全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 22 期摇 摇 2012 年 11 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
CO2 浓度和温度升高对噬藻体 PP 增殖的联合作用 牛晓莹,程摇 凯,荣茜茜,等 (6917)………………………
1956—2009 年内蒙古苏尼特左旗荒漠草原的降水格局 陈摇 军,王玉辉 (6925)………………………………
两个污水处理系统的能值与经济综合分析 李摇 敏,张小洪,李远伟,等 (6936)…………………………………
退化草地阿尔泰针茅种群个体空间格局及关联性 赵成章,任摇 珩 (6946)………………………………………
地表覆盖栽培对雷竹林凋落物养分及其化学计量特征的影响 刘亚迪,范少辉,蔡春菊,等 (6955)……………
福州酸雨区次生林中台湾相思与银合欢叶片的 12 种元素含量 郝兴华,洪摇 伟,吴承祯,等 (6964)…………
“雨花露冶水蜜桃主要害虫与其捕食性天敌的关系 柯摇 磊,施晓丽,邹运鼎,等 (6972)………………………
大兴安岭林区 10 小时时滞可燃物湿度的模拟 胡天宇,周广胜,贾丙瑞 (6984)…………………………………
陕北风沙区不同植被覆盖下的土壤养分特征 李文斌,李新平 (6991)……………………………………………
南方型杨树人工林土壤呼吸及其组分分析 唐罗忠,葛晓敏,吴摇 麟,等 (7000)…………………………………
黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系 鱼腾飞,冯摇 起,刘摇 蔚,等 (7009)……………
树木胸径大小对树干液流变化格局的偏度和时滞效应 梅婷婷,赵摇 平,倪广艳,等 (7018)……………………
外来植物紫茎泽兰入侵对土壤理化性质及丛枝菌根真菌(AMF)群落的影响
于文清,刘万学,桂富荣,等 (7027)
…………………………………
……………………………………………………………………………
基于 Landsat TM的热带精细地物信息提取的模型与方法———以海南岛为例
王树东,张立福,陈小平,等 (7036)
…………………………………
……………………………………………………………………………
雪被去除对川西高山冷杉林冬季土壤水解酶活性的影响 杨玉莲,吴福忠,杨万勤,等 (7045)…………………
不同土壤水分处理对水稻光合特性及产量的影响 王唯逍,刘小军,田永超,等 (7053)…………………………
木蹄层孔菌不同居群间生长特性、木质素降解酶与 SRAP 标记遗传多样性
曹摇 宇,徐摇 晔,王秋玉 (7061)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
加拿大一枝黄花入侵对土壤动物群落结构的影响 陈摇 雯,李摇 涛,郑荣泉,等 (7072)…………………………
间作对玉米品质、产量及土壤微生物数量和酶活性的影响 张向前,黄国勤,卞新民,等 (7082)………………
接种 AM真菌对玉米和油菜种间竞争及土壤无机磷组分的影响 张宇亭,朱摇 敏,线岩相洼,等 (7091)………
大亚湾冬季不同粒级浮游生物的氮稳定同位素特征及其与生物量的关系
柯志新,黄良民,徐摇 军,等 (7102)
………………………………………
……………………………………………………………………………
太湖水华期间有毒和无毒微囊藻种群丰度的动态变化 李大命,叶琳琳,于摇 洋,等 (7109)……………………
锌胁迫对小球藻抗氧化酶和类金属硫蛋白的影响 杨摇 洪,黄志勇 (7117)………………………………………
基于国家生态足迹账户计算方法的福建省生态足迹研究 邱寿丰,朱摇 远 (7124)………………………………
能源活动 CO2 排放不同核算方法比较和减排策略选择 杨喜爱,崔胜辉,林剑艺,等 (7135)…………………
基于生境等价分析法的胶州湾围填海造地生态损害评估 李京梅刘铁鹰 (7146)………………………………
县级生态资产价值评估———以河北丰宁县为例 王红岩,高志海,李增元,等 (7156)……………………………
专论与综述
丛枝菌根提高宿主植物抗旱性分子机制研究进展 李摇 涛,杜摇 娟,郝志鹏,等 (7169)…………………………
城市土壤碳循环与碳固持研究综述 罗上华,毛齐正,马克明,等 (7177)…………………………………………
基于遥感的光合有效辐射吸收比率(FPAR)估算方法综述 董泰锋,蒙继华,吴炳方 (7190)…………………
光衰减及其相关环境因子对沉水植物生长影响研究进展 吴明丽,李叙勇 (7202)………………………………
浮游动物化学计量学稳态性特征研究进展 苏摇 强 (7213)………………………………………………………
研究简报
2010 年两个航次獐子岛海域浮游纤毛虫丰度和生物量 于摇 莹,张武昌,张光涛,等 (7220)…………………
基于熵值法的我国野生动物资源可持续发展研究 杨锡涛,周学红,张摇 伟 (7230)……………………………
残落物添加对农林复合系统土壤有机碳矿化和土壤微生物量的影响 王意锟,方升佐,田摇 野,等 (7239)……
人工湿地不同季节与单元之间根际微生物多样性 陈永华,吴晓芙,张珍妮,等 (7247)…………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*338*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄11
封面图说: 水杉农田防护林中的小麦熟了———水杉曾广泛分布于北半球,第四纪冰期以后,水杉属的其他种类全部灭绝,水杉
却在中国川、鄂、湘边境地带得以幸存,成为旷世奇珍,野生的水杉是国家一级保护植物。 由于水杉耐水,适应力强,
生长极为迅速,其树干通直挺拔,高大秀颀,树冠呈圆锥形,姿态优美,自发现后被人们在中国南方广泛种植,不仅成
为了湖边、道路两旁的绿化观赏植物,更成为了农田防护林的重要树种。 此图中整齐划一的水杉防护林像忠实的哨
兵一样,为苏北农村即将成熟的麦田站岗。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 22 期
