地球信息科学学报

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论文

陈述彭院士永远活在我们心中——沉痛悼念杰出的地球科学家陈述彭院士

刘纪远, 闾国年, 宫辉力, 廖克, 林珲, 周成虎, 傅肃性

2008, 10(6): 685-686.

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中国科学院资深院士、第三世界科学院院士、国际欧亚科学院院士,我国著名的地理学家,卓越的地图学家,国内外知名的遥感、地理信息系统专家,国际国内学术活动家陈述彭教授,因病于2008年11月25日不幸逝世,享年88岁。陈述彭院士1920年2月出生于江西萍乡。1941年毕业于浙江大学史地系,并留校任助教,同时在母校攻读研究生,获硕士学位后继续留校任讲师。新中国成立不久,他来到中国科学院地理研究所专心从事地学探索研究。凭着对地球科学执着的探索信念、分析综合能力,尤其是对科学生长点的敏锐洞察力,他总是站在科学发展的前沿,热情指导和带领中青年科技工作者不断向新的领域进取。

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地球信息综合分析

山地垂直带谱数字识别的技术实现和图谱构建

孙然好, 张百平

2008, 10(6): 690-696.

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山地垂直带谱是地学信息图谱的一个重要组成部分。"带谱数字识别"就是利用现代数字方法和数据,对客观存在的山地垂直自然带谱进行提取,获取比较完备的山地垂直带连续图谱模式。这是从传统山地垂直带研究走向地学信息图谱研究的重要步骤,有助于使我们对山地垂直谱的认识上升到地学信息图谱的高度。本文探索MATLAB语言快速、准确地实现各种识别算法,结合VB.NET构建的用户操作界面,实现带谱的信息提取、分类集成和多样化表达。山地垂直自然带谱的数字识别分为3种不同的模式:山系单侧、山体单峰和山体多峰;依据各自不同的识别算法,可以得到山地连续的带谱模式。本文全面介绍了数字带谱、带谱数字识别的含义,以及数字识别模型的原理、算法和原型系统等实现过程。

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地球信息综合分析

林木冠层光合有效辐射分布模拟的研究

王占刚, 庄大方, 明涛

2008, 10(6): 697-702.

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简述了冠层辐射分布的常用研究方法,介绍了光线跟踪技术的原理及其在辐射传播中的应用。针对树木模型提出正向光线跟踪的辐射传输模型,并详细阐述了模型假设、处理流程与主要算法。该模型针对光合有效辐射在树木冠层中的传输过程,采用正向光线跟踪的方法进行模拟,最后利用HSV与RGB颜色空间转换的特殊方法,直观表达了冠层辐射分布结果。在叶片光学特征分析的基础上,将该模型应用于林木冠层PAR分布模拟中,以得到冠层的反射率、透射率和吸收率等重要参数。结果表明,模拟数据与实测数据偏差不大,验证了正向光线跟踪的辐射传输模拟是有效的。

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地球信息综合分析

人口数据在地学应用中的若干问题

杜国明, 于凤荣, 张树文

2008, 10(6): 703-709.

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地学研究中使用的人口数据主要包括:现代人口调查数据、人口预测数据和历史人口统计数据。不同来源的人口数据,具有不同的特点。在使用中,必须关注人口数据本身蕴含的属性特征、空间特征和时间特征。就属性特征而言,需要注意人口统计指标含义的差异、统计口径的差异、城镇建制标准的变化问题;就空间特征而言,需要注意人口统计单元界线的模糊与争议、行政区划的调整与变更、研究区与人口统计单元不一致问题;就时间特征而言,需要注意人口数据的统计时点。在使用人口数据,特别是不同来源、不同时期的人口数据时,应该根据人口本来的属性对不同统计口径和不同统计方法的人口数据进行重新归类和统计;根据行政区划调整情况进行人口数据的再统计,或开展人口数据的空间化;根据人口数据准确的时间特征进行比较,或采用相应的人口预测方法加以推断和预测,从而实现人口数据的整合,以增强人口数据的时空可比性。

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地球信息综合分析

生态约束性城市扩展模型构建与应用分析——以南宁市区为例

卢远, 莫建飞, 韦亮英

2008, 10(6): 710-715.

