MODIS与TM冬小麦种植面积遥感测量一致性研究——小区域实验研究

针对大范围冬小麦种植面积遥感测量业务化运行中所存在的不同空间分辨率遥感影像的获取能力、空间分辨率与测量精度之间相互制约的现实问题,选择典型实验区,采取全覆盖的多时相低分辨率MODIS数据与中高分辨率TM样区数据相结合的方法,以支持向量机（SVM）为主要技术手段,通过选取不同比例的TM样本量,对MODIS进行混合像元分解,并对MODIS冬小麦测量结果与TM测量结果进行一致性分析,进而提出了一套可用于大范围冬小麦种植面积遥感测量业务化推广的识别和精度检验方法。研究结果表明：当TM样本量大于5%时,相对于TM识别结果而言,MODIS像元精度可以稳定在82%以上;当TM样本量大于40%时,区域精度可以稳定在97%。因此,从理论上讲,在实际业务化运行中,只要能够获得监测区40%的中高分辨率的影像,采用本研究提出的多尺度冬小麦种植面积测量方法,基本上可以满足业务化运行的精度要求。     

训练样本对TM尺度小麦种植面积测量精度影响研究（Ⅰ）——训练样本与分类方法间分类精度响应关系研究

准确的遥感农作物类型识别和种植面积统计,不仅仅取决于不同分类方法的选择,同时还要看输入分类器用以学习的训练样本数据,训练样本对分类精度的影响比分类技术本身对测量精度的影响还要大。训练样本对测量精度的影响包含样本的质量和数量两个方面。为了探讨训练样本对农作物种植面积测量精度的影响,本文以小麦为例,选择典型试验区,利用较常用的TM遥感影像,结合高分辨率SPOT数据和野外GPS数据,在构建标准训练样本和检验样本数据集的基础上,在不同训练样本量下,分别对光谱角制图、平行六面体、马氏距离、最小距离、最大似然和支持向量机6种方法进行了多次试验,并对测量结果进行了对比分析。研究结果表明:①不同样本量下6种方法10次测量的结果存在不同程度的波动,而且地块越破碎的地区波动越大,但这种波动随样本量的增加会减少,说明目前在小麦面积测量中,用单次分类的结果作为最终的提取结果的做法存在一定的随机误差,在实际的工作中,应尽可能多的获取训练样本,以提高小麦面积测量的稳定性,同时利用多次测量结果求均值的方式,来消减或者抵消测量的随机误差;②相同样本量下,各种方法测量出的全区和破碎区的小麦像元个数(总量)不一致,种植结构复杂且破碎的地区,各种方法测量出的小麦面积总量差异会更大,说明不同方法对同一地区小麦的识别能力是不同的,同种方法对于不同地区小麦的识别能力也是不一样的,但是通过分析小麦识别的产品精度和用户精度,可以判断出哪个结果最接近于真实总量。     

训练样本对TM尺度小麦种植面积测量精度影响研究(Ⅱ)——样本质量对小麦测量精度的影响分析

本文以小麦为例,在构建标准训练样本数据集的基础上,引入欧式距离、马氏距离和纯度三个指标对训练样本数据进行质量评价和分等定级。然后将相同样本数量,但不同质量等级的训练样本输入到最小距离、最大似然和支持向量机三种分类器中进行影像分类和冬小麦提取,并对小麦识别结果进行分析和比较。研究结果显示:同一分类器和不同分类器对相同指标划分的不同质量等级的训练样本响应不同,对不同指标划分的相同质量等级的训练样本响应也不同;相同分类器,面积误差最小和总体像元精度最高所对应的训练样本的质量等级不一样。     

