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机器学习法的干旱区典型农作物分类

光谱学与光谱分析 2018年第10期38卷 3169-3176页

作者：黄双燕杨辽陈曦姚远中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

当前,基于机器学习方法开展农作物分类研究,对于确保干旱区粮食安全和生态安全有着极为重要的现实意义。基于机器学习方法,采用时间序列Sentinel 2A遥感数据提取农作物分类信息,通过引入地块基元和红边特征,探讨了不同分类特征组合对机... 详细信息

当前,基于机器学习方法开展农作物分类研究,对于确保干旱区粮食安全和生态安全有着极为重要的现实意义。基于机器学习方法,采用时间序列Sentinel 2A遥感数据提取农作物分类信息,通过引入地块基元和红边特征,探讨了不同分类特征组合对机器学习分类精度的影响。结果表明:随机森林分类器可以有效集成光谱和植被指数等多维向量的优势,将其应用于干旱区典型农作物分类上的精度均在89%以上,分类组总体精度最高可达94.02%。地块基元点集支持下的分类特征提取方法能够提高机器学习效率和农作物分类精度,使光谱组及指数组的分类精度分别提高3.13%和4.07%,并能有效解决"椒盐"效应及耕地边缘廓线模糊等问题。红边光谱和红边指数的引入分别使随机森林分类器总体精度提高2.39%和1.63%,并使春、冬小麦的识别能力显著提高,表明红边特征能够帮助分类器更敏感地捕捉不同作物特有的生长特性及物候差异。该研究结果可为机器学习方法及Sentinel 2A卫星在干旱区农业遥感的应用提供参考。

关键词：机器学习随机森林农作物分类地块基元红边波段

基于Sentinel-2多光谱数据的棉花叶面积指数估算

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农业工程学报 2019年第16期35卷 189-197页

作者：易秋香中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆维吾尔自治区遥感与地理信息系统应用重点实验室中国科学院大学

棉花叶面积指数(leaf are index, LAI)的快速、准确获取对棉花长势监测、发育期诊断、面积提取以及产量估算等遥感监测具有重要意义。该研究利用2017年和2018年的Sentinel-2多光谱卫星数据及大面积田间试验观测获取的棉花不同发育期LAI... 详细信息

棉花叶面积指数(leaf are index, LAI)的快速、准确获取对棉花长势监测、发育期诊断、面积提取以及产量估算等遥感监测具有重要意义。该研究利用2017年和2018年的Sentinel-2多光谱卫星数据及大面积田间试验观测获取的棉花不同发育期LAI实测数据,构建了基于单波段反射率及各类植被指数的棉花不同发育期及全发育期LAI估算模型,并采用留一验证(LOOCV, leave-one-out cross validation)和交叉验证对模型精度进行了检验。结果表明:1)对于单波段反射率,基于中心波长为842 nm波宽为145 nm的B8近红外波段对不同发育期LAI估算精度最优均方根误差(RMSE, root mean square error, RMSE=0.378);2)对于各类植被指数,花蕾期(20170616)和花铃期(20170802)时增强植被指数(EVI, enhanced vegetation index,)表现最佳(RMSE分别为0.352和0.367),开花期(20180623)时校正土壤调节植被指数(MSAVI2, modified soil adjusted vegetation index 2,)估算精度最高(RMSE=0.323);3)单波段反射率和各类植被指数对全发育期LAI的估算均要优于对单个发育期LAI的估算,其中基于IRECI指数的(invertedred-edge chlorophyllindex)全发育期LAI估算模型精度最佳,LOOCV检验RMSE=0.425,交叉检验RMSE=0.368;将基于IRECI的全发育期LAI估算模型应用到单个发育期LAI估算并与各单个发育期LAI估算模型精度对比,发现交叉验证RMSE平均值仅比LOOCV验证RMSE平均值高0.07,反映了全发育期LAI估算模型良好的普适性。该研究为农作物LAI估算提供了新的数据选择,完善了Sentinel-2卫星数据在LAI估算中的应用领域。

关键词：作物遥感模型 Sentinel-2多光谱卫星棉花叶面积指数植被指数

1990-2019年咸海水量平衡及其影响因素分析

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湖泊科学 2021年第4期33卷 1265-1275页

作者：昝婵娟黄粤李均力刘铁包安明邢伟刘志斌中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室乌鲁木齐830011 新疆维吾尔自治区遥感与地理信息系统应用重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