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以生态安全理论与方法为基础,地理信息系统（G IS）和元胞自动机（CA）为技术支持,集成宏观的生态经济学Tietenberg资源分配模型和微观的GEOMOD模型,构建一种生态约束性城市扩展优化模型（Ecological Re-straintUrban Expansion Model,ERUEM）,进行了广西南宁市2005～2020年城市空间扩展情景模拟研究。通过Tietenberg模型完成未来各个时段内城市用地数量的最优分配;从满足局部土地生态适宜性、土地利用继承性和邻域影响的角度,利用GEOMOD模型结合城市用地生态适宜性评价,完成城市用地的空间分配,最终实现城市空间扩展优化模拟。模拟结果表明,该模型在生态安全约束下,南宁城市空间扩展主要占用农村居民地、工矿用地、未利用土地和园地,减少对林地、水田和旱地的占用,增加和保育了城市生态系统服务功能,优化了城市空间的扩展;该模型方法可为南宁市土地利用规划和城市规划管理提供参考依据。

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地理信息系统技术与应用

基于ArcGIS的地震活断层多源数据组织与管理研究

李策, 杜云艳, 于贵华, 徐锡伟

2008, 10(6): 716-723.

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"中国地震活动断层探测技术系统"获取的全国20多个重点城市多源地震探测数据,旨在满足城市地震抗震设防的空间数据基础建设以及城市发展规划、土地利用、重大工程选址应用的迫切需求,分析不同来源的地震探测数据特征,建立中国活动断层探测与地震危险性评价数据库的概念模型。在此概念模型上,结合ArcGIS的GeoDatabase模型给出了城市活动断层探测数据库具体逻辑模型,并按照地震系统确定的活动断层信息管理系统与基础数据库统一的建库标准和数据规范,实现多种活断层探测数据的统一整理和装载入库,完成了全国多个重点城市的活断层探测多源数据库建设,为"中国地震活动断层探测技术系统"各分工程的实施提供了数据保障和数据服务。

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地理信息系统技术与应用

GIS矢量数据的自适应水印研究

张丽娟, 李安波, 闾国年, 林冰仙

2008, 10(6): 724-729.

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针对GIS矢量数据水印技术的应用现状和需求,本文根据GIS矢量数据要素类型、存储格式、冗余起始位等方面的多样性及基于行政(自然)区划分块的应用特点,提出双重嵌入的自适应水印算法:点图层基于行政(自然)区划分块自适应嵌入、提取水印;线、面图层按顶点顺序自适应嵌入、提取水印。另外,由于GIS矢量数据点图层数据存储"无序"的特点,决定了数据受调序攻击时水印标记易被破坏,而数据精度并不会遭受任何影响,因此,对点图层,需基于空间关系与位置进行数据排序预处理,从而实现水印的有序嵌入与提取。最后,本文从差异性定义出发,通过空间分析操作,判断面向GIS矢量数据水印系统的不可感知性。实验表明双重嵌入的自适应水印算法具有较好的不可感知性和鲁棒性。

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地理信息系统技术与应用

一种新的栅格数据矢量化方法

张星月, 汪闽, 蒋圣

2008, 10(6): 730-735.

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栅格数据矢量化是遥感和地理信息系统一体化集成的关键技术之一。在以往的研究中,对"岛",尤其是多层嵌套岛的处理还不够完善。本文提出了一种新的矢量化方法,其步骤如下:(1)提取端点和结点。使用2×2模板匹配窗口对图像进行一次遍历,提取出端点和结点以及它们之间的连接信息;(2)形成弧段。利用端点和结点的连接信息来形成非闭合弧段和闭合弧段;(3)建立多边形。对于闭合弧段在某种意义上就是一个简单多边形,只需将弧段的结点转换为多边形的结点就可形成由它组成的简单多边形,对于非闭合弧段,则使用左转算法来形成由它们组成的简单多边形;(4)对"岛"进行处理。由于可能发生一个多边形同时被多个多边形包含的情况,为了建立正确的拓扑关系,需要对这种包含关系进行分析,找到岛的最小包含多边形。实验证明,本算法较好地对"岛"的问题进行了处理,并且速度较快,能够满足实际应用的要求。

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地理信息系统技术与应用

数字化地图制图要素分类编码

王大力

2008, 10(6): 736-740.

