《本科毕业论文---塔里木河干流景观格局时空变化分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《本科毕业论文---塔里木河干流景观格局时空变化分析（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、塔里木河干流景观格局时空变化分析5.1 研究方法5.1.1 塔里木河干流土里覆盖/利用分类（1）数据收集本次研究所需数据主要包括以下两个方面： 2000-2012年以来Landsat ETM/TM卫星遥感影像数据；野外调查实测数据：植被类型、分布特征、植被样方（由研究所相关研究团队提供）等实测数据。（2）图像预处理本次研究采用的遥感影像数据是Landsat ETM/TM卫星提供数据，图像获取时间20012012年的7、8、9三个月份，轨道范围包括141/032、141/033、142/032，地图投影：UTM，Zone 45N，分辨率为30米，影像色调均匀、清晰度高、无云层覆盖。影像数据特征L
2、andsat卫星是由美国国家航天与航天局（NASA）自1972年陆续发射的，该系列卫星所获取数据影像覆盖范围包括北纬83到南纬83之间所有陆地区域，空间分辨率为30m，数据更新周期为16天。针对水、植物、土壤、岩石等不同地物在波段反射率敏感度的差异，Landsat卫星相应设置了不同的波段发射范围来获取相应地物信息。数据预处理遥感数据在获取过程中，由于传感器本身和外界因素的影响造成了影像数据本身的失真和畸变，为了保证数据的质量和精确性，我们对数据进行了辐射定标和大气校正处理。其中辐射定标是将传感器的数字量化值（DN值）转化为绝对辐亮度值的过程。其目的消除传感器本身的误差，根据不同的使用要求和应用
3、目的，可分为绝对定标和相对定标。绝对定标是通过各种标准辐射源，建立辐亮度值和DN值之间的定量关系，而相对定标则是指确定场景中各像元之间、各探测器之间以及不同时间测得的辐射度量的相对值。大气校正是太阳辐射由地表反射，并最终达到传感器过程中，由于大气吸收和散射的影响，造成太阳辐射在传输过程中的衰减；同时一部分大气的散射光直接或经地表反射进入传感器，这部分辐射不属于地物的反射波谱，是噪声。大气校正的目的正是消除大气对太阳辐射的影响，获取真实的地表反射率信息。（3）波段选择及组合由于Landsat ETM/TM各波段所包含信息的不同，不同的波段组合可以突出显示特定的地物信息并应用于专题研究，例如，74
4、1段组合具有极为丰富的地质信息和地表环境信息可用于地质的解译；432组合图像植被呈现红色，且其特征表现明显，可用于植被、农作物和湿地分析研究；543波段组合图像信息量丰富且能充分显示各种地物的影像特这差异，可用于城镇和农村土地利用区分以及陆地/水体边界的确定等等。因而在实际应用中，可以根据所探测地物信息的不同，选择不同的波段组合显示目标信息达到研究目的。（4）遥感影像分类结合研究目的和研究区的土地覆被和土地利用类型，将研究区分为以下7种主要地物类型：未利用地、耕地、林地、水体、草地、灌木林地、居民地。对应研究区内，未利用地：沙地、盐碱地、裸土地及植被覆盖率5%的土地；耕地：水浇地、旱地；林地是
5、沿河两岸生长成片胡杨林的土地；水体：河流水面、水库水面及湖泊水面所占区域；草地：生长芦苇、甘草、猪毛菜等草本植物的土地；灌木林地：生长柽柳、梭梭及红柳等灌木树种的土地；居民地：城镇、农村人口聚居地。分类主要采用基于面向对象的遥感信息提取软件eCognition，其具体分类过程如下图所示：图5.1 塔里木河干流遥感影像解译工作流程多尺度分割多尺度分割的标准是分割后影响对象的平均异质性最小，其中异质性包括2个部分：光谱因子和形状因子。在实际运用eCogniton进行分割时，需要输入三个主要参数：波段权重、分割尺度和形状因子。分割时，如果分割参数选择不当，将会直接影响最终分类结果的好坏，因而进行分割
6、应多次调整尺度、光谱和形状因子等参数的权值进行分割，直至到达最优效果。为得到理想的分割效果，经过反复试验，最后确定影像的分割尺度为15，形状因子为0.1，光谱因子0.9，紧凑度0.5，光滑度为0.5。各波段的权重都为1。划定分区因研究区水文地质环境条件的影响，区域内植被的分布具有明显的特点，种群结构简单，大部分区域只有一种或两种主要植被类别，且植被类型之间的交错分布复杂程度低，同时由于异物同谱的影像，对研究区进行分区后再进行分类，分类可以提高分类结果的精度。对于整个研究区来说，植被种类分布较复杂的区域主要是河流两岸，分类的难点也在于河流两岸植被的划分。分区时应根据野外实际调查的植被分布特征以及
7、其在遥感影像上的表现特征对研究区进行分区。特征指数选择不同地物具有不同的光谱特征，因而可以根据地物的光谱特征判别地物类型。影像光谱特征不仅包括地物在影像上的像元亮度，还包括通过多波段之间运算得到的反映特定地物的计算值，如归一化的植被指数（NDVI），有效叶面积指数（SLAVI），水陆掩膜指数（LMW）等。在运用特征指数进行分类时，实际上是通过确定阀值来实现区分不同地物的目的。由于不同影像成像条件的不同，不同影像上区分地物的阀值会有一定差异，但差别不大，只需反复几次重新确定其大小即可。分类规则的确定与分类基于eCogniton的信息提取，是通过建立合适的规则集来实现的。合适规则集的建立，不应只考
