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ICESat-2水深提取方法及其反演应用

地球物理学报 2024年第3期67卷 997-1012页

作者：胡琪鑫程亮楚森森程俭徐亚南京大学地理与海洋科学学院南京210023 江苏省地理信息技术重点实验室南京210023 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院油气资源研究重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

相比于传统水深测量方法,结合主动激光卫星ICESat-2数据与被动光学遥感影像的主被动融合水深反演方法具有低成本、覆盖面积广、不受地域限制、无需地面实测数据等优点.研究选取澳大利亚大堡礁中部的John Brewer Reef和南部的Fitzroy Ree... 详细信息

相比于传统水深测量方法,结合主动激光卫星ICESat-2数据与被动光学遥感影像的主被动融合水深反演方法具有低成本、覆盖面积广、不受地域限制、无需地面实测数据等优点.研究选取澳大利亚大堡礁中部的John Brewer Reef和南部的Fitzroy Reef为实验区,开展主被动融合水深反演实验.针对ICESat-2光子点群信噪比低、光子点水深信息提取和改正难的问题,本文提出基于光子点群高斯分布特征的海面光子点群提取方法和基于深度自适应DBSCAN的海底光子点群提取方法,并顾及海面倾斜引起的入射角偏移,改进了Parrish水体折射改正几何模型.实验表明,基于光子点群高斯分布特征的海面光子点群提取方法和基于深度自适应DBSCAN的海底光子点群提取方法可以高效准确地提取出有效的海面、海底光子点群;经过地球物理改正和基于改进模型的水体折射改正后,水深变浅,且改正项与改正前水深呈线性关系,线性系数约为-0.2550.实验将提取并改正后的ICESat-2光子点水深与经大气校正、耀斑校正、空间域滤波等预处理后的Sentinel-2影像进行空间匹配构建水深反演样本集,并利用单波段模型(SB)、比值模型(BR)、Lyzenga多项式模型(LP)、二次多项式模型(QP)、三次多项式模型(CP)、支持向量回归模型(SVR)、多层感知器模型(MLP)、随机森林回归模型(RF)等水深反演模型对实验区全域水深进行反演.通过对比分析多种水深反演模型在不同地理区域和ICESat-2水深样本分布条件下的表现,研究为不同场景下的主被动融合水深反演策略提供了一定的科学依据.

关键词： ICESat-2 Sentinel-2 光子点群提取折射校正水深反演

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基于MODIS日地表反射率产品的长时序日分辨率EVI重建方法

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遥感学报 2024年第4期28卷 969-980页

作者：王宁田家田庆久南京大学国际地球系统科学研究所南京210023 江苏省地理信息技术重点实验室南京210023 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

增强型植被指数EVI(Enhanced Vegetation Index)综合处理了源于大气、土壤、饱和的问题,比归一化植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)能更好地与植被的生物量、叶面积指数和光合有效辐射分量等建立有效的相关关系。针... 详细信息

增强型植被指数EVI(Enhanced Vegetation Index)综合处理了源于大气、土壤、饱和的问题,比归一化植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)能更好地与植被的生物量、叶面积指数和光合有效辐射分量等建立有效的相关关系。针对EVI产品时间分辨率较低以及受到云覆盖等影响导致大量像元缺失问题,本文基于MODIS日地表反射率产品,提出一种MVC(Maximum-Value Composite)与HANTS(Harmonic Analysis of Time Series)算法相结合的日分辨率EVI重建方法,以黄淮海平原为研究区重建了2021年日分辨率EVI时间序列数据。结果表明,提出的EVI重建算法可用于大面积长时序日分辨率EVI时间序列数据的重建,重建结果纹理丰富,填补了原EVI大量的缺失像元,同时可去除原EVI数据的噪声,且符合各类地物EVI时序曲线的变化规律。此外,在与S-G滤波方法的对比分析中,经HANTS算法重建后的EVI在空间分布合理性以及保真性等方面均优于前者,其重建EVI与优质EVI像元之间的年均R2与RMSE分别为0.94和0.024,优于S-G方法的0.73和0.093。提出的日分辨率EVI重建方法为生成高时间分辨率EVI提供了新思路和技术途径。

关键词： MODIS 植被指数 EVI MVC HANTS 日分辨率黄淮海平原

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基于人类活动视角的中国陆域荒野地评估方法

生态学报 2024年第9期44卷 3844-3854页

作者：李云昊余博洋吴朝宁李思青王结臣南京大学地理与海洋科学学院自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室江苏省地理信息技术重点实验室南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023

