针对直线匹配过程中存在直线提取断裂、影像尺度不一、纹理断裂处灰度相似性约束可靠性弱的问题,本文提出了一种基于局部点、线仿射不变性约束的直线段匹配算法。该算法首先利用SIFT匹配得到的同名点构建参考影像、搜索影像同名三角网,并采用三角网约束直线匹配的搜索范围获得初始候选直线;然后利用方向约束对候选直线进行二次筛选,滤掉明显的错误候选直线;最后分别建立参考直线与候选直线的支持区域,搜索并确定位于直线支持区域内的匹配点并以直线为基准对其进行区域划分,并根据点、线仿射不变性原理分区域约束确定同名直线。通过选取网上公开影像数据库中典型影像对进行直线匹配实验,结果表明本文算法具有较好的鲁棒性,并能获取可靠的直线匹配结果。
等高线是一种以曲线群簇展现地表起伏形态的表达方式,多源等高线数据之间的相似度能够反映地形地貌的变化程度,因此等高线群的相似性度量是地形图更新、多源数据融合及制图综合领域的关键环节之一。当前的等高线相似性度量方法主要基于要素的单一拓扑特征或几何特征,由于地理空间数据的复杂性和地理要素变化的多样性,这种通过计量多源数据数据单一特征之间的相似与差异程度的方法并不能完整表达多源数据之间的异同,在变化复杂区域、图幅边界区域以及等高线分布密集区域会导致不一致问题。因此,本文引入空间相似度理论,综合探讨了等高线群的相似性层次结构;研究了拓扑特征和几何特征在等高线群相似性度量中的关系和作用机理,构建了等高线群相似性层次结构;讨论了其中各个影响要素的相互关系和相似性度量方法,提出了一种基于拓扑特征和几何特征的区域等高线群混合相似性度量模型,并利用层次分析方法求解各级相似元的权重系数。通过模拟实验和真实数据实验对本文方法的可靠性和有效性进行验证,结果表明：本文提出的等高线群混合相似性度量模型能够定量描述不同尺度不同来源等高线群之间的相似与差异程度,并具有较好的有效性和可靠性;根据本文的混合相似性度量结果和更新阈值之间的关系,对满足更新要求的变化区域实施局部更新,且精度检验表明论文方法能够为等高线数据的更新应用提供可靠依据。
对城市热岛效应、植物覆盖指数、叶面积指数等地表参数的高频次高精度反演,能更好地实现基于遥感手段的地表特征动态监测。然而,目前单一数据源的遥感影像还很难实现高时空分辨率数据的同步获取,时空融合技术是解决这个时空分辨率矛盾的有效方法。根据原理不同,时空融合算法可以分为基于线性模型的融合算法、基于光谱解混的融合算法等。高分卫星产品是近几年中国高分辨率对地观测系统重大专项天基系统中的首发星,对于该类数据的时空融合研究仍然较少。因此,本文拟采用4种常见的时空融合算法（STARFM、FSDAF、STDFA、Fit_FC）实现GF-1 WFV数据与MODIS数据的时空融合,分析这几种方法对GF-1 WFV数据时空融合的有效性和精度,从而为后续的研究提供一定依据。
随着中国城市化进程的加快,城市人口的大规模集聚带来了住房紧张的问题,房价政策制定的时效性与正确性也时刻吸引着社会的关注,因此在微观尺度下对房价进行精细化制图变得愈发重要。由于数据可获取性和现有模型精度的限制,目前已有研究均较少涉及微观尺度。本研究通过将房价数据和遥感影像相融合,构建了一种基于卷积神经网络（CNN）和随机森林（RF）的遥感影像挖掘模型,以实现在不考虑其他数据的情况下,精确、合理地进行房价的微观尺度制图。本文以武汉市作为研究区,在仅有房价数据和遥感影像的情况下,利用本文所构建的模型成功得到武汉市中心城区5 m精度的精细房价图。此外,还利用其他数据源以及挖掘技术与本文所构模型进行了对比分析。结果显示,本文所构建的模型获得了最高的房价模拟拟合优度（R2=0.805）,相比传统方法中的最高拟合优度（R2=0.653）其精度提升了23.28%,其制图结果可为政府部门规划决策及武汉市经济分布研究提供基础支撑。
