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  • 【期刊】 “火眼金睛”看西部——访中国科学院遥感应用研究所吴炳方研究员

    刊名:森林与人类 作者:李瑞林 年份:2001
    摘要:云南省西双版纳某自然保护区 1990年与 2000年卫星遥感图像比对发现有不确定性变化,科研人员经实地勘察,发现一个令人震惊的事实:在这一保护区的核心区,竟然有人生活居住,刀耕火种,砍雨林种橡胶,对保护区的生态系统造成了极大的破坏……
  • 【期刊】 近25年三峡库区土地覆被变化及驱动力分析

    刊名:长江流域资源与环境 作者:吴炳方 ; 熊杰 ; 曾源 ; 朱亮 ; 郑朝菊 ; 高文文 ; 赵新峰 ; 赵旦 关键词:土地覆被 ; 三峡库区 ; 时空变化 ; 驱动力 机构:中国科学院遥感与数字地球研究所数字地球重点实验室 ; 中国科学院遥感与数字地球研究所数字地球重点实验室 ; 中国科学院大学 年份:2018
    摘要:基于1990、2000、2005、2010和2015年五期30 m空间分辨率土地覆被遥感数据,利用动态度模型和转移矩阵,综合分析了近25 a三峡库区土地覆被的时空格局、变化特征及驱动力。研究结果表明:2015年三峡库区土地覆被以森林和耕地为主,分别占总面积的41. 45%和24. 58%; 1990~2015年三峡库区人工表面、湿地、森林和其他用地的面积增长明显,耕地、灌丛和草地的面积整体减少,区域综合土地覆被动态度呈先增加后稳定的变化趋势,人工表面是最为活跃的土地覆被类型,其次是湿地和耕地;前10 a三峡库区人工表面占用耕地较为突出,后15 a土地覆被类型转换主要为森林、灌丛和耕地转为人工表面和湿地;三峡工程建设、移民安置与迁建、经济发展与城镇化导致人工表面不断扩张,水库蓄水导致湿地面积迅速增加,农业结构调整促使园地面积扩张。三峡库区近25 a来,在退耕还林等生态保护政策影响下,生态环境状况趋于改善,库区森林面积显著增加,坡耕地面积持续减少,但人地矛盾日益突出,研究结果可为后三峡时代库区生态环境保护与社会经济的协调发展提供数据支撑。
  • 【期刊】 基于中高分辨率遥感的植被覆盖度时相变换方法

    刊名:生态学报 作者:吴炳方 ; 张喜旺 关键词:植被覆盖度 ; 时相变换 ; 像元分解 ; 遥感 机构:中国科学院遥感与数字地球研究所 ; 中国科学院遥感与数字地球研究所 ; 黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室 年份:2015
    摘要:植被覆盖度是衡量地表植被状况、指示生态环境变化的一个重要指标,也是许多学科的重要参数。传统的测量方法难以获取时间连续的面状数据,且耗时、耗力,很难大范围推广。遥感估算方法虽然可以弥补传统方法的不足,但由于云覆盖等天气条件的影响,获得同一时相覆盖整个研究区的遥感影像非常困难,时相的差异必然导致研究结果产生误差。针对植被覆盖度这一重要生态参数,结合低分辨率遥感数据的时间优势和中高分辨率遥感数据的空间优势,提出一种时相变换方法,将源于中高分辨率影像的植被覆盖度变换到研究需要的时相上。首先,利用像元二分模型计算MODIS尺度的时间序列植被覆盖度,并利用已经获得的SPOT影像计算其获取时相上的植被覆盖度;其次,利用土地利用图划分植被覆盖类型,并利用MODIS数据和土地利用数据之间的空间对应关系制作MODIS像元内各类植被覆盖的面积百分比数据;再次,利用面积百分比数据提取各类植被覆盖的纯像元,结合MODIS植被覆盖度时间序列,从而提取各类植被覆盖纯像元的植被覆盖度时间序列曲线;最后利用像元分解的方法提取MODIS像元内各类植被覆盖组分的植被覆盖度的变化规律,将其应用到该组分对应位置上SPOT像元的植被覆盖度上,从而将其变换到所需要的时相上。在密云水库上游进行试验,将覆盖研究区的10景SPOT5多光谱影像计算的植被覆盖度统一变换到7月上旬,结果显示:视觉效果上明显好转,且空间上连续一致;变换前后植被覆盖度的统计量对比结果也符合植被生长规律;利用外业样点数据与对应位置的植被覆盖度变换结果进行回归分析,结果发现各植被覆盖类型的R2均在0.8左右,表明变换结果与实测值非常接近,时相变换的效果较好,从而可以很好地促进相关研究精度的提高。
  • 【期刊】 物候信息在大范围作物长势遥感监测中的应用