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数字化地图是地理信息系统建设的主要数据来源之一。数字化地图数据与地理信息数据的一致化,是地理信息系统建设,也是数字地图数据规范化的一项重要任务。实施地理信息系统数据工程时,人们往往在数字地图上对"地理信息要素"分类与代码进行工艺性扩展,没有有效区分数字地图制图要素与地理信息要素,从而导致不同的地理信息系统,形成不同的地理信息要素分类编码体系。本文认为,在本体论意义上,地图制图要素与地理信息要素是不同层面的概念。因此,本文根据功能特征,把数字地图制图要素划分为两类,一类是纯粹的地图制图要素,一类是G IS要素,并引入虚要素概念,把要素代码划分为G IS码、伪码、虚码三种类别,以此解决数字地图要素与地理信息要素的概念冲突,实现数字地图制图要素分类编码的可操作性,达到数字地图数据与地理信息数据一致化的目的。本文同时举例说明了符合地理空间信息要素分类代码标准要求的数字地图制图要素的分类编码方法。

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地理信息系统技术与应用

滑坡灾害的多源数据分析与评估方法

张军, 赵芳芳

2008, 10(6): 741-748.

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为有效地防治和减少滑坡地质灾害给人民生命财产造成的损失,本文根据防灾减灾决策的需求,分析了自然灾害损失评估的研究现状,进行了多源地理空间数据的滑坡灾害损失快速评估方法实验。文中采用多源地理空间信息获取及处理方法,对滑坡灾害进行了综合分析,并以三峡库区巫山县烟花厂滑坡灾害体实例进行验证,提出滑坡灾害损失评估模型方法。并利用模型计算与传统调查统计方法的结果,对其方法的可行性和适用性作了验证。

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WebGIS方法研究与应用

基于Web服务的海洋矢量场远程可视化研究

杨峰, 杜云艳, 苏奋振, 肖如林

2008, 10(6): 749-756.

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目前,GIS大部分空间数据的静态网络可视化共享及其服务器端数据集中管理提供底层数据服务的方式,不仅难以满足与日剧增的多源异构海量空间数据共享需求,同时从应用角度也难以满足对动态性较强的海洋环境信息进行实时可视化共享的需求。而网络Web服务和网格技术的快速发展及其与网络GIS的有机结合,使得分布式、一站式的空间数据实时动态网络可视化共享成为可能。因此,本文针对海洋矢量场信息,深入分析其网络实时动态可视化需求及相应的技术难点,并以Web服务为基础,探讨了在Web服务与网络GIS技术基础上建立一站式海洋环境矢量场网络动态可视化共享系统的技术方法和具体系统结构。文章最后以海洋流场数据为例,具体采用ArcGIS Server的网络服务技术,以及Arc Engine的高效可视化技术,具体实现海洋流场的网络动态可视化共享平台。实践证明,基于Web服务的海流网络可视化系统较好地满足了用户对矢量场数据网络共享与可视化的需求。

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WebGIS方法研究与应用

面向汉语的自然语言路径描述方法

张雪英, 闾国年, 宦建

2008, 10(6): 757-762.

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自然语言路径描述是运用日常生活中人们习惯的语言方式和思维方式来表达路径信息的。而可视化描述和自然语言描述相结合,可以使电子地图向用户提供图文并茂的路径查询服务。目前,电子地图在移动设备和Internet日益普及,自然语言路径描述成为电子地图大众化和人性化服务的重要标志之一。因此,路径描述中需要重点解决空间关系的自然语言描述问题。自然语言中空间关系描述的语言特征与心理学和认知语言学有着非常密切的关系。本文描述了针对汉语的路径描述词汇库的结构与内容,并根据汉语特点设计了路径描述的单元和复合句法模式,以解决词汇受限和句法模式单一的问题,提出了道路名称、沿途标志性地物和方向判断等路径描述补充信息的获取方法,以增加路径描述的可理解性。并以南京市电子地图为例,开发了电子地图查询原型系统。该系统能够在地图上可视化显示最短路径的同时,自动生成该路径的自然语言描述。

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WebGIS方法研究与应用

GML在中国的研究进展

张书亮, 闾国年, 苗立志, 干嘉彦, 黄家柱

2008, 10(6): 763-769.

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凭借其开放和可自我描述的格式体系、完善丰富的空间数据表达技术、灵活多变的应用模式生成方法,经过短短几年时间的发展,GML迅速在空间数据的建模、传输与交换、集成与共享和空间互操作等诸多G IS研究与应用方向中发挥着重要作用。本文从国内与GML相关的研究课题、博、硕士学位论文和公开发表的核心期刊中文论文等几个方面,深入分析了GML在中国的研究进展,并就GML规范研究、GML技术研究和GML应用研究三个方面提出了国内GML研究与应用面临的挑战、急需解决的问题。研究结果表明:目前国内形成了众多特色鲜明和高水准的GML研究团队与研究成果,但随着GML研究与应用的逐步开展,国内GML低水平重复性研究工作的弊端也日益暴露出来。因此,丰富与完善GML规范,深化GML技术研究,建立多层次的GML应用技术模式,开展基于GML的空间服务应用,发展GML软件工具,积极参与GML国际规范的修订,将是未来我国研究人员开展GML研究工作的重点。

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WebGIS方法研究与应用

Google Maps组件二次开发与应用

陈园园, 简季, 杨武年, 张敏

2008, 10(6): 770-775.

