文字：杨立扬 摄影：陈必武、杨立扬 摄像：孙嘉

>>>人物名片

图1 嘉宾张磊

张磊，测绘遥感信息工程国家重点实验室2013级博士研究生。已发表SCI论文3篇，EI检索论文2篇，发明专利2项，研究兴趣包括遥感影像分类、长时间序列影像分析。2014年11月至2016年11月赴美国印第安纳州立大学地理系联合培养，在校期间导师为 Prof. Qihao Weng

>>>;报告现场

1月6日19：30，张磊做客GeoScience Café第150期学术交流活动。张磊娓娓道来的讲解风格使得现场氛围融洽，游学趣事也引得大家欢笑连连。报告的主要内容为：首先，介绍了不透水面及其造成的影响；其次，概述了已有的不透水面的提取方法；接着，提出稳定的时相特征提取、时相特征相似性度量和不透水面分类方法三个问题，引出基于Landsat时间序列影像提取不透水面方法的介绍；最后，展示了多彩的留学生活照片，叙述了其留学科研经验和生活感受。

文献计量，辅助科研选题

报告开始，张磊介绍了不透水面及其影响。不透水面是城市中自然的或者人工的阻止地表水渗透到地下的地表覆盖物，如由水泥混凝土、玻璃、沥青、塑料、瓦片、金属等材料建成的道路、屋顶等。

各种建筑物、道路等不透水面在地表的大量分布使得地表水难以渗透到地下，从而减少了地下水的储存量，加大了城市的地表径流，导致了城市洪水灾害的发生频率提高。地表径流的增加还使得很多病原体、有毒物质等地表的非点源污染物随径流进入河流、湖泊，进而污染了流域的水质。

农田、植被、水体等土地利用类型逐渐被不透水面替代，植被覆盖面积减少；此外，不透水面地表具有较强热容量和热传导性，使城市地面导热率增加，白天城市地表温度较高，夜晚城市降温缓慢仍比郊区气温高，形成所谓的“城市热岛效应”。

图2 不透水面对地表水的影响对比图 （In Stream Corridor Restoration: Principles, Processes, and Practices, 10/98, by the Federal Interagency Stream Restoration Working Group (FISRWG)）

介绍完不透水面后，张磊概要介绍了两类不透水面的提取研究方法：单幅影像不透水面提取方法、多时相影像不透水面提取方法。

单幅影像不透水面提取方法分为像素级、亚像素级和基于对象。其中像素级方法包含了归一化差值不透水面指数、生物物理成分指数和像素级分类算法等，像素级的提取方法存在混合像元、不透水面过高或过低估计，以及高分辩率制图受限的问题。亚像素级方法包含了光谱混合分析及其改进算法、回归模型和机器学习等，亚像素级方法存在端元选择、参数控制以及生态信息有限的问题。基于对象的方法包含了基于对象的分类、多代理分割和分类和基于对象的模糊分类等，由于不透水面类型复杂多样，该类方法存在特征描述困难、阴影遮挡以及分割尺度选定问题。

多时相影像不透水面提取方法多对各时相影像独立提取不透水面，在此基础上对不透水面分类图进行比较分析。然而，该类方法依赖单幅影像不透水面提取精度，单时相影像的误差也会造成误差传播问题。时间序列影像能利用时间一致性准则，消除不符合时间逻辑的地物转换类型。张磊的研究即探索时相特征在不透水面提取中的可行性。

张磊围绕LST（地表温度）、BCI（生物物理成分指数）、NDVI（归一化植被指数）展开Landsat时间序列影像的介绍。其中，LST与不透水面面积成一定的正相关关系，NDVI作为一种植被覆盖率的指标，与其成一定的负相关关系。BCI能够有效地区分裸土和不透水面。

Landsat时间序列经过缺失数据的补偿和平滑后，提取具有典型时相特征的时间序列LST、BCI和NDVI的不透水面、透水面样本集，使用欧式距离和马氏距离度量时相特征的相似性，估算出距离图，接着进行决策树分类和时间滤波后，得到年不透水面动态影像。

由于实际Landsat数据获取中往往会存在缺失数据的情况，而缺失数据对时间分辨率、误差传播以及地物变化检测都造成不可忽视的影响。时间分辨率影响了地物可分性，缺失数据补偿的误差传播也导致了分类不确定性。张磊还强调了样本选择的一致性，此因素直接影响时相特征的差异性和不透水面提取精度。

图3 利用BCI、LST、NDVI实现精确估算的流程图

留学经验和感受

在报告最后一个环节，张磊首先介绍了留学所在学校印第安纳州立大学。其地处美国中西部的Terre Haute市，属于公立综合性研究型大学，具有低犯罪率、低生活费和高师生比的优点。印第安纳州立大学活动多姿多彩，还有每年一次最为盛大的活动：校友回归日。

初次去到国外，张磊也是对当地生活感到茫然和不适，经过一段时间适应后，张磊告诉听众，她明白了在国外最重要的是多问。国外一切物资都很充足，甚至连国内的调料之类也能买到，同样，服务也很丰富到位，从社区学习课程到图书馆服务等等。但是很多事情需要自己询问，只有多去了解，才能清楚当地的生活，才能获取自己所需要的帮助和服务。

