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2003年,国家出台了振兴东北老工业基地的政策,东北各省各行各业都以此为契机,积极加快发展的步伐。国家将大庆作为首批石油资源型城市经济转型试点,重点加强石油加工延伸行业的扶植力度。为了贯彻落实中油及大庆市政府的发展战略,大庆石化开展了《大庆石化“十一五”发展规划》的编制工作。
2005年10月受到大庆石油化工总厂的委托参与其“十一五”发展规划的环境影响评价工作,主要负责生态环境的遥感调查部分。龙风湿地作为大庆市内的主要生态系统,并处于大庆石油化工总厂的炼油区和乙烯区中间,是本次调查工作的主要研究对象。调查期间,感叹龙凤湿地生存空间之狭小,受威胁之大,有必要对其过去、现状与未来进行深入的研究,以为该地区更好的保护这一珍贵资源提供依据和借鉴。
本文选取了4个时相(1979 MSS,1990 TM,2000 ETM,2006 LISS-III)的龙凤湿地的遥感数据。采用LSMA+决策树的分类方法对4个时相的遥感影像进行分类,并利用分类结果图的对比分析实现对龙风湿地的变化检测。选择CLUE-S模型--以2006年的龙风湿地分类影像为控制图,分析了气候因素(温度,降雨),人为因素(经济和人口增长,区域政策)与龙风湿地各地类变化的关系;以道路,城镇和水域分布等为主要驱动因素,构建龙凤湿地土地利用/覆被变化模型。通过变化模型模拟得到3个不同发展情景下的2010年和2020年的龙凤湿地土地利用/覆被分类图,并在此基础上以2006年龙凤湿地遥感影像作为基图,采用基于图像修补技术的图像模拟方法模拟得到未来预定时期的龙风湿地遥感影像。
在研究过程中所取得创新点和主要研究成果总结为“四个一”:一种方法、一个指数、一个模型、一种技术,具体如下:
(I)采用LSMA+决策树的分类方法完成了对龙凤湿地的影像分类。该方法是基于地物的光谱特性,采用线性光谱解混的方法得到3种基本端元(土壤,植被,水体)的端元影像,并利用各类别在不同端元波段相元值的顺序进行分类。该方法不需要地面样点,克服了湿地内部样点采取的困难。同时,该方法是基于光谱特征的分类,由于地物光谱不随时间变化,因此,使得4个时相的分类结果可比性大大加强。为后面的变化分析提供了更为准确地数据。
(2)提出了1个评价湿地退化程度的指数--“湿地退化指数”,并结合“单一土地利用动态度”,“综合土地利用动态度”和2个模型,综合分析龙凤湿地动态变化时空特征和规律。同时,在湿地退化指数基础上,通过对比分析龙凤湿地保护区内外的地类变化情况,并运用构建的保护指数和保护比率首次对一个保护区所起到的保护作用进行了定量化的评价。计算结果表明保护区内1979-1990,2001-2006以及1979-2006的湿地退化程度指数均为负值。表明在该时间段保护区范围内湿地正处于恢复状态。相反,保护区外所有世间段的湿地退化指数均为正值。说明保护区外湿地一直处于退化状态。并且计算得到龙风湿地保护指数和保护比率在1979-2006年间分别为51.52和2.5。
(3)以CLUE-S模型为基础框架,构建了龙凤湿地时空变化模型。主要选择道路,城镇和水域等对土地利用分布格局影响较大并在较短时间尺度上比较稳定的因素作为驱动力因子。设定了3个发展情景下的土地需求状况(按1979-2006间速率发展、限制城镇向龙风湿地扩展、限制城镇和鱼塘向龙凤湿地扩展),模拟得到3个不同情景下2010年和2020年的龙凤湿地分类图。
(4)提出了1种基于图像修补方法的遥感影像模拟技术。该方法主要用于根据已有的遥感影像模拟未来或者未获取得遥感影像。通过对比Ti时期的分类图和Ti+1的遥感分类图,将Ti到Ti+1时期未变化地类与变化地类区分开来。对于地类未发生变化的区域直接沿用Ti时期的遥感影像,而对于地类发生变化的区域则认定为待修补区域,采用图像修补算法进行修补,达到模拟Ti+1时期遥感影像的目的。由于遥感影像可以提供真实场景重建模拟的一些参数,因此,该方法对于进行未来场景模拟提供了有力的数据支持。