浅析遥感技术在河北省河长制河湖动态监测中的应用

结合河北省河长制卫星遥感监测,浅析遥感技术在省内河湖管理保护中的应用。高分系列卫星影像具备高空间分辨率与高时间分辨率特点,采用高分一号卫星、高分二号卫星影像作为主要数据源,高分辨率商业卫星影像、无人机航拍影像作为补充数据源,基于人工目视解译和计算机辅助解译相结合的方式,监测河湖"四乱"以及湖泊水华问题,为省级河长河湖管理提供辅助决策和数据支撑。     

多层感知神经网络在遥感影像解译中的应用

在黄河下游防洪救灾决策中，利用卫星遥感影像快速、准确地获得洪水淹没面积，对于及时组织救灾、避免人员伤亡、减少经济损失具有重要的作用。目前国内外研究了大量的影像解译方法，然而，能够应用于生产实际的多是耗费大量时问的目视解译方法。分类聚合技术能够快速进行淹没面积影像解译，基于人工神经网络技术，提出了进行淹没面积遥感影像自动解译的多层感知神经网络模型（MLP-ANN），并利用下游滩区雷达卫星遥感影像进行了模型训练和测试。研究结果表明，利用MLP-ANN进行雷达影像自动解译获得了良好结果，能为下游滩区防洪决策提供信息支持。     

黑河尾闾东居延海连续12年不干涸

正本刊讯截至8月20日,通过黑河流域水量统一管理和调度,黑河尾闾湖泊东居延海已连续12年不干涸,再次刷新历史记录。目前,东居延海水面面积保持在40 km~2左右,蓄水量达到5 050万m~3,周边地区生态环境得到显著改善,湖滨地区地下水位升幅明显,芦苇等水生植被面积不断扩大,植被退化区域经过灌水、抚育等人工措施的实施也已逐步恢复。多年维持一定水面面积的东居延海,初步遏制了额济纳绿洲生态恶化的趋势。     

无人机倾斜摄影辅助遥感技术在水土保持动态监测中的应用潜力分析

针对我国当前水土流失严重的实际情况,以我国资源三号、高分一号等新一代高分辨率卫星影像为主要数据源,并配合无人机倾斜摄影技术进行野外采样,在长江流域三峡库区开展了水土保持动态监测遥感解译实验性研究。实践发现水田、坡耕地、果园、茶园、林地等水土保持相关的各种土地利用类型在我国国产高分辨率遥感影像上都有比较明显的特征,资源三号、高分一号能够有效应用于水土保持遥感动态监测,而无人机技术作为辅助监测手段可以作为卫星影像的有效补充,在水土保持行业及其他相关领域有很大的应用潜力。     

不同卫星遥感降水产品在辽东山区的适用性及修正方法研究

文章对比分析CMA和JMA两种卫星遥感降雨产品在辽东山区降水量应用效果,并对其降水量进行修正。结果表明:CMA卫星降雨产品在大雨量级的总体应用效果好于JMA降雨产品。采用卡尔曼滤波方法对卫星遥感降水产品进行修正后,修正降水量和气象站实测降水量之间的误差10%。研究成果对于卫星遥感降水产品在辽东山区的应用具有重要参考价值。     

面向对象的国产GF-1遥感影像水体信息提取研究

鉴于传统方法在提取高分辨率影像中水体信息的不足,以高分辨率国产卫星GF-1 2m/8m遥感影像为数据源,以特克斯河部分区域为研究区,通过分形网络进化算法实现影像分割并借助ESP尺度分割工具选取特定地物的最优分割尺度,随后使用基于规则的面向对象方法实现了水体信息的精度提取,并与传统的分类方法提取结果进行比较。结果表明:面向对象的总体分类精度达到了94.01%,Kappa系数为0.86;最大似然分类精度为90.00%,Kappa系数为0.80;面向对象的分类方法对国产GF-1影像是可行的,可以避免"椒盐"现象和图斑破碎,且分类精度比传统的方法高,可为国产高分影像研究与应用提供科学参考。     

