基于TM、ETM+影像的东平湖湿地信息提取及时空演变研究

摘要

湿地具有多种独特的环境功能和生态效益，在维持地表生态平衡中起着重要作用。同时湿地也是生态脆弱易于变化的生态系统，不当的开发利用方式会造成湿地生态系统破坏、生态功能降低甚至丧失。随着全球气候变化、社会经济发展及人类对湿地资源的开发利用，湿地类型、面积、空间分布、生态功能等都在发生着变化。因此，应加强湿地动态变化研究，揭示湿地时空演变规律，探明湿地演变动力机制。进行湿地信息提取及时空演变研究，对丰富湿地理论具有重要的科学意义，对合理开发、利用、保护和管理湿地资源具有重要的现实意义。
　　 东平湖是山东省第二大淡水湖、泰安市第一淡水湖，有着极其重要的地理位置及生态服务功能，但相关研究薄弱。本文在US、GIS技术支持下，以1987年、2000年、2009年3期TM、ETM+影像为数据源，进行了东平潮湿地信息提取及时空演变研究。主要研究内容与结果如下:
　　 (1)东平湖湿地分类系统建立
　　 参照《湿地公约》及《全国湿地资源调查技术规程(试行2008)》中湿地分类标准，遵循湿地分类原则，结合东平湖湿地实际情况，建立了适合研究区域的湿地分类系统，即自然湿地与人工湿地2大类，包括湖泊水面、河流水面、草滩地、荷田、芦苇沼泽、滩涂、自然坑塘，水稻田、水库坑塘、池塘养殖地10小类。
　　 (2)东平湖湿地信息提取方法
　　 通过对研究区NDVI灰度图像、TM4灰度图像、K-T变换湿度分量图像进行密度分割，初步识别东平湖湿地生态类型;研究提出分层分类提取法进行东平湖湿地信息精提取，即基于HSV变换构建水体提取模型，基于LBV变换V值分量密度分割提取植被信息，基于监督分类进行其它地物信息提取。
　　 (3)东平湖湿地规模动态变化
　　 1987-2009年，东平潮湿地类型、规模均有所增加，新增了池塘养殖地、水稻田2种人工湿地，湿地总面积由1987年的128.73km2(其中自然湿地127.74 km2、人工湿地0.99 km2)增加到2009年的179.61 km2（其中自然湿地161.18km2、人工湿地18.43km2）。其中自然湿地在2个时段内经历了先增加后减少的过程(127.74 km2→167.70km2→161.18 km2)，人工湿地经历了持续增长的过程(0.99 km2→12.87 km2→18.43 km2)。
　　 从湿地动态变化方面来看，1987-2000年，自然、人工湿地的年增长率分别为22.98％、32.63％，新增速率分别为33.63％、34.34％，耗减速率分别为10.65％、1.71％。2000-2009年，自然、人工湿地的年增长率分别为-17.18％、16.95％，新增速率分别为19.96％、39.07，耗减速率分别为37.06％、22.12％。
　　 综上，从2个时段间对比得出，自然、人工湿地的年增长率均表现为第1时段大于第2时段;自然湿地的新增速率为第1时段较第2时段大，人工湿地的新增速率为第1时段较第2时段小;自然、人工湿地的耗减速率均表现为第1时段小于第2时段。从2个时段内部来看，1987-2000年，自然湿地年增长率小于人工湿地年增长率，自然与人工湿地新增速率相当，自然湿地耗减速率大于人工湿地耗减速率;2000-2009年，自然与人工湿地年增长率处于相当水平，自然湿地的新增速率小于人工湿地新增速率，自然湿地耗减速率大于人工湿地耗减速率。
　　 (4)东平湖湿地转移过程
　　 利用湿地转移矩阵计算湿地类型组分保留率、转入转出贡献率等指标，以研究湿地转移过程。1987-2009年，各种湿地类型的维持和转移特征不同。但每种湿地类型的维持面积要大于转移面积。其中，1987-2000年，荷田具有最高的组分保留率96.25％，湖泊水面具有最高的转入贡献率53.92％，草滩地具有最高的转出贡献率15.07％;2000-2009年，湖泊水面具有最高的组分保留率及转入贡献率，分别为94.04％、16.80％，芦苇沼泽具有最高的转出贡献率19.02％。
　　 从特定转移过程贡献率分析来看，2个时段间共同特点是自然演替转移型的累计转移贡献率均大于人类主导转移型。不同的是自然演替转移型的优势组分特定转移贡献率在第2时段较第1时段有所减少，前后分别为70.74％、50.67％;而人类主导转移型的优势组分特定转移贡献率有所增加，前后分别为25.05％、42.43％。
　　 研究表明，20余年来，东平潮湿地时空演变的主要驱动因素包括自然和人为2方面，人类活动的干扰在增强，自然因素的影响在减弱。
　　 通过对东平湖湿地20余年来面积、分布的动态监测，可以准确及时掌握其时空变化特点，进而为湿地管理及决策、湿地开发与保护等提供科学依据。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 国外湿地研究进展

