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基于光谱混合分解模型的城市不透水面遥感估算方法研究 ——以北京城区为例

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基于光谱混合分解模型的城市不透水面遥感估算方法研究 ——以北...

作者：袁超中南大学

学位级别：硕士

不透水面是城市最基本的组分之一,其覆盖状况随城市发展的变化对城市局部气候、城市水文、地表能量通量具有举足轻重的作用,进而影响城市人居环境质量和流域健康程度。不透水面作为生态环境效应遥感监测与评估中的一个关键技术指标之一... 详细信息

不透水面是城市最基本的组分之一,其覆盖状况随城市发展的变化对城市局部气候、城市水文、地表能量通量具有举足轻重的作用,进而影响城市人居环境质量和流域健康程度。不透水面作为生态环境效应遥感监测与评估中的一个关键技术指标之一,已经被用于城市水文模拟、水质面源污染、城市热岛效应以及城市专题制图中。本文以北京城区为研究区,以遥感技术结合实验观测为手段,以研究城市不透水面构成特征为基础,以分析城市内部景观特征的关系为突破,以探索精确提取城区不透水面估算方法为目标,紧密结合城市生态状况,进行北京城区不透水面空间格局、空间扩展及其与城市热岛内在关系的研究。本文主要工作研究工作和结果如下:1、通过对比分析四种混合像元分解模型的不透水面估算精度,得出对整个区域而言,Wu&Murray城市分解模型获得的结果最优、归一化V-I-S模型次之,四端元SMA模型最差,且归一化并没有对试验区不透水面分量精度提高有显著改善。2、利用Wu&Murray城市分解模型,对LandSat TM影像进行信息提取和处理,对北京城区不透水面的空间格局进行分析,通过附有限制条件的线性光谱分解得到的RMS平均值为0.003428。其不透水表面分布结果与同期spot-5对比验证,R2为0.932,均方根误差为0.086。从北京城区不透水面分布图中得出:04年北京试验区内平均不透水面积百分比为41.3%,二环以内的不透水面高达70.3%,二环和三环之间的不透水面为45.3%,随着向外辐射,不透水面比重逐渐减小,三环和四环之间不透水面积百分比为33.53%.四环到五环之间为25.83%,五环到六环之间仅有21.3%.3、利用多年、多时相的遥感数据,对北京城区的城市不透水面扩张进行研究,得到了北京城市不透水面分布总体特征和城市不透水面多年演变趋势,揭示城市发展与景观类型的变化对不透水面的影响。从04年到07年,北京整个研究区内不透水面从41.04%增加到46.57%,增加了5.53%。其中建成区不透水面从47.91%增加到50.19%,增加了2.28%,相应同期建成区面积也增加了4.6%。4、利用LandSat TM卫星的热红外影像数据,得到北京城区城市热岛分布总体特征,对不同季节城市热岛变化进行分析。LST与城市植被覆盖、不透水面相结合,进行了绿色空间变化、不透水面积百分比空间变化与热岛效应消长关系的研究分析.NDVI与地表温度LST的相关系数R=-0.8069,两者呈负相关。NDVI每上升0.1,平均地表温度随之降低1.495。C,不透水面百分比ISP与地表温度LST的相关系数R=0.752,两者呈正相关。ISP每上升0.1,平均地表温度相应升高0.86。C。通过对北京城区的不透水面进行热环境响应分析,提出了缓解北京城市热岛效应的措施和建议,包括发展城市绿化、建立规模绿地、重视绿地分布均匀度、采用合理的绿化种植结构以及合理增加城市水面等。

关键词：遥感城市不透水面混合像元分解模型空间格局地表亮温

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海南城市发展进程遥感监测分析与模拟

应用科学学报 2018年第5期36卷 798-807页

作者：王恒张丽毕森韩瑞丹中国科学院遥感与数字地球研究所数字地球重点实验室北京100094 海南省地球观测重点实验室海南三亚572029 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

基于混合像元分解模型与CLUE-S模型相结合的方法,对海南省三亚市和海口市两个不同类型城市在2000–2015年期间的城市化进程进行了监测,模拟分析了两个城市2020年城市土地利用分布格局及异同.结果表明,海口市和三亚市在15年来均存在大幅... 详细信息

基于混合像元分解模型与CLUE-S模型相结合的方法,对海南省三亚市和海口市两个不同类型城市在2000–2015年期间的城市化进程进行了监测,模拟分析了两个城市2020年城市土地利用分布格局及异同.结果表明,海口市和三亚市在15年来均存在大幅度城市扩张情况,其中三亚市扩张了3.4倍,扩张程度更为巨大.实验表明,所采用的混合像元分解模型与CLUE-S模型相结合的方法能够提供更加精细的城市发展过程信息,有助于城市规划与国土资源决策.

