分析了地表反照率对陆面辐射能收支以及区域和全球气候的影响,强调了地表反照率是遥感反演陆面参数时的第一重要参数,地表反照率或多波段遥感中不同谱段的地表反射率的准确反演常常是准确估算其它陆面参数如植被和土地利用/土地覆盖等状况的先决条件。在对当前关于反照率的概念及容易混淆的术语进行阐述和说明的基础上,简述了遥感反演地表反照率的步骤和主要难点的解决方法,进而对常用陆面过程模式计算地表反照率的过程作了分析,并将其结果与MODIS有关产品进行了比较,强调了遥感与陆面过程模式和气候模式的结合。
考虑到我国西部地区使用SSM/I全球算法将高估积雪深度,故以东经105°为界将我国分为东部和西部。在西部地区采用修正后的雪深算法,东部地区沿用全球算法。对散射系数较高,容易和积雪相混淆的降雨、寒漠和冻土地表类型,通过积雪分类树进行剔除,进而发展了一套适用于全国积雪深度的业务化反演方案。最后利用MODIS积雪产品对冬季90天的结果进行了精度评价,总体精度平均达到86.4%,最高精度达到95.5%,Kappa系数均值为65.5%,最大值达到86.2%。
自新一轮“国土资源大调查”开展以来,全国已有相当一部分县(市)建立了1∶10 000主比例尺土地利用信息系统(Land-use Information System)。通过实践,就利用SPOT5更新LIS数据的原理、方法、技术流程、质量控制等方面作了探讨,并提出了可行的解决方案。
退耕还林(草)是针对水土流失治理、改善西部脆弱的生态环境而采取的一项重大举措。以2003年9月9日获取的庄浪县SPOT5卫星影像为例,讨论了SPOT5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。讨论了在缺少蓝色波段的情况下通过波段计算合成真彩色影像的技术和处理方法,并结合退耕还林工程的实际情况进一步探讨了经过处理后的SPOT5影像在退耕信息可视化和精确监测中的应用。
数字地形模型是模拟现代环境过程的重要工具,建立具有高精度的数字高程模型成为构建分布式现代过程模型的重要内容,其中河流网络构成了流域水文模型的重要参数。根据Shreve与Strahler提出的流域结构图,进行了基于DEM的河网系统自动提取的应用研究。以柴达木盆地为例,分析1∶250 000与1∶1 000 000比例尺地形图数据所建立的数字高程模型。相比较而言,在构建TIN模型中,样条插值方法在等高线内插分析中具有更好的效果;水流方向矩阵计算中格网的大小对结果有很大的影响,在地形复杂的地区表现更为明显,主要表现为随格网变大而河网系统更密集;提取河流网络的计算阈值取全流域累积矩阵的平均值,可以得到最好的图形效果。
人口数据对于全球、洲际、区域尺度的人与环境交互作用研究的重要性已经被广泛地认知。但基于行政单位的人口统计数据难以与基于自然单位的环境数据相匹配,必须通过建模对人口数据进行空间化分布。人口数据空间化建模的基本思路是将人口数据和地球表面的地理因子关联起来,遥感和地理信息系统提供了有效的工具。介绍了国内外基于遥感和GIS的人口空间化研究的主要项目和方法思路。以黑河流域为研究区,在流域尺度上把典型的人口估计结果GPW、UNEP/GRID、LandScan和中国1 km格网的人口资料与政府人口统计数据进行比较分析,可以看出国内外的研究机构和研究人员已做了大量的相关工作。国外研究主要包括从遥感解译信息反演人口数据、从DMSP-OLS夜间灯光数据反演人口数据和从遥感获取的光谱特征直接反演人口数据。国内研究尽管起步较晚但发展很快,主要是根据土地利用数据和其它地理因子(如高程、道路、居民区等)建立回归模型。黑河流域人口空间分布的比较结果表明中国1 km格网人口数据是几种数据中与实践情况最相符合的。