    刊名:遥感技术与应用 作者:吴炳方 ; 蒙继华 ; 杜鑫 ; 张淼 ; 游行至 关键词:物候 ; 遥感 ; 作物长势 ; 生物量 机构:中国科学院遥感与数字地球研究所 ; 中国科学院遥感与数字地球研究所 年份:2014
    摘要:大范围的农作物长势监测可以为农业政策的制订和粮食贸易提供决策依据,也是农作物产量估测的必要前提。遥感估算的作物生物量是评价作物长势的主要群体特征指标,在大范围上开展作物长势监测时,不同区域的作物因为所处的物候阶段不同而导致生物量存在差异,这种差异与因作物长势状况差别而产生的差异混合在一起,增加了长势监测结果的不确定性。以中国河南、山东两省为研究区,以MODIS 250m NDVI产品数据为主要数据源,结合改进的CASA模型实现了区域内冬小麦生物量的估算,结合冬小麦生长过程特征进行了典型物候期的监测。在此基础上,分析了扬花期前后物候差异对冬小麦生物量估算的影响,研究其特定物候阶段的变化规律,从而实现了生物量的物候归一化,初步探索了如何消除大区域物候差异对作物长势监测与评估的影响。
  • 【期刊】 机载激光雷达森林冠层高度模型凹坑去除方法

    刊名:农业工程学报 作者:吴炳方 ; 段祝庚 ; 曾源 ; 赵旦 ; 赵玉金 ; 朱建军 关键词:林业 ; 遥测技术 ; 模型 ; 激光雷达 ; 凹坑 机构:中南大学地球科学与信息物理学院 ; 中南大学地球科学与信息物理学院 ; 中国科学院遥感与数字地球研究所 ; 数字地球重点实验室 ; 中南林业科技大学理学院 年份:2014
    摘要:从机载激光雷达(light detection and ranging,Li DAR)获取的森林冠层高度模型(canopy height model,CHM)是森林参数反演的关键模型,但CHM上存在高度不自然、突变的凹坑,影响森林参数的提取。为了精确地提取森林参数,需对CHM凹坑进行去除。该文提出了基于反距离权重插值法(inverse distance weighted,IDW)插值的分层高度最大值法进行CHM凹坑去除。通过提取大于一定高度阈值的首次回波点云数据子集,利用IDW插值得到分层首次回波CHM,并对各层CHM取同像元最大值进行融合得到去除凹坑的CHM。IDW插值搜索半径一般设为原始点云间隔的1~1.5倍。对针叶林、阔叶林、针阔混交林3种森林类型的样方数据进行了试验,该文算法生成的CHM与所有首次回波点按IDW插值生成的CHM0差值图像像元平均值分别为3.31、4.20、5.88 m;差值图像像元最大值分别为12.97、14.99、29.00 m,与样方实测树高及归一化点云高度最大值十分接近。通过CHM0、CHM及原始点云剖面对比分析、样方点云抽稀试验,及与平滑滤波算法对比分析,结果显示,该文算法能有效去除CHM凹坑,同时保留冠层边界及森林间隙,CHM能准确地表达森林冠层形态,且对不同森林类型具有普适性,对点云密度具有适应性,CHM凹坑去除效果优于中值滤波、均值滤波及高斯滤波等平滑滤波算法。去除凹坑的CHM有利于后续森林参数的提取,提高森林参数反演精度。
  • 【期刊】 利用物候差异与面向对象决策树提取油菜种植面积

