基于时空融合数据的矿区植被覆盖变化检测

• 作 者: 张苗琳
• 出 处: 中国地质大学(北京)
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 西北干旱荒漠区 煤炭开采基地 面向对象时空数据融合 NDVI时间序列 变化检测

煤矿开采造成的土地利用变化对生态环境造成巨大的扰动,为探究采矿进程及采空区对当地生态的影响边界,需要对煤炭基地及周边区域进行植被覆盖变化检测。植被覆盖及其动态变化在较高的空间及时间尺度上的实时更新有助于矿区生态连续性变化检测,从而及时对变化进行分析并作出有利于当地生态的反馈。宁东煤炭基地是典型的西北干旱荒漠区脆弱生态系统,其对于开采煤矿带来的扰动尤为敏感。通过高时空连续性变化检测,不仅有助于发现植被四季变化差异,还可以探究人类活动对脆弱生态的扰动影响,同时也对于其他煤矿开采及采空区的脆弱生态区域变化检测有一定的借鉴意义。本研究以宁夏回族自治区宁东煤矿基地为植被变化检测的研究区,采用面向对象时空数据融合方法提升变化检测中数据时空分辨率,构建NDVI时间序列及阈值法时间序列变化检测等方法来增强变化检测中的连续性,获得同时具有高空间分辨率及时间分辨率的NDVI时间序列,从定性与定量两方面同时探究矿区植被覆盖变化情况及煤矿开采对生态的影响。本文的主要研究结论如下:(1)通过面向对象方法融合2007年及2017年Landsat及MODIS影像,获得空间分辨率为15米,时间分辨率为16天的NDVI时间序列,并对融合数据进行相关性评价,相关性均在0.9以上,得到能够准确反映地表植被变化规律的时空融合NDVI时间序列。在本文的研究中对西北干旱荒漠这一脆弱生境下煤炭开采进行连续性检测,利用时空融合数据NDVI时间序列较单一数据而言最终可得到地类变化及时间特征下连续变化趋势。(2)对两年的NDVI时间序列进行连续时间内四季变化规律研究及土地覆被类型变化检测,变化检测精度达0.85。通过变化检测发现整体上研究区NDVI值随季节变化呈凸字形,NDVI高峰值时期与雨水丰沛的7月至9月相对应,表现为较明显的干旱区特征。对比两年期的NDVI时间序列可知2017年NDVI整体高于2007年,说明该区域整体生态状况呈好转趋势;同时对比两年间植被面积变化,我们发现虽然有部分草地转变为林地,但绿化面积未显著增长。(3)将变化区域与已探知的采空沉陷区域进行空间叠加分析,可看出在沉陷边界呈现植被增长趋势,而其他区域未发现这一相关性,验证采空区对植被的影响存在边界,说明采矿造成的沉陷可能与植被生长存在相关关系,因此,未来还需要更进一步探究两者的关系。综上,面向对象时空数据融合能够有效提升数据利用效率、简化融合步骤、提高融合精度。融合NDVI时间序列可以反映研究区植被四季变化规律及土地覆被类型的变化,提升变化检测精度。同时,植被的变化情况与煤炭开采的采空区沉陷有一定相关性,需要在未来的研究中进一步探究沉陷对研究区生态的影响。