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联合Sentinel-1 SAR和Sentinel-2 MSI的湖泊浮叶和挺水植被自动分类算法
1
作者
辛逸豪
罗菊花
+6 位作者
徐颖
秦海涛
孟迪
何锋
鲁露
陈青
徐亚田
《湖泊科学》
北大核心
2025年第4期1419-1429,共11页
浮叶植被和挺水植被是湖泊的重要初级生产者,在湖泊生态系统中发挥着不同的生态功能。利用卫星遥感技术监测浮叶植被和挺水植被空间分布和变化对湖泊生态评估和碳源汇核算具有重要意义。浮叶植被和挺水植被均具有典型的植被光谱特征,仅...
浮叶植被和挺水植被是湖泊的重要初级生产者,在湖泊生态系统中发挥着不同的生态功能。利用卫星遥感技术监测浮叶植被和挺水植被空间分布和变化对湖泊生态评估和碳源汇核算具有重要意义。浮叶植被和挺水植被均具有典型的植被光谱特征,仅使用光学遥感难以进行区分,并且在富营养化湖泊中其分类还会受到具有相似光谱特征的藻类水华干扰。针对这些问题,本研究提出了一种联合Sentinel-1 SAR和Sentinel-2 MSI的湖泊浮叶植被和挺水植被自动分类算法。算法首先通过归一化植被指数(NDVI)和Otsu算法获取湖泊中具有植被光谱特征的地物区域,然后使用Sentinel-1 SAR影像的第一主成分(PCA1)和K-means聚类算法从该区域中提取浮叶植被和挺水植被。其中,PCA1是算法的核心分类指标,可以去除藻类水华影响并实现浮叶植被和挺水植被的准确分离。算法在太湖、乌梁素海、阳澄湖、南漪湖4个典型湖泊中开展了精度验证,平均总体分类精度为83.76%,Kappa系数为0.71。基于该算法,本研究获取了太湖年内和年际浮叶植被和挺水植被的变化。结果表明,两类植被的年内覆盖度峰值均出现在710月份;20162023年间,浮叶植被面积显著增加,从24.21 km^(2)增至68.03 km^(2),而挺水植被面积则相对稳定,年均面积约为41.48 km^(2)。该算法不仅解决了浮叶和挺水植被识别难的问题,还实现了自动化。在大尺度湖泊浮叶和挺水植被时空变化监测中具有广泛应用前景,为未来的湖泊生态评估和碳源汇核算提供了技术支撑。
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关键词
湖泊
遥感
浮叶植被
挺水植被
Sentinel-1
SAR
Sentinel-2
MSI
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职称材料
卫星像元尺度的湖泊浮叶/挺水植被覆盖度估算模型及应用
2
作者
秦海涛
罗菊花
+5 位作者
徐颖
张春雨
徐亚田
孟迪
何锋
鲁露
《湖泊科学》
北大核心
2025年第6期2189-2201,I0021,共14页
浮叶/挺水植被是重要的湖泊水生植被类群,其面积/覆盖度是湖泊生态健康评估及固碳潜力核算的重要参数,大面积、精确获取湖泊中浮叶/挺水植被面积/覆盖度及其变化信息,对湖泊生态修复及碳汇核算至关重要。卫星遥感是获取湖泊浮叶/挺水植...
浮叶/挺水植被是重要的湖泊水生植被类群,其面积/覆盖度是湖泊生态健康评估及固碳潜力核算的重要参数,大面积、精确获取湖泊中浮叶/挺水植被面积/覆盖度及其变化信息,对湖泊生态修复及碳汇核算至关重要。卫星遥感是获取湖泊浮叶/挺水植被面积/覆盖度最有效的手段。然而,传统的卫星监测方法只能判别卫星像元内是否存在水生植被,无法定量估算像元内植被的覆盖度,进而无法定量、精准地获取湖泊中浮叶/挺水植被的面积/覆盖度。围绕该问题,本研究利用无人机、Sentinel-2 MSI和Landsat 8 OLI遥感数据,基于XGBoost建模方法,采用逐步升尺度的思路,分别构建了基于Sentinel-2 MSI和Landsat 8 OLI像元尺度的浮叶/挺水植被覆盖度定量估算模型,并成功地应用于四大淡水湖泊。结果表明:基于Sentinel和Landsat的估算模型测试集R^(2)分别为0.95和0.97,均方根误差分别为7.85%和4.80%,平均绝对误差分别为5.35%和3.35%。1990-2022年,鄱阳湖和洞庭湖浮叶/挺水植被面积呈显著的增加趋势,太湖呈先增后减的趋势,洪泽湖增加趋势不显著。本研究利用Sentinel和Landsat影像构建的估算模型在四大淡水湖中实现了覆盖度定量化、长时序监测,展现出较好的稳健性和应用潜力,有望为湖泊生态系统的碳汇核算和固碳潜力评估提供方法和数据支撑。
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关键词
湖泊
浮叶/挺水植被
覆盖度
卫星像元尺度
遥感
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职称材料
题名
联合Sentinel-1 SAR和Sentinel-2 MSI的湖泊浮叶和挺水植被自动分类算法
1
作者
辛逸豪
罗菊花
徐颖
秦海涛
孟迪
何锋
鲁露
陈青
徐亚田
机构
中国科学院南京地理与
湖泊
研究
所
中国科学院大学南京学院
云南省昆明市滇池高原湖泊研究院
出处
《湖泊科学》
北大核心
2025年第4期1419-1429,共11页
基金
国家自然科学基金项目(42271377)