面向对象的高分辨率影像水体信息提取研究

以昆山南部的WorldView-2影像为研究数据(全色波段分辨率为0.5 m,多光谱波段分辨率为1.8 m),基于eCognition软件平台,通过选择适宜的尺度,并结合纹理、形状、光谱等特征构建合理有效的规则集,实现面向对象的水体信息提取。利用实测结果对遥感解译结果进行形状一致性和面积一致性检验,精度分别达到89.14%和92.06%,表明利用面向对象技术从高分辨率遥感影像提取水体信息具有一定的可靠性和实用性。     

永定河生态补水面积及河势演变规律遥感监测分析

通过应用多源高分辨率遥感影像,采用自动解译与人工识别相结合的方法,定量分析永定河水系补水前后水面积和河势变化,研究结果表明补水前水面积为8.01 km~2,补水高峰水面积为26.00 km~2,补水后水面积为22.68 km~2,水面积的变化主要集中在卢沟桥拦河闸下游段。研究成果可为补水生态环境效益评估、水资源优化配置等提供重要的支撑。     

基于MODIS数据的悬浮物遥感反演研究

为了分析卫星MODIS影像数据计算水体浊度的精度,探索利用卫星遥感数据监测水体水质的方法,以武汉东湖为研究区域,布置了水体浊度监测点。利用光谱分析法,将MODIS影像的光谱数据转化为浊度数据,并与地面准同步悬浮物浓度实测数据进行比较分析,建立了适合东湖水体的悬浮物浓度遥感定量估算模型。模型估算结果表明,根据MODIS影像数据所得的水体浊度数据精度满足相关要求,MODIS数据应用于湖泊水体悬浮物浓度监测具有可行性。     

三门峡库区水沙变化与湿地景观格局演变关系

采用时间序列分析方法中的Kendall秩相关检验,对潼关水文站1980—2010年的水沙过程及降水量变化趋势进行检验,结果表明年均流量、年均输沙率、多年年均降水量均有明显的减小趋势;通过选取1980年、1990年、2000年、2010年同期遥感影像数据以及2005年2月、6月、8月、11月遥感影像,在ENVI中利用非监督分类方法、最大似然法及人工辅助方法进行遥感影像湿地信息专题解译,解译后将专题数据导入GIS中进行空间信息处理,分析水沙情势变化对三门峡库区湿地景观格局演变的影响。结果显示:流量和输沙率的减小导致库区湿地水面面积和滩涂面积明显下降,2010年库区水体面积较1980年减小19%,滩涂湿地面积减小37.4%;水库调度对年际库区湿地面积影响不大,对年内湿地景观格局影响显著;水库蓄泄水导致水面面积增减及滩涂面积反向变化。     

基于MODIS的洞庭湖面积变化对洪水位的影响

以湖南省洞庭湖地区为例,结合传统的湖区面积测算和基于MODIS遥感数据的面积测算,对洞庭湖面积变化进行了分析,并测算出最新的洞庭湖水位面积曲线.指出利用MODIS数据,具有更新快、效果好、低成本等特点.通过定量的分析方法,利用1995年和2002年洞庭湖的面积曲线,以1996年洪水为例,计算并分析了面积变化对洪水位的影响.指出"退田还湖"方针的实施,对于洞庭湖调蓄面积和调蓄量的增加、高洪水位的降低,发挥了一定的作用.     

不同空间分辨率遥感数据识别湖泊的误差分析

湖泊面积及空间分布是表征水情变化的重要指示因子,对研究气候变化和人类活动对水资源的影响具有重要作用。如何利用遥感影像进行湖泊制图和面积估算是当前遥感应用研究中的难点问题。从实际应用需求出发,采用GF-1/WFV(Wide Field View)、Landsat-8 OLI(Operational Land Imager)、MODIS(Moderate-Resolution Image Spectroradiometer)遥感数据,选用安徽省受人类活动影响较大的54个湖泊为研究区域,采用NDWI二值分割法得到湖泊水体信息,使用30,500 m和1 000 m 3种空间分辨率的遥感影像进行湖泊制图,探讨制图精度与湖泊形态之间的关系。结果表明:湖泊分形维数值越大,湖泊形态越复杂, Kappa系数越高,面积误差越小;遥感影像分辨率越高,湖泊制图结果的Kappa系数和总体精度越高。     

