地球信息科学学报

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地球信息综合分析

中国耕地变化区的气候背景对比分析

石瑞香, 杨小唤

2010, 12(3): 309-314.

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研究我国耕地变化区的气候背景,对于了解耕地资源的生产能力,评价耕地占补平衡政策的实施效果,实现耕地资源保护和粮食安全等具有重要意义。本文在分析全国耕地空间变化的基础上,从年平均气温、年降水量和日照时数三个方面,研究耕地增加区和减少区的气候背景,并将其进行比较和分析,以期为国家保护耕地资源和发展农业生产等提供建议。研究结果表明,20世纪80年代末至2008年4个时段,耕地减少区比耕地增加区的年平均气温高0.45~1.05℃,年降水量高56.77~79.59mm,年日照时数少45.80~98.83h。耕地显著减少区比耕地显著增加区的年平均气温高0.81~1.85℃,年降水量高85.69~305.26mm,年日照时数少86.96~207.85h。在四个时段中,我国耕地重心逐渐北移且海拔升高。若海拔高度不变,耕地增加区比耕地减少区北移0.5-1个纬度,耕地显著增加区比耕地显著减少区北移1-2个纬度;若纬度不变,耕地增加区比耕地减少区,海拔升高100~200m,耕地显著增加区比耕地显著减少区,海拔升高150~350m。随年份增加,耕地增加区和显著增加区与耕地减少区和显著减少区在水分条件上的差别越来越大。这些结论对于研究我国粮食生产能力、评价耕地占补平衡、调整产业布局等具有重要意义。

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地球信息综合分析

中国西北地区植被NDVI的时空变化及其影响因子分析

戴声佩, 张勃, 王海军

2010, 12(3): 315-321.

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利用GIMMS/NDVI数据分析了中国西北地区1982-2006年植被NDVI时空变化特征及其影响因子。近25年来,中国西北地区年均植被NDVI增速为0.5%/10a,并存在明显的空间差异。天山、阿尔泰山、祁连山、青海的中东部等地区植被NDVI显著增加;青海南部地区、陕西和宁夏交界地区、甘肃部分地区,以及新疆部分地区的植被NDVI下降。从不同植被类型看:林地、草地和耕地的年均NDVI都在提高。研究表明:中国西北地区植被NDVI变化是各种自然和人为因素综合作用的结果。植被NDVI与气温、降水的年际变化整体上都呈弱的正相关。但与其年内变化则都呈显著的线性关系,当月均温量超过20℃时,植被NDVI呈下降趋势;当月降水量在0¹00mm期间,植被NDVI随降水线性增长,当月降水量超过100mm之后,不再有明显的增长趋势。农业生产水平提高和植被生态建设等人类活动对西北地区植被NDVI增加有重要影响。

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地球信息综合分析

退耕还林对牡丹江区域生态环境脆弱性的影响研究

高凤杰, 张柏, 王宗明, 雷国平, 宋开山, 任春颖, 宋戈, 宁静

2010, 12(3): 322-328.

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从脆弱生态系统的特征入手,选取景观分离度、分维数倒数、破碎度3个反映景观稳定性及抗干扰能力的景观格局指数,并结合土壤侵蚀强度构成区域生态环境脆弱性的敏感因子,针对研究区地形,以景观生态适宜度作为生态系统自我恢复能力的表征,构建了牡丹江区域生态环境脆弱度评价模型。评价结果表明:（1）退耕还林前后景观类型脆弱度均表现为旱田>建设用地>水田>林地>未利用土地>水域>沼泽>草地;（2）研究区生态脆弱度表现为以脆弱度高值区为中心呈环状向四周递减的趋势,脆弱度高值区面积比重由退耕前的21.57%减小到退耕后的17.11%,脆弱度低值区面积比重由退耕前的63.14%增加到退耕后的67.66%;（3）生态脆弱度高值区域主要分布在200~400m的海拔高度,0~8°的坡度范围内,且退耕后面积比例呈下降趋势,而低值区域则分布在>300m海拔高度的各个坡度范围内,且退耕后面积比例呈上升态势。研究结果符合研究区实际状况。概言之,退耕还林缓和了研究区生态脆弱度状况,促进了生态环境质量向良好方向发展。

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地球信息综合分析

尺度变化的土地利用类型数据的综合研究

黄万里, 李虎, 林广发, 余珊

2010, 12(3): 329-335.

