地球信息科学学报

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地球信息综合分析

福建省海岸带脆弱生态环境信息图谱研究

陈菁

2010, 12(2): 159-166.

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海岸带是陆地和海洋的交接地带,随着沿海经济的发展和对外开放,对海岸带的各种开发活动,一方面促进了沿海地区的经济发展,另一方面也使海岸带面临的压力越来越大,如人口增多、资源消耗、环境污染严重等。此外,海岸带的自然灾害频繁,常见的有台风、干旱和地震,海岸带生态环境呈现出典型脆弱性的特征。以地学信息图谱的方法论对海岸带脆弱生态环境进行研究:首先,它依托由对地观测技术、实地调查及社会经济统计而建立起的时空数据库,通过数据挖掘与知识发现,产生征兆图谱;然后,结合评价和时空分析模型及G IS提取诊断图谱;最后,在预测模型的支持下产生实施图谱,从而形成决策方案。实践证明,通过信息图谱能够更直观地反映海岸带脆弱生态环境,包括其现状、驱动因素,以及未来变化趋势,为海岸带的可持续发展规划决策、环境管理,以及防灾减灾对策的制定提供重要的科学依据。

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地球信息综合分析

面向空间特征的虚拟树木建模方法与应用

王占刚, 庄大方

2010, 12(2): 167-173.

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树木的三维建模是建立虚拟森林环境的关键问题之一。基于树木形态结构特征分析,提出了面向对象的矢栅混合模型,并详细描述了主干、枝段、枝条和树叶之间的五组拓扑关系。结合L-system s和三维几何结构方法的优势,提出规则和约束的三维树木建模方法,该方法将分枝策略和叶片空间分布特征转化为规则,利用参数化L-system s实现,建模时将树木的空间几何特征和拓扑关系赋予树木模型,所建模型符合树木的生物物理特征。建模过程中通过阈值、模型调整和随机值约束,对模型参数进行控制,约束的内容包括树木结构、单叶尺寸、叶面积指数、随机性四个方面。最后,利用VC++与OpenGL实现了数据模型与建模算法,并利用实测数据进行了验证,所得模型比其他模型更符合于树木实际的形态结构参数和生物物理指标,有利于实现与树木空间结构相关的定性和定量分析。

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地球信息综合分析

基于地名志的东北历史时期土地利用变化研究——以吉林省镇赉县为例

吕妍, 张树文, 杨久春

2010, 12(2): 174-179.

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研究历史时期的土地利用与土地覆被变化,对于人类的生产活动有着重要的借鉴意义。本文以吉林省镇赉县为例,探讨了地名志等历史资料在确定东北地区大规模开发利用初始年限研究中的应用,并结合重分类、重心转移分析、叠加分析方法,分析了镇赉县地名志等史料记载的土地开发利用特征。结果表明:在康熙年间和1853年,镇赉县先后有过有记载的定居后小范围开垦活动,而直到1875年开始持续的土地开垦利用,此前镇赉县基本上处于自然状态。在技术手段不发达的早期,村屯的演变过程与土地开发利用过程是相辅相成的,因此,从村屯演变特征来看,1907-1912年期间土地开发利用最为突出;到1975年时,镇赉县村屯格局基本形成,而此时的土地开发利用活动已由个人行为转变为集体的机械化。在开禁等政策、自然灾害,以及战争等影响下,镇赉县土地开发呈由东部和中部的平坦地区向西部地势较高地区扩展的过程。

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地球信息综合分析

水稻土有机碳密度的空间预测分析——以浙江省长兴县为例

刘莎, 任红艳, 史学正, 潘剑君, 王洪杰

2010, 12(2): 180-185.

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准确预测未采样区域SOC密度,是研究SOC演变趋势和探索土壤固碳作用对缓解全球气候变化的基础。采用泛克里格法(Universal Kriging,UK)和土壤类型法(pedological professional knowledge-based method,PKB),分别对长兴县水稻土有机碳密度进行了预测,其中,UK直接以长兴水稻土剖面资料为源数据、PKB以长兴水稻土剖面数据和长兴1∶5万数字土壤图为源数据进行预测。根据平均绝对误差(MAE)及均方根误差(RMSE)大小,评价了两种方法在县域尺度土壤有机碳密度空间预测效果。结果表明:UK的MAE(31.2)、RMSE(52.5)均大于PKB的MAE(24.7)、RMSE(43.1),说明PKB法的预测效果较好,UK法相对较差。研究表明,对土壤类型、土壤母质,以及剖面点位置等信息的综合考虑能使PKB法更好地表达土壤属性的空间特征,也更适于县域尺度土壤有机碳密度的空间预测。

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空间数据结构设计与应用

基于Ex-Dewey前缀编码与R树的GML空间数据索引机制

陈建华, 王卫红, 苗放

2010, 12(2): 186-193.