2012 年 11 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 22
Nov. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家高新技术研究发展专项经费资助(2012AA12A309);国家自然科学基金(61074132);中国地质调查局地质调查工作项目
(1212011120077)
收稿日期:2011鄄10鄄10; 摇 摇 修订日期:2012鄄02鄄22
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: zyouyang@ rcees. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201110101487
王树东, 张立福, 陈小平, 欧阳志云.基于 Landsat TM 的热带精细地物信息提取的模型与方法———以海南岛为例. 生态学报,2012,32(22):
7036鄄7044.
Wang S D, Zhang L F, Chen X P, Ouyang Z Y. Models and methods for information extraction of complex ground objects based on LandSat TM images of
Hainan Island, China. Acta Ecologica Sinica,2012,32(22):7036鄄7044.
基于 Landsat TM的热带精细地物信息
提取的模型与方法
———以海南岛为例
王树东1,2, 张立福1, 陈小平1,3, 欧阳志云2,*
(1. 遥感科学国家重点实验室,中国科学院遥感应用研究所 北京 100101;
2. 城市与区域生态国家重点实验室, 中国科学院生态环境研究中心, 北京摇 100085; 3. 中国科学院研究生院, 北京摇 100049)
摘要:应用遥感技术进行精细地物信息提取是研究生态系统结构、过程和功能的重要手段之一。 由于热带地区生态系统复杂,
为精细地物信息提取带来很大的不确定性,极易产生“同物异谱冶、“同谱异物冶的现象。 研究以地处热带地区的海南岛精细地
物遥感信息提取为例,在综合分析典型地物光谱特征、空间分布、斑块形状等基础上,构建和优化了水陆指数 WLI(Water and
Land differing Index)、乔灌草指数 GSI(Grass and Shrub differing Index)、旱地鄄沙地指数 SSI(Field and Sand differing Index),并结
合新型通用植被指数 VIUPD(Vegetation Index of the Universal Pattern Decomposition Method)及 DEM(Digital Elevation Model)等多
源数据,提出基于决策树的面向对象遥感信息提取方法。 该方法首先确定要提取的对象,明确对象类别与对象隶属关系,然后
逐层逐项的提取天然林、橡胶林、浆纸林等地物信息。 结果表明,综合提取的精度达 88% ,相比传统的监督分类方法精度
(66% )提高 22 个百分点,精度明显提高。
关键词:复杂生态系统; 海南岛; 面向对象鄄决策树; 遥感信息模型
Models and methods for information extraction of complex ground objects based
on LandSat TM images of Hainan Island, China
WANG Shudong1,2, ZHANG Lifu1, CHEN Xiaoping1,3, OUYANG Zhiyun2,*
1 State Key Laboratory of Remote Sensing Science, Institute of Remote Sensing Applications of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
2 State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology,Research Center for Eco鄄Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China
3 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: The service functions of different ecosystems vary widely and include water conservation, soil and water
conservation, and the maintenance of biological diversity. Feature extraction from images obtained from remote sensing
technology is an important method used to study the structures, processes and functions of ecosystems. Tropical evergreen
ecosystems are very complex because different surface features can share the same spectra, or similar surface features can
produce different spectra, making information extraction difficult. Current methods used for information extraction have
some problems including the lack of application of spatial information and multi鄄scale image segmentation, the lack of an
effective model to extract homogeneous plaque, and the lack of multi鄄source data support. To address these problems we
