基于决策树的城市黑臭水体遥感分级

水体黑臭程度遥感监测是了解城市水质现状和综合评价城市水环境治理效果的重要手段.以南京、常州、无锡和扬州为研究区,共采集171个样点,同步测量水质参数和光学参数,分析黑臭水体与一般水体的水色和光学特征,构建决策树模型进行重度黑臭水体、轻度黑臭水体和非黑臭水体（记为一般水体）识别.结果表明：①根据色度可将水体分为1~6类水体,其中,类型1~4为黑臭水体,分别为灰黑色、深灰色、灰色和浅灰色水体,类型5和类型6水体为一般水体,分别为绿色系和黄色系水体;②类型1水体的非色素颗粒物和有色可溶性有机物含量高,但色素颗粒物的吸收并不占主导,类型2和5水体的吸收以色素颗粒物吸收占主导,类型3、4和6水体的吸收以非色素颗粒物吸收占主导;③根据六类水体的反射光谱差异用黑臭水体差值指数（difference of black-odorous water index,DBWI）、三波段面积水体指数（green-red-nir area water index,G-R-NIR AWI）、绿光波段反射率和归一化黑臭水体指数（normalized difference black-odorous water index,NDBWI）构建的水体分类识别决策树,能够有效识别出重、轻度黑臭水体和一般水体;④将决策树模型应用于2019年4月9日扬州的PlanetScope影像上,并利用10个同步过境点进行验证,整体识别精度达到80.00%,K值达到0.67.通过水色分类后的城市水体分级模型方法,可推广应用于类似的水体,为黑臭水体监管提供技术方法.     

环杭州湾地区城市扩张的遥感动态监测

以环杭州湾地区为研究对象,应用决策树和形状指数相结合的方法从TM影像中分别提取了2003年和2006年的城镇用地信息,并对杭州市、绍兴市和宁波市的城市扩张特点进行了分析和研究。通过精度检验,城镇用地总体Kappa系数都在0.87以上,说明该方法提取城镇信息是行之有效的。2003年环杭州湾地区的城镇用地面积为914.04km²,2006年为1 286.1km²,4年间城镇用地净增了372.06km²,主要城市用地净增了192.6km²;杭州市、绍兴市、宁波市市区面积增加了43.7 km²;而其它县城与开发区增加了145.6 km²;说明小城市在环杭州湾地区城市化进程中处于主导地位;而大城市的作用则相对较小。杭州市、绍兴市城市扩张明显,其中尤以杭州市下沙区和绍兴市袍江工业园区的扩张最显著;宁波市城市扩张最小,特别是余姚城区。扩张方向上,杭州市主要向西北和北面扩张;宁波市在各个方向上的扩张比较平均。     

基于决策树的辽宁省北部沙漠化信息提取研究

以沙漠化问题较突出的辽宁省北部地区为例,选取2007年Landsat 5 TM遥感影像作为基本数据源,通过对影像中耕地、林地、草地、水域等常见地物及典型沙漠化土地进行光谱特征分析和波段间的相互运算,将修改型土壤调整植被指数（MSAVI）、归一化差异水体指数（NDWI）和遥感图像缨帽变换后的土壤亮度指数（SBI）、绿度植被指数（GVI）及湿度指数（WVI）等特征变量融入决策树分类模型后进行分层分离,从而实现对沙漠化信息的高精度提取。结果显示,决策树分类法可排除提取地物时的干扰信息,是保证沙漠化土地信息快速自动提取的方法之一。     

基于决策树的煤化工污染物定量化溯源研究

环境污染问题日益严峻,煤化工生产是环境污染的重要源头之一,但由于煤化工生产过程中所产生的污染物种类繁多且各类产品的生产量不同,污染问题通常难以定量化溯源。挖掘环境污染物的产生原因、分析研究不同产品的生产和产量对各类环境污染物(如PM2.5、SO2)的量化影响是有效解决环境污染问题的必要前提。数据挖掘方法能够挖掘出隐藏在数据中知识或关联关系,其中的决策树算法以香农的信息论为理论背景,能计算出多个影响因子中影响力的大小关系,并且还能找到数量型属性的临界点,是环境污染定量化溯源的有效方法。本文利用决策树算法构建环境污染物量化分析模型,以宁东能源化工基地为例,研究解析煤化工产品的生产状况对环境污染物含量的影响情况。     

基于机器学习的流域尺度森林火灾灾害风险预测

森林是碳库,具有强大的固碳增汇功能,在应对气候变化中发挥着重要作用。然而,由于极端高温的影响,频繁发生可燃物自燃而引发森林火灾,除了影响区域水文大气循环过程以外,也给人类带来严重的人员伤亡和经济损失。现有森林火灾预测研究主要侧重可燃物研究和火灾监测等方面,较少关注大尺度地形、气象和人类活动对森林火灾的影响,但这些也是除可燃物外导致森林火灾发生的主要因素。以嘉陵江流域重庆段为研究区,区域内山地受自然火灾影响严峻。基于地理信息系统叠加地理空间因子与火灾分布点获得数据集,构建4种机器学习模型,测试模型性能,评价最优模型进行森林火灾灾害风险制图。研究结果表明,模型评估指标受试者工作曲线下面积(area under the curve, AUC)平均值为95.0%,模型性能梯度提升决策树最优,AUC值为98.3%。利用梯度提升决策树(gradient boosting decision tree, GBDT)模型预测森林火灾风险对防范大尺度森林火灾具有一定的可行性,对山城避灾规划起到借鉴作用,规划引导降低森林火灾风险,从而维护生态平衡和生态系统碳汇能力。     