    刊名:地球信息科学学报 作者:吴炳方 ; 李中元 ; 张淼 ; 邢强 ; 李名勇 ; 闫娜娜 关键词:面向对象 ; 决策树 ; 物候 ; 油菜 ; 种植面积 ; Sentinel-2 ; 江汉平原 机构:中国科学院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室 ; 中国科学院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室 ; 湖北大学资源环境学院 ; 区域开发与环境响应湖北省重点实验室 年份:2019
    摘要:及时、准确地获取农作物种植信息,对于农业生产管理和国家粮食安全有重要意义。目前越来越多的免费卫星数据可以用于作物分类及生理参数反演。Sentinel-2卫星于2015年6月发射,提供了13个光谱波段,具有较高的时间分辨率、空间分辨率和光谱分辨率,为不同作物特征区分以及大范围作物种植面积快速提取业务化运行的精度与效率提高带来了契机。随着Sentinel-2数据的免费下载,这就为大面积生产下一代区域或者国家尺度的高分辨率(10~30 m)农情遥感产品提供了可能。物候信息包含了作物随着季节不断变化的特征,利用如NDVI等时间序列植被指数找出不同作物的特征进而开展作物分类得到了广泛应用。本文以油菜为主要研究对象,以长江中下游地区的江汉平原为实验区,基于作物物候差异与面向对象决策树的方法,对Sentinel-2卫星影像用于油菜种植区提取的效果进行了评估与分析。首先利用作物不同生长时期各波段光谱信息以及归一化植被指数等信息的差异分析并找出油菜种植区提取的最佳时相,然后对影像进行多尺度分割,根据对象特征建立决策树逐一去除非植被、林地等干扰类型,进而提取出油菜种植区域。通过分析发现,基于Sentinel-2影像的图像分割可以有效生成不同作物类型的对象;油菜开花期的特征是其区分于其他作物的关键因素,利用该特征可以有效消除分类时其他地物类型对油菜的影响,提高作物分类信息提取的精度和效率。研究表明:在区分油菜的决策树分类特征信息中,贡献最大的是归一化植被指数(NDVI),近红外波段(NIR)和亮度(Brightness)信息。用162个油菜验证样本点计算混淆矩阵,油菜种植面积提取的总体分类精度为98%以上,Kappa系数为0.95。说明结合物候信息利用Sentinel-2数据进行大范围作物种植面积提取具有巨大潜力,可以提高大范围油菜种植区域快速提取的精度和效率。
  • 【期刊】 无人机影像的面向对象水稻种植面积快速提取

    刊名:地球信息科学学报 作者:吴炳方 ; 吴方明 ; 张淼 关键词:无人机影像 ; 水稻 ; 面向对象分割 ; 最近邻监督分类 ; 种植面积 机构:中国科学院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室 ; 中国科学院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室 年份:2019
    摘要:基于抽样技术的地面调查与遥感影像分类相结合的方法在大范围作物种植面积提取中得到广泛使用。无人机影像具有低成本、高时效、高分辨率的一系列优点,可以快速实现特定区域范围内的农情采样任务。本文以水稻样地为研究对象,采用便携式无人机Mavic Pro进行航拍。对所获取无人机影像进行预处理生成分辨率为3.95cm/pix的正射影像,采用面向对象的思想,目视评价和ESP工具相结合快速选择了最优分割尺度为300,应用了支持向量机、随机森林和最邻近监督分类方法对影像进行了地物分类和水稻面积快速提取。采用目视解译分类结果进行分类结果和面积精度评价,总体精度最高的方法为最邻近分类法,此时水稻分类用户精度为95%,面积一致性精度为99%。研究结果说明了无人机遥感和自动分类能够在平原水稻种植区快速获取样方内高分辨率影像并提取水稻种植面积,弥补了农田被遮挡时地面调查数据的缺失,为大范围水稻种植面积、产量等信息的计算提供样本和验证依据。
  • 【期刊】 Sentinel-2数据的冬小麦地上干生物量估算及评价