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carried out this study using Landsat TM data. Information on complex ground features on Hainan Island, China, was
extracted after comprehensive analysis of spectral characteristics, spatial distribution, patch shape and other characteristics
of typical ground objects. We developed an information extraction method based on the decision tree model, and a set of
remote sensing information extraction models. These extraction models included the land and water index WLI (Water and
Land differing Index), the bushes and grass index GSI (Grass and Shrub differing Index), the dry field and sand index SSI
(Field and Sand differing Index), a new vegetation index VIUPD ( Vegetation Index based on the Universal Pattern
Decomposition method), and the DEM (Digital Elevation Model) . According to the classes and interrelationship of target
objects, first we established flow charts and processes for sophisticated object鄄based information extraction based on the
decision tree. At the same time, we identified and extracted the information on surface features, taking prior knowledge of
the spatial distribution and texture characteristics of ground features into account, and utilized multi鄄source data (DEM,
planning maps and other auxiliary data) . Depending on the node order, first we separated areas of water and land. We then
separated areas with buildings without vegetation coverage from areas with no buildings, and finally, using the VIUPD
method, the DEM and the GSI, nine different surface features including natural forest, rubber trees, pulp and paper forest,
paddy field, dry land, orchards, and sand, were classified. We evaluated the precision of the classification by comparing
results with high resolution remote sensing images obtained by Quick Bird and SPOT, and 300 GPS positioned points
confirmed by local technical staff. The accuracy of our method was 88% , compared with traditional supervised and non鄄
supervised classification methods that have a maximum accuracy of 66% . The accuracy was therefore significantly
improved. Based on the results of this study we concluded that the WLI, the GSI, the SSI, and the VIUPD method we
developed performed well in the information extraction of complex features on Hainan Island. The decision tree鄄based
object鄄oriented information extraction model combined with the above models was applicable and effective in the
classification of complex surface features in a tropical evergreen ecosystem when the information extraction model was
tailored for tropical areas. After validation, the accuracy of feature extraction was greatly improved compared with traditional
