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全球及区域尺度的地表覆盖数据是陆地表层研究中重要的基础数据。目前,国际上公开的全球地表覆盖产品已多达21种,我国于2013年成功研制出2000年度和2010年度两个基准年的首套30米分辨率全球地表覆盖遥感制图产品(GlobeLand30)。广泛而共享的地表覆盖数据产品在使用时,用户普遍关心的一个重要问题就是这些产品的数据精度。因此,如何控制和评价全球地表覆盖数据产品质量成为国际本领域关注的一个重要问题。
本文围绕全球地表覆盖数据产品的精度评估问题,综述了当前国内外全球地表覆盖数据产品的验证方法和实践。针对中等分辨率地表覆盖类型分布不均匀、破碎度高的空间特征,提出一种基于景观形状指数改进的空间平衡抽样方法,解决了经典抽样适应性差、布样分布不均匀的问题。在此基础上提出了两阶段分层空间平衡抽样设计,并将其应用于GlobeLand30产品中国区域精度验证实践,进而对影响地表覆盖数据产品精度的因素进行深入分析。本文的主要工作内容如下:
(1)综述了全球地表覆盖数据产品精度评估方法和流程,从抽样设计、响应设计和精度评价的全过程精度验证出发对已有产品进行全面的对比分析。研究发现现有产品精度评估仍然存在一定的局限性,如在抽样设计方面,缺乏对样本布局及空间关联性的考虑;在响应设计方面,缺乏对样本单元设计以及样本判断结果可信度分级。
(2)在抽样设计方面,针对传统空间平衡抽样方法存在的不足,提出了一种改进的空间平衡抽样设计,基于遥感分类误差空间分布特征假设,通过景观形状指数聚类分析对不同破碎度景观进行空间分层,并赋予每层不均等的入样概率,从而保证要素样本点空间分布的代表性和均匀性。实验结果表明,本文提出的基于景观形状指数改进的空间平衡抽样方法较之传统的分层随机抽样和等概率空间平衡抽样方法,能够获取更具代表性与空间均衡性的样本点,进而得到更准确的精度评价结果。
(3)在前述改进的空间平衡抽样方法基础上,针对大区域抽样调查工作量大,精度、效率与费用投入难以兼顾的问题,提出了一种两阶段分层空间平衡抽样方法。该方法采用自上而下的设计框架,将抽样过程分为两个阶段:在第一阶段抽样中,通过规则格网建立抽样框,并利用与地表覆盖相关的先验信息进行空间分层,然后在每层中随机抽取一定数量的初级样本单元;在第二阶段抽样中,以地表覆盖类型为层,运用改进的空间平衡抽样进行要素布样,从而兼顾空间数据的尺度效应和异质性特征,在精度得到保证的前提下有效提高抽样效率,为大区域空间抽样提供了理论基础。
(4)结合区域验证需求,本文将提出的两阶段分层空间平衡抽样方法运用于Globeland30数据产品中国区域精度评估实践中,该方案共抽取160个初级样本格网和7490个要素样本点,根据混淆矩阵计算结果:GlobeLand30中国区域的总体精度为79.77%,基于地类的面积加权总体精度为80.76%?0.2%,Kappa一致性系数为0.75。
(5)针对7263个要素样本验证结果,从参考数据、抽样设计、分类方法、物候条件等不同方面探讨可能影响GlobeLand30产品精度的因素。最后,对本文的研究内容进行总结和展望。
本文围绕全球地表覆盖数据产品的精度评估问题,综述了当前国内外全球地表覆盖数据产品的验证方法和实践。针对中等分辨率地表覆盖类型分布不均匀、破碎度高的空间特征,提出一种基于景观形状指数改进的空间平衡抽样方法,解决了经典抽样适应性差、布样分布不均匀的问题。在此基础上提出了两阶段分层空间平衡抽样设计,并将其应用于GlobeLand30产品中国区域精度验证实践,进而对影响地表覆盖数据产品精度的因素进行深入分析。本文的主要工作内容如下:
(1)综述了全球地表覆盖数据产品精度评估方法和流程,从抽样设计、响应设计和精度评价的全过程精度验证出发对已有产品进行全面的对比分析。研究发现现有产品精度评估仍然存在一定的局限性,如在抽样设计方面,缺乏对样本布局及空间关联性的考虑;在响应设计方面,缺乏对样本单元设计以及样本判断结果可信度分级。
(2)在抽样设计方面,针对传统空间平衡抽样方法存在的不足,提出了一种改进的空间平衡抽样设计,基于遥感分类误差空间分布特征假设,通过景观形状指数聚类分析对不同破碎度景观进行空间分层,并赋予每层不均等的入样概率,从而保证要素样本点空间分布的代表性和均匀性。实验结果表明,本文提出的基于景观形状指数改进的空间平衡抽样方法较之传统的分层随机抽样和等概率空间平衡抽样方法,能够获取更具代表性与空间均衡性的样本点,进而得到更准确的精度评价结果。
(3)在前述改进的空间平衡抽样方法基础上,针对大区域抽样调查工作量大,精度、效率与费用投入难以兼顾的问题,提出了一种两阶段分层空间平衡抽样方法。该方法采用自上而下的设计框架,将抽样过程分为两个阶段:在第一阶段抽样中,通过规则格网建立抽样框,并利用与地表覆盖相关的先验信息进行空间分层,然后在每层中随机抽取一定数量的初级样本单元;在第二阶段抽样中,以地表覆盖类型为层,运用改进的空间平衡抽样进行要素布样,从而兼顾空间数据的尺度效应和异质性特征,在精度得到保证的前提下有效提高抽样效率,为大区域空间抽样提供了理论基础。
(4)结合区域验证需求,本文将提出的两阶段分层空间平衡抽样方法运用于Globeland30数据产品中国区域精度评估实践中,该方案共抽取160个初级样本格网和7490个要素样本点,根据混淆矩阵计算结果:GlobeLand30中国区域的总体精度为79.77%,基于地类的面积加权总体精度为80.76%?0.2%,Kappa一致性系数为0.75。
(5)针对7263个要素样本验证结果,从参考数据、抽样设计、分类方法、物候条件等不同方面探讨可能影响GlobeLand30产品精度的因素。最后,对本文的研究内容进行总结和展望。