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利用不同尺度的土地利用类型数据,表达不同的内容、传递不同的信息,可揭示不同的现象与规律。宏观的大尺度数据通常是由较精细的小尺度数据经数据综合而得。在论述土地利用类型综合特点的基础上,提出由土地利用类型尺度上推引发的土地利用类型数据综合过程,并给出类型转换、同类图斑合并、小图斑取舍与处理、数据简化与拓扑关系维护的处理流程,在一定程度上解决了土地利用类型数据的尺度上推问题。重点论述构建小图斑的多边形骨架线并将其剖分、归并入相邻图斑的小图斑处理方法,提出基于Douglas-Peucker算法改进的构造平衡线的多边形简化方法,对土地利用类型图斑进行简化,使简化前后面积及拓扑保持一致。通过对实验结果的分析表明,该方法适合于土地利用类型数据的综合,并可作为其他GIS数据尺度上推的参考方法。

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地球信息综合分析

天津滨海绿地土壤水分特征曲线的拟合与比较分析

蔡飞, 邵孝侯, 王振宇, 黄明勇, 翟亚明, 张林

2010, 12(3): 336-341.

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土壤水分特征曲线是定量研究土壤水运动和溶质运移的重要参数,对滨海地区盐碱土绿化建设有重要的作用。通过对天津滨海盐碱地绿化土进行脱水试验,选取Gardner模型和VG模型对实测数据进行拟合。运用对数简化方法对Gardner模型变形后进行回归分析,另外,采用软件Matlab的非线性拟合函数lsqcurvefit对VG模型进行了参数求解。结果表明:Gardner模型和VG模型都可以用于天津滨海盐碱地绿化土水分特征曲线的拟合。Gardner模型的参数求解过程简单,但用VG模型计算出的残差平方和较Gardner模型小,拟合效果优于Gardner模型。同时,该区绿地土断面上各层之间的拟合曲线相近,持水能力相当,说明了该区绿化土断面上各土层的土壤质地和结构差异不大。

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矿产预测中的不确定性评估方法与应用——以广西大瑶山矿区为例

张善明, 吕新彪, 唐小春, 邓国祥

2010, 12(3): 342-347.

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由于矿床类型的多样性,矿床成因的复杂性,控矿因素的隐蔽性和找矿信息的多解性,成矿预测结果具有不确定性,并常常因人而异[1]。矿产预测评价是由多个阶段组成的复杂系统工程,每个环节都会产生不确定性,并且不确定性还会传播积累,致使技术评价的不确定性,最终会导致经济评价的不确定性。在找矿难度越来越大,矿业经济风险越来越突出的今天,对矿产预测评价中的不确定性加强认识,并尝试研究富有成效的不确定性评估方法已日显重要,它也是从根本上改进现行矿产预测评价方法的出路之一。本文先对矿产预测评价的特点作了简要说明,对技术评价的不确定性作了系统总结,并基于模糊集值统计的不确定性信息处理方法,提出了矿产预测中不确定性的一般评估方法,最后,以广西大瑶山西侧铜、铅、锌矿的预测评价为背景,对不确定性的评估方法作了应用分析。

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地球信息综合分析

基于知识对象的土地管理空间数据库模型设计与实现

舒飞跃, 闾国年, 陆婧, 盛业华

2010, 12(3): 348-357.