关键词：混合像元分解模型 CLUE-S模型城市扩张遥感监测模拟

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陕西省植被退化及其驱动因素分析

生态学杂志 2015年第10期34卷 2907-2913页

作者：李登科范建忠权文婷陕西省农业遥感信息中心西安710014

基于2000—2013年250 m分辨率MODIS NDVI数据,运用混合像元分解模型计算植被覆盖度,评价陕西植被退化情况,分析引起植被退化的主要因素,为进一步开展生态、城镇建设规划提供依据。结果表明:1)陕西省植被退化区域主要分布在以西安市为主... 详细信息

基于2000—2013年250 m分辨率MODIS NDVI数据,运用混合像元分解模型计算植被覆盖度,评价陕西植被退化情况,分析引起植被退化的主要因素,为进一步开展生态、城镇建设规划提供依据。结果表明:1)陕西省植被退化区域主要分布在以西安市为主的关中城市群和榆林市以北的沙漠地带。植被退化面积最多的市是西安市,其次是榆林市,最少的是安康市。2)植被变化以改善和变化不明显为主,分别占土地总面积的48.03%和49.10%;植被退化面积较少,占土地总面积2.87%,其中轻度退化、中度退化和重度退化的面积分别占总土地面积的1.39%、0.56%和0.92%。3)植被退化主要发生在农田,占总退化面积的54.36%。4)植被退化面积与新增建成区面积的关系达到极显著程度,说明随着城镇化的不断发展,城镇用地不断扩张,大量农田、森林、草地等植被覆盖度高的土地被占用,直接导致植被退化,因此在城镇规划中应重视绿地园林建设;榆林市以北的沙漠地带局部区域植被仍在退化,应继续保护治沙成果和治理裸露沙地。

关键词：植被退化植被覆盖度混合像元分解模型 MODIS 陕西省

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基于决策树和混合像元分解的城市扩张分类

测绘通报 2006年第10期 9-11,32页

作者：马雪梅陈亮俞冰徐锋聊城大学环境与规划学院山东聊城252059 河海大学遥感与地理信息系统研究所江苏南京210098 河海大学电气工程学院江苏南京210098

当今,城市扩张备受关注,通过遥感影像可以快速获取土地利用信息,但由于混合像元现象的存在,使得影像分类精度很难提高。首先对影像作决策树分类,获得初步分类结果和混合像元区域,然后利用混合像元线性分解模型对其进行分解,最后利用地... 详细信息

当今,城市扩张备受关注,通过遥感影像可以快速获取土地利用信息,但由于混合像元现象的存在,使得影像分类精度很难提高。首先对影像作决策树分类,获得初步分类结果和混合像元区域,然后利用混合像元线性分解模型对其进行分解,最后利用地学知识和野外调查资料进行结果后处理。实验结果表明:从两年的建筑信息的分类精度基本保持在80%以上,总体分类精度接近90%,Kappa系数达到0.84来看,此结果能够满足城市扩张分析的要求。

关键词：决策树分类混合像元分解模型城市扩张

基于无人机高光谱影像的植被覆盖度遥感估算模型比较

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华南师范大学学报（自然科学版） 2021年第6期53卷 79-87页

作者：韦钦桦罗文斐李浩唐凯丰华南师范大学地理科学学院广州510631

为了探寻光谱解混模型估算植被覆盖度的精度及适用性,对广东省中山市民众镇义仓村内的一块香蕉林地,利用无人机高光谱数据,比较了3种植被覆盖度估算的经典模型(像元二分模型、Carlson模型和Baret模型)以及目前较为常用的3种光谱解混模型... 详细信息

为了探寻光谱解混模型估算植被覆盖度的精度及适用性,对广东省中山市民众镇义仓村内的一块香蕉林地,利用无人机高光谱数据,比较了3种植被覆盖度估算的经典模型(像元二分模型、Carlson模型和Baret模型)以及目前较为常用的3种光谱解混模型(线性光谱混合模型(Linear Mixed Model,LMM)、后验多项式非线性混合模型(Polynomial Post-nonliner Mixing Model,PPNMM)和考虑光谱变异的正态组分模型(Normal Compositional Model,NCM))估算植被覆盖度的效果.实验结果表明:像元二分模型高估了植被覆盖度;Carlson模型低估了植被覆盖度;Baret模型在低植被覆盖度区域内高估了植被覆盖度、在高植被覆盖度区域内低估了植被覆盖度;LMM模型在高植被覆盖度区域有较好的估算效果;PPNMM模型在低植被覆盖度出现小幅度高估;NCM模型估算的效果最佳.