遥感影像空间尺度特性与最佳空间分辨率选择

尺度概念是理解地球系统复杂性的关键,尺度问题被认为是对地观测的主要挑战之一,而结合具体研究应用领域,由地学现象的尺度本身出发,选择所需遥感影像的最佳尺度和分辨率,是非常有现实意义的.本文在深入剖析了遥感影像的尺度特性和遥感影像尺度选择的意义的基础上,探讨了基于地统计学方法定量选择遥感影像最佳空间分辨率的方法.阐明了传统局部方差方法不能得到理想结果的原因:传统的局部方差方法的实质是基于变化地面面积计算影像局部方差的均值,而基于这样不同甚至是相差悬殊的地面面积进行局部方差计算,其结果必然不具有可比性.对此,本文提出了基于可变窗口与可变分辨率的改进局部方差方法,即依次降低空间分辨率时,高分辨率采用大窗口尺寸,低分辨率采用小窗口尺寸来维持计算窗口内的地面面积的一致,由此计算出的局部方差作比较来判定遥感影像最佳分辨率.进行了系列实验分析,得到了相关结论,分析得出这种基于地统计的方法来选择遥感影像最佳分辨率的方法,对遥感和GIS研究与地学应用具有一定的理论意义和指导意义.     

水环境参数定量遥感反演空间尺度误差分析

对地观测技术的快速发展为水环境定量遥感监测提供了多源遥感数据的有利支撑,然而多源数据空间尺度差异引起的遥感数据和定量产品的不一致性严重制约了水环境科学研究和业务化应用。针对多源遥感数据的空间尺度转换和尺度误差问题,本文提出一种模拟遥感成像过程点扩散函数(PSF)的多源遥感数据空间尺度转换方法。以高空间分辨率GF-1卫星16m遥感数据为基础,模拟了常用的内陆水环境监测卫星Landsat TM/ETM+/OLI(30m)、Terra/Aqua MODIS(250m、500m、1000m)数据,系统研究了高动态浑浊水体(以鄱阳湖悬浮颗粒物监测为例)多源定量遥感监测的空间尺度误差,并对比分析了常用的多源数据尺度转换方法(基于遥感反射率数据平均法和基于悬浮颗粒物产品平均法)的有效性。结果表明,基于点扩散函数的空间尺度转换方法与传统方法具有较高的相关性,基于遥感反射率数据平均法的水环境定量遥感产品的误差水平低于基于悬浮颗粒物产品平均法;相对于南海等相对平稳水体的低空间尺度误差水平(0.5%),在高动态浑浊的内陆或近岸水环境遥感监测中,由空间尺度变化引起的产品误差可达±5%左右。因此,在高精度水环境定量遥感发展应用的需求和多源多尺度遥感数据协同的背景下,本文研究对于提高多源遥感监测产品的一致性和应用能力具有重要理论和现实意义。     

地图比例尺与遥感影像分辨率的关系探讨

探讨地图比例尺与遥感影像分辨率的关系,为特定比例尺制图选择适宜分辨率的遥感影像在遥感影像制图中极为重要。本文分析了人眼分辨率和比例尺精度、地图比例尺和影像分辨率之间的关系,以30 m分辨率的landsat5遥感影像、2.1 m分辨率的ZY-3遥感影像及0.5 m分辨率的Word View-2遥感影像进行实验,探讨了不同人眼分辨率下的遥感影像成图质量。得到了1∶M比例尺制图时的遥感影像分辨率的选择范围为(1×10~(-4)M,5×10~(-4)M),最佳遥感影像分辨率为2.5×10~(-4)M的结论,并用已有应用实例对其可靠性进行了检验,进而为我国基本比例尺制图遥感影像的选择提供了依据。     

基于高分六号WFV数据的冬小麦种植面积提取

冬小麦是我国重要的粮食作物之一,准确获取冬小麦种植面积具有重要的现实意义.为探究高分六号卫星影像进行冬小麦遥感监测的可行性和精确性,本文选取甘肃省崆峒区为研究区,运用红边波段+监督分类中的支持向量机法,提取了2019年崆峒区冬小麦种植面积,并利用混淆矩阵对分类结果进行精度验证.结果表明:提取崆峒区冬小麦种植面积为150...     