随着人类活动逐渐增加,自然生境向人工基质的转换已成为全球野生动物生存的严重威胁,准确识别荒野地的空间范围对生态治理和生物多样性保护具有重要意义。当前,利用较高精度的新型数据,考虑区域尺度上的地理特征构建指标模型,并识别国... 详细信息

随着人类活动逐渐增加,自然生境向人工基质的转换已成为全球野生动物生存的严重威胁,准确识别荒野地的空间范围对生态治理和生物多样性保护具有重要意义。当前,利用较高精度的新型数据,考虑区域尺度上的地理特征构建指标模型,并识别国家尺度荒野地的实践还较少。从人类活动对自然影响的视角出发构建荒野地识别模型,首先考虑微观视角下人类活动对复杂地理环境的响应特征,构建多要素综合的人类非持续性活动强度计算模型;引入新型数据源,构建空间特征提取算法并建立人工环境和光污染影响指标,明确人类长期活动区;刻画可能的荒野地空间范围,并定量评价其荒野程度。对中国陆域荒野地的识别结果表明:(1)基于人类活动视角构建的荒野地识别模型可有效模拟中国陆域范围内的荒野度分布,其大致呈现“西高东低”的空间格局;(2)中国荒野地占中国陆域面积的22.47%,主要分布在大小兴安岭、青藏高原、内蒙古高原、塔里木盆地等地区;(3)结果与基于人类足迹法的荒野地数据对比,重合率超过80%,表现出良好的识别能力,且为部分区域提供了具有参考性的识别结果。

关键词：荒野地人类活动可达性光污染

综合冰通量散度的格陵兰冰盖表面物质平衡遥感估算

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自然资源遥感 2024年

作者：魏佳宁罗凯陈又榕李培根杨康南京大学地理与海洋科学学院江苏省地理信息技术重点实验室中国南海研究协同创新中心

近几十年,格陵兰冰盖表面物质平衡(surface mass balance,SMB)和溢出冰川崩解造成冰盖物质损失加速,其中SMB的贡献近年来持续增大。因此,掌握SMB时空分布对于理解格陵兰冰盖物质平衡具有重要意义。然而,研究格陵兰冰盖SMB的2种主要手段... 详细信息

近几十年,格陵兰冰盖表面物质平衡(surface mass balance,SMB)和溢出冰川崩解造成冰盖物质损失加速,其中SMB的贡献近年来持续增大。因此,掌握SMB时空分布对于理解格陵兰冰盖物质平衡具有重要意义。然而,研究格陵兰冰盖SMB的2种主要手段中,区域气候模型模拟的SMB存在较大不确定性,溢出冰川通量门遥感观测仅能间接获得通量门上游流域整体的SMB值,难以反映SMB的空间分布。本研究提出了一种综合冰通量散度的格陵兰冰盖表面物质平衡遥感估算方法,能够较为准确地估算SMB空间分布:(1)利用ICESat-2卫星激光测高数据获取格陵兰冰盖高程年际变化量;(2)利用MEaSUREs冰流速遥感数据和BedMachine冰厚度数据,采用基于像元的有限差分法计算冰通量散度,估算冰流造成的冰盖高程变化,进而从ICESat-2冰盖高程变化中减去由冰流造成的冰盖高程变化,获得由SMB引起的冰盖高程变化;(3)利用粒雪密实化模型将SMB引起的高程变化转换为质量变化,即可反映格陵兰冰盖年际SMB空间分布。研究采用该方法估算了2019年与2020年格陵兰冰盖SMB空间分布,通过与观测站点实测SMB对比分析,表明本方法估算SMB的精度较高(RMSE=0.519 m w.e.),优于区域气候模型(RMSE为0.565～0.877 m w.e.),是一种较为可靠的格陵兰冰盖表面物质平衡时空分布遥感估算方法。

关键词：表面物质平衡 ICESat-2 冰通量粒雪密实化格陵兰冰盖

基于PlanetScope光学小卫星与ICESat-2激光测高数据的极地冰盖冰面湖水深遥感反演

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自然资源遥感 2024年

作者：朱雨欣满梦甜王裕涵陈定华杨康中国南海研究协同创新中心南京大学地理与海洋科学学院江苏省地理信息技术重点实验室

每年消融期,冰面湖广泛分布于极地冰盖表面,能够存储大量冰面融水,部分冰面湖底部破裂后会输送融水进入冰盖底部,进而影响冰盖运动与稳定性。因此,准确测算冰面湖水深信息,进而估算冰面湖体积及其动态变化,对于理解极地冰盖水文过程具... 详细信息

