全球30m地表覆盖遥感制图的总体技术

本文针对全球30米分辨率地表覆盖遥感制图这一世界性难题,提出了以多源影像最优化处理、参考资料服务化整合、覆盖类型精细化提取、产品质量多元化检核为主线的总体研究思路,研发了影像几何与辐射重建、异质异构服务化集成、对象化分层分类、知识化检核处理等主体技术方法;用于制定了相应数据产品规范、生产技术规范,研发了多项生产型软件,用于研制了2000和2010两个基准年的全球）30米地表覆盖数据产品,将空间分辨率提高了1个数量级。     

基于GlobeLand30的全球城乡建设用地空间分布与变化统计分析

城乡建设用地分布与变化是人类活动的直观标志和生态足迹,在环境变化研究、地理国(世)情监测和可持续发展研究等方面发挥着重要作用。以往人们对一些城市、区域或国家的城乡建设用地分布与变化进行过较为深入系统的研究,但在全球尺度上,这方面研究尚为空白。本文是利用我国自主研制的世界上首套30m空间分辨率全球地表覆盖数据集GlobeLand30的人造地表数据层,首次开展了全球城乡建设用地的空间分布及变化的统计分析。它采用用地面积、构成占比和增量占比等主要指标,统计全球范围内城乡建设用地的空间分布及2000年至2010年10年间的变化,重点分析了2010年全球、各大洲及主要国家的城乡建设用地分布现状与地域差异,2000年至2010年全球、主要国家的建设用地变化以及其主要土地来源。研究结果表明,2010年全球城乡建设用地总面积为118.75×104km2,占全球陆表面积的0.88%;2000年至2010年全球城乡建设用地面积增加了5.74×104 km2,变化率为5.08%,其中,中国和美国新增城乡建设用地约占全球的一半;新增城乡建设用地占用最多的是耕地,占总量的50.26%。这些为研究全球陆表人类活动的空间分布特征与变化趋势提供了翔实的信息和知识。     

地表覆盖遥感产品更新完善的研究动向

近年来,多尺度地表覆盖遥感产品的不断涌现,为环境变化研究、地球系统模拟、地理国(世)情监测和可持续发展规划等提供了重要科学数据。为更好地满足广大用户日益增长的应用需求,应对地表覆盖遥感产品进行持续更新完善,保持其时效性、增强时序性、丰富多样性。针对大面积地表覆盖遥感产品更新完善所面临的主要问题,介绍和评述了国内外有关研究动向,包括影像与众源信息相结合的更新、数据类型细化与完善、地表覆盖真实性验证,并作了简要展望。     

明长城长度测量关键技术

按照基于影像的长城解译与调查结果,为科学获取明长城的坡面长度,本文主要采用了下列的关键技术:首先为不同种类的长城段落定义测量规则;其次,准确确定长城每段的起止点;第三,按照统一的标准和技术流程在立体模型上精确测定长城每一处特征点的三维空间坐标;最后,在统一的计算模型下,计算每段长城的长度,通过汇总的方式获得分省工作区和全国的各类长城长度。成果为相关研究提供了参考。     

基于知识的高分辨率影像长城目标提取方法研究

通过对高分辨率影像上长城特征的分析,本文提出了“在山地地貌条件下长城沿山脊线分布”的推理假设,基于该假设,进一步提出了以基于梯度方向滤波的边缘提取、基于DEM山脊特征的长城边缘线段判定以及基于区域特征的线状区域分割相结合的长城提取算法。通过基于1m分辨率正射影像的相关实验表明该方法能有效提取山地条件下的长城目标     

基于谱间特征分析的城市建筑用地信息提取

以2003年某地区QuickBird多光谱影像为数据源,首先分析建筑用地及其他地物在QuickBird卫星影像4个波段上的光谱特征,并由此探讨其在光谱特征上的可分性。研究发现对于建筑用地等地物类型,波段2和波段4的光谱特征对比度最大,因此通过简单的波段比值运算可最大限度地增强该类地物的亮度。在此基础上,通过分析水体、裸露地的波谱特性,建立基于光谱特征的决策树模型,对研究区域建筑用地进行提取并对结果进行精度评价,结果表明,该方法总体提取效果较好。因此利用该模型可以将背景地物类型复杂的某地区建筑用地信息提取出来,并且模型受时相影响较小,只是在阈值大小上会存在一些差异。     

