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1、编号： 南阳师范学院 2008 届毕业生 毕业论文（设计） 题 目：植被覆盖度的遥感估算方法研究-以南阳市为例 完 成 人： 班 级： 2008-03 学 制： 4 年 专 业： 地理信息系统 指导教师： 完成日期： 2012- 04-03 目录 摘要(1) 0 引言 (1) 1 国内研究现状(2) 1.1 样本统计测算法(2) 1.1.1 目测估算法(2) 1.1.2 概率测算法(3) 1.1.3 仪器测量法(3) 1.2 整体直接测算法(3) 2 植被覆盖度研究中的问题及其意义(3) 2.1 植被覆盖度研究中的问题(3) 2.2 植被覆盖度研究的意义(3) 3 研究区域南阳市概况(3) 4
2、 基于像元分解法的植被覆盖度估算方法(4) 4.1 像元分解模型法(4) 4.2 利用归一化植被指数估算植被盖度(5) 4.3 NDVI 3 和 NDVI 4的两种取值方法(6) 4.3.1 利用式（6）估算植被覆盖度值，NDVI 3和 NDVI 4的取值是很关键 的问题(6) 4.3.2 利用 ENVI 软件提取 NDVI(7) 4.4 利用 ENVI 软件植被得到覆盖度数值(7) 5 南阳市植被覆盖度估算(8) 5.1 研究数据(8) 5.2 数据处理(8) 6 结果与讨论(11) 参考文献(12) Abstract(12) 第 1 页 共 12 页 植被覆盖度的遥感估算方法研究以南阳市为
3、例 作 者： 指导教师 摘要：植被覆盖度是重要的生态环境参数之一，是衡量地表植被状况的一 个重要指标，对区域环境变化和监测研究具有重要意义。本文介绍了目前常用 的遥感监测植被覆盖度的三种方法，即回归模型法、植被指数法和像元分解法。 然后利用基于 NDVI 的像元二分模型，对南阳市植被覆盖度进行估算研究。 关键词：植被覆盖度；遥感；NDVI；像元二分模型；南阳市 0 引言 植被覆盖度是指观测区域内植被垂直投影面积占地表面积的百 分比。它不仅能反映出观测区域内的地表植被覆盖状况，而且是控 制土壤侵蚀与水土流失的关键因素，同时是描述生态系统的重要基 础数据，也是区域生态系统环境变化的重要指标1。而城
4、市植被是 城市生态系统的重要组成部分，对保护城市生态环境具有重要作用。 随着城市化进程的加快而引起的城市植被覆盖的减少，是造成城市 问题的重要原因之一，因此对植被覆盖度的研究具有非常重大的意 义。 植被覆盖度传统的测量方法是地面测量，它只能进行小区域的植被 覆盖度测量，局限性大，不易推广。 遥感监测可以说是一种研究植被覆盖度的相对精确和重要的方 法，在科技越来越发达的今天，遥感在很多地物研究中都有很广泛 的应用。遥感图像通过遥感平台上的传感器获取。在遥感应用中， 根据传感器的分辨率指标选择遥感图像数据。传感器的分辨率指标 主要有辐射分辨率、光谱分辨率、空间分辨率和时间分辨率。辐射 第 2 页
5、共 12 页 分辨率是传感器区分反射或发射的电磁波辐射强度差异的能力；光 谱分辨率是传感器记录的电磁光谱中特定波长的范围和数量；空间 分辨率指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小；时间 分辨率是对同一目标重复探测时，相邻两次探测的时间间隔。正是 它们各自不同的特点可以获得不同空间尺度的遥感图像，从而得出 更精确的探测和研究数据。目前常用的遥感监测植被覆盖度的方法 主要有：回归模型法、植被指数法，像元分解模型法。其中回归模 型法主要是通过建立实测植被覆盖度数据与植被指数的回归模型来 求取植被覆盖度。它依赖于对特定区域的实测数据，虽在小范围内 具有一定的精度，但在推广应用方面却有诸多方面的
6、限制。植被指 数法则通过各像元中植被类型与植被特征的分析，建立植被指数与 植被覆盖度的转换关系，来直接提取植被覆盖度信息。而其中植被 指数指根据地物光谱反射率的差异作比值运算可以突出图像中植被 的特征、提取植被类别或估算绿色生物量能够提取植被的算法。像 元分解法是根据植被和土壤在不同波谱段的反射情况，一般选择植 被与土壤光谱反射差别较大的红光波段和近红外波段作为植被覆盖 度信息提取的信息源。植被指数法和像元分解法都不依赖于实测数 据。而基于归一化植被指数和像元分解模型的植被覆盖度的遥感监 测方法是一种比较新的研究植被覆盖度的方法。以下是以南阳市为 例对植被覆盖度的遥感估算方法进行探讨和分析，选
7、取了 1987 年、 1997 年和 2008 年 的 TM 数据，利用基于植被指数的像元分解法来 求取植被覆盖度数据，计算不同时期的植被覆盖度。目的在于研究 随着城市的发展而导致的城市地表植被覆盖度的变化，为进行城市 生态环境质量评估提供参考数据。 1 国内研究现状 1.1 样本统计测算法 样本统计测算法是按照统计学要求，在研究区内抽取一定数量 的样本区域，通过测算样本区域的植被覆盖度，利用部分推算总体 的统计学原理，估算整个研究区域的植被覆盖度。 1.1.1 目测估算法 第 3 页 共 12 页 目测估算法采用肉眼凭借经验直接判别或利用相片、网络等参 照物估算植被覆盖度。而不同人对同一研究
