分析了影响MODIS地表温度产品精度的主要因素,并对这些因素综合作用下的MODIS地表温度产品的精度验证方法进行了回顾和比较。针对MODIS地表温度产品在干旱半干旱地区误差偏大的状况,以黑河流域为例,对MODIS地表温度产品进行了验证。用于验证的地面观测数据包括自动气象站红外辐射温度计数据和长波辐射数据。这里结合具体的地表情况比较了两种验证方法的优劣,结果表明:使用长时间的夜间长波辐射数据验证MODIS地表温度产品更合理;黑河流域的MODIS地表温度产品的平均绝对偏差小于2.2 ℃。
以黑河下游绿洲柽柳为研究对象,利用高分辨率遥感影像GeoEye-1柽柳分类结果,基于典型样点生物学特性调查与生物量试验,建立柽柳冠幅面积与生物量关系模型,计算研究区柽柳地上部分的生物量,分析黑河0~2、2~5、5~10与10~15 km不同缓冲带柽柳生物量空间分布规律。结果显示:研究区柽柳总生物量为4.10×105 t,其中:0~2、2~5、5~10与10~15 km缓冲带内柽柳生物量分别为2.34×105、1.07×105、6.35×104和5.17×103 t。河流距离对柽柳生物量影响显著,单位面积柽柳生物量随着与河流距离的增加而减少,二者相关系数为-0.97。
利用CSR数据中心公布的GRACE重力测量卫星最新数据RL04,经去相关和Fan滤波处理去除误差,提高结果精度,最终反演得到黑河流域2002~2008年水储量变化趋势,并对其进行时序特征和空间分布特征分析。结果表明：黑河流域水储量有明显的季节变化,水储量增加的最大幅度出现在夏季,减少的最大幅度出现在冬季;总体上水储量呈逐年上升趋势,水储量极值与降水极值具有较明显的一致性;水储量在空间上的分布受流域地形影响显著,上、中游水储量呈增加趋势,下游水储量部分地区减少,部分地区增加。
基于MODIS和MTSAT卫星数据发展了一种新的地表入射太阳辐射估算算法。算法以复杂辐射传输模拟(MODTRAN和LibRadtran)建立的查找表为核心,通过结合MODIS的大气及陆地产品和MTSAT可见光通道的数据获取时空连续的区域太阳辐射资料。新查找表算法的运用可以从理论上保障地表太阳辐射的估算精度;而极轨卫星MODIS和静止气象卫星MTSAT的结合可以充分发挥二者的优点,得到高时间分辨率和高空间分辨率的地表太阳辐射产品。利用黑河综合遥感联合试验3个站的太阳辐射观测数据评价算法的精度,结果表明:算法可以给出较高的计算精度,而计算的太阳辐射资料可以作为地表过程模型和生态模型中相关地表辐射的输入量。
利用Aqua卫星上同时搭载的AMSR\|E和MODIS提供同步观测的微波和红外资料,反演青藏高原地区陆面微波比辐射率。结合MODIS反演的地表类型资料,分析该地区陆地微波比辐射率随地表类型、微波频率、不同时间尺度的变化特征。结果表明:该地区主要的3种地表类型中,草地比辐射率普遍高于裸地和灌木丛,并且后两者比辐射率的量值和变化趋势都很接近;陆面微波比辐射率随着频率增大而逐渐减小,并且垂直极化比辐射率随频率变化幅度较为显著。3种地表类型的比辐射率随年度变化很小,有一定的季节差异,而昼夜差异显著。不同地表的水平极化比辐射率差异幅度比垂直极化更加显著,能更有效地识别地表类型。
温度植被干旱指数TVDI(Temperature Vegetation Dryness Index)是一种基于光学与热红外遥感通道数据进行植被覆盖区域表层土壤水分反演的方法。当研究区域较大、地表覆盖格局差异显著时，利用TVDI模型来反演陆表土壤水分，精度通常较低。对Sandholt的TVDI土壤水分反演模型进行了改进:利用云掩膜校正和多天平均温度合成来减少云的影响;同时对研究区域地形起伏、覆盖类型差异的影响进行了消除;对TVDI模型干边的模拟方法进行了改进。最后,使用铝盒采样等方法利用新疆地区观测得到的地面数据来拟合改进后的模型参数,并对2009年5月和8月的土壤水分进行了反演实验。与实测数据的比较分析表明,该模型能基本满足大区域土壤水分反演的要求,改进后的模型对新疆地区的土壤水分估算精度有较显著的提高。
