【作者】 沈国状
【关键词】 鄱阳湖湿地 面向对象 信息提取 生物量 变化向量 SAR 人工神经网络 半变异 反演 线性回归 洪涝
【导师姓名】郭华东;廖静娟
【学位名称】博士
【学位年度】2008
【授予单位】中国科学院遥感应用研究所
【分类号】 P931.7;|O174.51;|O212.1;|P942;|TP183;|O183.1
【录入时间】2017-05-14
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【摘要】近年来，有着“地球之肾”之称的“湿地”，其对于生态环境的特殊性和重要性受到全世界的极大关注，湿地已成为当前国际上的热门研究领域。遥感特别是雷达遥感作为对地观测的重要高新技术手段，可为湿地研究提供新的研究方法和技术支持，与之相应，湿地遥感也成为资源环境遥感中的学科前沿研究课题和重要的应用方向。 郡阳湖是我国的第一大淡水湖，“江西省鄱阳湖国际重要湿地”是中国七大国际重要湿地之一，唯能用遥感方法才能及时准确地掌握其水域和湖滩草洲的分布和动态变化规律。由于光学传感器受天气以及穿透能力的影响，对于多云、雨、雾的湿地环境，合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)遥感较光学遥感具有不可替代的优势。本研究使用ENVISAT ASAR以及ALOS PALSAR新型SAR数据，结合野外实地调查与采样，辅以收集的研究区相关资料，开展了鄱阳湖湿地洪涝淹没范围信息提取及湿生植被生物量反演研究。 论文的主要研究内容(含创新点)如下： 纹理特征在图像分类和分析中是很重要的特征，不同的地物在SAR图像中表现出不同的纹理特征，而半变异函数，作为一种纹理分析方法，比其它纹理分析方法更适合于SAR图像的分类。本文将地统计学中的半变异函数纹理方法应用到鄱阳湖湿地地区多极化(交替极化)ASAR数据中，首先分析了不同窗口、不同步长、不同方向的半变异函数参数选择问题，在此基础上对鄱阳潮湿地2004年8月29日的洪涝淹没范围进行了提取。 针对已有基于像元的分类方法只考虑像元本身信息的问题，将面向对象方法应用到鄱阳湖湿地洪涝淹没范围信息提取中来，利用2004年8月29日的多极化ASAR数据提取了鄱阳湖洪涝淹没范围信息，并与最大似然法的分类精度进行了对比，精度有明显提高。 针对不同时相间的鄱阳湖湿地洪涝淹没范围变化信息提取，将变化向量分析方法应用到多极化ASAR数据中。变化向量分析方法可以利用所有波段的信息来进行分析，这也是它区别于其他变化信息提取方法的一个主要方面。变化向量分析方法对波段数的要求限制了它在SAR图像数据中的应用，而多极 化ASAR数据打破了这种限制，结果也证明了该方法在多极化数据中应用的可能性。 通过两次野外实地采样数据以及改进的MIMICS模型，分析研究了湿地湿生植被的雷达后向散射系数对各种湿生植被生物物理参数与雷达参数的敏感性，通过模拟分析发现雷达波长、冠层高度、含水量与叶片数量密度对后向散射系数有一定的影响，而雷达入射角的影响却很小，地表状况对C、L波段的影响不同。 通过分析实测的生物量与后向散向系数观测值之间的关系，利用线性回归方法对整个湖区的生物量进行了反演，并给出了生物量分布图，得出2007年4月份整个湖区生物量总值为1.0568×109kg。 利用人工神经网络方法，发展基于新型SAR数据的湿地湿生植被生物量估算方法。最后利用人工神经网络方法反演了整个湖区的生物量(2007年4月份整个湖区生物量总值为1.06×109kg)，并给出了相应的生物量分布图，并同时给出鄱阳湖湿生植被不同生长阶段相对应的生物量(2007年7月份：1.65×108kg，2007年11月份：9.32×108kg)。 最后分析讨论了湿地环境下洪涝灾害信息提取和生物量反演中的各种雷达系统参数的选择问题。...
【全文】近年来，有着“地球之肾”之称的“湿地”，其对于生态环境的特殊性和重要性受到全世界的极大关注，湿地已成为当前国际上的热门研究领域。遥感特别是雷达遥感作为对地观测的重要高新技术手段，可为湿地研究提供新的研究方法和技术支持，与之相应，湿地遥感也成为资源环境遥感中的学科前沿研究课题和重要的应用方向。 郡阳湖是我国的第一大淡水湖，“江西省鄱阳湖国际重要湿地”是中国七大国际重要湿地之一，唯能用遥感方法才能及时准确地掌握其水域和湖滩草洲的分布和动态变化规律。由于光学传感器受天气以及穿透能力的影响，对于多云、雨、雾的湿地环境，合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)遥感较光学遥感具有不可替代的优势。本研究使用ENVISAT ASAR以及ALOS PALSAR新型SAR数据，结合野外实地调查与采样，辅以收集的研究区相关资料，开展了鄱阳湖湿地洪涝淹没范围信息提取及湿生植被生物量反演研究。 论文的主要研究内容(含创新点)如下： 纹理特征在图像分类和分析中是很重要的特征，不同的地物在SAR图像中表现出不同的纹理特征，而半变异函数，作为一种纹理分析方法，比其它纹理分析方法更适合于SAR图像的分类。本文将地统计学中的半变异函数纹理方法应用到鄱阳湖湿地地区多极化(交替极化)ASAR数据中，首先分析了不同窗口、不同步长、不同方向的半变异函数参数选择问题，在此基础上对鄱阳潮湿地2004年8月29日的洪涝淹没范围进行了提取。 针对已有基于像元的分类方法只考虑像元本身信息的问题，将面向对象方法应用到鄱阳湖湿地洪涝淹没范围信息提取中来，利用2004年8月29日的多极化ASAR数据提取了鄱阳湖洪涝淹没范围信息，并与最大似然法的分类精度进行了对比，精度有明显提高。 针对不同时相间的鄱阳湖湿地洪涝淹没范围变化信息提取，将变化向量分析方法应用到多极化ASAR数据中。变化向量分析方法可以利用所有波段的信息来进行分析，这也是它区别于其他变化信息提取方法的一个主要方面。变化向量分析方法对波段数的要求限制了它在SAR图像数据中的应用，而多极 化ASAR数据打破了这种限制，结果也证明了该方法在多极化数据中应用的可能性。 通过两次野外实地采样数据以及改进的MIMICS模型，分析研究了湿地湿生植被的雷达后向散射系数对各种湿生植被生物物理参数与雷达参数的敏感性，通过模拟分析发现雷达波长、冠层高度、含水量与叶片数量密度对后向散射系数有一定的影响，而雷达入射角的影响却很小，地表状况对C、L波段的影响不同。 通过分析实测的生物量与后向散向系数观测值之间的关系，利用线性回归方法对整个湖区的生物量进行了反演，并给出了生物量分布图，得出2007年4月份整个湖区生物量总值为1.0568×109kg。 利用人工神经网络方法，发展基于新型SAR数据的湿地湿生植被生物量估算方法。最后利用人工神经网络方法反演了整个湖区的生物量(2007年4月份整个湖区生物量总值为1.06×109kg)，并给出了相应的生物量分布图，并同时给出鄱阳湖湿生植被不同生长阶段相对应的生物量(2007年7月份：1.65×108kg，2007年11月份：9.32×108kg)。 最后分析讨论了湿地环境下洪涝灾害信息提取和生物量反演中的各种雷达系统参数的选择问题。