全球陆表水体高分辨率遥感制图

陆表水体是地表覆盖的重要组成之一,是气候变化研究、生态环境评估和宏观调控分析等不可或缺的重要基础信息.本文介绍了全球地表覆盖遥感制图项目中陆表水体总体研制情况.项目通过收集、处理美国陆地卫星Landsat TM/ETM+、国产环境减灾星(HJ-1)等影像,实现了2000年、2010年两个基准年度的全球30 m分辨率多光谱影像的有效覆盖,影像纠正精度满足1:20万制图要求,两期影像配准中误差控制在1个像元以内.根据30 m分辨率尺度的水体光谱特征与几何形态,合理地设计提取指标,结合基于像元分类法简单易操作、面向对象分类法可综合利用各种规则知识的优势,开展水体信息的精细化提取,最后利用人机交互来进一步优化完善分类结果,实现全球水体的高精度遥感制图.完成的全球陆表水体数据成果GlobalLand30-water 2000和GlobalLand30-water 2010,属目前全球尺度下最高分辨率的分类成果,自评估总体精度为96%.该数据是开展全球陆表水体空间分布格局分析、揭示地域差异、研究时空波动规律以及进行生态环境健康诊断等相关研究工作的重要基础数据.     

基于地理信息的可持续发展目标(SDGs)量化评估

执行期为2016-2030年的联合国《2030年可持续发展议程》提出了17项可持续发展目标(Sustainability Development Goals,以下简称SDGs)。为切实做好其后续落实与评估措施,联合国提出了SDGs量化评估的总体思路,要求各成员国综合利用统计和地理信息,对本国可持续发展进程进行定量评估与分析,以发现存在的问题,提出改进措施。目前这项工作刚刚起步,评估指标体系尚待完善和本土化,基础数据的完善与更新任重道远,提取计算方法亟待开发或优化,远不能满足SDGs量化评估与持续监测的实践需要。我国是世界测绘大国,地理信息资源建设居于国际前列,现代通讯技术及基础设施遍及城乡,理应发挥大国作用,加快这方面的试点研究。这既可服务国家和各地可持续发展的实践,又可为国际社会做示范、出经验。此外,还应该加强这一领域的基础研究,以更好地指导SDGs量化评估与持续监测的技术研发与应用实践。     

全球陆表水体空间格局与波动初步分析

陆表水体是人类生存和发展的最重要资源之一,也是全球水循环主要组成部分之一.全面地掌握陆表水体的空间分布、持续地测定其动态变化,是全球生态环境健康诊断的一项重要工作.根据30 m分辨率全球地表覆盖数据产品(Global Land 30)中的两期陆表水体数据产品(Global Land 30-water 2000和Global Land 30-water 2010),利用MODIS时间序列数据对其进行时相订正,通过水域面积、水域率及其空间变异系数的指标,按全球、经纬度、大洲及气候区等不同层次分析了陆表水体及空间分布格局和时间波动.遥感监测结果显示,全球陆表水体总面积达367.67×104 km2,占全球陆表面积的2.73%.陆表水体空间分布极为不均,主要集中于北半球的中高纬度地区和热带地区.对比2000与2010年两期的水域面积差异,总体波动不大,但是区域差异较明显.Global Land 30-water产品及统计数据为分析全球陆表水体空间分布格局、揭示其地域差异、研究时空波动规律以及诊断生态环境健康提供了重要基础数据.     

基于本体的土地类别语义相似度综合计算方法

不同领域所采用的土地分类系统,在类别划分及定义方面存在一定的差异,导致不同系统之间的数据存在语义异质性问题,使跨系统数据难以共享和集成。为了从语义层面解决这个问题,以GlobeLand 30土地覆盖分类系统和《土地利用现状分类标准》(GB/T 21010-2017)2个典型分类系统为例,提出了1种基于本体的土地类别语义相似度综合计算方法。使用基于本体属性、基于本体距离和内容、传统综合方法、改进综合方法4种算法,计算了上述2类系统类别间的语义相似度并进行了对比分析。结果表明:4种算法结果的大体变化趋势一致,而本文综合方法的计算值更接近实际情况。该方法为语义异质性的评估提供了一种量化方案,也为跨领域的知识集成与共享提供参考。