2025年大学《地球信息科学与技术》专业题库- 卫星遥感技术在城市扩张监测中的应用

2025年大学《地球信息科学与技术》专业题库——卫星遥感技术在城市扩张监测中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项字母填入括号内）1.下列哪项不属于城市扩张的主要物理表现形式？A.建筑用地增加B.道路网络扩展C.绿地面积减少D.土地利用类型复杂化2.在城市扩张监测中，Landsat系列卫星相比高分辨率商业卫星，其主要优势在于？A.空间分辨率更高B.获取成本更低廉C.传感器类型更新颖D.时间分辨率更优越3.用于监测城市植被覆盖变化的城市指数是？A.NDBIB.LUCIC.NDWID.MNDWI4.以下哪种遥感数据更适合在夜间或云雨覆盖条件下监测城市扩张？A.光学卫星影像B.无人机航拍影像C.合成孔径雷达（SAR）影像D.中巴资源卫星影像5.将两期遥感影像进行直接对比以识别变化区域的方法称为？A.时相选择法B.差分影像法C.多时相分类法D.直接比较法6.面向对象分类相比像元级分类的主要优势之一是？A.处理速度更快B.能更好保留地物结构信息C.对小地物识别效果更好D.所需训练样本更少7.衡量城市建成区规模扩张程度的常用指数是？A.城市蔓延指数（ULCI）B.建成区人口密度C.土地利用动态变化率D.城市扩展方向指数8.在城市扩张驱动因素分析中，通常需要结合哪些数据进行综合研判？A.遥感影像数据B.社会经济统计数据C.GPS定位数据D.城市规划图件9.利用多期遥感影像计算土地利用变化面积，最基本的方法是？A.变化检测B.图像分类C.叠加分析D.空间统计10.下列哪项技术不属于遥感影像城市特征提取的最新发展方向？A.面向对象分类B.深度学习分类C.传统像元光谱分析D.多源数据融合二、填空题（每空1分，共15分。请将正确答案填入横线上）1.卫星遥感监测城市扩张主要利用不同地物在电磁波谱段的______差异。2.常用的光学遥感卫星数据产品如Landsat8/9，其影像通常包含______个波段。3.SAR影像具有______穿透能力，可用于监测云雨覆盖下的城市地表变化。4.变化检测是识别和量算两期遥感影像之间______过程的关键技术。5.城市指数NDVI主要用来表征______的空间分布和变化。6.城市扩张的空间模式主要有______和紧凑型两种主要类型。7.GIS在城市扩张监测中主要用于______、分析和可视化。8.无人机遥感凭借其______的特点，在城市扩张监测中发挥越来越重要的作用。9.评估城市扩张对生态环境影响时，需要关注建成区扩张与______的相互关系。10.遥感影像预处理主要包括辐射校正和______两大类基本步骤。三、名词解释（每题3分，共15分。请给出简洁准确的定义）1.城市扩张2.遥感图像辐射校正3.变化检测4.城市蔓延（UrbanSprawl）5.面向对象分类四、简答题（每题5分，共20分。请简明扼要地回答下列问题）1.简述光学遥感影像在城市扩张监测中的主要优势。2.简述合成孔径雷达（SAR）影像在城市扩张监测中相比光学影像的主要优势。3.简述利用遥感影像进行城市扩张变化检测的基本流程。4.简述在城市扩张监测中，选择遥感数据时应考虑哪些主要因素。五、论述题（每题10分，共20分。请结合所学知识，全面、深入地回答下列问题）1.论述遥感技术（结合GIS）在城市扩张时空分析中的作用及其面临的主要挑战。2.试述利用遥感指数（至少两种）对城市扩张进行定量分析与评价的方法，并说明其适用性与局限性。---试卷答案一、选择题1.D2.B3.A4.C5.D6.B7.A8.B9.A10.C二、填空题1.波谱2.123.一定程度的4.土地利用/覆盖变化5.植被6.疏散型（或蔓延型）7.数据处理8.高空间分辨率、灵活性强（或空载能力强、低飞行高度等）9.自然保护区/生态敏感区10.几何校正三、名词解释1.城市扩张：指城市建成区在空间范围上扩展的过程，表现为城市用地的增加和城市边界向外推移。2.遥感图像辐射校正：指消除或减弱遥感影像在成像过程中受到的大气、光照等环境影响，将传感器记录的原始亮度值转换为地物实际反射率或辐射亮度的过程。3.变化检测：指利用两期或多期遥感影像，通过比较和分析，识别和量算地物覆盖类型、范围、数量等在时间和空间上发生变化的探测技术。4.城市蔓延（UrbanSprawl）：指城市低密度、无序地向周边农村地区扩展的模式，通常伴随着建成区面积的大幅增加和土地混合度的降低。5.面向对象分类：指将遥感影像数据以对象为单位进行处理和分类的方法，每个对象包含一定范围的像素，并具有统一的地物属性和空间结构信息。四、简答题1.简述光学遥感影像在城市扩张监测中的主要优势。*高空间分辨率：现代光学卫星（如Landsat,Sentinel,高分系列）可提供较高空间分辨率影像，能清晰分辨城市建筑、道路等细部特征。*多光谱信息丰富：拥有多波段数据，可利用不同地物在可见光、近红外等波段的特性进行地物分类和变化检测。*数据获取相对容易和成本较低：纳米卫星和商业卫星发展使得光学数据获取更为便捷，成本也相对可控。*成熟的技术体系：光学遥感在城市监测应用方面已有较长的历史，技术方法成熟。