基于HMM和DT的无人机异常检测方法

为了实时检测无人机异常状态,提出基于隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)和决策树(Decision Tree,DT)的无人机异常检测方法(HMMDT).首先根据异常致因将无人机异常分为干扰异常和硬件异常;然后结合HMM和DT建立无人机异常检测模型,定义无人机异常度衡量异常状态的严重程度,确定...     

基于决策树分类的根河市土地利用变化及驱动力分析

以内蒙古自治区根河市为研究区,基于ArcGIS 9.2和ENVI 4.8平台,以2000年、2004年和2010年Landsat TM遥感影像为数据源,首先提取NDVI、MNDWI和森林郁闭度来建立决策树并执行分类;然后对分类结果采用土地利用转移矩阵、土地利用动态度进行变化分析;最后运用主成分分析法得出导致该地区土地利用变化的驱动力因子。结果表明:决策树分类可适用于该类研究区的土地利用分类,且分类精度较高;研究区地物类型有显著的变化,区域的主要土地利用变化表现为林地和居民地面积的大幅增长,疏林地和草地的大面积丧失;通过主成分分析得出人口和经济发展、农业生产条件和经济产业结构调整等是促进该区土地利用变化的主要驱动力因子。     

基于机器学习的星载短波红外CO2柱浓度估算

利用OCO-2卫星遥感数据、全球碳柱总量观测网(TCCON)站观测数据、NDVI归一化植被指数数据、ERA5大气数据,采用决策树和集成学习(XGBoost、普通随机森林、极端随机森林、梯度提升)对二CO₂平均柱浓度进行预测.通过相关性分析、特征选择与特征提取,建立模型预测CO₂平均柱浓度,再与TCCON站点的地基观测数据进行比对.通过分析不同模型(决策树、XGBoost、普通随机森林、极端随机森林、梯度提升)预测的结果,发现使用极端随机森林回归模型预测CO₂平均柱浓度的精度最高, R²、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)分别为:0.953、0.492×10^-6、0.260×10^-6、0.063%,其余模型次之,因此对极端随机森林回归模型的预测性能随自身参数的影响进行了分析,结果表明,在误差允许的范围内(±2×10^-6),极端随机森林回归模型和梯度提升回归模型预测的准确率一样,都为98.10%.由于C...     

多种特征因子结合GBDT的降水数据降尺度方法研究

结合增强型植被指数(EVI)、大气可降水量(PWV)、地表温度(LST)、坡度(Slope)、坡向(Aspect)、海拔(Altitude)及经纬度(LON,LAT)提出了一种基于机器学习算法结合站点数据校正的降尺度框架.分析了前馈神经网络(FNN)、随机森林(RF)、梯度提升决策树(GBDT)在长江流域GPM IMERG数据空间降尺度过程中的鲁棒性差异;考虑了2001—2019年不同季节植被对降水降尺度结果的时滞效应;探究了降尺度数据对GPM的校正效果与降水量的关系.通过站点实测数据对模拟结果进行精度分析,结果表明:3种降尺度结果在得到1km空间分辨率降水数据的同时,也不同程度提高了数据的精度.其中,GBDT模拟结果对降水细节特征表达更明显,可以很好地反应降水的空间异质性.并且它在年、季时间尺度上模拟的结果在各研究区内的精度均为最优(年R²=0.748～0.958,季R²=0.518～0.909),有更好的降水捕获能力和更强的模型鲁棒性;春冬季植被的滞后性对GPM降尺度结果的响应最为敏感,最佳滞后期分别为1个月和2个月,夏秋季时滞效应不明显...     

基于决策树与密度聚类的高分辨率影像海岸线提取方法

针对高分辨率影像进行海岸线提取时常常出现的河道区域岸线向陆地方向伸向较远的问题,本文将海岸线视为海水（包括潮滩）与陆地（包括河流）两类地物的分界线进行提取。首先采用C4.5决策树分类方法进行海岸带地物分类规则挖掘,实现基于规则的地物分类;再对海水与陆地分类结果进行基于密度的聚类方法进行后处理,实现噪声去除,其基本原理为:设置一邻域半径,通过统计半径内异类样本点的数量来确定当前点是否为噪声点,若异类像素点的个数超过某一预设的阈值,则对当前噪声点进行修正。为验证本文提出方法的有效性,获取了2013年10月20日天津附近海岸带区域的资源三号卫星影像数据进行验证,结果表明,本文提出的岸线提取方法能够消除河道区域岸线提取的影响,除个别地物比较复杂的区域之外,其平均提取精度优于2个像元,满足海域遥感技术规程中线状信息误差标准的要求。