咸海地处中亚,气候和人类的双重影响下湖面急剧萎缩引发区域生态危机,定量解析其水量平衡互动关系及影响因素对咸海地区水资源管理和生态保护有重要意义.基于19902019年密集时序Landsat影像、T/P卫星、Jason1/2测高卫星及咸海数字测深模... 详细信息

咸海地处中亚,气候和人类的双重影响下湖面急剧萎缩引发区域生态危机,定量解析其水量平衡互动关系及影响因素对咸海地区水资源管理和生态保护有重要意义.基于19902019年密集时序Landsat影像、T/P卫星、Jason1/2测高卫星及咸海数字测深模型(DBM),提取近30年咸海面积、水位变化信息,重建咸海水位面积库容曲线,探明咸海水量变化特征;建立水量平衡模型,定量分析研究区水量平衡要素变化及时空差异,探讨其互动关系与影响机制.结果表明:(1)19902019年间,咸海水量减少了2271.6×10^(8) m^(3)(约75.15%),年平均变化率达-78.3×10^(8) m^(3)/a;南咸海水量变化趋势与咸海整体基本一致,北咸海除1999年出现了极小值外,其余年份水量变化趋势均呈波动上升状态,至2019年水位已恢复至1984年水平.(2)1990s以来,南、北咸海水量平衡结构变化时空差异显著,阿姆河入湖径流量呈波动减少趋势,随着咸海持续退缩水体蒸发不断减小,区域水量支出收入比由1990年的2.46降低到2015年的0.87;近年来丰水年份南咸海地下水可由亏损转化为盈余状态,水域变化进入相对平缓的状态.北咸海入湖径流量波动增加,蒸散发随水域面积增加而增加,1990s初以来水量收入超过水量支出,区域地下水盈余,湖泊水位不断抬升.(3)湖区尺度上,入湖径流量和水域蒸发量是咸海水量变化的主导因素.流域尺度上,气候变化与人类活动共同影响咸海入湖水量,南咸海入湖水量与阿姆河上游来水、流域耕地面积显著相关,而北咸海入湖水量主要与锡尔河上游来水相关.

关键词：咸海水量水量平衡分析蒸散发内陆河流域

1994-2018年新疆塔河干流农作物播种面积时空变化及影响因素分析

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农业工程学报 2019年第18期35卷 180-188页

作者：柯映明沈占锋李均力白洁邓刘洋许泽宇中国科学院遥感与数字地球研究所北京100101 中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室乌鲁木齐830000 中国科学院大学北京100049 新疆维吾尔自治区遥感与地理信息系统应用重点实验室乌鲁木齐830000

基于农作物物候信息和多季相遥感观测等相结合的方法,分析沙雅县1994—2018年的农作物播种面积变化的时空特征,并从水资源要素、耕地与胡杨林转化等分析播种面积变化的原因。研究结果表明:1)沙雅县农作物播种面积在1994—2018年呈现增... 详细信息

基于农作物物候信息和多季相遥感观测等相结合的方法,分析沙雅县1994—2018年的农作物播种面积变化的时空特征,并从水资源要素、耕地与胡杨林转化等分析播种面积变化的原因。研究结果表明:1)沙雅县农作物播种面积在1994—2018年呈现增长趋势,尤其在2006年以后加速增长;2)渭干河灌区的播种面积空间上呈现由内向外、由碎片化向集中连片化的趋势发展,而塔河干流区播种面积增加的区域沿着塔河两岸不停游移;3)渭干河灌区农作物播种面积的增加与渭干河上游的来水量变化呈现较强的相关性,而塔河干流区二者相关性较低;4)塔河干流的胡杨林区每年被耕地侵占的面积呈现增长趋势,尽管2006年以后胡杨林保护措施不断加强,然而林区的农作物播种面积在2008年以后呈现增速加快的趋势,出现了被侵占的胡杨林未能恢复、新的胡杨林又遭破坏的现象。

关键词：遥感监测农作物播种面积时空变化新疆沙雅

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新疆镜儿泉伟晶岩型锂矿岩矿光谱特征分析

地学前缘 2023年第5期30卷 205-215页

作者：王珊珊周可法白泳鲁雪晨蒋果中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094 中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室/干旱区生态安全与可持续发展重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院新疆矿产资源研究中心新疆乌鲁木齐830011 中国科学院新疆生态与地理研究所新疆矿产资源与数字地质重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100076

伟晶岩型锂矿分布广且资源量大,是我国当前主要工业应用类型。新疆镜儿泉锂矿是东天山造山带最大的伟晶岩矿床,具有巨大的稀有金属找矿潜力。本文以镜儿泉锂矿为例,利用便携式地物光谱仪采集光谱反射率数据,对典型岩石及矿物样品进行波... 详细信息

