黃 敏

江西師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院,江西 南昌 330022

在城市化過(guò)程中,快速擴(kuò)張的不透水面已成為能夠直接表征城市的發(fā)展與繁榮程度的重要指標(biāo)。不透水面改變了城市生態(tài)系統(tǒng)中的水、土、氣、熱等物質(zhì)和能量的流通方式,改變了局部氣候與生態(tài)格局,引發(fā)了熱島、濕島、干島、雨島及渾濁島等城市“五島”效應(yīng),直接和間接地導(dǎo)致了城市內(nèi)澇、環(huán)境污染等城市生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題。論文以實(shí)現(xiàn)城市群高分辨率不透水面逐季度時(shí)空連續(xù)感知為研究目標(biāo),從不透水面的感(觀測(cè))與知(信息)在時(shí)空連續(xù)性方面相互推理的角度,提出了一套城市群高分辨率不透水面時(shí)空連續(xù)感知方法。所開(kāi)展的研究工作如下:

(1) 針對(duì)傳統(tǒng)方法對(duì)亞米級(jí)高分辨率衛(wèi)星影像依賴度高、需求量大的問(wèn)題,論文提出了一種地理空間分布特征驅(qū)動(dòng)的城市群亞米級(jí)不透水面感知方法。該方法將目前較為成熟的中等分辨率不透水面產(chǎn)品視作一種輔助感知資源,從中定量分析和發(fā)現(xiàn)了大范圍地理空間中不透水面存在低占比及高聚集特征,通過(guò)一種基于圖形學(xué)的目標(biāo)域縮減方法發(fā)現(xiàn)真正需要亞米級(jí)高分影像覆蓋的區(qū)域,并利用一種雙向影像過(guò)濾策略選擇必要的高分二號(hào)影像進(jìn)行不透水面感知。相比傳統(tǒng)方法,該方法在保證全域覆蓋度的情況下,顯著減少了對(duì)城市群高分衛(wèi)星影像的需求量,降低了不透水面感知結(jié)果中的縫隙率,減少了對(duì)高分影像數(shù)據(jù)依賴度,提高了大范圍亞米級(jí)高分辨率不透水面感知效率。

(2) 針對(duì)傳統(tǒng)方法受可用衛(wèi)星有效覆蓋不足的限制、亞米級(jí)不透水面感知縫隙多的問(wèn)題,論文提出了一種基于地圖瓦片多特征融合的亞米級(jí)不透水面感知方法。該方法將分辨率達(dá)亞米級(jí)的電子地圖瓦片數(shù)據(jù)作為一種補(bǔ)充性感知數(shù)據(jù)資源。然而地圖瓦片雖然空間分辨率高但光譜信息少,直接感知不透水面難度較大,因而設(shè)計(jì)了一個(gè)基于背景地表識(shí)別的不透水面間接感知概念計(jì)算模型,并通過(guò)集成影像分割、目標(biāo)檢測(cè)及形態(tài)指數(shù)等多種方法和特征進(jìn)行不透水面感知。試驗(yàn)分析表明,該方法具有訓(xùn)練樣本需求少、背景地表混淆程度低、感知精度高、內(nèi)置方法可擴(kuò)展等特點(diǎn),為填補(bǔ)可用衛(wèi)星有效覆蓋不足導(dǎo)致的區(qū)域亞米級(jí)不透水面感知縫隙,提供了一種有效的補(bǔ)充性感知手段。

(3) 針對(duì)現(xiàn)有不透水面季度感知空間分辨率低的問(wèn)題,論文提出了一種顧及分層加密控制的城市群不透水面季度感知方法,將Sentinel-1/2、夜間燈光、地形等多源數(shù)據(jù)作為感知資源,根據(jù)光學(xué)與非光學(xué)感知數(shù)據(jù)的有效覆蓋特點(diǎn),在光學(xué)數(shù)據(jù)有效覆蓋不足時(shí)使用非光學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行不透水面感知。然而僅使用非光學(xué)數(shù)據(jù)感知不透水面有精度相對(duì)較低的缺陷,因而設(shè)計(jì)了一種分層加密控制的不透水面季度感知質(zhì)量改善策略,通過(guò)多層局部時(shí)間過(guò)濾,利用高感知精度的不透水面結(jié)果改善低感知精度的不透水面結(jié)果,使城市群不透水面季度時(shí)間序列中每個(gè)季度不透水面結(jié)果的精度都得到了提升,為發(fā)現(xiàn)城市群不透水面季度變化區(qū)域提供可靠的信息基礎(chǔ)。在季度變化時(shí)相的城市群亞米級(jí)高分辨率不透水面感知中,僅需要對(duì)發(fā)現(xiàn)的季度變化區(qū)域,結(jié)合使用亞米級(jí)高分衛(wèi)星影像與地圖瓦片數(shù)據(jù),感知城市群季度變化區(qū)域的亞米級(jí)高分辨率不透水面信息。

(4) 論文以武漢城市圈為典型研究區(qū)域,通過(guò)整合所提的地理空間分布特征驅(qū)動(dòng)的城市群亞米級(jí)不透水面感知方法、基于地圖瓦片多特征融合的亞米級(jí)不透水面感知方法,以及顧及分層加密控制的城市群不透水面季度感知方法,構(gòu)建了城市群亞米級(jí)高分辨率不透水面逐季度時(shí)空連續(xù)感知方案,進(jìn)行了武漢城市圈2019年逐季度高分辨率不透水面時(shí)空連續(xù)感知試驗(yàn)。