关键词：植被覆盖度无人机高光谱影像混合像元分解模型

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提高城市TM图像分类精度的两种方法比较

广西师范大学学报（自然科学版） 2009年第4期27卷 19-22页

作者：王修信秦丽梅罗涟玲农京辉朱启疆广西师范大学计算机科学与信息工程学院广西桂林541004 北京师范大学遥感科学国家重点实验室环境遥感与数字城市北京市重点实验室地理学与遥感科学学院北京100875

城市遥感图像分类是获取城市绿地空间分布状况的基础,然而混合像元的存在导致分类精度不高。因此,提出了混合像元分解模型结合神经网络法(MPD-NN法),利用其对北京市TM图像进行地物分类,并与较常用的决策树法分类结果比较,研究在图像现... 详细信息

城市遥感图像分类是获取城市绿地空间分布状况的基础,然而混合像元的存在导致分类精度不高。因此,提出了混合像元分解模型结合神经网络法(MPD-NN法),利用其对北京市TM图像进行地物分类,并与较常用的决策树法分类结果比较,研究在图像现有空间分辨率的条件下提高城市分类精度。结果表明,MPD-NN法分类可较为有效地处理城市遥感图像存在的混合像元问题,可以提高城市分类精度,分类精度高于决策树法,其总体精度和Kappa精度均将近90%,水体、草地、农田、裸地、林地的分类精度在85%以上,高密度建筑区、低密度建筑区、水泥地的分类精度接近80%,也均高于决策树法,是遥感分类较精确识别城市下垫面地物的一种可行方法。

关键词：遥感图像城市分类混合像元分解模型神经网络法决策树法

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定西市安定区植被覆盖遥感调查方法研究

中国水土保持 2009年第9期 59-61页

作者：吴静李纯斌邸利黄海霞甘肃农业大学资源与环境学院甘肃兰州730070 甘肃农业大学林学院甘肃兰州730070

植被覆盖度是研究地表植被状况的重要指标。以定西市安定区为研究区域,以混合像元分解模型为基础,探讨了遥感估算植被覆盖度的方法和一般工作流程,其结果经检验与定西市水土保持科学研究所的地面实测数据基本相符。该方法不需要进行大... 详细信息

植被覆盖度是研究地表植被状况的重要指标。以定西市安定区为研究区域,以混合像元分解模型为基础,探讨了遥感估算植被覆盖度的方法和一般工作流程,其结果经检验与定西市水土保持科学研究所的地面实测数据基本相符。该方法不需要进行大范围的野外考察,节约成本,经济方便,适于植被覆盖度的动态监测研究。

关键词：植被覆盖度遥感调查混合像元分解模型工作流程定西市

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月球微波遥感亮温数据分辨率增强与应用

月球微波遥感亮温数据分辨率增强与应用

作者：曾晓明天津师范大学

学位级别：硕士

在地月空间,月球是一个微波辐射源,其浅表层物质的辐射特性与月球内部深层的火成活动直接关联:明安图射电日像仪可以在月球上进行微波热辐射测量。如果观测期间通过宇宙射电源或太阳对观测进行定标,进一步借助月球微波辐射测量历史上的... 详细信息

在地月空间,月球是一个微波辐射源,其浅表层物质的辐射特性与月球内部深层的火成活动直接关联:明安图射电日像仪可以在月球上进行微波热辐射测量。如果观测期间通过宇宙射电源或太阳对观测进行定标,进一步借助月球微波辐射测量历史上的低分辨率资料,结合数值模拟和地基实验测量,可以实现对该仪器的绝对定标。嫦娥系列卫星携带的微波辐射计,对月球进行了长期的微波辐射测量工作。基于微波辐射计数据的研究已经取得了许多科学成果。对定标后的射电日像仪月球微波探测数据与卫星微波辐射计数据进一步协同分析,从而获取月球正面乃至全月球高质量、高分辨率微波热辐射资料,分析月表以下一定深度温度分布特征,进行月壤微波热辐射特性研究,解决月球火成活动及热演化等关键科学问题,对进一步推动我国月球火成活动及热演化历史等研究具有十分重要的科学意义。研究从高时空分辨率的数据需求出发,基于嫦娥一号和嫦娥二号微波辐射计亮温数据,从升轨、降轨等角度进行了相关分析和回归分析,并建立相应的线性拟合公式以拟合数据。在此基础上,对亮温数据进行校正和整合,以提升亮温数据的时间分辨率。文章基于整合后的亮温数据,通过时角校正,建立亮温日变化线性拟合模型、亮温随纬度变化线性拟合模型以及亮温日变化三维模型,实现全月任意时刻任意频率亮温图的制作。在得到全月实测亮温制图后,文章根据辐射传输模型,利用光学反射率数据、热辐射数据以及DEM数据等解算月表参数:吸收系数、月壤厚度及月表温度剖面模型等,实现对月表任意时刻的亮温模拟。研究还建立了混合像元分解模型,利用月表实测亮温与模拟亮温数据,并结合辐射传输方程模拟小尺度下的月表亮温,从实测亮温数据剥离出原始混合像元中的各个组分亮温,实现微波辐射计亮温数据空间分辨率增强。最后在分辨率增强基础上,进行地基对月观测模拟,通过构建月固坐标系、月球地理坐标系及瞬时坐标系等在内的空间坐标参考。建立观测时刻月球表面与月球投影平面之间一一对应关系的月球空间参考框架,把瞬时月球表面的点或像素快速、便捷、严格地投影到二维瞬时投影平面,模拟观测时刻地基观测视场范围内的月表亮温分布并制图,实现地基对月观测几何研究。