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大量GML空间数据的出现,使其有效性的查询处理面临严峻挑战。索引技术是决定数据查询性能的重要因素之一。鉴于GML空间数据XML格式编码的特点,为充分利用Dewey前缀编码方案并消除原方案中节点的插入、删除影响其后趋同胞节点及其子孙节点编码的变更等缺点,论文提出了一种扩展的Dewey编码方案——Ex-Dewey,用以实现对GML文档数据的整体编码和非空间数据的索引构建。研究给出了Ex-Dewey前缀编码的GML非空间数据索引构成模式与处理策略;结合Ex-Dewey,提出GML空间数据索引基于R树的构建,给出了索引构成模式与处理策略。GML空间与非空间数据索引构建,既独立又紧密关联,共同实现GML空间数据的索引。该索引机制意在用于原生GML空间数据库索引构建或单纯GML文档集索引构建中。

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空间数据结构设计与应用

地质时间本体在异构数据检索中的应用

董少春, 尹宏伟, 许刚

2010, 12(2): 194-199.

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地质时间是地球科学基础研究的重要内容,在异构数据集和文献中有多种描述方式,其语义异构问题成为影响数据共享与集成的瓶颈之一。本体(Ontology)是共享概念模型的明确的形式化规范说明,可以用来描述数据的语义信息,近年来,被广泛应用于解决语义异构问题。本文以地质时间作为研究对象,分析了地质时间这一特定领域蕴含的基本概念、属性和关系,构建了地质时间的领域本体和OWL的编码表达,并以关系型数据库为例,阐述了地质时间本体的语义映射和翻译机制。该机制能够有效地在W eb环境下为传统数据检索增强语义表达能力,识别地质时间不同表达方式中的等价、包含等隐含关系,实现语义的数据检索。该方法也适用于地球科学其他领域本体的构建和语义翻译,为解决地球科学数据的语义异构问题提供了思路。

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空间数据结构设计与应用

网格服务模型元数据的组织管理与应用研究

林甲祥, 麻伟斌, 吴小竹, 陈崇成, 王伟斌

2010, 12(2): 200-206.

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随着各种网格服务的积累和版本升级,知识网格平台中知识发现算法和辅助决策模拟模型日益增多,如何快速发现和定位满足用户需求的网格服务,是制约平台服务质量的重要因素。对网格服务模型进行有效描述,并最终形成统一的网格服务模型元数据标准,是推进网格服务模型广泛共享的有效手段。因此,在对建立网格服务模型元数据标准的必要性进行简要分析之后,文章给出了网格环境中服务模型元数据的基本框架和内容,采用二级元数据模型对包括标识信息、权限信息、运行条件、参数信息、分类信息、内容信息、参考信息等7个方面的模型元数据进行定义与说明;随后采用可扩展标记语言(XML)作为描述语法对网格服务模型元数据进行组织和管理,并对基于B/S结构的网格服务模型元数据管理模块设计与实现进行介绍。最后,将网格服务模型元数据管理模块紧密集成到研究小组现有的地理知识网格服务平台GeoKS-G rid中,实现网格服务模型的规范化管理,并对网格服务模型元数据的网格工作流制定、执行和调度,进行了初步的研究与探讨。

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空间数据结构设计与应用

三维地籍产权体的定义与表达

张玲玲, 史云飞, 郭仁忠, 李霖

2010, 12(2): 207-213.

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传统意义上的地籍是以宗地作为基本单元进行权属登记和管理,以地表权利为核心的二维地籍。而三维地籍同样需要一种类似于二维宗地的基本单元来登记和管理三维空间中的权属状况,这种三维基本单元被称为产权体。本文以土地和房产等权利实体为基础,以权利空间为参考,研究三维空间中土地和房产的划分方式,分析这两种基本单元的存在形式、划分方式和空间形态,概括出它们的本质特征。以这些本质特征为基础,给出产权体定义和表达方式,并验证了所定义产权体的正确性和有效性。

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空间数据结构设计与应用

数字化城市管理一体化数据建设研究——以郑州市为例

杨瑞霞, 王韩波, 张莉

2010, 12(2): 214-219.