    刊名:遥感学报 作者:吴炳方 ; 郑阳 ; 张淼 关键词:冬小麦 ; 植被指数 ; 地上生物量 ; 红边波段 机构:中国科学院遥感与数字地球研究所数字地球重点实验室 ; 中国科学院遥感与数字地球研究所数字地球重点实验室 ; 中国科学院大学 ; 中国科学院遥感与数字地球研究所数字地球重点实验室 年份:2017
    摘要:作物生物量快速精确的监测对于农业资源的合理利用与农田的精准管理具有重要意义.近年来,遥感技术因其独特的优势已被广泛用于作物生物量的估算中.本文主要针对不同宽波段植被指数在冬小麦生物量(文中的生物量均是指地上干生物量)估算方面的表现进行探索.首先利用欧洲空间局最新的Sentinel-2A卫星数据提取出17种常见的植被指数,之后分别构建其与相应时期内采集的冬小麦地上生物量间的最优估算模型,通过分析两者间的相关性与敏感性,获取适宜进行生物量估算的指数.最后,绘制了研究区的生物量空间分布图.结果表明,所选的植被指数均与生物量显著相关.其中,红边叶绿素指数(CIre)与生物量的估算精度最高(决定性系数R2为0.83;均方根误差RMSE为180.29 g·m-2).虽然相关性较高,但部分指数,如归一化差值植被指数(NDVI)等在生物量较高时会出现饱和现象,从而导致生物量的低估.而加入红边波段的指数不仅能够延缓指数的饱和趋势,而且能够提高反演精度.此外,通过敏感性分析发现,归一化差值指数和比值指数分别在作物生长的早期和中后期对生物量的变化保持较高的敏感性.由于红边比值指数(SRre)和MERIS叶绿素敏感指数(MTCI)在冬小麦全生长季内一直对生物量的变化保持高灵敏性,二者是生物量估算中最为稳定的指数.
  • 【期刊】 耦合过程和景观格局的土壤侵蚀水环境影响评价

    刊名:应用生态学报 作者:吴炳方 ; 刘宇 ; 曾源 ; 张磊 关键词:景观格局 ; 土地覆被 ; 土壤侵蚀 ; 景观渗透指数 年份:2013
    摘要:将景观格局的作用纳入到土壤侵蚀的生态环境影响评估中,具有方法上的实用意义,可为水体泥沙源区识别、评价立地侵蚀对目标水体的泥沙输出风险和流域景观格局对土壤流失抑制潜力提供一种途径.本文将RUSLE模型作为模拟立地土壤侵蚀强度的工具,考虑植被覆盖和地形对泥沙输送的阻滞作用,从点(栅格)和子流域两个尺度,采用景观格局表征方法定量评估南水北调中线水源区土壤侵蚀对河流、水库的影响.在点(栅格)尺度提出土壤侵蚀影响强度(I)指标表征土壤侵蚀对水体的泥沙输出风险;在流域尺度利用反映流域景观格局留滞泥沙能力的渗透指数(LI)指示泥沙进入水体的风险.结果表明:耦合景观格局信息和侵蚀过程的指标能空间分布式地有效反映立地土壤侵蚀对水体泥沙输入的影响强度;LI与流域平均景观阻滞、平均植被覆盖度呈显著的指数关系,子流域输沙模数与LI呈显著的指数回归关系.说明基于土壤侵蚀过程表征景观格局、将景观格局信息与景观土壤保持功能结合起来的评价方法,可为土壤侵蚀风险评价提供新途径.
  • 【期刊】 应用面向对象的决策树模型提取橡胶林信息

    刊名:遥感学报 作者:吴炳方 ; 梁守真 ; 陈劲松 ; 陈工 关键词:橡胶 ; 多时相影像 ; 决策树 ; 面向对象 ; 陆表水分指数LSWI ; 归一化植被指数NDVI 机构:山东省农业科学院可持续发展研究所 ; 山东省农业科学院可持续发展研究所 ; 中国科学院深圳先进技术研究院 ; 中国科学院遥感与数字地球研究所 年份:2015
    摘要:橡胶林的无序和不合理种植引发了一系列的生态问题,快速监测橡胶林空间分布及动态变化,对橡胶的合理种植、区域生态环境保护以及有关部门的规划决策有重要的指导意义。以MODIS归一化植被指数NDVI时间序列数据和多时相的Landsat TM数据为基础分析橡胶林的季相和光谱特征,确定橡胶识别的关键时期和特征参数,构建面向对象的决策树分类模型,开展橡胶信息提取研究。结果表明,多时相的遥感数据可反映橡胶的季相特征,以TM数据为基础计算得到的陆表水分指数LSWI和归一化植被指数NDVI可作为橡胶识别的光谱特征参数,橡胶休眠期是利用遥感方法进行橡胶提取的最佳时期。相比于单时相数据,利用包含橡胶关键物候期的多时相遥感数据能得到更高的橡胶林提取精度。
  • 【期刊】 汶川地震灾后农田和森林植被恢复遥感监测