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空间数据模型建立的目的是反映现实世界。当今的GIS系统的空间数据模型,主要反映地图制图领域的点、线、面对象管理与操作的几何知识。本文通过对比研究,发现土地管理空间概念的领域知识,包含几何知识。几何知识是依据几何特征属性识别的土地管理领域知识之一。将土地管理领域空间概念的领域知识对象化,建立与几何知识对象等价的对象组件,扩展对象关系型的空间数据模型,建立了"[领域空间知识对象]+[GIS的点、线、面的几何对象]+[扩展属性]"的空间数据模型。这种模型简化了空间数据库的管理操作,降低了对工作人员制图专业知识的要求,降低了空间对象实例与其属性的耦合度,减少了政策变化对数据的影响程度,提高了数据的稳定性和共享度。鉴于这种空间数据库模型,本文开发了空间知识对象的江苏省"515"城乡一体化地籍系统的数据检查子系统,在镇江市、江都市等多个市县的"515"城乡一体化地籍调查的数据检查入库工作中得以应用,证明了模型设计的可行性,收到了良好的效果,为专题GIS空间数据管理,提供了一种的新的空间数据模型。

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地球信息综合分析

空间抽样的理论方法与应用分析——以厦门岛问卷调查为例

高丽玲, 李新虎, 王翠平, 邱全毅, 崔胜辉, 赵千钧

2010, 12(3): 358-364.

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在社会问卷调查中,面临调查样本点如何布局的问题,传统的空间抽样理论主要针对单目标抽样,而社会调查问卷往往涉及到多个调查目标,并且可能是类别数据,例如涉及到被调查对象的年龄、受教育程度等,因此需要在传统的抽样方法上进行适当的改进。本文从多目标空间变异的思想出发,针对社会多目标抽样调查,利用三明治空间抽样模型软件,以厦门岛住区问卷调查的需求为目标,平衡抽样精度和抽样成本,采用简单随机抽样、空间分层抽样和三明治空间抽样方法进行抽样。通过对比分析,结果表明:(1)先验知识不丰富的情况下,简单随机抽样的结果较合理,当有足够先验知识的情况下,进行空间分层抽样能使抽样的样点更具有代表性,提高抽样的精度。(2)空间抽样样点的分布主要与分层相关,分层等级越高,也就是复杂程度越高的区域分布的样点也就越多。(3)通过综合因素分层抽样和专家分层抽样的对比,分层的合理与否,与抽样结果的合理与否有直接的关联,在抽样过程中对分层的把握非常重要。本研究的目的是为厦门岛住区问卷调查选点提供依据,同时,通过复杂程度来描述各个区域的差异,也为建立多目标空间抽样模型提供了思路。

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地球信息综合分析

内嵌空间聚类算法的分区地理元胞自动机建模与应用

柯新利, 邓祥征

2010, 12(3): 365-371.

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传统的地理元胞自动机(Geo-Cellular Automata;GeoCA)模型,大多采用统一的转换规则驱动元胞空间内的所有元胞进行演变。然而,许多地理现象都存在着空间异质性,统一的元胞转换规则忽略了空间异质性的存在。针对这一问题,本文提出了空间聚类的分区地理元胞自动机模型,采用空间聚类算法对元胞空间进行分区,对不同的分区分别求取转换规则,以此来提高地理元胞自动机的模拟精度。以杭州市为案例区,采用本文提出的空间聚类的分区地理元胞自动机模型,对研究区2000-2005年的城市用地变化进行了模拟。结果表明:与采用统一转换规则的GeoCA相比,引入空间聚类算法的分区GeoCA具有较高的模拟精度,尤其是在空间形态和整体结构上,具有较好的模拟效果。

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地理信息系统技术与应用

基于GIS的我国三次产业结构空间变化研究

李军, 徐新良, 胡云锋

2010, 12(3): 372-379.

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我国的经济社会数据主要以各种级别的行政单元为统计对象,这往往会掩盖行政区域的内部差异,当区域内部差异较大时,这些数据就无法真实反映区域的经济社会实际情况。利用地理信息技术与分析方法,本文给出了经济统计数据空间离散模型,分别计算得到了1995、2000、2005年三个年份的我国第一、二、三产业增加值的空间离散数据(公里格网数据),并由此计算得出1995-2000年、2000-2005年两个时段的中国三次产业空间结构变化空间数据。与传统的以行政区为对象的产业结构数据相比,产业结构空间数据能够更好地反映各地的产业结构变化情况,更详细地表达产业结构的空间差异,为区域产业政策的制定以及区域科学发展评价提供依据。

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地理信息系统技术与应用

我国手足口病时空分布特征的GIS分析

别芹芹, 邱冬生, 胡辉, 鞠斌

2010, 12(3): 380-384.