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依据数字化城市管理对数据建设的要求,以及郑州市基础地理数据及城市管理数据现状情况,结合郑州市国土、规划等部门对基础地理空间数据的需求,本文提出了数字化城市管理数据建设一体化作业流程,将1∶500航测地形图、1∶1 000正射影像制作、城市部件测量、地理编码调查、以及数据综合建库等内容,按照其关联性进行流程设计和一体化实施。它充分利用了数字化航测成图、城市部件采集与建库、地理编码采集与建库在作业工序上的交互性,为较短时间内完成大范围城市基础地理空间数据、城市管理专题数据采集与建库提供了保证,满足了数字化城市管理、城市地籍测量等对基础空间数据的迫切需求。实践证明,一体化数据建设方案充分反映了数据之间的逻辑关系和共享可能性,既加快了数据建设进程、拓展了数据建设内容,同时又保证了数据建设质量,是一种可供借鉴应用的数据建设方式。

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地理信息系统技术与应用

地理命名实体分类体系的设计与应用分析

张雪英, 张春菊, 闾国年

2010, 12(2): 220-227.

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自然语言是一种重要的空间数据来源,从自然语言中获取地理空间信息是地理信息科学的重要研究议题。完善的地理命名实体分类体系,有助于实现自然语言中地理空间信息的解析、存贮、组织、管理、分析及共享应用。现有的基础地理要素分类体系、地名分类体系和组织机构分类体系,分别侧重于不同的应用领域,只能表达自然语言中的部分地理命名实体,没有考虑时空关联特性。本文在参照大量相关标准的基础上,根据大量自然语言文本的标注结果,以地理命名实体所指代的空间位置、地理特征和属性作为分类标准,采用主分表和复分表相结合的方式,设计了地理命名实体分类体系(简称"GNEC")。采用定量和定性相结合的方法,分析了GNEC与GB/T18521-2001,GB/T13923-2006,CHG IS的地名分类体系、ADL的FTT词表之间的兼容性,并以中文文本的地理命名实体解析和地图服务为例,验证了GNEC的应用性能。多样性是自然语言中地理实体描述的重要特征,而分类体系主要实现地理命名实体的概念化操作。因此,在GNEC基础上构建本体,将成为解决这一问题的有效途径。

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地理信息系统技术与应用

服务于海岸带环境与生态过程研究的e-Coastal Science平台系统架构设计

侯西勇, 芦清水, 唐诚, 刘欣

2010, 12(2): 228-234.

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从海岸带环境与生态过程研究所面临的问题和需求角度出发,探讨了"e-Coastal Science"科研协同平台研发的必要性、框架结构、技术路线与支撑技术。即选择海岸带水域环境监测与模拟、入海河流流域空间水文与生态模拟、资源与环境胁迫下的海岸带管理决策三个密切相关的科学问题作为"研究单元"及平台系统研发的切入点,通过综合应用计算机科学和地球信息科学的基本理论与前沿技术,设计包含IT Infrastructure、GeoScience Platform和Coastal Science Platform的三个"宏观层面"系统平台,以及硬件平台、数据平台、模型模拟平台、协同与沟通平台和信息发布平台五个"技术单元"的系统框架,整个系统以Duckling1.2协同工作环境套件、Arc-GIS 9.3地理信息系统为主要支撑技术,并以专业模型工具研发及集成为技术特点。

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地理信息系统技术与应用

华夏家谱GIS的数据组织与系统架构

温永宁, 闾国年, 陈旻, 苏红军, 胡迪

2010, 12(2): 235-241.

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华夏文明源远流长,家谱、正史与方志共同构成了中华文明史的三个重要成分,其中,家谱以家族中的个人信息为基本记录单元,以人与人之间的关系为框架,形成了富有中国特色的对家族从空间分布到时间演化的完整描述体系,家谱资料的蕴含信息和记录粒度是其他历史资料所不能比拟的。家谱GIS扩展了现有家谱信息描述的概念,通过强化其中蕴含的空间信息,以家族谱系为基础,在空间信息技术的支持下,重构个人的空间活动,重现一个家族的兴衰、繁衍与变迁,实现从宏观到微观角度家族历史的全面地反映。本文分析了家谱与GIS的关系,提出了家谱GIS构建所必须的统一的历史地理时空描述框架;在此基础上分析了家谱中信息的组织模式,设计了的家谱的核心数据模型;在Web2.0理念下,以公众参与的开放式系统构建为基础,设计了家谱GIS的系统架构并进行了系统实现。

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地理信息系统技术与应用

基于GIS的四平市城市扩展遥感分析

尹芳, 冯敏, 钟凤, 李秀霞

2010, 12(2): 242-247.

