基于样带抽样的区域土地覆盖类型面积遥感估算方法研究

来源 :北京师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhengwei129
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土地覆盖类型面积总量是很多资源管理和监测项目、农作物产量预测、林业管理和环境管理等研究的重要内容。这些研究需要解决的重要问题是提高土地覆盖类型面积估算精度。遥感技术是一种有效的对地观测技术和信息获取手段,它结合地理信息系统和全球定位系统等现代地球信息技术能提供及时、客观的土地覆盖类型信息。随着遥感技术的发展,中分辨率数据(10-60米)正逐渐可以保证大区域的面积覆盖,但其分类精度很难超过85%,不能满足农业统计等行业应用的精度要求;高分辨率数据(<5m)的分类精度可以超过95%,能够得到符合要求的行业应用精度,但它受幅宽和重访周期的局限,无法满足调查区域的影像全覆盖,甚至不能满足抽样要求的影像。在3S技术的支持下,遥感和抽样调查相结合的空间抽样调查方法得到了广泛应用,地面调查是获取抽样样本的重要手段,但地面调查存在强度大、费用高等不足。近些年来,无人机被广泛应用于民用领域,它具有机动、灵活的特点,有降低地面调查强度和保障高分辨数据获取的优势。考虑到无人机的飞行特点和样带抽样已经被成功应用于资源与环境调查领域,本文进行基于样带抽样的区域土地覆盖类型面积遥感估算方法研究。  由于无人机影像价格昂贵,本文用模拟实验研究无人机样带布设方法。模拟实验在较大区域上获取全覆盖高分辨率影像(用其模拟无人机影像),应用多目标分层抽样方法,设计基于全覆盖中分辨率影像和样带高分辨率影像的土地覆盖类型面积遥感估算方法,通过对一套样本的调查实现多种土地覆盖类型面积较高精度的估算。主要研究内容有:1)样带大小与土地覆盖类型面积估算精度的关系,统计所有与抽样单元相对应的中分辨率影像上的土地覆盖类型面积,研究样带抽样单元大小与土地覆盖类型面积估算精度的关系。2)样带布设方法,使用面积做分层标志,研究确定最佳分层数量的方法。比较基于欧氏距离的Ward聚类法和K-mean聚类法,确定最优分层聚类方法。在固定的中分辨率分类精度下(80%),研究样本量在0.005、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05时,样本量与估算精度的关系。3)模拟中分辨率影像分类精度和抽样估算精度的关系,针对不同精度的中分辨率影像(40%、50%、60%、70%),在较大(抽样比0.03)样本量下,研究中分辨率分类精度和估算精度的关系。主要研究结论如下:  1.样带大小与土地覆盖类型面积估算精度的关系在相同样本量的情况下,抽样单元变小并不能显著提高土地覆盖类型面积估算精度,即样带大小对估算精度影响不显著。实际应用时,抽样单元的设计要综合考虑以下因素:1)满足抽样比例要求,比如大于0.02;2)在样本数大于等于30,就可以应用大样本的结论;3)抽样单元的设计尽司能大。  2.样带布设方法利用中分辨率影像的分类结果进行分层,在每一层内用分层随机抽样的方法布设样带。确定最佳分层数是通过聚类分析的综合半偏R2统计量、伪F统计量、伪t2统计量等统计量确定,聚类单元是所有样带上基于中分辨率影像的土地覆盖类型面积。  3.中分辨率影像分类精度、土地覆盖类型面积规模、样本量和估算精度的关系  1)中分辨率影像的土地覆盖类型分类精度要在50%以上,中分辨率影像土地覆盖类型分类精度与土地覆盖类型面积抽样估算精度呈正相关关系,越高越好。  2)面积规模和空间分布一起影响了估算精度,其作用的大小程度较难界定。  3)6类土地覆盖在大于50%的中分辨率影像分类精度下,0.02抽样比下进行高分辨率遥感调查,100次抽样估算表明:占总面积20%以上的大规模土地覆盖类型面积估算的变异系数小于5%。  4)6类土地覆盖在大于50%的中分辨率分类精度下,0.04抽样比下进行高分辨率遥感调查,100次抽样估算表明:占总面积20%以下的小规模土地覆盖类型面积估算的变异系数小于5%。(例外:水域由于空间分布成线状或面状,0.04的样本量只能使估算变异系数在8%左右)。  以上研究结论可以用于指导区域土地覆盖类型面积遥感抽样调查,实现了基于一套样本的多种土地覆盖类型的面积估算。在较小样本量下,本文提出的方法可以使主要土地覆盖类型面积估算的变异系数小于5%,但是非主要土地覆盖类型面积的估算精度还有待提高。
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