遥感尺度内涵及遥感像元尺度效应分析的改进分形方法

本文首先分析了遥感影像尺度的三层次内涵。重点针对遥感像元尺度,分析了遥感像元尺度效应及其分形机理,由于现有分形方法没有考虑影像本身尺度(空间分辨率),造成尺度间分形维数的比较时像元尺度效应变化难以有效反映,本文针对此问题提出了基于表面积的加窗分形布朗运动和加窗双层地毯两种改进分形方法。为验证改进分形方法的可靠性,采用了不同像元尺度下系列监督分类进行验证。试验结果表明,每种地物的分维数都随着空间分辨率的降低或像元尺度的缩小,呈总体下降趋势,在某些特征尺度上会出现预示着某些地物结构的拐点,这些拐点对观测该区域地物具有一定指示意义。系列监督分类精度也一定程度上证明了以上两种改进分形方法在分析尺度效应中的可行性。因此本文的方法对于分析遥感像元尺度效应和探索地物尺度聚合规律具有一定的理论意义。     

基于遥感与GIS的中国农村居民点规模分布特征

利用2000年TM图像判读的中国土地利用矢量图提取全国农村居民点信息，分析了中国农村规模分布的基本特征。中国农村居民点密度呈现地带性差异，东部地区农村居民点密度较高，西部较低。农村居民点规模区域差异明显。北方大于南方，平原地区大于丘陵地区，经济发达地区大于经济欠发达地区；全国农村居民点规模较小，平均规模越小的地区集中在规模较小的居民点较多。全国农村居民点分布不均匀，孔隙度指数与农村居民点密度相关程度较高，农村居民点密度较高的地区，孔隙度指数较小，农村居民点分布较为均匀，距离较低，农村居民点密度较小的地区，孔隙度指数较大，农村居民点分布不均匀，距离较远。     

基于遥感数据与作物生长模型同化的冬小麦长势监测与估产方法研究

本文以LAI作为结合点，讨论了利用复合型混合演化（SCE—UA）算法实现CERES—Wheat模型与遥感数据同化的可行性。CERES—Wheat模型同化后主要生育期和产量的模拟值分别与真实条件下模型相应模拟值以及实测值进行比较。结果表明，同化后CERES—Wheat模型的模拟精度对LAI外部同化数据的误差并不十分敏感。并且在LAI同化数据较少时，也可获得较好的同化结果。这一特点体现了SCE—UA算法应用于同化过程的优越性，为同化策略在区域冬小麦长势监测及估产中的应用提供了基础。     

浅谈遥感应用领域对卫星影像的要求

卫星遥感影像在国民经济建设诸多行业中的应用日益广泛,这种广泛性使得行业对卫星遥感数据提出了不同的要求。本文主要从空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率和影像质量等方面对其进行阐述。     

冬小麦区域遥感监测及识别中的方法研究

通过基于高时间分辨率的"环境一号"卫星数据的变化向量分析(CVA)冬小麦遥感识别方法,并以地理国情普查数据为调整单元对识别结果进行修正,达到提高冬小麦遥感识别精度的目的。结果表明,使用CVA方法可提高冬小麦遥感识别精度,以国情普查数据为调整单元可在一定程度上降低遥感影像配准误差影响,对其他农作物遥感识别具有一定的参考意义。     

卫星海洋水色遥感信息特征量的研究

首先从卫星海洋水色遥感机理出发,提出了水色遥感信息的两个特征量──归一化反照率（Ａｌｂｅｄｏ）和辐射信噪比（ＳＮＲ）。其次,针对中国“九五”期间计划发射的海洋水色卫星的轨道参数和安装在卫星上的水色扫描仪（ＣＯＣＴＳ）水色通道为对象,上中国海区为遥感目标,通过两个特征量的模拟计算结果,进行了大洋和沿岸两类不同水体信息特征量的比较。最后,研究了信息特征量的时间和空间响应。研究的结果为中国计划发射的海洋水色卫星图像质量预测和应用潜力的评估提供了一定的科学依据。