选择川西高原的部分地区为研究区,以地形图、TM及ETM+影像为数据源,通过野外调查和目视解译作为信息提取手段,运用遥感技术与地理信息系统的空间数据库进行管理和空间分析,建立了研究区12个子河段的土地覆盖/利用的地形图数据库、TM/ETM+影像数据库。解译结果图形数据库和属性数据库,并通过分析确定了各个子区的土地覆盖/利用情况,研究结果表明高覆盖高寒草甸、高寒灌丛草甸、乔木林地和灌木林地是该区的主要土地覆盖类别,它们的面积占到整个研究区面积的84.14%,这也说明该地区植被覆盖较高,同时基于GIS的空间分析发现研究区植被覆盖具有较强的高度带分布特征。
通过对民勤盆地1959年航片,1973年MSS影像,1987、1994、1998和2001年TM影像的人机交互目视解译结合自动分类,制作了6个典型年代的绿洲分布图。利用GIS软件进行迭加运算处理并进行面积统计,获得民勤盆地40年来荒漠垦殖位置变化图和面积变化数据。结果表明,40年来民勤盆地荒漠垦殖发展迅速,其中尤以70年代和90年代增加显著;荒漠垦殖范围扩展的方式主要有两种:一种是原有绿洲的“摊饼式”扩展,一种是向荒漠腹地的“跳跃式”推进;荒漠垦殖扩展的原因,早期主要受“以粮为纲”政策的影响,晚期在于绿洲生态环境的恶化和经济利益的驱动。荒漠垦殖的迅猛发展极大地破坏绿洲外围的生态环境,加速了荒漠化进程。
CBERS-1数据的单波段中存在斑点或条带噪音,可经过降噪处理部分解决;波段数据合成图像主要问题是波段间存在像元的水平位移,位移误差可通过波段配准来解决。通过对具有相似波段的TM数据进行比较,CBERS-1数据像元分辨率高于TM,合成图像对地物的判读更清楚,数据可应用于较大比例尺制图,但CBERS-1数据合成图像的色调不及TM鲜艳。经一定处理后的影像数据,建立解译指标,进行土地利用/覆被信息提取,获得了古浪项目区土地利用和荒漠化现状统计数据,结果表明,古浪县处于中度到重度荒漠化之间。
山丹军马场是我国面积最大的马场,近年来由于过度放牧和不合理开发,植被正在逐渐退化。所以植被的生长状况的研究就显得特别重要。利用2003年9月的Landsat TM图像估算了山丹军马场植被的地上生物量。主要方法是在GPS的帮助下,通过野外实地采样,然后根据样点数据和NDVI、第一主成分、DVI、TM4通道的光谱反射率数据之间的线性相关性,并利用逐步回归方法建立了估算生物量的最优模型,用此模型计算了山丹军马场典型区的生物量。
根据1986年和2000年2期TM影像解译资料,运用地理信息系统的空间分析和数理统计功能以及景观分析软件FRAGSTATS分析了神木县土地利用变化的数量变化、变化速度等特征,以及各类型之间的转化情况和景观指标变化特点。结果表明:15年间,神木县土地整治取得明显成绩,土地利用类型发生明显变化,耕地、草地分别增加5 161.11 hm2和56 462.25 hm2;未利用地减少60 456.25 hm2;各类型间的转化突出表现为未利用地向草地的转化;景观指标变化分析表明景观结构异质程度下降,景观类型有向单一化方向发展的趋势。
应用1987年和2000年两期遥感数据,通过解译分析了解到古浪全县土地利用变化趋势是腾格里沙漠南缘的大面积土质戈壁、固定沙地因为调水工程的实施而被开垦为水浇地,南部山区和中部川旱地区大面积的山旱地、川旱地退耕还草,导致全县的耕地面积减少了45 312.476 hm2。全县荒漠化类型有风蚀、水蚀和沙化3种类型,荒漠化土地总面积减少了8 910.84 hm2,荒漠化指数S从1987年的2.209降低到了2.162,生态建设区荒漠化指数减少了0.118。在其所辖的25个行政区内,15个乡镇荒漠化指数降低,2个降低幅度超过了0.5,1个降到了1以下;10个乡镇荒漠化指数有不同程度升高,1个行政区超过了3,荒漠化局部得到了逆转,同时在无行政管理的腾格里沙漠公地等行政区荒漠化程度又有所加重。