数字高程模型(DEM)是地理信息系统的基础数据,在与地形相关的各个领域都有非常广阔的应用前景,因此,对DEM的生产和应用研究意义重大。5·12汶川特大地震导致灾区地形严重破坏,原有的地形图及DEM数据不再具备时效性;而有效的DEM数据在当时抗震救灾和灾后重建高精度正射遥感影像地图制作、三维漫游、公路交通及地质灾害信息提取和预警预报等方面又极为重要。因此,采用何种技术方法快速获取灾区震后DEM数据是当时亟待解决的问题。利用ENVI平台,以四川省平武县为实验区,选用IRS\|P5卫星遥感立体像对,尝试在不能采集到高精度地面控制点的条件下,为应急快速获取研究区震后1∶5万DEM数据的工作流程。实验结果及其精度评价表明,获取的实验区震后DEM精度达到了1∶5万或更高比例尺DEM精度标准。该研究方法及提取DEM的工作流程对类似地区应急条件下提取达到一定精度要求的DEM有实用参考价值。
以QuickBird多光谱影像为例,提出一种从高分辨率遥感影像中提取城市道路的方法。首先利用直方图均衡化对原始遥感影像作增强处理,突出影像的边缘信息。用Otsu自动阈值分割法对增强处理后的图像进行初步分割,提取出城市道路和房屋等建筑物。根据图像中各类要素的形态特征差别构建不同的标记图像,采用不同的结构元素构建道路模型,用该模型对阈值分割后的图像进行形态重构,分别提取出城市道路和建筑物。对形态重构生成的道路模块进行优化处理,提取出城市道路轮廓。实验结果表明,该方法能有效地从高分辨率遥感影像中提取出城市道路网。
通过传统空间数据服务系统获取的数据并不是满足用户需求的最终产品。对于地学领域的用户,通常需要根据特定应用目标,花费大量的时间进行数据预处理,从而满足特定的子区范围、波段和图像格式等。通过分析地学应用中针对数据源的操作要求,研究具有按需处理能力的空间数据服务模型,将各种分布的计算资源和数据资源联合起来,按照用于定制的需求,在为用户提供数据前,对数据进行一定的加工。通过对空间数据服务的基本操作进行分类和规范,研究建立兼容OGC WCS标准的数据服务机制,将大量基础性的数据预处理任务集成到数据获取流程中,以满足用户获取更高级别数据的需求。同时利用该模型在空间信息网格平台SIG(Spatial Information Grid)上进行验证,选择若干典型数据源,部署按需处理服务功能组件,对服务响应能力进行实验与评估。详细讨论了空间数据按需处理的流程,并将实验结果与传统方法进行对比分析。
针对海杂波K分布形状参数和尺度参数的估计问题,提出了基于分数阶矩和NM单纯形算法的参数估计,首先采用分数阶矩估计法作为形状参数和尺度参数的初始值,然后利用NM单纯形算法进行数值搜索获得K分布形状参数和尺度参数的估计值。与实测的X波段海杂波概率密度函数对比表明,K分布优于Gamma分布和Weibull分布,其估计值与实测值最相吻合,且具有最小的均方根误差。对于一维的海杂波来讲,该方法是一种计算效率适中的算法。
大气校正是从环境一号B星(HJ\|1B)CCD2多光谱卫星数据中精确提取地面定量信息的关键一步。采用一种基于高程分层和改进的浓密植被算法,即将整个研究区按照高程间隔0.1 km划分为17个子区域,在不同高程带内利用红波段与短波红外波段(1.6 μm)的线性关系估计出红波段的反射率,然后利用估计的红波段反射率与其表观反射率差值的均值,结合6S辐射传输模型模拟计算得到0.55 μm处的气溶胶光学厚度,从而实现各个波段大气校正。比较分析校正前后成熟林地、水体和裸土的光谱反射率和标准反射率,结果表明:该方法对HJ-1B CCD2数据大气校正可取得较好的效果。
遥感在区域植被变化研究中具有十分重要的作用,能为大面积监测植被状况的演化过程提供技术支持。NDVI在高植被覆盖地区存在过饱和现象,对稀疏地区的植被变化尤其敏感。以古里雅冰帽南部的松木希错流域植被相对稀疏区域为研究区,基于MODIS NDVI数据和逐月气象观测数据,以及RS和GIS平台,对该区域2001~2010年主要植被变化趋势进行了初步研究,并对植被变化与气候驱动因子的关系进行了分析和探讨。结果表明:① 2001~2010年间该区域的植被活动有加强趋势;② NDVI表明研究区植被生长季较短(5~9月),NDVI浮动区间为0.11～0.13,低于全国水平(0.3～0.35),也低于全球稀疏灌丛的平均水平(0.2～0.4);③NDVI与年均气温整体上呈正相关,而与年降水量相关性不强。表明近年来持续升温是影响该区域植被活动加强的最主要原因。
