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3S技术在九龙江流域生态环境现状调查中的应用
2009-2-27 9:35:56

    (一)引言

    九龙江流域的生态破坏与水污染状况已越来越成为制约区域经济社会持续健康发展的主要因素之一。福建省委省政府对此高度重视,要求流域内各级政府都要把九龙江流域水环境综合治理摆上议事日程,强化措施,加快流域水污染和生态破坏综合整治进程。为配合整治工作的开展,厦门市环境信息中心于1999年2月开展了“九龙江流域生态环境现状调查”工作,旨在利用先进的3S(GIS地理信息系统、RS遥感、GPS全球定位系统)技术对九龙江流域生态环境现状进行一次全面的摸底,以客观全面地反映九龙江流域生态环境的现状和动态变化,为九龙江流域生态环境规划、生态恢复和生态环境保护提供科学的决策依据。

    (二)技术路线

    本次九龙江流域生态环境现状调查应用3S技术,其中GPS技术可以对空间数据快速定位,RS技术利用航天、航空遥感提供的卫星相片、航空相片等影像资料,能精度较高地定位、定量到地块,直观判读地物特征和资源的现势信息。把GPS、RS获取的丰富的地物信息及其它手段补充获取的各种信息提供给GIS,GIS利用空间数据库技术可以把属性数据和空间数据的管理一体化,存储和分析处理多种性质的数据(如图形、影像、统计数据及反映实体空间相关性的拓扑数据等)。

    本次调查采用的遥感数据源选用覆盖九龙江流域地区的1996、2001年春季和1998、2002年冬季的美国陆地资源遥感卫星Landsat TM/ETM影像(轨道号为119/42,119/43,120/42,120/43),其地面分辨率为30米/像元。局部区域采用不同历史时期的其它现有遥感数据。应用的基础地理数据主要有1:10万九龙江流域全要素数字地形图。另外还使用了气象、土壤、植被、水土流失等专题图、统计资料等数据。应用3S技术,对遥感影像进行辐射校正、几何校正、增强处理、不同分辨率图像融合等处理,并结合全要素电子地形图和实地调查,采用了基于地物光谱反射特征的监督分类和非监督分类、基于空间纹理结构的特征提取以及GIS技术支持下的辅助判译等多种遥感图像判译方法进行解译分析,提取了九龙江流域地形、地貌、土地利用/土地覆盖现状、植被覆盖、土壤侵蚀等一系列专题空间数据,然后结合水文、气候、环境统计、社会经济等因子加以分析。

    (三)具体应用示例

    1、流域土地利用/土地覆盖现状分析

    遥感土地利用分类原则上以全国农业区划委员会所提出的分类标准,考虑影像的可鉴别性及九龙江流域的实际情况,将其一级类的8大类(耕地、园地、林地、牧草地、居民点及工矿用地、交通用地、水域和未利用土地)调整为7大类,即:耕地、林地、草灌地、居民用地、水域、滩涂和裸露地。

    分类时,选用TM1,2,3,4,5,7波段。根据GPS实地采样,在影像的不同空间位置选择样区,用Erdas Imagine遥感工具软件的Spectral Profile功能分析各覆盖类型的波谱特征曲线。在分类过程中,由于流域一般地形比较复杂,而所用的遥感图像往往是多源的,很难准确地获取每一类型地物反演的光谱信息。因此采用监督分类和非监督分类相结合的办法,先对整幅影像进行ISOClass聚类,聚成32类;然后根据各地物类型的光谱特征曲线图,进行监督分类,采用non-parametric(特征空间)的方法建立训练区,同时对Isoclass聚类产生的样区集(Signature Set)进行编辑,用最大似然法分类;最后采用分类树法,对某些类进一步采用特征提取、结合地形信息或先验知识,加以修正。

    根据2002年冬季的Landsat ETM遥感影像解译结果,发现流域内的土地利用类型格局以林地类型为主,占总面积的75.32百分比;其次为灌草地和耕地,分别占10.74百分比、8.67百分比;裸地最小,仅占0.10百分比。根据划分的七种土地利用类型所占的比例大小排序:林地(75.32百分比)>灌草地(10.74百分比)>耕地(8.67百分比)>居民用地(4.07百分比)>湿地(0.62百分比)>水域(0.49百分比)>裸地(0.10百分比)。从流域内不同行政区的土地利用类型的格局分析,其中林地占比例最大的为连城(95.25),其次为上杭和永安(93.29百分比、92.01百分比),最小的则是杏林区,占22.59百分比。