全面准确地分析中国建设用地空间格局,是衡量城市景观的生态环境效应和制定区域发展战略的重要依据。为此,本文基于空间分辨率为12 m的2012年的全球城市足迹数据,分别在国家、经济区和城市群量化了中国建设用地空间格局。结果表明,12 m分辨率的数据能更细致和准确地刻画中国建设用地的特征。2012年中国建设用地面积为1.73×105 km2,占中国陆地总面积的1.81%。从建设用地的空间格局来看,城市群尺度的建设用地破碎度最高,其建设用地平均斑块密度分别是国家和经济区平均水平的3.66倍和1.62倍。进一步分析表明,社会经济和地形因素共同影响建设用地空间格局。今后,应针对建设用地空间格局破碎问题,因地制宜地制定合理的措施,推动中国建设用地的合理发展。
城市群热环境作为区域生态重要组成部分,已成为近年来的研究热点。而如何选择针对城市群这种复杂地地貌特征的热环境量化工具一直是亟待解决的技术难点,基于此本研究提出了一种解决多样本、非线性、非平稳及高维函数拟合的计算方法,并建立了基于支持向量机(SVM)的京津冀城市群热环境曲面模型来揭示城市群热环境的时空形态变化。研究结果表明：① SVM模型在刻画多核心、多种土地利用类型城市群热环境的空间分布方面具有理论与实践可行性,能够根据热环境的整体空间布局通过高斯核函数进行局部优化差值,最大限度减少缺省值对模型拟合结果的影响。相比于对照方法可以模拟出更高精度的复杂地貌特征城市群热岛空间分布格局;② 在SVM模型曲面拟合的过程中,拟合精度和拟合时间是衡量拟合结果的重要指标,而原始影像的分辨率则是影响该指标的决定性因素;③ 2003-2013年区域内北京市与天津市的城市热岛效应变化最为明显,热岛面积分别增加7091 km2与4196 km2,空间上呈现出逐年接近连片发展趋势,热岛重心移动轨迹具有明显的时空分异性。北京城市热岛特征为东南部地区异速增长,西部地区缓慢增长;天津城市热岛特征为以城市中心为圆心向周围扩展。本研究进一步丰富了城市群热环境评测的定量方法,可以在实践上对城市群的城市规划、城市建设、环境保护和区域可持续发展等提供定量化、可视化的决策支持。
青藏高原脆弱的高寒植被对外界干扰十分敏感,使其成为研究植被对气候变化响应的理想区域之一。青藏高原气候变化剧烈,在较短的合成时间研究气候变化对植被的影响十分必要。因此,本文利用GIMMS NDVI时间序列数据集,研究了1982-2012年青藏高原生长季月尺度植被生长的时空动态变化,探讨了其与气温、降水量和日照时数等气候因子的响应关系。结果表明：在区域尺度上,除8月外,其他各月份植被均呈增加趋势,显著增加多发生在4-7月和9月;大部分月份的NDVI增加速率随着时段的延长显著减小,表明NDVI增加趋势放缓;在像元尺度上,月NDVI显著变化的区域多呈增加趋势,但显著减少范围的扩张多快于显著增加。4月和7月植被生长主要是受气温和日照时数共同作用,6月和9月受气温的控制,而8月则主要受降水量的影响。长时间序列NDVI数据集的出现为采用嵌套时段研究植被生长变化趋势奠定了前提,而植被活动变化趋势的持续性则有助于形象表征植被活动变化过程、深入理解植被对气候变化的响应和预测植被未来生长变化趋势。由此推测,青藏高原月NDVI未来增加趋势总体上趋于缓和,但在像元尺度显著变化的区域趋于增加。
基于大数据进行城市服务设施空间格局分析已成为一种新的研究热点,而餐饮业是城市服务业的典型代表,因此通过开源大数据对城市餐饮业的空间布局进行研究具有重要的意义。本文以北京地区作为研究区,采用网络爬虫技术获取大众点评上153 895家餐饮店数据,引入基于密度的CFSFDP聚类算法从空间分布密集度和人均消费等级方面对餐饮业背后蕴含的地理聚集特征进行分析。研究发现：① 北京地区餐饮店总体呈现多中心的空间分布特征,其集聚程度以主城区为核心向外逐级递减,并明显表现出围绕重要商圈、旅游景点和住宅区进行布局以及沿交通轴线扩展的趋势;② 不同人均消费水平的餐饮店呈现等级体系特征,即高档餐馆少而集聚,中低档餐馆多而散的分布特点;③ 餐馆分布密集程度和定价表现出接近市场和消费者的特征。同时,本文综合空间集聚特征和消费水平2项指标对影响餐饮店集群空间分布格局的因素进行了分析,以期为政府规划部门进行城市商业空间布局研究提供借鉴。