云南省省市一体化专项(202202AH210006)联合资助。
文摘
浮叶植被和挺水植被是湖泊的重要初级生产者,在湖泊生态系统中发挥着不同的生态功能。利用卫星遥感技术监测浮叶植被和挺水植被空间分布和变化对湖泊生态评估和碳源汇核算具有重要意义。浮叶植被和挺水植被均具有典型的植被光谱特征,仅使用光学遥感难以进行区分,并且在富营养化湖泊中其分类还会受到具有相似光谱特征的藻类水华干扰。针对这些问题,本研究提出了一种联合Sentinel-1 SAR和Sentinel-2 MSI的湖泊浮叶植被和挺水植被自动分类算法。算法首先通过归一化植被指数(NDVI)和Otsu算法获取湖泊中具有植被光谱特征的地物区域,然后使用Sentinel-1 SAR影像的第一主成分(PCA1)和K-means聚类算法从该区域中提取浮叶植被和挺水植被。其中,PCA1是算法的核心分类指标,可以去除藻类水华影响并实现浮叶植被和挺水植被的准确分离。算法在太湖、乌梁素海、阳澄湖、南漪湖4个典型湖泊中开展了精度验证,平均总体分类精度为83.76%,Kappa系数为0.71。基于该算法,本研究获取了太湖年内和年际浮叶植被和挺水植被的变化。结果表明,两类植被的年内覆盖度峰值均出现在710月份;20162023年间,浮叶植被面积显著增加,从24.21 km^(2)增至68.03 km^(2),而挺水植被面积则相对稳定,年均面积约为41.48 km^(2)。该算法不仅解决了浮叶和挺水植被识别难的问题,还实现了自动化。在大尺度湖泊浮叶和挺水植被时空变化监测中具有广泛应用前景,为未来的湖泊生态评估和碳源汇核算提供了技术支撑。
关键词
湖泊
遥感
浮叶植被
挺水植被
Sentinel-1
SAR
Sentinel-2
MSI
Keywords
Lake
remote sensing
floating-leaved aquatic vegetation
emergent aquatic vegetation
Sentinel-1 SAR
Sentinel-2 MSI
分类号
X87 [环境科学与工程—环境工程]
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职称材料
题名
卫星像元尺度的湖泊浮叶/挺水植被覆盖度估算模型及应用
2
作者
秦海涛
罗菊花
徐颖
张春雨
徐亚田
孟迪
何锋
鲁露
机构
南京信息工程大学
中国科学院南京地理与
湖泊
研究
所
中国科学院大学南京学院
云南省昆明市滇池高原湖泊研究院
出处
《湖泊科学》
北大核心
2025年第6期2189-2201,I0021,共14页
基金
国家自然科学基金项目(42271377)
云南省省市一体化专项项目(202202AH210006)联合资助。
文摘
浮叶/挺水植被是重要的湖泊水生植被类群,其面积/覆盖度是湖泊生态健康评估及固碳潜力核算的重要参数,大面积、精确获取湖泊中浮叶/挺水植被面积/覆盖度及其变化信息,对湖泊生态修复及碳汇核算至关重要。卫星遥感是获取湖泊浮叶/挺水植被面积/覆盖度最有效的手段。然而,传统的卫星监测方法只能判别卫星像元内是否存在水生植被,无法定量估算像元内植被的覆盖度,进而无法定量、精准地获取湖泊中浮叶/挺水植被的面积/覆盖度。围绕该问题,本研究利用无人机、Sentinel-2 MSI和Landsat 8 OLI遥感数据,基于XGBoost建模方法,采用逐步升尺度的思路,分别构建了基于Sentinel-2 MSI和Landsat 8 OLI像元尺度的浮叶/挺水植被覆盖度定量估算模型,并成功地应用于四大淡水湖泊。结果表明:基于Sentinel和Landsat的估算模型测试集R^(2)分别为0.95和0.97,均方根误差分别为7.85%和4.80%,平均绝对误差分别为5.35%和3.35%。1990-2022年,鄱阳湖和洞庭湖浮叶/挺水植被面积呈显著的增加趋势,太湖呈先增后减的趋势,洪泽湖增加趋势不显著。本研究利用Sentinel和Landsat影像构建的估算模型在四大淡水湖中实现了覆盖度定量化、长时序监测,展现出较好的稳健性和应用潜力,有望为湖泊生态系统的碳汇核算和固碳潜力评估提供方法和数据支撑。
关键词
湖泊
浮叶/挺水植被
覆盖度
卫星像元尺度
遥感
Keywords
Lakes
floating/emergent aquatic vegetation
coverage
satellite pixel scale
remote sensing
分类号
X87 [环境科学与工程—环境工程]
X835 [环境科学与工程—环境工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
联合Sentinel-1 SAR和Sentinel-2 MSI的湖泊浮叶和挺水植被自动分类算法
辛逸豪
罗菊花
徐颖
秦海涛
孟迪
何锋
鲁露
陈青
徐亚田
《湖泊科学》
北大核心
2025
0
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职称材料
2
卫星像元尺度的湖泊浮叶/挺水植被覆盖度估算模型及应用
秦海涛
罗菊花
徐颖
张春雨
徐亚田
孟迪
何锋
鲁露
《湖泊科学》
北大核心
2025
0
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