2.简述合成孔径雷达（SAR）影像在城市扩张监测中相比光学影像的主要优势。*全天候、全天时工作：不受光照和云雨天气影响，可在任何时间获取影像，保障数据获取的连续性和稳定性。*穿透能力：对树冠、积雪等有一定穿透能力，可获取地表真实信息，尤其适用于监测林地、草地下的城市扩张或变化。*后向散射特性差异显著：不同地物（如建筑、道路、植被、水体）的雷达后向散射强度差异明显，有利于区分地物类型和监测变化。*提供附加信息：可利用干涉SAR（InSAR）技术获取地表形变信息，可用于监测城市沉降等。3.简述利用遥感影像进行城市扩张变化检测的基本流程。*数据获取：获取覆盖研究区且时间上具有可比性的两期或多期遥感影像数据。*数据预处理：对影像进行辐射校正、几何校正、大气校正、图像融合等预处理，确保影像质量一致和几何位置准确。*特征提取：利用地物光谱、纹理、形状等特征，采用像元级或面向对象方法对城市相关地物（如建筑、道路、绿地）进行分类提取。*变化检测：将两期分类结果进行叠置比较，识别和提取变化区域（新增建筑、道路等）。*结果分析与评价：计算变化面积、变化类型、变化强度等指标，分析城市扩张的空间格局、时空演变特征，并结合其他数据评价扩张过程。4.简述在城市扩张监测中，选择遥感数据时应考虑哪些主要因素。*研究区域范围与尺度：不同区域和尺度需要不同空间分辨率的数据。*监测时间跨度与频率：研究需要的时间分辨率决定了需要选择的时间序列数据。*地物类型与特征：需要选择对目标地物（如建筑、植被）有良好区分能力的传感器和波段。*数据获取成本与时效性：需要考虑数据的预算和获取时间的紧迫性。*数据质量与可获取性：数据的辐射分辨率、几何精度、云覆盖情况等。*传感器类型（光学/雷达等）：根据是否需要全天候、穿透能力等选择。*应用目的：是用于监测、分类、变化检测还是形变分析等。五、论述题1.论述遥感技术（结合GIS）在城市扩张时空分析中的作用及其面临的主要挑战。*作用：*大范围、宏观监测：遥感卫星可快速获取大范围区域的数据，实现对整个城市或区域扩张状况的宏观把握。*高时间分辨率：通过多期遥感影像的对比，可以分析城市扩张的动态过程、速度和趋势。*定量分析：利用遥感指数（如LUCI,ULCI）或变化检测技术，可以定量计算扩张面积、密度、强度等指标。*空间信息提取：可以提取城市用地边界、建筑物分布、道路网络等空间信息，为城市规划和管理提供数据支持。*时空一体化分析：结合GIS强大的空间分析功能（如叠加分析、缓冲区分析、网络分析），可以深入分析城市扩张的空间格局、模式及其与周边环境、社会经济因素的关系。*可视化表达：GIS可以将复杂的监测结果以地图、图表等形式直观展示，便于理解和决策。*挑战：*数据精度问题：遥感影像存在一定的几何和辐射误差，分类精度可能受地物混淆、阴影、云影等因素影响。*动态监测的时序性：获取足够数量、质量且时间间隔合适的多期影像可能存在困难，影响动态分析效果。*高分辨率数据成本与处理复杂度：高分辨率影像数据量大，处理和分析复杂度高，对计算资源要求高。*城市内部细节监测困难：对于城市内部非常精细的变化（如小规模违章建筑、具体地块用途变化）可能难以精确监测。*社会经济数据结合的难度：遥感数据难以直接获取社会经济属性信息，需要与其他数据源结合，数据融合难度较大。*复杂城市环境的解译：城市环境中地物类型多样、边界模糊、阴影干扰严重，增加了影像解译和分类的难度。2.试述利用遥感指数（至少两种）对城市扩张进行定量分析与评价的方法，并说明其适用性与局限性。*方法：*获取数据：获取研究区多期光学遥感影像（如Landsat,Sentinel）。*预处理：对影像进行辐射校正、大气校正、几何校正等。*计算指数：选择合适的遥感指数进行计算。例如：*归一化植被指数（NDVI）：NDVI=(NIR-RED)/(NIR+RED)。其中NIR为近红外波段，RED为红光波段。植被覆盖度高则NDVI值高，城市建成区（建筑、道路）NDVI值低。*城市指数（LUCI）：LUCI=((NIR-SWIR)/(NIR+SWIR))*((NIR-RED)/(NIR+RED))。该指数旨在突出城市地物（建筑、部分裸地）的特征，建成区LUCI值较高，林地、草地LUCI值较低。*指数时空分析：计算不同年份、不同区域的NDVI或LUCI值，绘制时空分布图或变化图。通过比较指数值的变化，可以评价城市扩张对植被覆盖的影响（NDVI降低）或城市建成区扩展的程度（LUCI升高）。*结合GIS分析：将计算得到的指数图与土地利用图、行政区划图等进行叠加分析，评估城市扩张的空间分布特征和强度。例如，计算建成区面积随时间的变化率，或分析LUCI高值区与城市扩张的对应关系。*适用性：*宏观评价：遥感指数可以快速、大范围地评价城市扩张的整体趋势和程度。*趋势分析：通过计算多期指数值的变化，可以分析城市扩张的动态过程。*相对比较：不同指数可以从不同角度反映城市扩张的特征，便于进行区域间或不同时期的比较。*标准化：指数计算相对标准化，便于不同研究间的结果可比。*局限性：*综合性问题：单一遥感指数通常反映地物在特定波段的综合特征，可能无法完全区分所有地物类型，存在地物混淆问题。例如，NDVI可能无法区分建成区中的水泥地