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手足口病是一种常见传染病。近几年在我国多次暴发且发病人数显著增加,引起了我国政府和社会各界的广泛关注。目前,对手足口病的研究主要集中在医学领域,而在宏观尺度上的时空分布特征研究及其重点地区分布研究等方面均较少。本文探索应用地理信息系统(GIS)的工具和方法,对2008-2009年中国疾病预防控制信息系统收集的手足口病监测数据进行统计计算、空间可视化和空间分析,得到我国手足口病疫情的时空分布与动态变化特征。研究表明:(1)尽管全国均有手足口病的报告病例,但各省之间发病情况差异较大,且区域内的发病情况也存在较显著差异,一般在人口密度和人口流动性均较大的城市疫情较严重;(2)手足口病在我国的流行高峰期为4-7月,比国外相关研究中的描述提前了一个月;(3)5-6月,我国手足口病的高发区分布明显由南向北移动。(4)2008-2009年,我国手足口病患者98%以上为托幼儿童、散居儿童和学生。鉴此分析,本文提出了具有时间、空间和人群针对性的防控手足口病暴发流行的科学建议。

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地理信息系统技术与应用

矢量数据属性信息无损栅格化的实现方法——以全国1:25万土地覆被数据为例

白燕, 廖顺宝

2010, 12(3): 385-391.

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矢量和栅格是GIS应用中两种基本的地学数据格式。与矢量数据相比,栅格数据利于空间建模和空间分析,且是空间尺度分析应用中常用的数据格式。一般来讲,较大尺度的矢量数据,涉及到保密性和知识产权的问题,若将这类矢量数据栅格化后,所得栅格数据由于其空间坐标精度相对降低而更易于实现数据共享。随着地学信息收集技术的不断发展,栅格数据正逐渐成为地学应用主要的数据格式。然而,传统的栅格化是一个伴随有属性信息损失的过程,主要原因在于一个栅格单元区域内存在混合类型。针对现阶段栅格化过程中的这个问题,本文以2005年全国1:25万土地覆被矢量数据为例,提出了一种在ArcGIS软件环境下,依据"在一个单元格网中,一种土地覆被类型表达为一个GRID图层"的原则,结合POLYGRID命令及其{LOOKUP_TABLE} INFO文件进行土地覆被矢量数据无属性信息损失栅格化的方法。该方法可为相关研究人员在今后处理和分析地理空间数据的工作提供新的思路,以及为空间尺度的应用研究提供有价值的参考。

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地理信息系统技术与应用

三维地籍与城市立体空间开发的信息技术应用分析——以南京市为例

刘咏梅, 李谦, 江南

2010, 12(3): 392-398.

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随着城市化进程不断推进,我国各大城市普遍出现了城市规模迅速扩大,人地矛盾日益显著的现象,而随着国家建设资源节约型与环境友好型社会的发展战略调整,传统的外延扩张模式已不再适应新形势下的城市土地利用,城市普遍进入了土地立体开发的阶段。为了适应当前城市三维开发与管理的需要,本文通过对三维地籍与城市立体开发之间的关系加以分析,讨论了三维地籍建设的必要性和可行性,而后按照三维地籍建设流程,从数据采集、存储、管理、表达和应用等方面,探讨了三维地籍建设的关键技术,特别是结合当前二维地籍管理成果和三维空间数据的兼容与衔接管理,提出了三维地籍建立过程中法规、实践试点和部门协调等方面的政策措施建议,以实现地籍数据和管理的连贯性和一致性。最后,以南京市为例,总结了南京市当前采用特殊地籍号与单独存储的方式处理地下空间土地范围勘测定界与土地权利登记的方法,并且结合网上看房系统详细分析了GIS、RS、GPS技术、摄影测量技术、虚拟现实技术和网络技术等信息技术,在三维地籍建设中的应用和不足,提出适应南京市现状和技术发展趋势的三维地籍建立方法。

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地理信息系统技术与应用

面向数据共享的城镇化信息快速提取技术方法与应用——以江苏盐城为例

王卷乐, 李锐, 徐永芬, 徐育林, 贾文臣, 邓凤东

2010, 12(3): 399-405.