土地利用/覆盖变化是全球变化的主要原因,也是与可持续发展密切相关的课题。土地利用/覆盖变化模拟是预测未来土地利用/覆盖变化的重要方法。将国际上先进的CLUE-S模型应用到位于黑河中上游的张掖市,模拟该地区的土地利用/覆盖变化。模拟时段为2001～2020年。模型中将土地利用类型分为:①耕地;②林地;③草地;④水域;⑤城镇用地;⑥未利用地。用回归分析的方法,选择了对该地区土地利用/覆盖变化有重要贡献的7种驱动因子,分别为:与城市的距离、与河流的距离、与道路的距离、人口密度、海拔、坡度、坡向。模拟结果显示:到2020年,林地、草地、水域和城镇用地面积增加,耕地,未利用地面减少。
采用GIS技术对甘肃临泽荒漠景观的空间结构与生产特性进行了研究。研究结果表明:荒漠临泽景观生态系统由砾漠、沙漠、岩漠、道路4种景观组分组成;其中砾漠的面积最大,连通性最好,是荒漠景观生态系统的基质,道路为仅有的1种廊道,廊道密度为37.66 m/km2;岩漠和沙漠是荒漠景观中的两种斑块类型;基质的成因类型为环境资源型,斑块的成因类型可以分为2类:岩漠为残留型,沙漠为干扰型。在生产能力方面,砾漠的地上生物量砾漠最高,是岩漠的6.89倍、沙漠的28.81倍;岩漠次之,其地上生物量仅为砾漠的14.51%,是沙漠的4.18倍;沙漠的地上生物量最低,分别是砾漠、岩漠的3.47%、23.91%。在植物学成分方面,三者的差异不显著,但由于水、热因素的分布差异,植被密度的差异巨大,形成了生产力水平差异的基础。
空间数据管理是GIS系统的核心。对于选择ArcSDE实现分布式空间数据管理的系统,如何与ArcSDE交互,实现空间数据的存储和发布是系统必须解决的关键问题。ArcSDE提供多种访问机制,但是这些机制都无法满足青藏铁路地理信息系统与数字路基系统的需要,因此,提出了以.Net平台支持的托管代码形式封装ArcSDE的客户端C语言API的方法:不仅为解决系统对空间数据的访问和管理等问题提供了一个实现平台;而且以面向对象的方式提供功能访问接口,易于理解和使用。此外,还探讨了封装类的组成、类之间的相互关系以及封装过程中需要解决的技术要点。
组件技术是当今软件技术发展的潮流,在地理信息系统(GIS)的应用领域也是如此。通过构建张掖电子地图的实例,介绍使用GIS开发组件MapObjects进行GIS应用开发的方法和高分辨率遥感影像在其中的应用,以及系统功能扩展中涉及的一些关键技术。结果表明,借助组件技术不仅可以快速建立功能完善的GIS应用系统,还能在此基础上方便地进行功能扩展。
人们对数据的需求随着所要研究问题复杂程度的升高而变得复杂多样。青藏铁路地理信息系统数据库管理着不同来源、异质异构的海量数据,元数据在这样的大型系统中扮演着非常重要的角色。元数据分为两类,一类是地理空间元数据,用来描述青藏铁路沿线基础地理背景数据、地形数据、铁路工程数据、与空间相关的冻土和冻土工程地质数据,及数据库运行过程中产生的不同版本的空间数据等;一类是非地理空间元数据,包括属性数据和事务性数据,用来描述钻孔资料、项目研究论文、野外观测资料等。两类数据采用不同的元数据标准,需要引入Metadata crosswalks技术以解决不同标准元数据间的集成访问,从而为数据用户提供统一高效的元数据检索服务。XML技术是实现这种机制的最佳选择。探讨了Metadata crosswalks在青藏铁路地理信息元数据库系统中的适用性并对其进行了初步的设计。
阐述了在信息化和数字化背景下,国内外数字化农业发展状况和取得的成效。并且结合我国国情,剖析了如何将3S技术、计算机技术、通讯、网络技术与农业专家系统相结合,形成一种基于B/S架构五层体系结构的新型数字化农业专家系统。该系统比起传统的农业专家系统,具有强大的空间信息查询、分析和可视化能力,能够实时、实地地对农作物的生长、灌溉以及田间管理等操作进行询问和决策支持等特点。同时分析了该系统的总体设计思路、实施方案以及各个模块功能的实现。在国家863项目的支持下,分别在甘肃省定西地区和武威地区建立数字化农业专家网络系统,对该地区进行日光温室无公害生产者进行了培训。对该地区无公害生产起到积极作用,受到用户好评。