classification methods. The thresholds and parameters of the model can be adjusted for different ecosystems; therefore, this
method is a valuable and widely applicable new tool for information extraction.
Key Words: complex ecosystem; Hainan Island; object鄄oriented decision tree; remote sensing information extraction model
and method
不同生态系统及格局在水源涵养、水土保持、生物多样性维持等服务功能方面差异很大。 基于遥感技术
的精细地物提取是研究生态系统过程和功能的重要手段,即遥感信息成为研究生态系统结构、过程和功能不
可替代的数据源[1鄄2]。 光谱分析是地物识别的基础[3鄄5],常见的各种植被指数、分类方法等大都基于光谱分析
得到的[6鄄9]。 但是,对于热带地区下垫面精细地物提取(如浆纸林、橡胶林和天然林),由于生态系统复杂,四
季常绿,极易产生“同物异谱冶、“同谱异物冶的现象,给遥感解译带来不确定性[10]。 综合国内外相关研究认
为,目前热带精细地物信息提取的问题中,跟以下几点有关:(1)缺少考虑像元间的相关性,空间信息利用
少[11];(2)缺少对影像的多尺度分割,不能将同质斑块作为对象研究[12];(3)难以确定针对每种同质斑块提
取的有效模型[13];(4)缺乏多源辅助数据支撑[14]。 为此,很多热带地区精细地物遥感信息提取主要采用人机
交互解译的方法。
遥感信息模型和面向对象的决策树信息提取方法是解决热带地区精细地物提取的重要途径。 这是因为
面向对象的方法充分考虑像元间的相关性,即综合考虑对象的形状、纹理和光谱信息,然后确定合理的分割参
数,建立分类知识库,而决策树的方法主要包括决策树学习和决策树分类两个过程,决策树学习过程是通过对
训练样本进行归纳生成决策形式表示的分类规则的机器学习过程。 基于面向对象的决策树分类方法目前已
经在不同领域得到有效应用[8鄄11]。
7307摇 22 期 摇 摇 摇 王树东摇 等:基于 Landsat TM的热带精细地物信息提取的模型与方法———以海南岛为例 摇
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本研究以地处热带的海南岛为例,结合海南岛下垫面特征,构建和优化遥感信息模型,并结合新型的基于
通用光谱模式分解算法(UPDM,Universal Pattern Decomposition Method)的植被指数 VIUPD[15]等遥感模型和
DEM等辅助数据,提出基于决策树规则的面向对象信息提取方法,对典型精细地物信息进行提取研究。
1摇 研究区概况
海南岛作为我国唯一的热带海岛省份,具有独特的生态地理特征,拥有丰富的生物资源,在全国乃至全球
生物多样性保护具有重要的地位和作用[7]。 海南岛面积为 3. 4 万 km2,属于海洋性热带季风气候,全年温暖
湿润,年均温度为 22—26 益之间;地形四周低平,中间高耸,以五指山、鹦歌岭为隆起核心,向外围逐级下降,
由山地、丘陵、台地、平原构成环形层状地貌梯级结构明显;自然植被主要分布在中部山区,包括热带季雨林、
热带雨林、常绿阔叶林、红树林、针叶林、灌丛和草原等;人工林主要分布在山地四周的台地,包括木麻黄、桉
树、橡胶、果园等经济林,农作物主要分布在平原,包括水稻、甘蔗、番薯、木薯和蔬菜等。 目前,大规模区域开
发和资源过度利用已使海南岛生态格局发生了明显的变化,土地利用模式的演变打破了区域自然生态系统的
演变过程,改变了区域生态系统的结构和功能[7]。
2摇 模型与方法
本研究在光谱特征分析的基础上,分别构建和优选水体、水田、红树林等与 “水冶有关模型,裸地、沙地
(滩地)等非植被模型,城镇、工厂等建筑区模型和橡胶林、浆纸林、天然林等高植被覆盖区模型。 在上述模型
的基础上,提出基于决策树的面向对象遥感信息提取方法,该方法首先确定要提取的对象、明确对象类别与对
象隶属关系,然后逐层逐项的提取热带典型精细地物信息。
2. 1摇 热带精细地物的光谱与遥感信息模型分析
基于不同的地物类型的光谱敏感性分析,采用敏感波段分析方法、植被指数分析方法、重构波段组合分析
等方法。 针对需要,对模型与方法进行比较和筛选。 本文中,构建和优化了 WLI、GSI 等四种信息模型。 同
时,优选和确定了通用光谱模式分解算法的植被指数 VIUPD[14]。
2. 1. 1摇 水陆的光谱分析与模型的构建
(1)光谱分析
对比“水冶(包括水体、水田和红树林)、“陆冶植被光谱发现(图 1):水体的光谱特点是整体反射率比较低,
并且从 1—6波段(中的“6冶波段为 TM第 7 波段)呈依次降低的趋势;水田的光谱总体呈下降的趋势,但在第
4 波段,有一个反射峰,即植被的近红外高反射区,与水体相比在第 5、6 波段的反射率要高;红树林在第 3,4
波段对比明显,并且在第 4,5 波段有明显降低的趋势。 相比“水冶的光谱,“陆冶的光谱反射率高,土壤、建筑、
居民点等波段 1—5呈增加的趋势;对于陆地植被覆盖的区域,光谱在第 4 波段有明显反射峰,其它波段光谱
也明显高于水田和水体。
(2)模型的选择与构建
根据上述光谱分析中水陆地物之间的光谱差异,改进 MNDWI[16],得到水陆指数模型:
WLI=(R2-R5+L) / (R2+R5)
式中,R2、R5 分别为第 2 和第 5 波段的反射率,L为调节系数。
2. 1. 2摇 植被与非植被的光谱与模型分析
(1)光谱分析
“陆冶相关地物可以分为植被和非植被,其中非植被包括沙地、旱地(12 月旱地覆盖作物少,可以认为是无
植被区,对于菜地等区域,可以综合识别)。 陆地植被区的光谱最大特点是在第 4 波段有不同的反射峰,在第
3 波段有不同“深度冶的吸收谷。 非植被区相比之下则在第 3 和 4 波段没有明显的反射峰和吸收谷。 沙地和
旱地最大的区别在于沙地整体反射率,尤其在第 5、6 波段反射率较旱地高。
(2)模型的选择与构建
根据两种地物光谱在第 2、3、4、5、6 波段的差异,提出沙地、旱地区分模型 SSI:
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图 1摇 海南岛典型地物光谱特征