8、虑各种参数的阀值，还应结合地物本身的空间分布特征，进行分类提取。例如，林地一般主要分布河道两岸附近，河流分割对象的长宽比值相对于与湖泊/水库较大，水域附近及河岸两边的植被覆盖度较高，大面积草本植物分布一般在水库和湖泊附近区域等。5.1.2 景观格局分析方法本研究使用目前国际上较为流行的景观空间格局分析软件Fragstats3.3进行各项指数值的计算，进而定量分析研究区的景观格局动态变化。景观指数一般分为景观斑块水平指数（PLI）、景观类型水平指数（CLI）、景观水平指数（LLI）3个层次，描述景观的连续性，在景观景观生态学中，将景观格局指数主要分为四个方面：即景观面积度量指标、景观形状度量指标
9、、景观聚集度量指标和景观多样性度量指标。在本文所选取的景观指数如下：（1）景观面积度量指标包括：斑块类型面积（CA）、斑块类型比(percentage of landscape, PLAND)、最大斑块类型指数（largest patch index, LPI）。1）斑块类型面积（CA）：CA等于某一拼块类型中所有拼块的面积之和（m2），除以10000后转化为公顷（ha）；即某拼块类型的总面积。2）景观斑块类型比（PLAND）：指某类斑块所占的景观总面积的百分比,是确定景观中的基质或优势景观类型的重要指标,也是决定景观中的生物多样性、优势物种和数量等生态系统指标的重要因素。3）最大斑块类型指数
10、（LPI）：在景观类型中,该类型斑块中最大斑块占该类斑块面积的百分比,是组成景观优势度的度量,反应生态系统中人类活动的方向与强度。（2）景观形状度量指标是研究景观生态功能与生态过程的重要参数,在本文中主要指标是景观形状指数（landscape shape index，LSI）。斑块形状对保持区域景观的功能具有十分重要作用，如：防止水土流失、保护物种生存与迁移等。（3）景观聚集度量指标是表示区域相同景观类型在景观格局中的分布状况以及景观整体之间的聚集和分散程度。本文所选用的指标有蔓延度指数（contagion index, CONTAG）和景观破碎度（Patch Density，PD）。1）蔓延
11、度指数（CONTAG）：指标是表示景观里不同斑块类型之间的团聚程度或延展趋势。该指标包含空间的信息，是描述景观格局的最重要的指数。一般来说，高蔓延度值表明景观中的某种优势斑块类型形成了良好的连接性；反之则表明景观是多种要素的密集格局形式,进而说明景观的破碎度较高。2）景观破碎度（PD）：在景观类型级别上是某类景观斑块与某类景观面积的数量的比值，在景观级别上是整体景观斑块数量与总面积的比值。一般用来反映景观的空间格局，描述整个景观的异质性，可以决定景观中各种类型的空间分布特征改变物种相互作用和协同共生的稳定性。（4）景观多样性度量指标度量景观的组成，它们一般由丰度与均度2个指标来确定。丰度是景观
12、中出现的类型数量，而均度是描述不同类型斑块的分布。景观多样性与分布特征主要是香农多样性指数(Shannons Diversity Index. SHDI)。SHDI是基于信息理论的测量指数，在景观级别上的空间格局指标，该指标能反映景观异质性，特别是对景观中各斑块类型非均衡分布状况较为敏感，重点强调稀有斑块类型对景观格局的贡献。5.2 塔里木河干流土地覆盖/利用分类结果5.2.1 塔里木河干流区土地覆盖/利用变化本研究充分利用了2012年完成的“塔里木河下游水土保持与生态修复工程干流植被遥感监测与生物多样性调查分析”项目的成果，该项目已完成了2007年和2010年生态环境遥感解译的工作，完成了2
13、000年、2007年和2010年3期生态环境遥感解译图、植被变化专题图，出图时采用的为国土资源部1:20万县级土地利用现状调查基本图例，比例尺统一设置为1:20万。各图的缩略图如图5.2所示。通过arcgis的arctools box工具箱中dissolved工具，将生态环境解译图进行属性融合，通过将属性表进行输出，并在excel软件中进行分类统计，分别可以得出3期生态环境遥感解译图的各类型面积统计表（表5.1）。3表5.1 2000年，2007年和2010年生态环境遥感解译面积统计表2000年2007年2010年二级分类面积（km2）百分比（%）面积（km2）百分比（%）面积（km2）百分比
14、（%）水浇地4028.346.115302.528.057147.6311.26林地5753.568.735335.828.103617.405.49天然草地22743.6934.5220916.0431.7523637.3635.88城市/农村居民用地131.190.20227.450.35130.560.20独立工矿用地0.000.000.000.000.000.00河流水面395.290.60390.960.59722.301.10湖泊水面124.120.19298.610.45182.640.28水库水面416.070.63381.620.58497.670.76滩涂139.730.2
15、1251.430.38129.130.20裸土地64.420.10375.960.574123.696.26裸岩石砾地2278.563.463346.575.08683.631.04沙地22307.6533.8622398.8134.0121234.7732.23盐碱地6858.4610.415862.668.905498.473.90沼泽地645.580.98778.751.18919.851.40图5.2 2001, 2007, 2010三期生态环境遥感解译图通过地统计方法对三期个生态环境类型的面积及占研究区总面积的百分比进行了统计和汇总，获得了三期生态环境类型面积与百分比变化表（表5.2）。表5.2 2000年,2007年和2010年生态环境类型面积与百分比变化表面积（km2）百分比（%）二级分类2000-20072007-20102000-20102000-20072007-20102000-2010水浇地