气象观测环境的保护与代表性在天气预报和气候变化研究中具有重要意义。利用多时相的高分辨率陆地卫星资料,结合GIS技术,提取了气象台站3 km缓冲区内的土地利用类型,并将其分为四大类:耕地、植被、水体和城建用地。选取了安徽省6个气象站作为代表,分析了其周边土地类型的时空变化特征,并应用于气象站点环境代表性的评价研究。结果表明,基于卫星遥感的气象站点缓冲区内土地利用类型时空演变能很好地应用于气象站的环境代表性调查与评估,且效果良好。遥感结果显示安徽省国家气候基准站的环境代表性较好,而受到城市化影响严重的合肥国家基本站环境代表性较差。此外,上述卫星遥感的气象站环境分析方法也可以有效地应用于城市热岛研究中参考站点的选取与判别。
选择1970s的Landsat MSS、1993年和2009年的Landsat TM遥感影像,利用归一化植被指数、归一化差异水体指数、阈值法、谱间关系法、监督分类与非监督分类相结合的方法对汾河流域信息进行提取,选择上、中、下游,行政地区和小流域3个尺度,参考环境保护总局发布的《生态环境状况评价技术规范》,选择生物丰度指数、水网密度指数、植被覆盖度、土壤退化指数与环境质量指数对汾河流域进行生态环境质量评价,并进行时序分析。结果表明：在3个不同尺度下汾河流域生态环境质量均为一般或较差;从1970s到1993年生态环境质量降低,1993年到2009年流域生态环境质量开始改善;不同尺度下的生态环境质量得分不同,但变化趋势相同。
环境遥感是遥感技术应用的重要领域。随着高光谱遥感技术和定量遥感理论的发展,利用OMI、MODIS等数据开展大气SO2分布的研究得到关注。OMI是新一代大气成分探测传感器,其痕量数据产品OMSO2在反演大气SO2量值中有较好的效果。选取2005年2、5、8、11月及2005~2008年各年2月每日的OMI Level-2痕量数据,采用遥感和GIS方法,对兰州及附近地区大气边界层SO2空间分布、季节变化和冬季年际变化进行了分析。结果表明:研究区内SO2量值呈离散面状分布,兰州—白银、金昌是两个明显的高值区;冬季SO2量值明显高于其他季节,年际变化波动比较明显。研究表明,利用OMI Level\|2痕量数据产品,能够对较大尺度范围人类活动排放SO2状况进行检测和评估。
以新疆农八师121团为研究区,根据1982年第二次全国土壤普查养分数据和2004年5月采样获得的土壤养分数据,利用地统计学和GIS空间分析技术,研究了冲积平原绿洲土壤养分的时空变异性。结果表明:速效钾具有强烈的空间相关性,全氮、速效磷和碱解氮具有中等的空间相关性;而全磷和有机质则从1982年具有强烈空间相关性逐渐演变为2004年具有中等的空间相关性。分析认为:长期的耕作、施肥的变化、种植结构的变化等随机性人为因素,导致全氮、速效磷、碱解氮、全磷和有机质从主要由气候、母质等结构性因素影响逐渐演变为结构性因素和人为因素共同影响,尤其是全磷和有机质受到人为因素的影响逐渐加大;而速效钾则主要受研究区域土壤母质、土壤类型等的影响。
选取西藏自治区申扎县北部部分区域作为藏北草原的典型代表区进行研究。对区域内2009年全年23期MODIS NDVI数据收集处理,得到23个波段的时间序列数据。通过Savitzky-Golay滤波算法优化时间序列数据并对不同类型的时间序列曲线做对比分析,提取分类的特征波段。最后采用非监督分类法把研究区分为沼泽草甸、高寒草甸、中盖度草原、低盖度草原、裸地和水体6种类型,并结合地形数据分析了其中4种草地类型的空间分布特征。一系列的处理结果及分析内容证明了MODIS NDVI时间序列数据在藏北草地类型识别方面的可行性和适用性。