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随着Web平台逐渐成熟,在互联网上服务的新技术陆续出现,促使地理信息系统(GIS)的功能强大、应用广泛。目前,基于浏览器应用程序的开发技术,结合Google Maps和Joomla框架的组件无疑是最引人注目的技术之一。本文分析了Google Maps在Joomla构站中的现实应用,设计了一套Google Maps在Joomla中集成的解决方案,并且阐述了组件四个功能模块的实现过程。此组件基于Google Maps API与Joomla框架,利用PHP和JavaScript脚本语言进行开发,提供了Google Maps在Joomla网站中的一种简易安装方式,实现添加标记,画线等简单应用,并对其在复杂组件环境中的应用作了初步研究。

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从增强型水体指数分析遥感水体指数的创建

徐涵秋

2008, 10(6): 776-780.

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本文对新近提出的增强型水体指数(EWI)进行了分析和讨论,分别用经过大气校正和未经大气校正的两种影像来对该指数作了验证,并与改进的归一化差值水体指数(MNDWI)进行比较。结果表明该指数在经过大气校正的影像中对水体的增强和提取效果不理想,许多水体影像特征不但未能得到增强,反而受到抑制而被漏提。显然,该指数在创建时忽略了大气因素的影响。另外,该指数在构建上重复选择近红外和中红外波段也是造成提取效果不理想的原因之一。因此,为了创建正确的水体指数,避免水体增强和提取结果的偶然性和不确定性,水体指数的创建必须用经过大气校正的影像进行验证,而构建指数的波段也要避免不合理的重复选择,这样才能使所创建的指数具有更广的适应性。

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基于ISO元数据扩展模型的土地覆盖遥感分类体系框架研究

王卷乐, 贾文臣

2008, 10(6): 781-786.

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由于研究主题和应用目的的不同,国内外已经存在和正在产生着越来越多的遥感数据源的土地覆盖分类体系。这不仅使得分类体系缺乏可扩展性与互操作性,而且使得不同分类体系的土地覆盖数据难以对比、交换和集成。本文借鉴ISO 19115地理信息元数据的扩展经验,设计了基于ISO元数据扩展模型的土地覆盖分类体系框架,并研究其动态扩展方法。提出一种包括核心分类、全集分类和专题应用分类的三层土地覆盖可扩展分类体系框架。其中,核心分类是从国内外主要的土地利用/覆盖分类系统中抽取的共性分类元素;全集分类收集全部可能的土地覆盖分类元素;专题应用分类通过对核心分类的继承,和对全集分类的裁剪和扩展生成。该分类框架将为土地利用/覆盖的研究和应用提供一种科学的、可比的动态分类扩展模型和方法。

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湖泊水体叶绿素a含量估算的波段宽度变化影响分析——以太湖为例

焦红波, 金继业, 刘振民, 查勇, 李四海, 李云梅, 黄家柱

2008, 10(6): 787-791.

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为研究不同波段宽度遥感数据对监测水体叶绿素a含量的影响,以太湖水体实测高光谱遥感反射率数据为基础,分析计算不同波段宽度下遥感反射率的归一化值与叶绿素a浓度之间的相关系数。随着波段宽度在75.93nm范围内不断递增,最大相关系数逐渐减小,最大正相关波段向长波方向移动,最大负相关波段向短波方向移动。而波段宽度在31.6nm范围内变化时,最大正相关波段和最大负相关波段都会保持相对稳定。通过对不同波段处相关系数平均值和标准差的对比分析认为,718.77^~34.58nm为叶绿素a遥感监测的最佳波段范围。这将对遥感传感器的波段设置,以及实际水体叶绿素a遥感监测时的波段选择,具有重要的参考价值。

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漳平市森林可燃物类型变化遥感动态监测

陈芸芝, 陈崇成, 汪小钦, 唐丽玉

2008, 10(6): 792-797.