盐湖流域空-天-地立体监测系统结合VIC模型径流模拟初探

盐湖流域属于无资料地区且基础资料稀缺,使用传统方法开展水文模拟存在困难。为了研究盐湖流域生态环境、水文气象等变化,综合利用卫星遥感、无人船等技术,建立盐湖流域空-天-地立体监测系统,构建盐湖水位-面积-容积关系曲线,并通过月尺度遥感数据解译了盐湖月尺度湖泊面积,推算了盐湖蓄变量和盐湖入湖月尺度径流量。通过收集并整理中国区域地面气象要素驱动数据集CMFD和MODIS LAI叶面积指数等数据,构建了基于多源数据的VIC模型,开展盐湖流域湖泊径流模拟研究。结果表明,盐湖流域径流模拟纳什系数NSE和相对误差分别为0.87和11.81%,表现出实际径流的丰枯变化情况。盐湖流域空-天-地立体监测系统结合VIC模型能够模拟盐湖流域的月尺度径流变化过程,对无资料区域河湖水文模拟具有一定参考意义。     

黑河下游河道渗漏面积的估算及其精度初步研究

黑河流域是我国西北干旱区内陆河的一个典型流域,其下游生态环境用水主要来源于地下水,地下水的补给主要通过河流的渗漏过程,因此河道渗漏补给是下游生态用水的主要来源。定量确定河道渗漏水量之前,首先需要确定河道渗漏面积。由于野外条件的限制,河道过水过程中黑河下游狼心山至东居延海区间河道的渗漏面积实地测量非常困难。根据水文流量资料选取2001年、2002年、2004年、2009年四年中全断面过水ETM遥感影像数据,在此基础上,运用遥感与GIS技术研究了对应时间黑河下游河道渗漏面积。选取具有不同特征的五段河道,运用AutoCAD软件对遥感提取结果进行误差分析,得到平均相对误差为4.29%,证明直接利用监督分类方法提取得到的结果具有较高的精度。在此基础上,建立渗漏面积与河长之间的关系。为该区域的水文过程及河道周围生态环境等的研究提供了数据和研究基础。     

湖北省水环境遥感监测示范系统的设计与应用

介绍基于环境一号卫星(HJ-1)CCD影像的湖北省水环境遥感监测示范系统的设计与应用。该示范系统以环境一号卫星CCD影像为主要数据源,结合地面实测数据,以东湖、梁子湖等10个湖泊为示范研究区,开展中小型湖泊湖网系统水环境遥感监测研究与应用。结果表明,该系统具有实现水环境指标提取、水环境评价以及专题产品制作等功能,可为湖北省水环境监测提供遥感产品与技术支持。     

洞庭湖区重金属分布特征及潜在生态风险评价

为研究和评价洞庭湖重金属污染现状,选取洞庭湖区及不同入湖水系共24个采样点分别研究表层水及底泥中重金属的浓度水平,采样点的布设覆盖了整个湖区及湖区的入水、出水水系,在空间上保证了监测数据的代表性和完整性。采用地累积指数法和潜在生态风险指数法对底泥中的重金属污染现状进行评价,同时对湖区重金属进行了Pearson相关关系分析,能较全面客观地反映洞庭湖区的重金属污染现状。结果表明:湖区内监测点位Cr,Cd,Pb,Cu,As,Hg的平均值分别为地球化学背景值的2. 0,10,2. 2,2. 3,6. 6倍;洞庭湖底泥中不同种类的重金属Igeo表现为Cd Hg Pb Cu Cr As,湖区内Itot(综合地累积指数)值表现为东洞庭(君山)南洞庭(万子湖)西洞庭(目平湖);各重金属潜在风险程度表现为Cd Hg As Cu Pb Cr,Cd和Hg的生态风险贡献率之和为87. 78%;湖区内的RI值在25. 32～222. 40之间,平均值128. 49,与2013年相比RI值显著降低,处于低生态风险水平。     

Empirical modeling of chlorophyll a from MODIS satellite imagery for trophic status monitoring of Lake Victoria in East Africa