    刊名:遥感学报 作者:吴炳方 ; 赵旦 ; 张淼 ; 于名召 ; 曾源 关键词:汶川地震 ; 农林恢复 ; 机载高分辨率遥感影像 ; 目视解译 ; 变化检测 机构:中国科学院遥感与数字地球研究所数字地球重点实验室 ; 中国科学院遥感与数字地球研究所数字地球重点实验室 年份:2014
    摘要:2008年汶川8.0级特大地震对当地的生态系统造成了极大的破坏,为了评估5年来灾区农田和森林植被的恢复情况,利用逐年机载高分辨率遥感影像,结合星载遥感数据和地面调查数据,开展了灾区农林植被恢复状况监测。在农田恢复监测方面,结合2008年地震发生后以及2013年5月中旬的机载高分辨率遥感数据,采用目视解译的方式对汶川地震中受损农田的恢复状况进行监测与评估,同时利用GVG(GPS、Video和GIS)农情采样系统的作物种植成数调查结果,分析了灾后作物种植结构的变化。结果表明,灾区1592 ha受损农田,5年后仅有约17.5%得到了恢复和耕种使用。就耕地利用强度而言,重灾区耕地利用率较高,作物种植结构没有发生重大变化。在森林恢复状况监测方面,对典型区(岷江干旱河谷区和盆周山地区的3个重点区域)采用目视解译方式识别出森林变化,并结合大区域尺度规一化植被指数(NDVI)时间序列变化分析,对整个灾区的森林损毁和恢复情况做出评价。监测结果显示,汶川县、什邡市和绵竹市的森林植被恢复情况总体较好,但是一些坡度较大的损毁区、次生灾害频发区的森林尚未恢复,大区域尺度的统计结果显示,地震重灾区的46381 ha重度损毁森林植被和177025 ha中度损毁森林植被区域,完全恢复的区域占13.52%和25.84%,部分恢复的区域都占到50%。在自然恢复较为困难的区域,如汶川县中部和东北部、都江堰市北部、彭州市北部、什邡市北部、绵竹市北部、安县北部及北川县南部等,需要加强人工干预。遥感监测方法既适用于震后的农田和森林恢复状况动态监测,也适用于其他自然灾害发生时对灾区农田和森林植被破坏状况进行应急监测,具有实际应用价值和良好的发展前景。
  • 【期刊】 基于碳收支的中国土地覆被分类系统

    刊名:生态学报 作者:吴炳方 ; 张磊 ; 李晓松 ; 邢强 关键词:土地覆被 ; 分类系统 ; 生态系统 ; 碳收支 机构:中国科学院遥感与数字地球研究所 ; 中国科学院遥感与数字地球研究所 年份:2014
    摘要:生态系统的碳收支是影响全球变化的重要环节,而土地覆被变化改变了生态系统碳收支的现状、速率。提出了面向碳收支的中国土地覆被分类系统,服务于生态系统碳收支估算和国家生态环境监测。分类系统由一、二级土地覆被类型、三级土地覆被辅助特征构成。通过物质组成、结构、排列、季节特征等19个指标,将土地覆被划分38个二级类型,反映生态系统的碳储量现状。三级土地覆被辅助特征利用9个指标补充了二级土地覆被类型的属性。其中5个环境指标主要反映生态系统碳储备的潜力和强度,土地利用方式指标反映植被演替过程植被碳收支中的人为扰动影响,植被覆盖度、植被生育期、物种特征指标用于进一步细化植被类型。二级类型与三级特征为分层组织的土地覆被产品,有利于产品管理和应用。分类系统已应用到面向全国生态系统碳收支的30m格网的中国土地覆被制图中。