关键词：嫦娥卫星微波辐射计辐射传输方程混合像元分解模型分辨率增强观测几何

基于多平台多尺度的毛乌素沙地生物结皮遥感识别

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基于多平台多尺度的毛乌素沙地生物结皮遥感识别

作者：呼帅西北农林科技大学

学位级别：硕士

在干旱、半干旱的沙漠地区,生物结皮分布较为广泛,其中,部分地区的生物结皮盖度高达70%以上。因其表面的土壤的物理、化学性质和生物学特性使得生物结皮抗风蚀能力明显强于松散沙土;同时还可以提高沙地土壤养分含量,改善区域生态环境。... 详细信息

在干旱、半干旱的沙漠地区,生物结皮分布较为广泛,其中,部分地区的生物结皮盖度高达70%以上。因其表面的土壤的物理、化学性质和生物学特性使得生物结皮抗风蚀能力明显强于松散沙土;同时还可以提高沙地土壤养分含量,改善区域生态环境。生物结皮是地表的生物保护层,其在阻拦水分渗透,保水护水方面也有明显的作用。因此生物结皮是干旱、半干旱以及荒漠地区植被演替的重要基础。通过遥感分类、识别可以快速且准确地掌握生物结皮在干旱、半干旱地区的空间分布。本文采用混合像元分解模型、光谱指数多种方法基于多平台、传感器在多个尺度上对毛乌素沙地区域生物结皮进行了识别和提取,通过遥感监测与追踪区域尺度生物结皮的格局和动态变化,评价了生物结皮在旱区生态系统中的作用及有效调控和科学管理这类资源的根本途径,从而为区域生物结皮资源的管理保护、合理利用提供基础数据支持和管理决策依据。得到如下研究成果:(1)地物分类:通过精度对比得到适合不同平台、传感器地物分类的最佳方法,其中支持向量机(SVM)分类方法对无人机遥感影像的地物区分精度最高,随机森林(RF)分类方法对Landsat8 OLI多光谱影像的地物区分精度最高。(2)混合像元分解:对于样地尺度来讲,光谱角混合像元分解方法可以较好的分离出2种生物结皮,且5块样地藻结皮平均盖度为23.35%,苔藓结皮盖度为22.35%;对于区域尺度来讲,光谱角混合像元分解方法优于自适应分析混合像元分解方法,得到毛乌素沙地藻结皮盖度为22.6%,苔藓结皮盖度为21.3%。(3)光谱指数:对于无人机多光谱影像,三角植被指数(TVI)光谱指数的分布一致性最高,其次是归一化植被指数(NDVI),结皮指数(CI)的分布一致性最低。对于Landsat8 OLI多光谱影像,TBSCI可以有效提高识别精度,得到毛乌素沙地生物结皮像元占比为23.31%,对于EO-1高光谱影像,GBSCI指数可以很好的识别区域生物结皮,得到区域生物结皮像元占比为35.59%。(4)区域尺度:藻结皮和苔藓结皮广泛分布于毛乌素沙地全域,利用混合像元分解模型得到藻结皮盖度为22.6%,苔藓结皮盖度为21.3%,藻结皮盖度呈自东南向西北递减的趋势,苔藓结皮盖度中部最多,西南分布最少。同时提出了更适合毛乌素沙地多光谱识别指数TBSCI与高光谱识别指数GBSCI。本文研究表明:通过混合像元分解模型与光谱指数的方法可以较好地对区域及样地的生物结皮进行识别提取。利用无人机样地观测结果作为桥梁,一定程度上能够解决卫星遥感平台区域尺度的识别结果和样点实地结果之间相互匹配的问题,从而保证了区域尺度生物结皮遥感识别结果和方法的可靠性。

关键词：毛乌素沙地生物结皮遥感识别混合像元分解模型光谱指数