We detail our attempts at empirical modeling of MODIS derived Chlorophyll a (Chl a) distribution on Lake Victoria in East Africa and consequently its trophic status. This was motivated by the need for Lake Victoria specific algorithms, as the current satellite based standard algorithms overestimate derived Chl a. In situ Chl a data was hence collected in three field campaigns in November 2014, March 2015 and July 2015. In situ reflectances were collected during the July campaign only. We first developed models from in situ reflectances and in situ Chl a, which when applied to MODIS bands performed dismally (R² = 0.03). We then proceeded to derive empirical models by directly comparing MODIS bands with in situ Chl a based on data collected in November 2014 and July 2015. The March 2015 dataset couldn’t be used due to cloud cover hence no matchups could be obtained. The best model derived (R² = 0.88) was based on the ratio 488 nm/645 nm, and was then used to determine the trophic status of Lake Victoria using Carlson’s Chl a Trophic State Index (TSI). The results show that large areas of the lake are mesotrophic with eutrophic displays closer to the shores. The modeled TSI was then validated against in situ TSI derived from the March dataset and posted an 80% matchup. One of the main challenges, however is the prevalence of cloud cover, which hinders synoptic mapping of the lake. That notwithstanding, the study demonstrates the potential of earth observation in providing accurate TSI information for improved management of Lake Victoria.     

鄱阳湖水动力模型的遥感验证研究

应用湖泊水动力模型EFDC模拟了鄱阳湖2009-2011年的水动力过程。结果表明:模拟日平均水位及流量与水文站观测结果基本一致,相关系数达到0.94以上。针对现场观测数据单一匮乏的问题,借助遥感手段较为全面地验证分析了模型的实用性。通过雷达高度计ENVISAT RA-2和MODIS影像获取的水位、水体面积及淹水范围与模拟结果相关性较好,相关系数均达到0.83以上,证明该模型能够有效地揭示鄱阳湖高动态变化的水动力特征。此外,遥感手段也为模型的多角度长期验证提供了技术依据。     

洋澜湖沉积物中磷的分布及污染评价

我国城市湖泊的生态系统功能下降,城市湖泊富营养化问题也日趋严重。城市湖泊的富营养化通常表现为磷限制,而湖泊沉积物是磷的主要归宿地。研究沉积物中磷的含量及分布特征,对探明其污染状况及湖泊富营养化的控制与治理具有重要的参考意义。洋澜湖作为典型的城市湖泊,近年来存在富营养化问题,以洋澜湖作为研究对象,分析其表层沉积物中的总磷(TP)浓度及空间分布特征,采用单因子指数法对沉积物中磷的污染情况进行评价,并选取3个代表性区域分析沉积物中磷的形态及垂向分布。结果表明,洋澜湖表层沉积物中TP的浓度为528~3 568 mg/kg,平均值1 096 mg/kg,其中西湖湖区的TP浓度最高,平均值1 362 mg/kg;洋澜湖表层沉积物总磷污染评价指数为0.88~5.95,表明整个湖区的沉积物均呈现一定程度的磷污染,其中轻度污染区域所占比例为9.38%,中度污染区域所占比例为32.81%,重度污染区域所占比例为57.81%。通过对沉积物中磷形态进行分析,沉积物中可交换态磷所占比例较小,铁铝结合态磷所占比例最高,是洋澜湖沉积物中磷释放的主要来源。     

Development of the Great Lakes Ice-circulation Model (GLIM): Application to Lake Erie in 2003–2004

To simulate ice and water circulation in Lake Erie over a yearly cycle, a Great Lakes Ice-circulation Model (GLIM) was developed by applying a Coupled Ice-Ocean Model (CIOM) with a 2-km resolution grid. The hourly surface wind stress and thermodynamic forcings for input into the GLIM are derived from meteorological measurements interpolated onto the 2-km model grids. The seasonal cycles for ice concentration, thickness, velocity, and other variables are well reproduced in the 2003/04 ice season. Satellite measurements of ice cover were used to validate GLIM with a mean bias deviation (MBD) of 7.4%. The seasonal cycle for lake surface temperature is well reproduced in comparison to the satellite measurements with a MBD of 1.5%. Additional sensitivity experiments further confirm the important impacts of ice cover on lake water temperature and water level variations. Furthermore, a period including an extreme cooling (due to a cold air outbreak) and an extreme warming event in February 2004 was examined to test GLIM's response to rapidly-changing synoptic forcing.