以干旱区典型的条带状且末绿洲为例,采用1973年MSS、1991年TM、2001年和2008年ETM+遥感影像为数据源,结合野外考察数据,选择适宜的分类指标体系,对遥感图像进行了监督分类,并获得了研究区土地利用/覆盖转移矩阵。 研究结果表明:近35 a 来耕地面积一直呈现出增加的趋势,增加了105.32 km2,耕地面积的增加量主要是由草地和林地的转化而来,是增加最快的土地利用类型；林地和草地面积一直呈逐渐减少的趋势,其中减少最多的土地类型是林地,减少了69.459 km2,林地面积的减少是由于林地转移草地、水体和耕地的比例超过草地转移林地的比例所致；草地面积减少了63.093 km2,主要是由一部分草地转移耕地、未利用地而引起；水域面积总体上有增加趋势,增加了22.073 km2,主要由草地和未利用地转移水体而引起；未利用地变化幅度不大,有缓慢增加的趋势,增加5.093 km2。
从数据可视化处理的角度出发,对黑河流域e-Science生态—水文数据共享平台中的所有数据按其各自特点进行归类,大致分为矢量数据、栅格数据、自动气象站观测数据(AWS)、通量数据(FLUX)、普通文档数据和图片数据6种类型;然后通过比较研究,最终选择开源的WebGIS地图发布工具MapServer、基于Flash的Web图表曲线工具Amcharts、开源文档工具OpenOffice/unoconv以及数据格式转换工具SWFTools等制作对应的可视化处理模块,实现科学数据共享平台中多种类型单体数据的Web可视化和数据集的Web可视化,并完成一个实际应用系统。
针对兰州市脆弱的地质环境和频繁发生的滑坡灾害,采用Logistic回归模型,以ArcGIS和SPSS软件为工具,选取地层岩性、断层构造、坡度、地貌、植被覆盖度、7~9月平均降水、道路(公路、铁路)作为滑坡灾害影响因子。首先对每个影响因子分级并计算每个因子指标值,然后在ArcMap中对影响因子图层进行叠加操作,最后在SPSS软件中运用Logistic回归方法,计算出每个影响因子的系数值并建立Logistic回归模型。根据Logistic回归模型在ArcMap中绘制兰州市滑坡灾害敏感性区划图,区划图和实际的滑坡分布情况基本吻合。模型的Kappa系数值和ROC曲线下面积值(AUC值)分别为0.623和0.709,两种方法的检验结果均表明模型模拟效果较好,能应用于兰州市滑坡灾害敏感性区划研究中。
广东省大中型水库水质遥感监测系统的构建能够应对宏观、动态、快速监测水库水环境的需求,为水环境保护提供信息支持。介绍系统总体结构及工作技术流程并阐述了系统构建的关键技术。系统采用配置文件、菜单驱动及公共数据池交互的总体构架,基于ArcEngine及PCI\|EASI的组件式二次开发方式集成GIS和RS两部分功能,结合水质遥感物理分析模型,实现图像预处理、水质遥感自动反演、水质信息分类统计分析等功能。该系统在广东省大中型水库水质遥感监测的业务化运行中起到了良好作用。
为了充分挖掘Google Maps在GIS专业领域的应用价值,以Google Maps与矢量数据的融合为出发点,运用Google Maps API、Ajax技术以及开源GDAL/OGR组件,开发了一个基于Web的矢量化平台。通过该平台,用户可以在Google Maps上实现矢量化操作并将结果保存为Shape格式矢量文件,也可将Shape文件加载至Google Maps上叠加显示,为用户提供了一种基于Google Maps的数据获取途径和矢量数据显示方法,体现了其在GIS专业领域的使用价值。
介绍了本体、地理本体和地名本体的基本概念,探讨了在文本工程通用框架GATE（General Architecture for Text Engineering）下，以自然语言处理为基础，借助地名本体，完成Web文本的中文地名识别与歧义消除的关键问题，设计并实现了一个原型系统。通过geo/non\|geo和geo/geo地名歧义的消除，使得识别出来的地名与地球表面具体的地理位置相对应，进而为Web文本中的中国行政区划地名赋予地理坐标和地理语义。做了验证实验，并对实验结果进行了分析。
以航空影像、卫星影像、数字高程模型和相关专题数据为数据源,利用Skyline软件完成甘肃省政务地理信息平台的三维场景建设,重点阐述了在海量数据前提下,运用多CPU协同计算的方式构建三维地形模型的流程和方法,最后通过案例介绍了平台三维系统的应用方向和价值。
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