全局最优解; ②极快速模拟再退火算法在时间效率和反演精度上都优于Bo ltzman 模拟退火和快速模拟退火;③ 在给定的光谱数据没有误差的情况下, 利用模拟退火算法反演SAIL 模型, 能够得到高精度的叶面积指数和叶绿素含量。
若尔盖县是世界著名若尔盖湿地的主要组成部分, 是青藏高原高寒生态系统的典型代表。基于1989 年、1997 年和2004 年3 期Landsat TM 影像的土地利用ö土地覆被分类结果, 运用地理信息系统空间分析方法和数理统计学方法, 深入分析了四川省若尔盖县近15 年来各土地利用/覆被类型尤其是草地和沼泽的数量和空间变化特征。结果表明: ①研究区主要土地利用与土地覆被类型为草地、沼泽、林地和裸地, 其中草地与沼泽面积逐步减少, 而裸地面积成倍增长。②通过建立研究区LU CC 幅度、LU CC 数量和空间变化模型以及趋势与状态指数模型, 很好的表现了研究区LU CC 的时空特征。从整个区域来看, 前期综合LU CC 趋势和状态指数为0. 37, 处于准平衡状态;后期小于前期, 为0. 23, 处于平衡状态, 整个时段其指数为0. 35, 为准平衡状态, 呈现双向转换态势。③定位分析了研究区LU CC 情况, 发现区域草地和沼泽退化相当严重, 而且前后两期退化区在空间上有所转移。
史前时期, 在石羊河下游存在着一个面积广大的统一终端湖——猪野泽, 随着气候的变化和人类活动的加剧, 猪野泽逐渐分裂、瓦解并最后完全干涸, 遗留下众多的终端湖残迹, 白碱湖为其中规模最大、干涸最晚者。以TM 遥感影像为数据源, 通过影像增强, 突出了白碱湖北岸岸坡上呈水平平行状分布的一组色调相间变化的条带。经过判读、对比分析和在GPS 导航下的实地考察, 其中的8 条被确认为曾经的湖岸线。利用该地区1∶5 万DEM , 读取这些湖岸线现代条件下的高程, 并在GIS 中对各湖岸线相应的湖面面积和水量进行了计算。结果表明, 白碱湖湖面的最高高程约1 320 m , 相应的最大湖面面积为1 600 km 2, 其后经历过多次规模不等的退缩, 直至上个世纪完全干涸。
高光谱遥感数据的最主要特点是: 传统图像维与光谱维信息融合为一体, 即“图谱合一”。针对高光谱数据波段多、数据量大、冗余度大等特点, 论述了特征选择和特征提取的若干算法, 分析了各自的优缺点。重点研究了导数光谱算法, 并针对二值编码的不足研究了其改进算法—— 四值编码算法。最后用编码技术和导数光谱技术提取了地物的光谱特征参数; 试验表明: 四值编码算法比二值编码算法效果更佳; 光谱导数阶数越高, 对地物特征的表达越有效。
运用ENVI 中感兴趣区、Arcgis 中AML 编程、基于境内独立水体和裸露路面反射率进行大气影响校准等方法, 计算并自动统计出兴隆山国家级自然保护区各小班2000～2002 年7～8 月的3 种植被指数( 差值指数、归一化指数和绿度指数) 及生态因子的平均值, 建立多种要素和监测指标的空间数据库, 旨在探索复杂地形条件下植被指数的年际变化, 为该区域的森林生态系统及退耕还林监测奠定数据对比与技术基础。研究发现: 2001 年和2002 年各林种的差值指数和绿度指数均比2000 年有所减少, 只有2001 年的NDVI 比2000 年增加1. 11% 。研究认为, 就年际变化幅度来说,阔叶林3 种指数的最大说明其对生态环境变化的敏感性; 针叶或针叶混交林处于第二位, NDVI 变化值只有前者的1/ 3 和1/ 7, 适应性和稳定性较前者高; 各种未成林和宜林地变化较小, 其适应性最高。如此大的变化幅度可能与生态因子剧烈变化有关。建议适时更新植被调查, 进一步完善遥感监测手段, 建立植被指数并与多种生态因子时间序列上的映照关系。
研究了Kriging 插值方法用于计算青藏铁路钻孔地温数据的适用性, 发现可用Nugget 和高斯函数模型的线性组合拟合变异函数。结果显示浅层插值结果偏低, 误差较大; 深层插值结果略高,误差较小。基于Kriging 插值构造规则体元模型, 即沿水平方向用等深度数据进行Kriging 插值, 形成一系列温度等深面; 沿垂直方向用相邻等深面温度进行线性插值, 产生新的温度等深面; 将一系列温度等深面叠加得到规则体数据。以IDL 为可以化平台, 采用直接体视技术实现地温数据了体视化。