    2、流域范围的界定

    传统的流域范围界定是根据地形图等高线和高程点由人工勾划的,费时、费力,且不太准确。而本次流域范围界定则是利用GIS建立数字地形模型(DTM)自动计算的,下面以Esri Arc/info为分析工具软件简要说明一下:

    将水系叠加到遥感影像上,修正由于时间流逝产生了变化的部分。

    用Createtin建立不规则三角网数据模型。为了准确描述和表达地表形状,采用断线二元五次(Quintic)内插法。以数字化的地形图等高线和高程点图层作为Masspoints,以水系(线和多边形)图层、道路(线)图层作为硬断线(Breaklines)。由于TIN把弧的结点和中间点作为已知高程的点,这些点被用作TIN中三角形的顶点,如果等高线间距很宽,而等高线上的点采得很多,则可能会出现三个顶点在同一根等高线的三角形,因此先用Proximal Tolerance和Weed Tolerance减少等高线的中间点。
    3、植被覆盖密度分析

    根据目前国内外对遥感影像信息解译方法的研究进展,还没有一个十分理想的模式能够精确地区分出不同植被类型,所以通常只是在遥感影像解译过程中利用植被指数来体现植被的覆盖状况。植被指数是地表叶绿素吸收光强度的灰度阶,该灰度阶与植被覆盖率有极好的正相关性,可以近似地表示植被的覆盖率状况。

   根据不同的影像光谱特征,选用归一化差值植被指数、比值植被指数、Tasseled Cap变换的绿被指数三种不同的方法加以分析。

    根据植被覆盖密度分为5个级别,即:

    一、小于10百分比植被覆盖率;
    二、30百分比~50百分比植被覆盖率;
    三、50百分比~70百分比植被覆盖率;
    四、10百分比~30百分比植被覆盖率;
    五、大于70百分比植被覆盖率。

    根据2002年冬季遥感影像分析表明,按所划分的五种植被覆盖率类型土地所占比例大小排序:>70百分比的高植被覆盖率类型的土地占流域总面积的52.97百分比,为最高;<10百分比的低植被覆盖率类型仅占4.69百分比,为最低;中间依次是50~70百分比植被覆盖率类型(17.36百分比)、30百分比~50百分比植被覆盖率类型(13.54百分比)、10百分比~30百分比植被覆盖率类型(11.45百分比)。总体而言,流域内>50百分比植被覆盖率类型所占比例达70.33百分比。,植被覆盖总体较好。

    4、土壤侵蚀现状分析

    仅根据遥感图像还无法直接评判土壤侵蚀的强度,但这不应该成为遥感技术调查土壤侵蚀的障碍,因为影响土壤侵蚀的主要环境因素和土壤侵蚀产生的结果在遥感图像上都有很好地反映。如何最大限度地利用遥感技术优势进行土壤侵蚀调查,我们在如下的技术思路支持下,做了一次有益地尝试,即:以TM影像为主要信息源,结合有关的地形资料和相关文献,研究其地表物质组成、地形、土地利用、水保措施、植被等要素,结合降雨量和土壤侵蚀模数等常规资料,通过综合分析对比,将土壤侵蚀强度分为五个级别,即轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵、极强侵蚀、剧烈侵蚀。

    (四)结束语

    本次工作突破传统的调查方法,利用3S技术,实现了多时相、多数据源、多专题、多尺度的生态环境数据的集成,快速地获取大量具有准确空间位置的、现势性强的九龙江流域生态环境数据,不仅为及时摸清九龙江流域生态环境的现状和动态变化,寻找其成因和对策带来了重大的帮助,也为九龙江流域生态环境建设和管理,特别是生态功能区划和生态环境保护规划提供了新的数据基础,还为九龙江流域经济的可持续发展与资源环境的可持续利用提供了宝贵的科学依据,此外也为今后九龙江流域生态环境动态监测积累了经验。更多九龙江资讯来自:厦门解渴水业www.xm110.cn

 

 

 

来源:中国地理信息网


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