Fig. 1摇 Spectral characteristics of typical surface features in hainan island
SSI =R2+R3+R4+R5+R6
式中, R2、R3、R4、R5、R6 分别为 TM的第 2、3、4、5、7 波段反射率。
2. 1. 3摇 建筑与非建筑区的光谱与模型分析
(1)光谱分析
有建筑区主要包括城镇、农村居民点、厂矿等建筑区域,光谱的第 3 和 4 波段差别较小,第 5 波段与 4 波
段差别不明显。 对于厂矿,由于建筑密集,植被覆盖度低,波段 1—5反射率整体呈增加的趋势。
(2)模型的选择与构建
综合考虑植被指数和地物覆盖特征。
2. 1. 4摇 高覆盖与低覆盖植被区的光谱与模型分析
(1)光谱分析
高覆盖的植被区包括天然林、经济林(橡胶林、浆纸林等)等植被类型;低覆盖包括草地、灌丛、果园等植
被类型。 对比这两种植被区发现,高覆盖植被区在第 3,4 波段对比明显;低覆盖区的灌草地在波段 4 和 5 差
别明显。
(2)模型的选择与构建
除考虑采用植被指数外,根据光谱特征构建草地、灌丛识别模型 GSI:
GSI =(R5-R4) / (R5+R4)
式中,R5 与 R4 分别为第 4,5 波段的反射率。
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2. 2摇 基于决策树规则的面向对象信息提取方法
本研究采用基于决策树规则的面向对象的分类方法,按照节点将决策树分成 6 层(图 2)。 节点层 0,为总
节点;节点层 1,应用 WLI 模型通过阈值设定提取水体,分离“水、陆冶相关地物;节点层 2,应用植被指数
VIUPD和 WLI提取红树林、水田、水体;节点层 2,应用植被指数 VIUPD分离植被和非植被区;节点层 3,对于
非植被区,应用 SSI模型提取旱地和沙地 /滩地;节点层 3,对于植被区域,结合植被指数 VIUPD,分离有无建
筑的区域;节点层 4,高覆盖植被区的植被信息提取方法为:通过 VIUPD 和 GIS 数据可以提取浆纸林,模型
GSI结合纹理信息和 DEM数据得到橡胶林信息,VIUPD指数结合 DEM 数据可以提取天然林;节点层 4,低覆
盖植被区通过植被指数 VIUPD结合 GSI模型和 DEM对灌草和果园信息进行提取。
本研究中,面向对象的信息提取平台为易康软件(eCognition),关于模型阈值的设定,由于数据获取时间、
大气状况、太阳高度角等不同,所以阈值的设定需要视数据获取的具体条件而定。 综合纹理、形状、分布特征、
DEM和规划图,再对细节信息进行修正。
图 2摇 基于决策树规则的面向对象信息提取
Fig. 2摇 Object鄄oriented information extraction based on decision tree
3摇 结果分析与讨论
在深入揭示不同的生态系统在遥感影像上的纹理、形状、光谱、空间分布特征的基础上,应用 Landsat TM
遥感影像,结合上述的模型和方法,进行典型地物类别的划分,确定信息提取顺序。
3. 1摇 热带精细地物信息提取
基于面向对象和决策树的分类方法,构建和优选遥感信息模型,对地物信息进行综合提取。
(1)“水、陆冶区域相关地物及水相关地物信息提取
通过WLI模型计算图 3可知,水体、红树林、养殖区(水产)高于其他陆地相关地物,其中水的值高于其他地物;
VIUPD值对比可知,红树林的 VIUPD值整体上高于水田的值,说明WLI和 VIUPD能够有效提取水相关的地物。
(2)非植被区与有建筑区信息提取
通过 VIUPD值对比发现,沙地、工厂、城镇、旱地的数值要明显低于其他地物。 由于工厂、城镇等从空间
上容易识别,所以根据空间分布对其进行提取。 再结合 SSI 模型,有效分离了沙地 /滩地和旱地,分离了植被
与非植被区地物。
(3)高覆盖植被信息提取
通过对植被指数 VIUPD的分析可得到浆纸林的信息。 天然林和橡胶林的 GSI 值小于 0,再结合 VIUPD,
综合利用 DEM得到的地形地势信息对余下两种高覆盖植被(天然林和橡胶林)进行信息提取(天然林主要分
布在中部山区,而橡胶林主要在台地)。
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图 3摇 海南岛不同地物计算值对比
Fig. 3摇 Comparisons of model values of different surface features
(4)低覆盖植被信息提取
灌草和果园的 GSI值都大于 0,灌草主要分布在山地。 所以,结合 DEM再利用 VIUPD和 GSI(图 3),可以
得到灌草空间分布,余下为果园。
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3. 2摇 热带精细地物提取结果精度分析
基于上述构建的模型和信息提取方法,通过多种手段综合运用,得到海南岛生态系统分布图,经与 Quick
Bird、SPOT高分辨率遥感影像及当地技术人员确认比对和现场 GPS 定位 300 个点分析,其综合精度达到
88%以上(表 1),相比传统的监督和非监督分类方法提取精度(66% )提高 22 个百分点,精度明显提高,基本
满足应用需求(图 4,图 5)。
图 4摇 提取效果分析
Fig. 4摇 Information extraction analysis
3. 3摇 结论与展望
本研究以海南岛为例,结合光谱、纹理及 DEM等相关数据,研究热带地区精细地物信息提取,并得到以下
结论:
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表 1摇 不同的信息提取精度比较
Table 1摇 Information extraction precision
分类方法
Classification method
水体
Water
水田
Paddy
field
沙地
Sand
旱地
Dry land
果园
Orchard
灌草
Grass
浆纸林
Pulp and
paper
forest
橡胶林
Rubber
trees
天然林
Natural
forest
总精度
Total
precision
监督 最小距离 / % 91 61 63 52 65 60 50 52 67 63