给出了一种针对ASTER 数据, 在提取森林资源三维分布方面的技术方法。该方法探讨了ASTER 数据的解读, 立体像对的提取、视差影像的生成模型和相对数字高程模型(DEM ) 的生成、最后三维立体景观模型的恢复。分析探讨从14 个波段中合成不同光谱分辨率数据以准确识别主要树种信息的可能和依据, 对立体视觉技术在林业上立体景观模型的搭建, 特别是主要树种分布的概况, 进行了理论和方法初步探讨。实验结果证明使用该技术路线能有效地搭建研究区域的三维立体景观模型。
绿洲规模扩张超过阈限, 将会导致严重的生态环境问题。水是决定绿洲生态系统稳定性的关键因子, 确定水量与适度绿洲面积的关系尤为重要。本文以典型农业型绿洲- 酒泉绿洲为例, 以研究区1986 年Landsat TM 和2000 年ETM + 数据为基础遥感数据源, 结合相关社会经济统计数据, 计算了该区基于生态需水的适度绿洲规模。结果表明, 1986 年实际绿洲面积小于适宜绿洲面积, 绿洲还有扩张的潜力; 但实际耕地面积已经大于适宜耕地面积; 2000 年, 实际绿洲面积和实际耕地面积均超出了其适宜规模。1986 年和2000 年绿洲规模安全系数均为负值, 而且2000 年绿洲规模不安全性增大。在现状水资源水平下, 绿洲内水量不能满足绿洲的生态需求, 应协调绿洲生态用水和建设用水的关系, 适当退耕还林还草。
利用DEM 和气象数据, 在常规统计模型的基础上, 以地理信息系统为支撑, 首先对兴隆山地区年均气温和降水进行了关于经纬度和海拔的回归分析, 然后将9 个气象站点的实测值代入平均统计方程, 生成研究区气温和降水栅格图, 并对残差值进行了Kriging 处理。针对气温和降水不同的变化规律, 对气温进行了地形校正分析, 并计算了垂直递减值和南北坡向上的差异; 对年均降水量用抛物线模型进行了模拟。气温和降水的面域化处理结果基本符合实际。
基于Landsat25 TM 的热红外波段(6 波段) 数据, 运用覃志豪的单窗算法估算了张掖绿洲地区的地表温度, 结果表明沙漠和戈壁的地表温度最高, 水体和绿洲的温度最低, 估算的地表温度的结果符合地表水热关系。因此, 这种方法能较好地反演出张掖绿洲地表温度的分布状况。
生态修复水土保持是一项旨在注重依靠大自然的自我修复能力, 在加强预防保护和开展人工辅助治理的前提下, 在较短的时间内实现大面积水土流失初步治理, 区域生态环境逐步恢复, 最终实现人与自然和谐共处的水土保持措施。两当县位于秦岭以南, 属嘉陵江水系, 该县为长江上游实施水土保持生态修复8 个试点县之一。位于该县北部的研究区总面积327. 26 km 2, 是水土流失的主要区域, 2001 至2003 实施生态修复工程。为配合项目区评估利用遥感(RS) 和全球定位系统(GPS) 技术对试验区进行监测与分析。通过项目开始(2001) 和两年后(2003) 的遥感监测、对比分析和结合参考常规观测资料, 对试验区生态环境类型的变化状况和退耕还林还草, 坡改梯田和集水灌溉等辅助措施在生态修复中的作用进行评估。研究结果表明自生态修复工程实施后植被状况有明显变化, 植被覆盖率从86. 50% 增加到98. 04% , 增长11. 54% , 说明研究区生态与环境向逆转方向发展。在实践应用当中, 较高分辨率的卫星资料(TM , SPOT 4, SPOT 5) 可以用于生态修复工程的遥感监测和工程执行的效果评价。
中国西北地区属于干旱半干旱气候, 植被的变化对气候和温度的变化极为敏感。植被的变化趋势在一定程度上可以反映这一地区过去的气候变化趋势并对未来的气候变化趋势进行预测。本文将1982～2003 年的22 年长时间系列的遥感NDVI 数据分成4 个阶段。分别计算各阶段的中国西北地区植被SINDVI 平均值, 并按不同等级生成斑块, 利用景观生态学方法分析这4 个时期植被格局特征以及动态变化。结果表明中国西北植被覆盖在研究期内总体是向改善的趋势发展的, 局部有退化现象。