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随着世界经济的发展,全球城镇化进程正在以前所未有的速度进行。城镇化带来的耕地占用、生态环境破坏、水资源短缺等问题日益受到关注。快速获取和共享城镇变化信息对于人地关系研究及可持续发展意义重大。借助遥感手段监测城镇变化信息,已经普遍得到应用,目前,多光谱遥感数据是最经济和可行的遥感监测数据源。本文基于多光谱卫星数据,有效利用城镇地区特有的地物光谱特征,建立不同类别城镇信息的提取模式和技术流程。这些可以通过多光谱遥感数据提取的信息包括城镇建成区、水体和绿地等。选择我国东部沿海区域内城镇化进程明显的江苏盐城主城区作为试验点,基于地物光谱特征分析,依据本文建立的城镇化信息提取流程,采用阈值分析和二值化处理方法,实现了盐城市亭湖区主要城镇区2000、2002、2006年三期城镇信息快速提取,使在更大范围内,促进此类信息的快速获取和共享,具有现实意义。

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地理信息系统技术与应用

面向地图生产的远程制版技术应用研究

杜军海

2010, 12(3): 406-409.

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随着出版印刷技术在数字化、网络化、跨媒体等多个方向的迅速发展,远程技术的开发和应用越来越受到人们的重视,地图的编制出版也在逐步实现全数字化流程,传统的地图生产模式逐步发生改变,进入一体化的全数字制印时代。本文通过对印刷领域远程制版技术的分析,探讨了在远程制版技术体系框架下,面向地图编制出版的远程技术应用方法;并通过对远程制版技术的应用分析,以西安煤航信息产业有限公司远程制版系统为实例,提出基于远程网络的地图出版创新生产模式,通过在全国范围内安装的远程终端,从地图设计编辑到地图制版和印刷过程中,以一站式反馈实现印刷最终色彩的同步再现,实现异地远程的"所见即所得",实现从地图设计平台、图集编制平台与出版平台的地图一体化同步生产,从而大大地提高制图效率,有力地推动我国制图行业朝着数字化和智能化方向发展。

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地理信息系统技术与应用

国内外流感监测系统的地理流行病学比较研究

闫磊, 任玉环, 黄晓霞, 张彦平, 刘亚岚, 王世文

2010, 12(3): 410-418.

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流感监测系统的建立是应对流感大流行的一种极为有效的举措。为此,美国、加拿大、墨西哥、巴西、英国、欧盟、俄罗斯、澳大利亚、新西兰、中国等国家,先后都建立了自己的流感监测系统。为了提高我国流感监测系统的水平,作者选出代表性强、特色显著的美国、欧洲和我国的流感监测系统作为典型,从地理流行病学的角度,着重对流感监测及其数据分析的地理分区、流感疫情动态变化的评价标准等方面进行了比较研究。通过总结先进国家的成熟经验,结合我国的实际情况和需求,作者对我国的流感监测系统提出了改进意见。在综合考虑我国地貌特点、气候分区和管理需要的基础上,建议将现有以秦岭淮河为界划分的南、北两个地理分区,细化为黑吉辽区、京津冀鲁豫区、长江中下游区、闽粤桂琼台区、蒙甘新区、晋陕宁区、渝黔川滇区和青藏区等8个流感监测地理分区;建议将现有流感监测系统引入基于流感样病例占门诊病例百分数的基线,利用归因肺炎及流感的死亡率,计算流感季节基线和流行阈值,以客观地衡量和评价流感流行水平及其严重程度。这些研究成果,不仅对地理流行病学的发展有理论意义,而且也对流感及其他传染病的监测有实用价值。

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多分辨率分解的遥感影像融合方法对比分析

吴学文, 徐涵秋

2010, 12(3): 419-425.