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本文以吉林省四平市为例,选取1976、1979、1991、2001和2007年MSS、TM、ETM+的5个时相遥感图像,对其进行处理、解译,以城市面积变化、分维数、紧凑度等作为指标,对该市31年来城市扩展及其特点进行研究。结果表明,四平市在31年内的城市扩展可分4个阶段,其中,1979-1991年城市扩展速度最快,而2001-2007年城市扩展速度也较快,而且更注重城市的内涵建设,这与四平市经济发展情况相符合。说明城市形态指数与统计数据结合可以更充分地描述城市扩展的特征和过程。

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地理信息系统技术与应用

基于FushionCharts与ArcIMS的统计制图与应用分析

游娟, 周艳兵, 王纪华, 潘瑜春, 张吴明

2010, 12(2): 248-253.

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随着Internet与WebGIS的迅速发展,WebGIS统计专题图应用越来越广泛。ArcIMS提供了一种制作统计专题图的功能,并通过网络进行发布的途径,但其统计专题图制作功能尚不完善。本文针对这一情况,介绍了一种FusionCharts图表组件与ArcIMS结合制作统计专题图的方法。该方法有两个关键技术点:第一是采用面向对象的技术,将源数据转化成FusionChart图表支持的XML数据格式这一过程封装成函数;第二是先将矢量地图与统计图表生成分开,矢量地图在服务器端生成,然后,调用已封装函数将每个图表所需数据转化成XML数据流并与矢量地图一起发送到客户端,最后,客户端flash插件解析XML并生成图表,与矢量地图叠加生成统计专题图。最后以北京都市型现代信息平台为例,对FushionCharts与ArcIMS结合制件统计专题图进行了应用,实践表明,此法相对于传统ArcIMS制作统计专题图不仅使用简单、生成的图表类型多样、动态而美观,且制图速度快。

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无控制点数据的无人机影像快速处理

宫阿都, 何孝莹, 雷添杰, 李京

2010, 12(2): 254-260.

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本文以四川地震灾区作为典型研究区,尝试在无其他控制点数据时,仅利用小型无人机影像和无人机系统自身记录的辅助数据,进行无人机影像的快速匹配、拼接和纠正处理。首先,对小型无人机获取的影像数据和辅助数据进行了详细分析,然后,将小区域原始影像利用影像匹配算法进行自动拼接,拼接后的分块区域再根据辅助数据进行纠正处理。SIFT算法被运用到无人机影像的匹配中,达到了较好的速度和精度;分块拼接后的成果利用辅助数据的伪中心点进行纠正,相对精度较高,镶嵌结果无视觉错位。最后,将纠正结果和GoogleEarth影像数据叠加进行精度检查,主要标志性地物重叠良好。

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光谱、形状特征结合的多精度图像分割算法与应用

汪闽, 万其明, 张大骞, 张青峰

2010, 12(2): 261-268.

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由于高分辨率遥感图像的数据量和计算复杂性骤增,影像噪声、光谱混淆现象更为突出,这对传统主要依据于像元光谱特征的图像处理与分析方法提出了极大挑战。为此,特征更为丰富、在噪声处理和知识融合上,更具优势的面向对象的图像分析方法,逐步成为高分辨率遥感图像应用的研究热点。面向对象图像分析的第一步,以及关键一步是图像分割。本文设计了多精度图像分割算法:(1)采用降水分水岭变换进行初步分割获取图像次一级斑块,即分割亚基元;(2)设计一种可重复合并的快速图斑合并方法,进行亚基元的层次归并获得最后分割斑块,完成图像分割。在合并过程中,斑块之间的差异指标是其光谱合并代价、形状合并代价的加权和,合并结束的标志是斑块间两两合并代价超过尺度参数的平方。设置不同的尺度参数,则可实现多精度图像分割过程。实验证明,方法分割效果较好,并在算法效率上满足实际应用需求,可以开展后续图像分类、专题信息提取等工作。

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基于网格服务的遥感图像并行融合

曾少斌, 谢传节, 李佳琪, 史磊

2010, 12(2): 269-274.

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图像融合是一项计算密集型的操作,对计算机系统的性能要求很高,硬件的发展远赶不上计算需求的增长,传统的遥感图像处理方式已经不能很好地适应新的资源共享模式,故软件方面的改进是必然的选择。网络技术的发展,使网络带宽有了很大的提高,大量的遥感图像通过网络发布成可在线获取的共享资源,利用网络和这些资源能大幅提升融合处理的速度。网格是网络的进一步延伸,是一个变化性较大的动态系统,资源的动态变化是网格的重要特征,数据的更新、节点的加入或离开、节点负载的变化、网络性能的变化等都会影响网格服务的性能,只有及时地掌握这些动态,并根据情况实时进行调整,才能保证较高的执行效率。基于网格服务的遥感图像并行融合的设计,在网格环境下,通过对资源和服务状态属性的分析,生成最优化的方案进行并行处理,可提供高效的遥感图像融合处理服务。

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基于五叉树分解与多特征直方图匹配的高分辨遥感图像检索

万其明, 汪闽, 张星月, 蒋圣, 谢玉林

2010, 12(2): 275-281.