选择黑河流域草地植被的典型区域—山丹县作为研究区, 利用2003 年8 月野外实测50 个样方的草地地上生物量数据和同期的陆地卫星TM 影像数据, 分析了植被指数与草地地上生物量的相关关系, 进而建立基于遥感植被指数DV I 的草地地上生物量估算模型。结果表明: 在草地地上生物量和TM 影像植被指数之间关系微弱、直接利用TM 影像数据建立估算模型不可行的情况下,用地面实测的草地植被反射光谱数据对遥感影像数据进行校正, 能够弥补传统的“点—面”建模方法的不足, 获得比较理想的估算模型; 植被指数DVI 与草地地上生物量之间存在较好的相关性, 其估算模型为Y = 2477X - 77. 598 (R 2= 0. 7589) , 经实测数据验证, 总体精度达到80% 以上, 基本上能够满足中尺度的草地地上生物量估算。
空间数据结构的建立包括系统功能与数据的关系、数据的分类和编码、数据的输入和编辑等技术。基于空间数据库技术研究祁连山青海云杉林的降水、截留、干流、蒸发散等分配过程及变化规律, 结果表明: 全年降水为433. 5 mm; 透流量287. 37 mm; 干流0. 294 mm; 截留量145. 83 mm。分别占降水量的66. 29% 、0. 068% 、33. 64% 。径流量为239. 98 mm, 占全年降水的55. 36%, 蒸发散量为156. 54 mm 占降水量的36. 11%, 土壤储水量增量23. 63 mm, 枯落层持水量7. 92 mm, 分别占降水的5. 45% 、1. 83%。
对于青藏铁路建设和科研活动过程中的数据管理、分析和使用, 以及设计方案仿真评估、决策支持等方面的需求, 青藏铁路数字路基仿真平台的建设可以为之提供有力的支持。针对目标系统的实际应用情况, 通过在建设成本、周期、技术难度等方面的综合权衡, 确定了分别以轻量、重量两个不同的版本, 并以不同的技术手段来实现的总体方案, 以解决不同的需求问题: 轻量版针对野外工作中的数据管理和使用, 以及一定的空间分析和仿真能力; 重量版针对分布式应用和充分的空间分析、仿真, 以及空间决策支持能力。系统建设以GIS 技术为核心, 结合遥感和GPS 技术, 满足了实际应用的需求。
传统的决策支持系统使用数学模型和数值计算方法来辅助决策, 因此决策者必须对某领域的模型和数据有一定的了解。黑河水文水资源决策支持系统集成了SWAT、TopModel、水文系统模型、时间序列模型等一系列模型。这些模型的结构和参数都比较复杂, 决策者难以掌握。在黑河水文水资源决策支持系统中, 加入专家知识支持, 使得决策者更容易的使用该系统是很有必要的。研究中, 采用美国航空航天局(NASA ) 开发的通用专家系统开发工具CLIPS 来实现专家知识支持,使用嵌入式方式将CL IPS 的核心推理机集成到黑河水文水资源决策支持系统中。CLIPS 专家系统在黑河水文水资源决策支持系统中的作用有3 点: ①辅助决策者进行模型的选择; ②辅助决策者进行模型参数的输入; ③辅助决策者分析模型运行的结果。
川藏公路西藏段地质灾害分布密度大、爆发频率高、规模大、危害程度高。在川藏公路西藏段开展灾害信息系统建设, 不仅对对灾害的治理、监测以及改选线等都具有重要意义, 对保障公路以后的正常运营也具有重要作用。介绍了基于SuperMap GIS 组件, 设计开发的川藏公路灾害信息系统, 能够辅助设计人员清晰、快捷地了解沿线公路灾害的气候背景、灾害的空间分布和治理情况。
噪声污染具有复杂的空间分布特征, 传统评价方法难以达到准确、直观的效果。以大学校园为例, 探讨了GIS 方法在区域环境噪声评价方面的应用。研究表明, GIS 方法是区域环境噪声评价理想的技术工具并具有良好的应用前景。将噪声模拟、与GIS 平台整体集成是改善区域环境噪声评价方法的重要途径。