伟晶岩型锂矿分布广且资源量大,是我国当前主要工业应用类型。新疆镜儿泉锂矿是东天山造山带最大的伟晶岩矿床,具有巨大的稀有金属找矿潜力。本文以镜儿泉锂矿为例,利用便携式地物光谱仪采集光谱反射率数据,对典型岩石及矿物样品进行波谱测试与分析,揭示花岗岩、含矿伟晶岩、不含矿伟晶岩、锂辉石和锂云母等岩石矿物的光谱特征,分析典型手标本及其镜下显微特征,并对国内典型矿床岩矿光谱开展对比分析研究。结果表明:1 913 nm波谱可以作为含矿伟晶岩、不含矿伟晶岩、花岗岩和白云母、锂云母和锂辉石光谱特征的区分特征关键波段,是含矿和不含矿的一个光谱指示波段。通过对比分析新疆阿尔金地区、西昆仑大红柳滩地区和四川甲基卡地区的伟晶岩型锂矿光谱特征,其光谱特征大致相同,吸收位置有1~4 nm的差异。本研究为今后开展伟晶岩型锂矿的遥感调查评价奠定了理论基础。

关键词：伟晶岩型锂矿光谱分析光谱吸收参数锂辉石镜儿泉锂矿

1962—2019年锡尔河-咸海三角洲湿地时空变化及驱动因素

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水科学进展 2021年第4期32卷 587-596页

作者：张久丹李均力包安明朱长明黄粤刘铁中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049 新疆遥感与地理信息系统应用重点实验室新疆乌鲁木齐830011 江苏师范大学地理测绘与城乡规划学院江苏徐州221116

咸海周边环境变化对中亚干旱区生态稳定有重要影响,研究锡尔河-咸海三角洲湿地演变对认识流域生态环境变化、实施生态修复等具有重要意义。基于多源遥感数据采用面向对象分层提取法方法,分析1962—2019年锡尔河下游三角洲湿地的时空变... 详细信息

咸海周边环境变化对中亚干旱区生态稳定有重要影响,研究锡尔河-咸海三角洲湿地演变对认识流域生态环境变化、实施生态修复等具有重要意义。基于多源遥感数据采用面向对象分层提取法方法,分析1962—2019年锡尔河下游三角洲湿地的时空变化特征,并结合咸海变化、耕地变化、河流水量和水利工程建设等探讨近60a湿地变化的驱动因素。研究表明:①近60 a在咸海持续萎缩的情况下,锡尔河下游三角洲湿地呈现先减小后增加的变化趋势,其中1962—1980年、1981—1991年和1992—2019年3个阶段的变化率分别为-38.29 km 2/a、193.35 km 2/a和14.36 km 2/a;②湿地变化有明显的空间差异,锡尔河南、北2个入湖口区的湿地自1980年以来向咸海湖区扩张明显,耕地混合区的湿地自1991年以来向河道两侧扩张;③1962年后在入三角洲径流量总体减少的趋势下,灌渠建设和生态用水配置是三角洲湿地面积增加的主要原因,间接导致咸海入湖水量减少,咸海快速萎缩。锡尔河三角洲湿地恢复与咸海干涸形成了明显的生态反差,不利于咸海周边生态的整体恢复。

关键词：干旱区湿地水资源配置遥感监测湿地修复锡尔河

Sentinel-2和ICESat-2密集时序数据反演浅平型内陆湖泊水量变化

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测绘学报 2023年第12期52卷 2078-2088页

作者：吴浩儒李均力包安明张久丹马英莲中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049 新疆遥感与地理信息系统应用重点实验室新疆乌鲁木齐830011 新疆维吾尔自治区测绘科学研究院新疆乌鲁木齐830002

干旱区内陆尾闾湖泊由于湖盆地形浅平、岸线复杂等特点,采用传统的水位-面积关系法难以反演高精度的水量变化信息。本文提出了一种基于密集时序ICESat-2和Sentinel-2数据反演浅平型内陆湖泊湖盆地形和重建水量时序的方法。本文方法利用... 详细信息

