黃 敏

江西師范大學地理與環(huán)境學院,江西 南昌 330022

在城市化過程中,快速擴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。不透水面改變了城市生態(tài)系統(tǒng)中的水、土、氣、熱等物質和能量的流通方式,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,直接和間接地導致了城市內澇、環(huán)境污染等城市生態(tài)與環(huán)境問題。論文以實現(xiàn)城市群高分辨率不透水面逐季度時空連續(xù)感知為研究目標,從不透水面的感(觀測)與知(信息)在時空連續(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空連續(xù)感知方法。所開展的研究工作如下:

(1) 針對傳統(tǒng)方法對亞米級高分辨率衛(wèi)星影像依賴度高、需求量大的問題,論文提出了一種地理空間分布特征驅動的城市群亞米級不透水面感知方法。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,通過一種基于圖形學的目標域縮減方法發(fā)現(xiàn)真正需要亞米級高分影像覆蓋的區(qū)域,并利用一種雙向影像過濾策略選擇必要的高分二號影像進行不透水面感知。相比傳統(tǒng)方法,該方法在保證全域覆蓋度的情況下,顯著減少了對城市群高分衛(wèi)星影像的需求量,降低了不透水面感知結果中的縫隙率,減少了對高分影像數(shù)據(jù)依賴度,提高了大范圍亞米級高分辨率不透水面感知效率。

(2) 針對傳統(tǒng)方法受可用衛(wèi)星有效覆蓋不足的限制、亞米級不透水面感知縫隙多的問題,論文提出了一種基于地圖瓦片多特征融合的亞米級不透水面感知方法。該方法將分辨率達亞米級的電子地圖瓦片數(shù)據(jù)作為一種補充性感知數(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,因而設計了一個基于背景地表識別的不透水面間接感知概念計算模型,并通過集成影像分割、目標檢測及形態(tài)指數(shù)等多種方法和特征進行不透水面感知。試驗分析表明,該方法具有訓練樣本需求少、背景地表混淆程度低、感知精度高、內置方法可擴展等特點,為填補可用衛(wèi)星有效覆蓋不足導致的區(qū)域亞米級不透水面感知縫隙,提供了一種有效的補充性感知手段。

(3) 針對現(xiàn)有不透水面季度感知空間分辨率低的問題,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)光學與非光學感知數(shù)據(jù)的有效覆蓋特點,在光學數(shù)據(jù)有效覆蓋不足時使用非光學數(shù)據(jù)進行不透水面感知。然而僅使用非光學數(shù)據(jù)感知不透水面有精度相對較低的缺陷,因而設計了一種分層加密控制的不透水面季度感知質量改善策略,通過多層局部時間過濾,利用高感知精度的不透水面結果改善低感知精度的不透水面結果,使城市群不透水面季度時間序列中每個季度不透水面結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。在季度變化時相的城市群亞米級高分辨率不透水面感知中,僅需要對發(fā)現(xiàn)的季度變化區(qū)域,結合使用亞米級高分衛(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,通過整合所提的地理空間分布特征驅動的城市群亞米級不透水面感知方法、基于地圖瓦片多特征融合的亞米級不透水面感知方法,以及顧及分層加密控制的城市群不透水面季度感知方法,構建了城市群亞米級高分辨率不透水面逐季度時空連續(xù)感知方案,進行了武漢城市圈2019年逐季度高分辨率不透水面時空連續(xù)感知試驗。