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随着遥感图像数量的急剧增加,如何进行高效检索已成为遥感图像信息提取和共享的瓶颈问题,基于内容的遥感图像检索因此逐渐成为了研究热点。本文提出了一种新的遥感图像检索方法,该方法综合利用了图像的色调和纹理特征。其基本过程是:首先,对图像进行主成分变换,对变化后的第一主成分图像进行五叉树分解,将大幅面的遥感图像分成一系列的子图像;然后,利用多通道Gabor滤波器与子图像做卷积运算,提取其纹理特征,同时计算像元值的方差和三阶矩作为各子图像的色调特征;最后,以子图像为特征基元,构建图像的色调直方图和纹理直方图,以多特征直方图匹配方法计算图像相似度实现遥感图像检索。利用高分辨率遥感影像的检索实验证明该方法是有效的。

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基于Landsat TM和ENVISAT ASAR数据的鄱阳湖湿地植被生物量的反演

王庆, 廖静娟

2010, 12(2): 282-291.

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作为湿地生态系统的重要组成部分,湿地生物量是衡量生态系统健康状况的关键指标。由于光学遥感对植被垂直分布探测的局限,使得植被指数反映生物量变化的灵敏度下降。利用C波段SAR反演生物量时,对于低中等生物量,含水量高的湿地地表的后向散射对总雷达后向散射的影响会在雷达图像上出现类似光学遥感中"异物同谱"的现象。本文用光学遥感中NDVI、RVI和DVI三种植被指数对生物量变化的敏感性,利用改进的MIM-ICS模型,对湿地植被各散射分量进行模拟分析,建立符合湿地植被类型的各散射分量模拟数据库,以LandsatTM和Envisat ASAR交替极化数据为基础,选择植被指数DVI=0.45为阈值,将湿地植被分割为低叶片密度植被区和高叶片密度植被区,分别应用统计回归模型和半经验微波散射模型,对两个区域植被生物量进行反演。最后,得到整个鄱阳湖湿地生物量为2.1×10⁹kg。研究表明,对于生物量动态范围较大的地区,采用光学和雷达遥感相结合可以有效地提高湿地植被生物量反演的精度,克服光学遥感探测植被垂直分布能力有限和雷达遥感受背景影响大的不足。

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近40年来白洋淀湿地土地覆被变化分析

王京, 卢善龙, 吴炳方, 闫娜娜, 裴亮

2010, 12(2): 292-300.

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白洋淀是华北平原上现存最大的天然湖泊,是典型的内陆湿地。最近40年,白洋淀湿地出现了水面萎缩、生态功能急剧退化、生物多样性减小和水体污染严重等生态环境问题。本文利用1964年CORONA侦察卫星影像、1974年和1983年Landsat MSS影像和2002年ETM+影像,对白洋淀湿地的土地覆被变化及其驱动力做了详细分析。结果表明,湿地面积呈减少趋势:1964年为407.3km2,2002年缩减到274.63km²。湿地水面起伏变化大,1964年水面较宽,为346.75km²;到1974的10年间,减少到94.65km²,1983年和2002年水面继续变窄,水面面积分别为67.27km²和46.86km²。引起湿地土地覆被变化的原因包括降雨量的减少、蒸发量的增大、城市发展用水增大、不合理土地利用开发和上游水库、引水工程修筑等。

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基于ALOS遥感数据的新丰江流域生态安全GIS评价

孙彩歌, 钟凯文, 刘旭拢, 解靓

2010, 12(2): 301-308.

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基于ALOS遥感影像,采用10m×10m的栅格精度,以乡镇行政区划作为综合评价单元,在G IS的支持下,获取了18种评价因子信息。通过建立生态安全指数模型,计算出每个栅格和每个乡镇区域的生态安全指数并将其划分为6个等级,即Ⅰ级到Ⅵ级(生态安全状况由非常安全到极不安全)。结果表明,新丰江流域内的生态安全状况整体上较好,但安全等级分布不平衡,具有明显的区域性特征,生态堪忧地区为居民及工矿用地密集区,主要分布在流域的北部、东南部和中部的采矿区,如上坪镇、元善镇和上莞镇等;生态较为安全的区域主要分布在流域中部,如新丰江库区附近的锡场镇、半江镇等。该方法为流域的生态安全评价、预警、保护及管理提供了有效手段,具有积极的实用价值。

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