结合张掖市甘州区农业用水的实际情况,以GIS与DSS技术、专业节水模型为支撑,建立一个集数据输入、输出、管理、分析、决策为一体的集成系统,以弥补传统农业节水数据分析和表达的局限性,大大增强节水农业决策支持系统的功能。在分析系统需求的基础上,提出节水农业决策支持系统的结构框架,并对其功能进行了初步设计。
随着计算机技术和测绘技术的不断发展,摄影测量发展到了全数字摄影测量阶段。作为摄影测量学的一门分支学科——近景摄影测量在建筑物的变形观测,动态监测、文物保护等工作中起着很重要的作用。通过对敦煌莫高窟崖面进行数字近景摄影测量,着重介绍利用全数字近景摄影测量技术获取大范围复杂地貌崖面的高精度立面地理空间数据的方法及在文物的维护、修复中的应用。
以连霍国道主干线(GZ45)牛背(宝鸡)至天水段高速公路建设为例,主要从数据预处理、三维虚拟现实数字模型建立、工程填挖方计算与分析、三维巡航模拟飞行等几个方面,详细探讨了利用数字高程模型(DEM)、数字正射影像图(DOM)、数字线划图(DLG)等基础地理空间数据及VR-GIS技术,为高速公路方案比选、选线及构筑物设计、环境保护、工程可行性分析提供可靠决策依据的技术方法。
以庆阳机场为例,将数字地形分析和三维可视化技术应用到机场净空障碍物分析领域中。首先采用航空数字摄影测量技术获取庆阳机场的数字高程模型,正射影像,及地物矢量数据,然后建立机场实地三维模型和机场净空立体模型,通过两个数字模型的地形比较分析,获得机场净空障碍物数据。最后利用Visual GIS软件在机场数字模型上进行飞机起飞、飞行和降落过程的模拟,直观地表现出机场净空障碍物的分布,及净空障碍物对飞机起飞降落过程的影响。
简单介绍了DRG数据和DEM数据的获取方法,对如何利用已有的DRG数据和DEM数据制作三维地形景观图的方法、步骤进行详细的介绍,阐述了三维地形景观图是一种由基础测绘数字产品相互组合而形成的专题地图产品,是一种新型的复合测绘产品。并对三维地形景观图的应用前景作了展望。
太阳辐射是地球上最基本、最重要的能源。在实际情况下,由于地面的起伏变化(如坡度、坡向),造成地面接受太阳光的状况存在很大差异,太阳辐射在地面还存在一个重新分配的过程,从而形成复杂的太阳辐射空间分布,造成局部的小气候特征的差异。根据国内、外山地太阳辐射研究进展,研究利用ARC/INFO AML开发出山地入射潜在太阳辐射模型,实现对地面所获得太阳辐射量的数值模拟。
丘陵、山区利用地面高程模型(DEM)进行正射校正是消除或限制投影误差的重要方法。通过对丘陵、山区1∶1万地形图中的等高线、高程点、特征线等地形要素进行数字化处理及不同坐标系的转换等,制作生成符合规范要求的高精度的1∶1万DEM。对SPOT-5卫星影像数据进行了配准、融合及几何校正,辅助利用1∶1万DEM制作完成符合精度要求的正射影像图。1∶1万DEM及正射影像图的制作完成对全省类似地区的图件更新及地理信息系统建设具有重要的参考价值。
大气、海洋数据同化系统的完善和发展,促进了陆面数据同化系统的研究。本世纪初,随着北美(全球)陆面数据同化系统的建立,利用卫星、雷达数据同化地表土壤水分、地表温度、能量通量等工作正逐步展开。与此同时,陆面数据同化的研究也已经成为当前陆面过程和水文过程研究的热点。以北美(全球)陆面数据同化系统、欧洲陆面数据同化系统、中国西部陆面数据同化系统为例,对当前陆面数据同化系统的基本框架作了详细介绍;并指出了当前陆面数据同化系统发展中有待解决的若干问题。
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