Supervised 最大似然 / % 88 63 82 65 71 41 53 58 71 66
非监督 Isodata / % 79 61 58 53 53 67 46 55 63 58
Unsupervised K鄄Means / % 85 51 61 66 58 64 51 49 69 62
本信息提取方法 / %
Information extraction
method in this paper
96 88 87 84 88 86 91 89 84 88
最小精度差 / %
Minimum deviation 5 23 9 17 13 14 38 31 21 22
图 5摇 海南岛精细地物分类图
Fig. 5摇 Classification of sophisticated surface features in hainan island
(1)构建水陆指数(WLI)、乔灌草指数(GSI)、旱地鄄沙地指数(SSI),优选了 VIUPD 等信息提取模型在精
细地物提取具有很好的适用性;
(2)提出基于决策树鄄面向对象的信息提取方法,结合上述模型,对地物信息层层提取,将复杂、精细的地
物逐层提取,方案合理可行;
(3)基于上述的模型和方法,获得基于热带地区精细地物整套提取方法,经过在海南岛实际验证结果表
明,信息提取相比传统的方法精度有了大幅度提高,同时也证明该方法可行。
综合以上,本研究具有针对性强,可操作性强等特点;提到的各种模型与方法具有简单,明确,易于理解和
分析特点;这些模型和方法是基于光谱和热带生态系统综合特征得到的,具有可推广性,为热带精细地物信息
提取提供借鉴。
但是,由于覆盖海南岛的影像并不是同一时相,所以不同模型阈值设定需要根据具体情况而定,很难同时
确定,这就需要解译人员视具体情况,并结合多源辅助数据综合判定地物类别。 所以,该模型和方法需要使用
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者具有一定的应用经验和专业水平。 另外,该方法和模型是针对 3—9月份以外时间获取的影像上提出的,为
此,对于其他时间获得的遥感数据,需要考虑上述模型的适用性。
致谢: 在遥感数据处理和精细地物分类实地结果验证过程中得到海南省环科院工程师张翠平、刘贤祠、关学
兵及中国科学院生态环境研究中心肖燚、徐卫华老师及张路同学的帮助,特此致谢。
References:
[ 1 ]摇 Lin M Z, Zhang Y L. Dynamic change of tropical forest in Hainan I sland. Geographical Research, 2001, 20(6): 703鄄712.
[ 2 ] 摇 Zhuang C W, Ouyang Z Y, Xu W H, Bai Y. Landscape dynamics of Baiyangdian Lake from 1974 to 2007. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(3):
0839鄄0848.
[ 3 ] 摇 Anys H, Bonn F, Merzouk A. Remote sensing and GIS based mapping and modeling of water erosion and sediment yield in a semi鄄arid watershed of
Morocco. Geocarto International, 1994, 9(1): 31鄄40.
[ 4 ] 摇 Fried M A. Relationships among remotely sensed data, surface energy balance, and area鄄averaged fluxes over partially vegetated land surfaces.
Journal Applied Meteorology, 1996, 35(11): 2091鄄2103.
[ 5 ] 摇 Ling M H,Liu Z S. Analysis of recognizing land cover of a watershed with multispectral remote sensor of data. Geographical Research, 1982, 1
(2): 39鄄50.
[ 6 ] 摇 Adams J B, Smith M O, Johnsen P E. Spectral mixture modeling: a new analysis of rock and soil types at the Viking Lander 1 site. Journal of
Geophysical Research, 1986, 91(B8): 8098鄄8112.
[ 7 ] 摇 Wang S D. Ecosystem patterns and service changes of Hainan Island,China. Beijing: Research Center for Eco鄄Environmental Sciences, Chinese
Academy of Sciences, 2011.
[ 8 ] 摇 Melver D K, Friedl M A. Estimating pixel鄄scale land cover classification confidence using nonparametric machine learning methods. IEEE
Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2001, 39(9): 1959鄄1968.
[ 9 ] 摇 Melver D K, Friedl M A. Using prior probabilities in decision鄄tree classification of remotely sensed data. Remote Sensing of Environment, 2002,
81(2 / 3): 253鄄261.
[10] 摇 Quinlan J R. Induction of decision trees. Machine Learning, 1986, 62(1): 81鄄106.