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森林可燃物类型的空间分布是林火蔓延、灭火可视化建模与仿真中需要考虑的重要因素之一。在对森林可燃物类型划分的研究进行回顾的基础上,提出了考虑树种信息的分类方法。根据漳平市2003年小班图层中的优势树种信息,获得该市2003年四种森林可燃物类型即竹林、阔叶树、杉木林以及马尾松的空间分布专题图。在此基础上,采用面向对象分类技术,对ASTER影像进行分类,探测每种可燃物类型的内部变化和外部变化。该技术利用影像分割技术构建分类对象,使每个对象具有光谱信息的同时,具备大小、形状、拓扑关系、类别层次等诸多信息。对分类结果进行评价的结果表明,利用面向对象分类技术,充分利用了光谱特征以及类别相关特征,提高了分类精度,分类的面积精度达到89.3%。由于影像分割过程应用了专题图层,对象的边界不会超越专题图层的边界,使得对现有图层的更新尤为容易。最后,利用矢量格式的遥感分类结果对原森林小班图层进行更新,获得新的可燃物类型图层,作为林火可视化模型的输入图层。该研究不仅提供了现势性强的森林可燃物类型图层,而且在不破坏原小班边界的基础上,对发生变化的区域进行刻画。对于森林资源管理者,提供了实地调查过程的目标区域的信息。

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编队卫星InSAR系统的相位同步分析

汤晓涛, 楼良盛, 刘志铭

2008, 10(6): 798-801.

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编队卫星InSAR系统属多基雷达系统,依靠编队卫星构型形成干涉所需的基线。一发多收工作模式下的编队卫星InSAR高程测量系统,协同工作的雷达间必须建立时间同步、相位同步和空间同步,其同步精度将影响InSAR系统的功能与性能。三大同步中,相位同步误差直接影响SAR复影像的相位误差,从而影响系统的高程测量精度。本文根据编队卫星条件下SAR成像的要求,对相位同步的要求进行了分析,并给出了由于相位不同步所引起的相位误差对InSAR高程测量精度影响。分析结果表明,编队卫星InSAR系统对于相位同步的要求包含两个方面:一是为保证被动雷达能够对回波实现相参成像,在整个合成孔径时间内,主动和被动两个雷达在载波相位上必须保持确定和可知的关系,且其差值随系统距离向分辨率的不同必须限定在一定范围内;二是在整个干涉数据的录取时间里,主动和被动两个雷达载波相位同步误差不能超过高程测量的精度要求所允许的误差。

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华北平原秸秆焚烧火点的MODIS影像识别监测

胡梅, 齐述华, 舒晓波, 陈良富

2008, 10(6): 802-807.

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本文利用Terra/MODIS 1B级数据,基于火点像元亮温特征及其与背景亮温的偏差来提取华北平原秸秆焚烧火点信息。文中采用MODIS 1B 500m分辨率下的第1、4、3波段反射率产品进行RGB合成,基于GIS平台叠加火点信息和地理基础数据生成华北平原5省2市秸秆焚烧火点分布图。本文结合火点分布图对研究区2007年6月17日和18日的火点数目进行了统计:结果表明,河南、河北地区的火点较多,山东、河南等境内火点数目分布区域有较大扩展。通过遥感监测秸秆焚烧信息,可为环境监测部门提供环境监测数据;同时能提高秸秆焚烧预警和日常监控能力,兴利保护生态环境。

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基于NDVI的三峡大坝岸边植被时空特征分析

王晶晶, 白雪, 邓晓曲, 王明翠

2008, 10(6): 808-815.

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三峡工程建设对生态系统中植被的破坏很明显,尤其是岸边带附近。本文基于多时相遥感图像,采用NDVI序列计算植被覆盖度,通过比较三峡大坝蓄水前后1978、1999、2006年3个时期坝区9月份岸边3km缓冲区的植被覆盖度特征、动态变化,描述了研究区各年份植被覆盖分布以及近30年的植被覆盖变化特征;同时,从面积角度定量,采用分级分析了变化大小,并应用统计学的非参数Wilcoxon秩和检验方法对不同时期、不同土地利用类型的覆盖度样本进行了检验,得到如下结论:近30年间,三峡大坝岸边带植被覆盖变化显著,1978～1999年时间段,由于大坝工程建设植被破坏程度较高,有植被覆盖的区域面积下降了3.31km²;1999年至2006年时间段,在有8km²的淹没区情况下,有植被覆盖的区域仅下降1.57km²,说明植被恢复较明显。近30年间,三峡大坝植被覆盖度整体上有增加的趋势。

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学苑动态

《地球信息科学》学报2008年第10卷总目次

2008, 10(6): 816-824.

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