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有效地将高空间分辨率全色影像和低空间分辨率的多光谱影像融合起来,对影像上地物的识别具有重要的意义。随着多分辨率分析思想在图像处理中的应用,出现了许多新的多分辨率分解的遥感影像融合方法。典型的方法有:Mallat小波变换(DWT)、àtrous小波变换(SWT)、无下采样轮廓变换(NSCT),以及这些方法分别与IHS和PCA变换相结合的融合方法。在IKONOS上选取了两个具有不同地物覆盖类型的实验区进行融合实验,从光谱保真度和高频信息融入度两方面,对这些方法进行了定量评价和分析。研究表明,多分辨率分解的影像融合方法均具有较好的高频信息融入度,其中,DWT、SWT、NSCT融合方法在高频信息融入度方面最优;DWT、SWT、NSCT与IHS、PCA相结合的融合方法在光谱保真度方面,不仅优于它们自身,也明显优于传统的IHS、PCA方法,其中,NSCT和PCA变换相结合的融合方法,在光谱保真度方面最强。

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基于物理模型训练神经网络的作物叶面积指数遥感反演研究

刘洋, 刘荣高, 刘斯亮, 刘纪远, 陈仲新, 王利民, 邹金秋

2010, 12(3): 426-435.

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叶面积指数(LAI)是估算作物生长的关键参数。基于物理模型的LAI反演,被认为是当前最为可靠的方法,但其反演复杂。本文提出了将物理模型和神经网络相结合,从地表反射率反演叶面积指数的算法,利用MOD IS地表反射率和4-scale模型反演作物LAI。(1)利用4-scale模型模拟不同LAI与地表反射率的关系,生成训练数据;(2)利用模型模拟的LAI训练神经网络;(3)以MOD IS地表反射率输入训练后的神经网络,反演LAI。估算的LAI与其他LAI产品进行了比较,结果表明,估算的作物LAI和MOD IS及CYCLOPES LAI产品空间和时间分布一致,均方根误差分别为0.4994和0.6558。以2004年衡水的作物LAI地面观测数据进行了直接验证,估算的LAI与研究区地表植被分布一致,但是,三种卫星LAI产品都小于地表测量,故需针对华北平原浓密作物设计模型参数化方案。

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近30年天津滨海新区湿地景观格局遥感监测分析

孟伟庆, 李洪远, 郝翠, 莫训强

2010, 12(3): 436-443.

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在GIS和FRAGSTATS软件支持下,结合景观格局数量分析方法,利用1979-2008年间共6期TM遥感影像与非遥感数据,对天津滨海新区近30年的湿地景观空间格局进行了动态分析。结果表明,滨海新区湿地(以人工湿地为主),1979-2004年滨海新区湿地总面积变化不大,但各类型间转换较大,主要是自然湿地转变为人工湿地,沼泽湿地几近消失。2006-2008年,由于城市建设大量滨海滩涂湿地被围填占用,到2009年5月自然海岸线的90%以上被占用。景观破碎度增加,湿地斑块数量从137个增加到704个,同时造成平均斑块面积下降。驱动力分析表明,降雨量减少的同时,年平均气温上升是主要的自然驱动因素。和自然因素相比,人类干扰为主要人文驱动因素,表现在水产养殖为主的农业经济活动、城市建设用地占用和围海造地等方面。目前,滨海新区几乎没有自然湿地生态系统,破碎化和人工化是该区域湿地的主要特征。

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小波变换与FCM聚类的QuickBird影像特征空间识别分析

寇程, 柯长青

2010, 12(3): 444-450.

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遥感影像分类是应用遥感影像进行地学分析等其他应用的重要准备工作,它的精度将直接影响到后续的分析工作。纹理特征对于提高高分辨率遥感影像的分类精度具有重要意义,小波变换的"时-频"分析方法在遥感影像纹理分析方面有着独特的优势。本文采用QuickBird影像,利用小波分解得到影像的纹理特征,结合光谱响应值组成特征空间,再利用模糊C均值聚类方法对影像进行分类。实验结果显示:加入了纹理特征的影像分类精度有所提高,同时,同一类地物的内部均一性有所改善。小波分析对于细微纹理特征的提取效果比粗纹理要好。

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