每年消融期,冰面湖广泛分布于极地冰盖表面,能够存储大量冰面融水,部分冰面湖底部破裂后会输送融水进入冰盖底部,进而影响冰盖运动与稳定性。因此,准确测算冰面湖水深信息,进而估算冰面湖体积及其动态变化,对于理解极地冰盖水文过程具有重要意义。然而,实地测量冰面湖深度难度大、成本高、覆盖范围小,通过中低空间分辨率光学遥感影像构建的冰面湖水深反演模型精度不足。本研究综合PlanetScope SuperDove光学小卫星8波段遥感影像(空间分辨率为3 m)与ICESat-2激光测高数据反演冰面湖水深。首先,通过自适应核密度估计分离并拟合湖面与湖底ICESat-2激光测高点云,进而获取冰面湖水深观测结果;其次,利用最佳波段比值分析PlanetScope影像不同波段(组合)与ICESat-2水深数据的相关关系,构建二次函数、指数函数、幂函数与对数函数等4种冰面湖水深反演经验公式;再次,选择4个具有同时期PlanetScope和ICESat-2数据覆盖的冰面湖,测试冰面湖水深遥感反演的精度。结果表明PlanetScope绿光Ⅰ波段是冰面湖水深反演最佳波段,单波段反射率与冰面湖水深相关性最强(R2=0.94),水深反演精度最高(RMSE=1.0 m,RRMSE=0.15)。研究揭示了综合主被动卫星数据分析极地冰盖水文过程的良好潜力。

关键词：冰面湖 PlanetScope ICESat-2 水深反演

基于条件随机场挖掘文本史料中事件信息的方法与实证研究——以《拉贝日记》数字人文研究为例

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图书馆杂志 2024年第3期43卷 101-108,115页

作者：赵小萱陈刚黄紫荆南京大学地理与海洋科学学院江苏省地理信息技术重点实验室自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室

文本史料被广泛数字化,如何从文本中提取地理命名实体及相关信息,有效开展地理信息挖掘成为重要研究课题。本文针对历史档案文档的特点,提出一种以地理命名实体为核心,使语义信息与地理位置关联,将文本描述的事件信息转化为各个地理命... 详细信息

文本史料被广泛数字化,如何从文本中提取地理命名实体及相关信息,有效开展地理信息挖掘成为重要研究课题。本文针对历史档案文档的特点,提出一种以地理命名实体为核心,使语义信息与地理位置关联,将文本描述的事件信息转化为各个地理命名实体的属性数据的事件抽取理念,提取出有关时间、地点、人物、事物、事件、现象等与地理命名实体相关的事件要素。研究以《拉贝日记》中收录的《日本士兵在南京安全区的暴行》档案为实证案例,采用条件随机场方法,抽取事件信息,结合历史地图等相关资料,将地理信息最终映射到地图上。本文方法有助于拓展文本资料在数字信息时代的开发利用方式,开辟文本挖掘分析与知识发现的新思路。

关键词：条件随机场特征模板数字人文信息提取地理命名实体

一种基于隐式表征的即时实景三维重建与神经渲染方法

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测绘科学 2024年第4期49卷 147-158页

作者：吴双品马劲松佘江峰南京大学地理与海洋科学学院/江苏省地理信息技术重点实验室自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室南京210023

针对神经辐射场训练与渲染速度慢、真实场景渲染视图清晰度低与几何重建效果不佳等问题,该文提出一种基于隐式表征的即时实景三维重建与神经渲染方法。该方法通过使用组合式的优化采样结构以及光场网络的嵌入外观编码,提升了真实场景的... 详细信息

针对神经辐射场训练与渲染速度慢、真实场景渲染视图清晰度低与几何重建效果不佳等问题,该文提出一种基于隐式表征的即时实景三维重建与神经渲染方法。该方法通过使用组合式的优化采样结构以及光场网络的嵌入外观编码,提升了真实场景的视图渲染质量;利用多分辨率哈希表对隐式特征网格进行位置编码,减少了编码字典大小和特征级别数量,此外采用优化的截断符号距离算法,表征真实场景的隐式几何信息。在标准数据集以及无人机航摄影像数据集上,对比该文方法与其他方法的重建性能。结果表明,综合模型精度、重建与渲染时间,该文方法优于文中的其他方法,能够快速地构建隐式表征模型,并即时渲染高度细节还原的实景视图以及重建高质量的实景三维模型。

关键词：虚拟现实神经辐射场隐式表征实景三维神经渲染

格陵兰冰盖北部地区Denmark流域融水汇流过程遥感观测

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遥感学报 2024年第6期28卷 1433-1452页

作者：李雅杨康刘金昱张闻松王裕涵南京大学地理与海洋科学学院南京210023 中国电子科技集团第五十四研究所石家庄050081 江苏省地理信息技术重点实验室南京210023 中国南海研究协同创新中心南京210023