1．2．2 国内湿地研究进展

1．3 研究内容

1．3．1 东平湖湿地分类系统建立

1．3．2 东平湖湿地信息提取

1．3．3 东平湖湿地时空演变研究

1．4 研究方法

1．4．1 文献资料法

1．4．2 相关分析法

1．4．3 实地调查法

1．4．4 RS和GIS技术

1．4．5 土地利用动态变化模型

1．4．6 转移过程分析方法

1．5 技术路线

2 研究区概况及数据来源

2．1 研究区概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 自然环境概况

2．1．3 社会经济概况

2．2 数据来源

2．2．1 遥感数据

2．2．2 非遥感数据

3 东平湖湿地分类系统的建立

3．1 现有湿地分类系统

3．2 东平湖湿地分类系统的建立

3．2．1 湿地分类的原则

3．2．2 东平湖湿地实际情况调查

3．2．3 东平湖湿地分类系统的建立

4 东平湖湿地信息提取方法

4．1 遥感影像处理

4．1．1 最佳波段组合的选择

4．1．2 几何校正

4．1．3 增强处理

4．1．4 其他处理

4．1．5 研究范围提取

4．2 湿地类型初步识别

4．2．1 基于NDVI灰度图像识别湿地植被生态类型

4．2．2 基于TM4灰度图像识别湿地水体生态类型

4．2．3 基于缨帽变换湿度特征量区分干燥地表与湿润地表

4．3 湿地类型识别的变换模型

4．3．1 HIS变换

4．3．2 HSV变换

4．3．3 LBV变换

4．3．4 K-T变换

4．4 东平湖湿地信息提取

4．4．1 分层分类提取法结构

4．4．2 水体信息提取

4．4．3 植被区信息提取

4．4．4 建设用地等其他地物信息提取

4．4．5 分类后处理

4．4．6 分类精度验证

5 20余年来东平湖湿地时空演变研究

5．1 湿地信息统计

5．1．1 湿地总规模

5．1．2 湿地面积转移矩阵

5．1．3 湿地空间分布变化

5．2 湿地规模动态变化分析

5．2．1 总规模变化分析

5．2．2 湿地动态变化指标

5．2．3 动态变化分析

5．3 湿地类型转移过程

5．3．1 组分保留率分析

5．3．2 组分转入、转出贡献率分析

5．3．3 特定转移过程贡献率分析

5．4 驱动力分析

5．4．1 自然因素

5．4．2 人为因素

5．5 对策建议

5．5．1 保证自然湿地持续、平衡发展

5．5．2 遵循自然规律的基础上进行人类开发

5．5．3 实现社会、生态与经济效益协调发展

5．5．4 建立污水处理系统

5．5．5 建立湿地保护监管体系

6 研究结论

6．1 研究结果

6．1．1 东平湖湿地分类系统建立

6．1．2 东平湖湿地信息提取

6．1．3 东平湖湿地规模动态变化

6．1．4 东平湖湿地转移过程

6．2 创新

6．2．1 研究区域创新

6．2．2 研究内容创新

6．2．3 研究方法创新

6．3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的主要学术成就