时序NDVI数据集螺线型构建及多形状参数变化检测

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1、时序NDVI数据集螺线型构建及多形状参数变化检测Spiral-basedConstructionofNDVITime-seriesDataSetandMultipleShapeParametersChangeDetection作者姓名：刘博宇专业名称：地学信息工程研究方向：地表覆盖变化检测指导教师：陈军教授学位类别：工学博士培养单位：地球探测科学与技术学院论文答辩日期：2018年11月30日授予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席宋长春研究员中国科学院东北地理与农业生态研究所委员宋开山研究员中国科学院东北地理与农业生态研究所李林教授美

2、国印第安纳普渡大学邢立新教授吉林大学姜琦刚教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改Ｖ发行、出租Ｖ改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的

3、个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：Ｍｉ＇曰期：年＂月＾曰时序NDVI数据集螺线型构建及多形状参数变化检测中文摘要（作者：刘博宇导师：陈军）地表覆盖遥感监测是生态环境监测、自然资源管理、可持续发展规划等的重要基础。其是利用长时间序列遥感资料，运用直接比较、趋势分析等算法，检测地表覆盖在不同时间的辐射差异，判定地表覆盖的时空变化。但覆盖大区域的高分辨率长时序遥感影像往往难以获取，且已有的各种变化检测算法受困于物候差异和随机误差带来的伪变化问题。这严重制约着大区域地表覆盖遥感

4、监测的有效开展，是近年来国内外学术界关注的前沿课题。目前一个重要的研究方向是利用长时间序列的低空间分辨率NDVI数据和高空间分辨率多光谱影像，通过基于混合像元分解的时空融合处理构建兼具较高空间分辨率和时间分辨率的NDVI数据集，以解决物候差异带来的伪变化问题。然而，现有的混合像元分解算法主要是依赖窗口来构建邻域像元集合,易造成方程组无解的欠定问题，难以在大区域构建出高质量的时序NDVI数据集检测地物变化。针对这一难题，本文提出了基于螺线的邻域像元集构建与混合像元分解计算思路及算法，研发了基于二级映射的大区域时序NDVI数据集构建方法，并提出了基于时序

5、NDVI整体趋势特征描述及多形状参数变化检测方法。主要研究工作与创新如下：（1）基于螺线的邻域像元集构建：分解型时空融合算法主要采用矩形移动窗口，选取分解像元的邻域像元集。本文通过数值模拟和全球统计，证明了传统窗口在构建邻域像元集方面的缺陷，即较难贴近大区域地表的地物形态，致使混合像元分解的解算方程组欠定。阿基米德螺线(简称螺线)是一种沿中心向外逐渐旋转展开而形成的曲线，用其对邻域像元进行基于地类组分的遍历，筛选出与分解像元组分关联度高的邻域像元集，提出了面向混合像元分解的邻域像元集螺线型构建算法，推导出了栅格空间下的螺线参数化公式，定义了筛选邻域像

6、元所需遵循的像元分解必要条件。以山东省（约16万平方公里）作为试验区，利用5I个混合尺度上的低分辨率像元值和Globeland30进行了像元分解试验表明：螺线型算法将地表欠定像元的比例从约200‱降至1‱，减少了近两个数量级。在多种地物分布的复杂区域具有较强适应能力，多尺度的分解图像无明显的异常值出现，耗时约为窗口型方法的2倍。（2）基于二级映射的大区域时序NDVI数据集构建：长时序NDVI数据和多光谱影像的像元精确对应是大区域时序NDVI数据集构建的前提，但由于待分解的NDVI像元与高空间分辨率像元在尺度上存在明显差异，难以形成完整的空间对应。通过

7、分析MODIS-NDVI和LandsatWRS瓦片间及像元间的空间对应关系，建立了高低空间分辨率影像图幅间和像元间的二级映射关系。提出了大区域时序NDVI数据集规模化构建方法，通过二级映射关系组织大区域的高低空间分辨率影像，基于多光谱影像的对象级自适应聚类，构建螺线型邻域像元集，组成光谱混合解算线性方程组，将大区域的低空间分辨率NDVI值分解至高空间分辨率像元。在山东省区域（面积约16万平方公里）2010和2015两个年际上共644景高分辨率NDVI图像构建实验表明：单机平台该方法可每15分钟构建出1景NDVI图像，构建的图像较低空间分辨率NDVI图

8、像有较大提高（30mvs.250m）；所构建的时序NDVI曲线与原低空间分辨率NDVI全年波动基本保持一致（