省情资料具有原始性、广泛性、连续性等特征, 作为省情信息系统的基础, 是反映与揭示个类省情内容的文献资料集合。对于多源异构的省情信息序集, 适宜运用信息融合理论解决一些省情信息集成问题。通过结合省情信息系统建设研究信息融合理论及其应用, 分析了包括遥感数据等空间基础数据、国民经济数据等多源异构的多模态省情信息的特征及性质, 探讨其在数据级、特征级、决策级3 个不同层次进行信息融合的方法。
“甘肃省情信息系统”是一个面向政务的政府地理信息系统。在这个系统中采用WebGIS 技术体系建立了信息发布平台, 通过这个平台实现了省情信息的可视化、图形化, 用户可以对省情信息进行浏览和查询。通过介绍该系统当中WebGIS 平台的结构和功能, 探讨了WebGIS 在电子政务当中的应用模式。
地理信息系统( GIS ) 的迅速发展产生和积累的大量地理空间数据以不同的存储格式存放于不同地点的不同系统和设备中, 从而对数据的互操作、共享管理和综合利用产生了极其不利的影响。互联网、分布式计算和空间数据库等新技术的发展给空间数据的共享管理带来了难得的机遇,在分析当前GIS 数据互操作相关技术基础上, 对面向分布式的多源异构数据互操作机制进行研究, 提出了解决方案。
黄土高原水土保持数字化管理, 是21 世纪黄河水土保持工作一项艰巨和挑战性的课题, 而水土保持监测则在未来区域数字化管理中具有极其重要的基础性地位。阐述了水土保持数字化管理的概念、特点和整体框架; 探讨了基于数字化管理的黄土高原水土保持监测系统组成, 并研究了水土保持信息需求及分类、站网布设、信息采集、数据库建立与动态更新等关键技术环节。
组件式GIS 开发方式可以快速地在应用程序中集成GIS 软件, 极大降低GIS 软件开发者的门槛。ESRI 公司ArcEngine 是功能强大的组件, 底层是ArcGIS 通用的ArcObjects 类库。在介绍组件式GIS 和ArcEngine 的基础上, 于Visual Basic 环境下应用ArcEngine 制作了一个具有常用的GIS 显示、查询和矢量、栅格分析功能的软件框架。通过此框架, 可以在专业模型开发时方便地集成GIS 功能。
基于NOAA/AVHRR、SPOT/VEGETATION 以及MODIS 等卫星影像得到的归一化植被指数(NDVI,Normalized Difference Vegetation Index) 时序资料已经在植被动态变化监测、宏观植被覆盖分类和植物生物物理参数反演方面得到了广泛的应用, 但由于受云层、天气等因素的影响,NDVI 数据集存在大量的噪声, 因此对NDVI 时间序列数据集进行重建, 提高NDVI 数据集质量的研究逐步受到关注。对近年来普遍使用的几种NDVI 时间序列数据集重建方法(最大值合成、最佳指数斜率提取、中值迭代滤波、时间窗内的线性内插、傅里叶变换、S2G 滤波) 进行了详细介绍并评述了这些方法的优缺点。
由于缺少轨道星历参数和传感器参数, 无法利用共线方程模型完成中巴地球资源卫星影像的精确纠正, 我们在项目中采用多项式纠正、局部区域纠正模型、有理函数模型等近似纠正模型进行中巴地球资源卫星影像纠正对比实验, 对这3 种纠正方法的原理、算法效率、纠正精度等方面进行对比, 通过实验数据分析获得以下结论: 有理函数模型是唯一支持DEM 数据完成中巴地球资源卫星CCD 影像正射纠正的近似纠正数学模型; 多项式纠正模型效率最高; 局部区域纠正模型可以达到很高的纠正精度但不适用于整景影像的纠正。
国土资源部即将在全国开展的新一轮土地调查, 并建立土地变更调查制度和管理系统。相较于上世纪80 年代的第一次土地详查, 新一轮土地调查的特点在于技术新、手段齐, 查得全、查得清。本文针对第二次土地调查, 以工作中普遍采用的大区域多景连片SPOT 5 卫星影像为例, 讨论了SPOT 5 卫星影像的正射纠正方法, 详细介绍了影像纠正前根据参考图选点误差、数字高程模型的误差精度和传感器内部结合误差三方面对影像纠正应该达到的精度理论值进行评估, 以及纠正后对影像几何精度的精度评定的方法, 阐述了SPOT 5 卫星影像处理的工程化管理方法。
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