8、区域的目测估计结果有 显著的差别。所以此方法会产生很大的误差。 1.1.2 概率测算法 概率测算法是借助一定测量工具和手段获得的研究区内植被出 现的概率，视为估算该研究区域的植被覆盖度的一种方法，目前国 内很少有人采用此法研究植被覆盖度。 1.1.3 仪器测量法 仪器测量法是指利用传感器测量光通过植被层的状况来估算植 被覆盖度的一种方法。但并不能达到较高的精度。 1.2 整体直接测算法 整体直接测算法是通过将研究区内植被生长环境要素、时空要 素与植被覆盖度地面测量数据进行耦合，在一定尺度内建立植被覆 盖度的经验模型；或利用遥感技术提取研究区内植被光谱信息，再 与植被覆盖度建立相关关系；或对影像
9、像元进行分解的方法，计算 植被覆盖度。引言中提到的常用遥感监测估算植被覆盖度的三种方 法便是整体直接测算法8。 2 植被覆盖度研究中的问题及其意义 2.1 植被覆盖度研究中的问题 南阳市三面环山，在估算植被覆盖度的时候，必须将研究区域 内植被地上部分对植被生长区域的地面进行垂直投影。如果在山坡 上进行植被覆盖度的估算，就需要注意将植被对山坡进行垂直投影。 另外，同样面积的植被相对不同的研究区域范围，会得出不同的植 被覆盖度。 2.2 植被覆盖度研究的意义 植被覆盖度是反应植被基本情况的客观指标，在许多研究中具 有很重要的作用。当前环境问题成为全球极为关注的焦点，而植被 覆盖度与环境变化的研究有
10、着密不可分的联系。另外，它作为科学 研究的一项重要的基础数据，在许多定量研究中起到相当关键的作 用，如对南阳市的植物、土壤，水利等的定量研究，而且可使研究 第 4 页 共 12 页 结果更具科学性和可信性。由于植被覆盖度是城市生态系统环境变 化的重要指标，所以对研究城市的生态环境变化也有着重大意义。 3 研究区域南阳市概况 南阳地处在北纬 32173348,东经 110 5811349,处于亚热带向暖温带 过渡地带，属典型的季风 大陆半湿润气候，四季分明，阳光充足，雨量充沛。南阳是南水 北调中线工程水源地和渠首所在地，市内河流众多，分属长江、 淮河、黄河三大水系，长度在百公里以上的河流有10
11、条。全市 主要河流有丹江、唐河、白河、淮河、湍河、刁河、灌河等，可 供开采量约 8.58 亿立方米，全市水资源总量 70.35 亿立方米， 水储量、亩均水量及人均水量均居全省第一位。 2010 年全年共 营造林 49.5 万亩，其中人工造林 38.2 万亩。退耕还林 13.05 万 亩。全市参加义务植树 586 万人次，完成义务植树 1550 万株。 年末共有自然保护区 6 个，其中，国家级自然保护区 3 个。森林 公园 8 个，其中国家级森林公园 2 个。年末全市森林覆盖率为 37.0%。野生植物资源 184 科 927 属 2298 种，国家和省重点保护 植物 79 种；拥有国家和省级自然
12、区 6 个，面积 221.37 万亩；国 家和省级森林公园 8 个，面积 6 万亩。南阳是全国中药材的主产 区之一，药用植物资源丰富，具有种植、加工中草药的自然条件 优势和传统习惯，盛产天然中药材就达 2357 种,产量达 2.5 亿公 斤，其中地道名优药材 30 余种，品种数量占全国的 20%以上， 总储量占全省的 1/4 以上，且多为无污染有机药材。全市已基本 建成以南召辛夷、西峡山茱萸与天麻、桐柏桔梗、方城裕丹参、 内乡黄姜、镇平杜仲、邓州麦冬 、社旗板蓝根等为主体的十大中 药材种植基地。 4 基于像元分解法的植被覆盖度估算方法 4.1 像元分解模型法 第 5 页 共 12 页 像元分解
13、模型法是假设遥感影像上的一个信息只由两部分组成， 即植被部分和非植被部分。如果它通过传感器获取的信息是 S,由绿 色植被所贡献的信息表达为 S1,由非植被贡献的信息为 S2,则将 S 线 性分解 （1） 21 sss+= 对于一个由植被和土壤组成的混合像元，像元中植被部分覆盖 的面积比例为 f e，则土壤部分覆盖的面积比例为（1-fe） ，假设全 植被覆盖的纯像元所得的遥感信息为 S3，则混合像元植被部分所贡 献的信息为 S1可表示为 f e与 S3 的乘积为 （2） 31 sfs e = 同理，假设全由土壤所覆盖的纯像元所获得的遥感覆盖信息为 S4，则混合像元土壤部分所贡献的信息 S2可表示为（1-fe）与 S4的 乘积 （3）() 42 1sfs e = 将（2）与（3）代入（1）式，可得 （4）() 43 1sfsfs ee += 将式（4）进行变换，可得植被覆盖度的计算公式 （5）()() 434 ssssfe= 式（5）中，S3 与 S4 均为像元二分模型中的两个参数，因此只需