她还告诉大家，申请留学的前提条件是邀请信和充分准备的研究计划。申请成功以后，到美国需要办理入学报到，包括纽约中国留学服务中心、领事馆报到以及办理保险。再接下来就是办理生活所需基本物品，如银行卡、手机卡等。

图4 当地公共图书馆

>>>互动交流

观众A：师姐，请问你出国前研究方向和出国后一样吗？申请留学时候的具体途径是什么？国外导师会认真地审改你的SCI论文吗？

张磊：这个取决于你选择的导师吧。拿我导师来说，当时我是看到他研究方向涉及地表覆盖变化检测方面应用，而武大主要侧重做算法，我比较想学习遥感应用方面的知识,所以我申请了这个老师。关于申请的问题，是我自己发邮件申请的。如果那位导师对你有兴趣的话，他会给你回复的。当时我把我的简历和论文都发了过去，没有英语证明的话需要老师开语言能力证明，完了我还和导师通过skype进行过一些交流，确保了我们研究意向是一致的。还有，国外导师会很详细地帮你修改SCI论文，还可以找正规途径，比如国外学校图书馆的writing center，先帮你修改你的英语写作，再给你的导师修改内容。

观众B：师姐我想问关于你研究，由卫星数据处理后得到的一个精度，是由地面实测数据来进行验证吗？采样过程有什么原则吗？

张磊：我16年1月的时候中途回国了去珠江三角洲的几个城市采了实测数据，那些数据相当于15年底16年初采的，只能验证2013年以后的时相，但基于“城市化不可逆”这个原则，实算数据有一个往后推的过程，也就是说12年的透水面样本依然可以依据13年的透水面样本。采样过程中会根据Field Methods in Remote Sensing这本书上的原则来划分区域随机采样，采样具体路线是根据自己选的采样区和自己时间来安排，争取能采到越多点越好。

观众C：师姐，你上面讲的BCI指数，具体是怎么把Landsat模型应用到BCI公式，还有当你利用不同的Landsat传感器数据时，其存在的差异性问题又是怎么解决的？

张磊：TC变换就是将Landsat各波段的辐度亮度值作为变量，经线性变换后，组成新的变量，BCI计算取变量的前三个TC分量，再把TC三个分量应用到BCI的公式，就可以得到BCI的影像。我用的是Landsat Surface Reflectance Higher-Level Data Products，USGS提供了免费数据申请接口，你只要把你需要的影像的scene identifier，即每个Landsat场景都有的一个ID，你把包含ID的txt文本上传，它会自动完成影像预处理并打包回来提供下载链接，不用自己做数据处理了。

观众D：您好，刚才您做的精度评价是在时间滤波之后吗？时间滤波之前和之后的精度又分别是多少？为了达到更好的精度，您采集的样本数量大致是多少？

张磊：我的精度评价对比是取时间滤波之后的，实际上时间滤波可以过滤掉不确定的像素，对精度提升还是很大的。而采样的数量取决于类别，按类别比例来采样。虽然结果上来看只有不透水面和透水面，但是在采样之前是要细分的。我把不透水面分为暗不透水面和亮不透水面，而透水面又分为裸地、植被和水体。但是水体最后单独提取，因为水体没有物候信息，只有降雨引起的季节特性。这几个类别样本初始选取基本都占百分之十五的比例。训练样本选取没那么多，因为只在初始选取样本的稳定区域提取训练样本，稳定区域是指地物类别没有变化的区域，例如主城区、山区等，这些训练样本具有各个地物类别典型的时间特征。虽说上述初始样本都占百分之十五的比例，但也可视不同的地区来作不同的调整。

观众E：师姐，我想请问一下，留学有什么因素可以帮助你更好地从事你的研究？

张磊：如果一个人自控能力比较强的话，留学优势会更大一些，因为时间都由自己管理，可以进行更纯粹科研。还有日常讨论，小组里面的讨论对科研环境也是有一定影响的。我的小组里学生都是遥感方向的，而且很多中国学生，交流起来无障碍。还有一个因素是饮食，因为早餐和晚餐通常都由自己来做，所以做饭是比较占时的一部分。科研环境的话我认为国外和国内环境都不错，看个人调整吧。

嘉宾张磊

嘉宾回答问题

听众提问

报告结束后的热烈讨论

张磊（左二）与GeoScience Café团队成员合影

(编辑：肖珊)

GeoScience Café以“谈笑间成就梦想”为口号，采取最自由的交流方式，每期邀请1-4位报告人，针对自己正在进行的研究展开报告。每周五晚7:30，在测绘遥感信息工程国家重点实验室四楼休闲厅举行当期活动。报告内容不仅涉及一切与测绘有关的学科内容及学术方法，如测绘基础学科、地理信息系统、摄影测量与遥感、全球定位系统、激光雷达技术、信号处理，还包括地理信息科学以外的话题，如法律和艺术等。让任何感兴趣的人——不仅是地理信息相关专业的师生，还包括其他专业的师生，甚至是文科生——都可以听取报告，并当场向主讲嘉宾提问或者会后与其交流。

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