城市化的不断发展使自然地表不断被不透水面所取代,城市地表温度高于乡村,形成了显著的热岛效应。城市热岛给城市生态发展与人类健康带来了严重的负面影响,对其空间模式与背后形成机制的研究意义重大。本文以武汉市为例,基于2001、2007和2016年夏季Landsat系列影像使用辐射传导方程法反演了城市地表温度,并采用MOD11A1数据进行了验证;同时,计算了不同时期的城市温度等级和热岛比例指数,分析了城市热岛的时空变化。此外,为了探究热岛效应形成的主要原因,即不透水面与热环境的关系,全局角度使用多元线性回归分析对比了其增温效果与植被水体降温效果的强弱,空间局部角度采用地理加权回归结合地形数据得到了其增温强度的时空变化。结果表明：① 辐射传导方程法适用于实验中研究区的反演;武汉市城市热岛比例指数先增后减,但温度等级高的地区仍在不断扩张;② 多元线性回归可以准确地反映不同地表覆盖对地表温度的影响,
本文针对地基式激光雷达扫描点云的分布特征,提出一种基于骨架优化的三维树木重建方法。首先从原始点云中提取出树木的“类主干点”,利用无向图数据结构存储和组织点云,然后基于“主干点”约束下的最小生成树算法生成单株树木的初始骨架,最后通过“密度调整”和“树枝平滑”优化操作,建立高逼真度的三维树木模型。本文提出的树木几何重建算法对点云数据缺失和点云的密度不敏感,对试验区不同的树种建模具有较高的鲁棒性。另外,本文通过对不同密度的点云和不同抽稀层次下的点云进行效率测试,发现结合类主干点表达和点云抽稀能共同确保本文算法可以重建大场景TLS植被点云数据。
树冠信息的遥感提取能有效辅助森林参数反演、林分长势监测、树种识别等森林调查活动。随着遥感信息自动化提取的需求不断加强,本文基于高空间分辨率遥感数据,以滁州市皇甫山林场为研究区域,设计了一种结合Gabor小波和形态学的树冠提取方法。该方法首先采用Gabor小波提取出纹理特征,其次结合K-means聚类分析方法,对PCA降维后的纹理特征向量提取出阔叶林区,最后基于形态学理论降低影像噪声,并利用前景后景标记的分水岭方法进行单木树冠提取。经过与人工解译的树冠信息结果对比发现,在郁闭度较高的阔叶林区,该自动化方法提取树冠精度较高,分割准确率Ad为79.59%,F测度达到了79.00%能有效提供精确的单木树冠信息,为林业经济调查技术的发展具有一定的实践意义。
随着村镇经济建设发展,生活垃圾和工业固体废弃物造成的污染问题日益突出,已经成为制约新农村建设发展和生态文明建设的关键问题,而目前针对乡镇非正规固体废弃物的调查与统计主要依赖全国各乡镇相关部门逐级调查上报,工作量较大。本文基于高分辨率遥感影像,将深度学习模型和条件随机场模型相结合引入到乡镇固体废弃物的提取研究中,探索一种基于深度卷积神经网络的乡镇固体废弃物提取模型。由于固体废弃物在影像上表现为面积小,分布破碎等特点,为了提高工作效率,将模型特分为识别和提取2个部分：① 通过全连接卷积网络（CNN）对固体废弃物进行快速识别判断,筛选感兴趣区域影像块;② 在传统的全卷积神经网络(FCN)的基础上加入条件随机场模型(CRF)提取固体废弃物边界,提高整体分割精度。根据安徽、山西等地区相关部门上报固体废弃物堆放点以及住房与城乡建设部城乡规划管理中心进行野外检查的结果,实验最终识别精度达到86.87%以上;形状提取精度为89.84%,Kappa系数为0.7851,识别与提取精度均优于传统分类方法。同时,该方法已经逐步应用于住房和城乡建设部有关成都、兰州、河北等部分乡镇非正规固体废弃物的核查工作,取得了较为满意的结果。