在格陵兰冰盖北部溢出冰川以外的地区,竖井和注水冰裂隙较少分布,冰面融水被直接汇流至冰前区域形成冰前水系,最终汇入海洋,形成独特的冰面—冰前融水汇流过程,这对冰盖物质平衡以及海洋环境变化产生重要影响。卫星遥感能够直接观测冰... 详细信息

在格陵兰冰盖北部溢出冰川以外的地区,竖井和注水冰裂隙较少分布,冰面融水被直接汇流至冰前区域形成冰前水系,最终汇入海洋,形成独特的冰面—冰前融水汇流过程,这对冰盖物质平衡以及海洋环境变化产生重要影响。卫星遥感能够直接观测冰面融水径流和冰前水系的时空分布,提供河流位置、形态、动态变化等关键信息,已成为研究格陵兰冰盖融水汇流过程的重要手段。本研究以格陵兰冰盖北部地区Denmark冰面—冰前流域(3240 km2)作为研究对象,采用Sentinel-2和Landsat 8卫星影像提取研究区2014年—2021年消融期(6—8月)冰面融水范围与流域出口冰前河宽,分析冰面融水与冰前河的季节与年际变化特征。进一步对比遥感观测的冰面—冰前流域融水与区域气候模型(MARv3.12与RACMO2.3p2)模拟的冰面融水径流量,揭示冰面—冰前融水汇流过程对冰面消融强度的响应。结果表明:(1)消融期内,冰面融水范围首先向高海拔地区推进(最高海拔达约1400 m),随后逐步消退至冰盖边缘至约500 m,流域出口冰前河宽呈现先增大至约2000 m后减小至约100 m的变化趋势;(2)遥感观测的冰面融水与流域出口冰前河宽呈现显著线性正相关关系(R=0.87,P<0.01),流域内形成了连续的冰面—冰前水文系统,能够有效汇流融水离开冰盖进入海洋;(3)MARv3.12与RACMO2.3p2模型能够较准确地模拟冰面融水径流量,冰面融水径流量与遥感观测的冰面融水(MAR:R=0.87;RACMO:R=0.84,P<0.01)以及流域出口冰前河宽(MAR:R=0.89;RACMO:R=0.88,P<0.01)均具有较强的相关性。(4)考虑融水汇流滞时的冰面融水径流量与流域出口冰前河宽的相关系数(MAR:R=0.94;RACMO:R=0.92,P<0.01)提升,显著高于瞬时冰面融水径流量对应的相关系数,Denmark流域冰面—冰前融水汇流过程的最优滞时约为2 d,这一滞时定量表征了Denmark流域冰面—冰前流域输送融水的效率。

关键词：冰面消融冰面河冰前河河流遥感极地遥感格陵兰冰盖

人类活动胁迫下野生动物生境变迁研究——以中国仰鼻猴为例

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生态学报 2024年第13期44卷 5735-5745页

作者：秦淑洁钱天陆李思青吴朝宁王结臣南京大学地理与海洋科学学院自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室江苏省地理信息技术重点实验室南京210023 南京邮电大学物联网学院南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023

人类活动是威胁当今世界生物多样性的重要因素之一,越来越多的“难民物种”受人类活动干扰被限制在了次优的栖息地。以我国受威胁情况较为严重的珍稀物种仰鼻猴为例,基于地形变量、人类活动变量、气候变量及古今分布点(历史时期:20世纪... 详细信息

人类活动是威胁当今世界生物多样性的重要因素之一,越来越多的“难民物种”受人类活动干扰被限制在了次优的栖息地。以我国受威胁情况较为严重的珍稀物种仰鼻猴为例,基于地形变量、人类活动变量、气候变量及古今分布点(历史时期:20世纪前;现今时期:20世纪至今)数据,利用MaxEnt模型对其古今生境开展预测,结果表明:古今以来,人类活动导致仰鼻猴丧失了我国东部921756km^(2)的适宜生境,保留适生区内的生境质量下降,新增适生区分散且破碎,仰鼻猴重新适应了历史时期的次适生区甚至不适生区。古今以来,仰鼻猴对气候变量适应能力的改变远小于对地形变量,与可以自由选择适宜生境时相比,现今时期的仰鼻猴生境内的海拔更高、地形起伏度更大,最冷月最低温以及年度气温变化的适宜范围相比更窄,仰鼻猴提高了对多种环境因素的适应能力,但同时对环境变化的敏感度升高,并面临着种群隔离度增加等风险,已无法占据最佳生态位。建议关注现有适宜生境附近的人类活动强度,尽可能减少与仰鼻猴产生空间或资源的竞争,加强对该物种的保护。

关键词：仰鼻猴 MaxEnt模型人类活动胁迫生境变迁环境适应

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