[11] 摇 Leray P, Fraccois O. BNT Structure Learning Package: Documentation and Experiments. Technical Report. Laboratoire PSI鄄INSA Rouen鄄PRE
CNRS 2645, 2004.
[12] 摇 Zhao Y S. Remote sensing application analysis principle and method. Beijing: Science Press, 2003: 25鄄26.
[13] 摇 Campbell J B. Introduction to Remote Sensing. New York: the Guilford Press, 1987: 3鄄7.
[14] 摇 Yun Zhang. Optimisation of building detection in satellite images by combining multispectral classification and texture filtering. ISPRS Journal of
Photo Grammetry and Remote Sensing, 1999, 54(1): 50鄄60.
[15] 摇 Zhang L F, Furumi S, Murumatsu K, Fujiwara N, Daigo M, Zhang L P. A new vegetation index based on the universal pattern decomposition
method. International Journal of Remote Sensing, 2007, 28(1): 107鄄124.
[16] 摇 Xu H Q. A study on information Extraction of water body with the modified normalized difference water index (MNDWI). Journal of Remote
Sensing,, 2005, 9(5):589鄄595.
参考文献:
[ 1 ]摇 林媚珍, 张镱锂. 海南岛热带天然林动态变化. 地理研究, 2001, 20(6): 703鄄712.
[ 2 ] 摇 庄长伟,欧阳志云,徐卫华,白杨.近 33 年白洋淀景观动态变化.生态学报. 2011,31(3): 0839鄄0848
[ 5 ]摇 凌美华, 刘振声. 流域地物识别的多谱段遥感数据分析. 地理研究, 1982, 1(2): 39鄄50.
[ 7 ] 摇 王树东. 海南岛生态系统格局与服务功能演变特征研究[D]. 北京: 中国科学院生态环境研究中心, 2011.
[12] 摇 赵英时. 遥感应用分析原理与方法. 北京: 科学出版社, 2003: 25鄄26.
[16] 摇 徐涵秋. 利用改进的归一化差异水体指数(MNDWI)提取水体信息研究. 遥感学报. 2005, 9(5): 589鄄595.
4407 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 22 November,2012(Semimonthly)
CONTENTS
The combined effects of elevated CO2 and elevated temperature on proliferation of cyanophage PP
NIU Xiaoying,CHENG Kai,RONG Qianqian,et al (6917)
……………………………………
…………………………………………………………………………
Precipitation pattern of desert steppe in Inner Mongolia, Sunite Left Banner: 1956—2009 CHEN Jun, WANG Yuhui (6925)………
Emergy and economic evaluations of two sewage treatment systems LI Min, ZHANG Xiaohong, LI Yuanwei, et al (6936)…………
Individual spatial pattern and spatial association of Stipa krylovii population in Alpine Degraded Grassland
ZHAO Chengzhang, REN Heng (6946)
……………………………
……………………………………………………………………………………………
Litter characteristics of nutrient and stoichiometry for Phyllostachys praecox over soil鄄surface mulching
LIU Yadi, FAN Shaohui, CAI Chunju, et al (6955)
………………………………
………………………………………………………………………………
Characteristics of leaf element concentrations of twelve nutrients in Acacia confusa and Leucaena glauca in secondary forests of
acid rain region in Fuzhou HAO Xinghua, HONG Wei, WU Chengzhen,et al (6964)……………………………………………
Relationships between main insect pests and their predatory natural enemies in “Yuhualu冶 juicy peach orchard
KE Lei, SHI Xiaoli, ZOU Yunding, et al (6972)
………………………
…………………………………………………………………………………
Simulating 10鄄hour time鄄lag fuel moisture in Daxinganling HU Tianyu, ZHOU Guangsheng,JIA Bingrui (6984)………………………
Soil nutrient characteristics under different vegetations in the windy and sandy region of northern Shaanxi
LI Wenbin, LI Xinping (6991)
……………………………
………………………………………………………………………………………………………
Partitioning of autotrophic and heterotrophic soil respiration in southern type poplar plantations
TANG Luozhong, GE Xiaomin, WU Lin, et al (7000)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Soil water and salinity in response to water deliveries and the relationship with plant growth at the lower reaches of Heihe River,
Northwestern China YU Tengfei, FENG Qi, LIU Wei,et al (7009)………………………………………………………………
Effect of stem diameter at breast height on skewness of sap flow pattern and time lag
MEI Tingting, ZHAO Ping, NI Guangyan, et al (7018)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………
Invasion of exotic Ageratina adenophora Sprengel. alters soil physical and chemical characteristics and arbuscular mycorrhizal
fungus community YU Wenqing, LIU Wanxue, GUI Furong, et al (7027)………………………………………………………
Models and methods for information extraction of complex ground objects based on LandSat TM images of Hainan Island, China
WANG Shudong, ZHANG Lifu, CHEN Xiaoping, et al (7036)
……
……………………………………………………………………
Effects of snow pack removal on soil hydrolase enzyme activities in an alpine Abies faxoniana forest of western Sichuan
YANG Yulian, WU Fuzhong, YANG Wanqin, et al (7045)
………………
………………………………………………………………………
Effects of different soil water treatments on photosynthetic characteristics and grain yield in rice