干旱区内陆尾闾湖泊由于湖盆地形浅平、岸线复杂等特点,采用传统的水位-面积关系法难以反演高精度的水量变化信息。本文提出了一种基于密集时序ICESat-2和Sentinel-2数据反演浅平型内陆湖泊湖盆地形和重建水量时序的方法。本文方法利用浅平型湖泊季节性变化显著的特性,筛选和计算不同时期湖盆内非水面区域的所有ICESat-2激光光子点的高程信息,并根据水面等高的特性内插得到Sentinel-2不同时相水面线的高程信息,在此基础上通过这些加密的高程点构建高精度湖盆地形信息,并结合水面时序重建湖泊的水量变化。以新疆塔里木河尾闾台特玛湖为试验区,基于132期Sentinel-2卫星影像和28个时相的ICESat-2激光脉冲数据,重建了2016—2022年的湖泊水量时序。结果表明,本文方法获取的湖盆地形高程中误差为0.103 m,可为无资料浅平型湖泊水量信息的时序重建提供一种思路。

关键词：湖盆地形内陆湖水量时序重建 ICESat-2

2013—2018年塔里木河下游植被动态变化及其对生态输水的响应

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干旱区研究 2020年第4期37卷 985-992页

作者：李均力肖昊沈占锋白洁中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011 新疆遥感与地理信息系统应用重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049 中国科学院遥感与数字地球研究所北京100101

荒漠河岸带植被在维护极端干旱区生态稳定起着极其重要的作用,研究干旱区荒漠河岸带植被对生态输水的响应及其变化过程,对生态保育恢复及输水政策制定具有重要意义。本文以塔里木河下游流域内的荒漠河岸带植被为研究对象,利用Landsat 8 ... 详细信息

荒漠河岸带植被在维护极端干旱区生态稳定起着极其重要的作用,研究干旱区荒漠河岸带植被对生态输水的响应及其变化过程,对生态保育恢复及输水政策制定具有重要意义。本文以塔里木河下游流域内的荒漠河岸带植被为研究对象,利用Landsat 8 OLI、Sentinel-2A等数据构建植被覆被数据与典型监测断面植被指数时序数据,分析2013—2018年荒漠河岸带植被时空变化特征,并结合地下水位数据分析荒漠河岸带植被对生态输水的响应。结果表明:2013—2018年间,塔里木河下游植被面积呈持续的增加趋势,其中灌木面积恢复最大。胡杨和草本距离河岸较近,沿河岸带植被恢复的区域分布位于距离河道1.0 km和2.5 km的范围,而灌木林恢复区域在双通道输水措施和地下水上升的影响下,沿河岸11 km范围内的灌木均呈现不同程度增加。通过对不同生态断面的3种主要植被的长势分析表明,当地下水埋深大于-5.75 m时,塔里木河下游植被出现明显改善。

关键词：植被时空分布动态变化生态输水响应塔里木河下游

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遥感数据在农业旱情监测中的应用研究进展

光谱学与光谱分析 2019年第4期39卷 1005-1012页

作者：姚远陈曦钱静中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院深圳先进技术研究院广东深圳518055 中国科学院大学北京100049 中国科学院中亚生态与环境研究中心新疆乌鲁木齐830011

在全球变暖的背景下,农业干旱频发不仅严重影响区域粮食安全和生态安全,同时还威胁社会经济稳定和可持续发展。农业旱情遥感监测是预防农业旱灾发生发展的重要途径,可以为科学制定旱灾风险管理措施提供有力支撑。因此,厘清农业旱情遥感... 详细信息

在全球变暖的背景下,农业干旱频发不仅严重影响区域粮食安全和生态安全,同时还威胁社会经济稳定和可持续发展。农业旱情遥感监测是预防农业旱灾发生发展的重要途径,可以为科学制定旱灾风险管理措施提供有力支撑。因此,厘清农业旱情遥感监测研究进展对于今后更好地开展农业旱情监测及预警研究以及进一步促进社会经济的可持续发展具有重要的现实意义。基于此,系统梳理了当前遥感数据在农业旱情监测中的应用研究进展。针对不同的农业旱情评价对象,将旱情监测指标分为降水监测指标、土壤含水量监测指标和作物需水监测指标,并对不同指标涉及的遥感数据源和评价方法进行了归纳和总结。重点针对农业旱情监测涉及的最主要的两种典型地物(土壤和植被)的光谱特性差异和对水分变化的敏感波段不同,系统总结了微波遥感监测法,可见光、近红外与热红外遥感监测法和高光谱遥感监测法用于农业典型地物旱情监测的近今进展,并探讨了未来农业旱情遥感监测研究的主要发展方向,以期为今后更好地开展农业旱情预警和调控管理工作提供参考。

关键词：农业旱情旱情监测遥感数据研究进展