海岸带滩涂是重要的生态资源,对于环境保护和区域可持续发展具有重要意义,是学术界研究的热点区域。但由于滩涂周期性地被潮水淹没,通达性较差,传统的测量方式难以满足这一高度动态环境的变化监测需求,因此遥感观测方式成为一个潜在的选择。但遥感观测受成像方式、大气条件和潮情的影响,其应用仍面临很大的挑战。本文以苏北至上海南汇边滩沿岸作为研究区域,首先选择了1975年以来每年潮位最低的Landsat影像数据作为数据源,利用水边线作为滩涂的外边界,植被线或围垦大堤作为内边界提取滩涂面积;然后利用ArcGIS软件对获取的滩涂数据进行分析,以此来研究长江口滩涂的时空变化特征。结果表明：① 1975年以来研究区域滩涂面积整体上呈降低趋势;1990s之前滩涂面积基本保持稳定,1990s之后降低趋势较为明显;1995年前后研究区圆陀角以北的江苏海岸和以南的长江河口区域滩涂面积达到最大值,分别为1101.2 km2、1495.5 km2,至2017年,二者面积分别降为649.5 km2、1043.4 km2,1990年至今总体降低速率为21.7 km2/a;② 流域来沙减少和围垦、深水航道等河口工程是长江口滩涂面积减少的主要控制因素。
甘肃龙首山铀成矿带是中国内陆一条重要的铀成矿带。芨岭铀矿床是龙首山成矿带中典型的碱交代型铀矿床,蚀变种类繁多,且与铀矿化关系密切,利用航空高光谱技术可以从宏观上获取芨岭铀矿床地表蚀变、构造、岩性分布信息,为芨岭矿床及周边铀多金属矿产勘查提供依据。本文采用CASI/SASI/TASI航空高光谱遥感技术,对甘肃龙首山地区芨岭碱交代型铀矿区及周围地表出露的热液蚀变进行了研究,识别出了碱性长石、赤铁矿、透闪石、中铝绢云母、高岭石、石英（硅化）等与碱交代热液作用演化密切相关的蚀变矿物,并将蚀变矿物与构造、岩性等要素进行了综合分析。研究表明,碱性长石、透闪石、中铝绢云母和石英（硅化）等蚀变矿物分别代表了芨岭及周围地区碱交代热液作用过程中早期碱交代、中期中性交代、晚期酸性交代等不同演化阶段的热液蚀变作用;芨岭铀矿区碱交代热液作用的主要通道是区域不整合面、深大断裂、不同岩性接触带的复合体,马路沟铀矿控矿断裂的芨岭矿区段明显发育透闪石、中铝绢云母、硅化与碱交代作用相关的热液蚀变。根据芨岭铀矿床的航空高光谱遥感特征,提出了龙首山碱交代型铀矿找矿的主要预测判据。这些判据对龙首山的铀矿找矿新区预测和老矿点、异常点的新评价具有重要的意义。
城市内部用地结构及其时空演变特征不仅能一定程度上反映出城市社会经济发展水平、预示城市未来发展空间和发展潜力,而且还会直接影响城市人居环境的适宜性,不同地区和不同发展阶段城市内部用地结构存在明显差异。本文基于武汉市1990、2000、2010和2018年4期Landsat TM/OLI遥感影像,采用面向对象多尺度分割算法对武汉市主城区内部用地结构进行了长时间序列遥感监测研究,并在此基础上分析了城市用地结构的时空演变特征。研究表明：1990-2018年武汉市主城区用地结构类型以不透水层、植被和水体为主,用地结构演变模式主要表现为植被和水体向不透水层的转化。主城区内部不透水层面积由1990年的329.73 km2增加至2018年466.69 km2,增加了136.96 km2;植被和水体面积则由1990年的332.74 km2、318.26 km2减少到2018年的320.46 km2、196.39 km2,分别减少了12.28 km2、121.87 km2;裸土地面积较小,整体变化不如前3种用地类型显著。本研究可为城市功能用地制图、城市用地效率分析以及城市生态环境质量综合评价提供参考。