WANG Weixiao, LIU Xiaojun, TIAN Yongchao, et al (7053)
………………………………………
……………………………………………………………………
Growth characteristics, lignin degradation enzyme and genetic diversity of Fomes fomentarius by SRAP marker among populations
CAO Yu, XU Ye, WANG Qiuyu (7061)
…
……………………………………………………………………………………………
Effects of the invasion by Solidago canadensis L. on the community structure of soil animals
CHEN Wen, LI Tao, ZHENG Rongquan, et al (7072)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of intercropping on quality and yield of maize grain, microorganism quantity, and enzyme activities in soils
ZHANG Xiangqian,HUANG Guoqin, BIAN Xinmin, et al (7082)
…………………
…………………………………………………………………
Influence of mycorrhizal inoculation on competition between plant species and inorganic phosphate forms
ZHANG Yuting, ZHU Min, XIAN Yanxiangwa, et al (7091)
……………………………
………………………………………………………………………
The stable nitrogen isotope of size鄄fractioned plankton and its relationship with biomass during winter in Daya Bay
KE Zhixin, HUNG Liangmin, XU Jun, et al (7102)
…………………
………………………………………………………………………………
Dynamics of toxic and non鄄toxic Microcystis spp. during bloom in the large shallow hypereutrophic Lake Taihu
LI Daming, YE Linlin,YU Yang, et al (7109)
………………………
……………………………………………………………………………………
Activities of antioxidant enzymes and Zn鄄MT鄄like proteins induced in Chlorella vulgaris exposed to Zn2+
YANG Hong, HUANG Zhiyong (7117)
………………………………
………………………………………………………………………………………………
Ecological footprint in fujian based on calculation methodology for the national footprint accounts
QIU Shoufeng, ZHU Yuan (7124)
……………………………………
…………………………………………………………………………………………………
The comparison of CO2 emission accounting methods for energy use and mitigation strategy: a case study of China
YANG Xiai, CUI Shenghui, LIN Jianyi,et al (7135)
…………………
………………………………………………………………………………
Ecological damage assessment of jiaozhou bay reclamation based on habitat equivalency analysis LI Jingmei, LIU Tieying (7146)…
The value assessment of county鄄level ecological assets: a case in Fengning County, Hebei Province
WANG Hongyan,GAO Zhihai,LI Zengyuan,et al (7156)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Review and Monograph
Molecular basis for enhancement of plant drought tolerance by arbuscular mycorrhizal symbiosis: a mini鄄review
LI Tao, DU Juan, HAO Zhipeng, et al (7169)
………………………
……………………………………………………………………………………
A review of carbon cycling and sequestration in urban soils LUO Shanghua, MAO Qizheng, MA Keming, et al (7177)……………
overview on methods of deriving fraction of absorbed photosynthetically active radiation (FPAR) using remote sensing
DONG Taifeng, MENG Jihua, WU Bingfang (7190)
………………
………………………………………………………………………………
Research progress on influencing of light attenuation and the associated environmental factors on the growth of submersed aquatic
vegetation WU Mingli, LI Xuyong (7202)…………………………………………………………………………………………
The framework of stoichiometry homeostasis in zooplankton elemental composition SU Qiang (7213)…………………………………
Scientific Note
Abundance and biomass of planktonic ciliates in the sea area around Zhangzi Island, Northern Yellow Sea in July and August
2010 YU Ying, ZHANG Wuchang, ZHANG Guangtao, et al (7220)……………………………………………………………
Research of wildlife resources sustainable development based on entropy method in China
YANG Xitao,ZHOU Xuehong,ZHANG Wei (7230)
……………………………………………
…………………………………………………………………………………
Influence of residue composition and addition frequencies on carbon mineralization and microbial biomass in the soils of agroforestry
systems WANG Yikun,FANG Shengzuo,TIAN Ye,et al (7239)……………………………………………………………………
Seasonal changes in microbial diversity in different cells of a wetland system constructed for municipal sewage treatment
CHEN Yonghua, WU Xiaofu, ZHANG Zhenni,et al (7247)
……………
………………………………………………………………………
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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生摇 态摇 学摇 报
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(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 22 期摇 (2012 年 11 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 32摇 No郾 22 (November, 2012)
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