基于RS/GIS的泾惠渠灌区人类活动强度定量模型建立的研究

摘要

区域人类活动对水文生态及地理环境系统的影响具有主动性、交互性、持续性和双向性等特点。当前对人类活动与水文生态环境变化的研究更多的偏重于地表水资源一水生态系统和对水环境的监测研究，利用3S技术对区域人类活动进行定量研究，特别是将人类活动与区域水文生态及环境系统作为一个不可分割的整体系统来进行研究，几乎还是空白。如何利用遥感等高科技手段在多维空间上对区域人类活动的强度进行定量分析和建立相关模型，探索它们与水文生态及地理环境变化的联动机理，目前国内外尚无先例。
　　 本文以泾惠渠灌区为例，根据水文、生态、地理、水文地质、遥感(RS)和地理信息系统(GIS)原理，运用RS/GIS的方法研究人类活动对泾惠渠灌区水文生态及地理环境变化的影响，通过对泾惠渠灌区水文生态及地理环境变化紧密相关的人类活动的性质、空间分布特征及变化规律的分析，确定了社会、经济和文化三方面可量化的人类活动强度主因子指标体系，探索人类活动强度计算的模型与方法，并分析其与灌区水文生态及地理环境变化的相互影响。本文主要成果和创新有以下方面：
　　 (1)针对研究区研究范围长期不确定，无精确的位置，特别是北部边界含糊不清，无法进行相关信息的定量提取及研究。本文采用GIS与GPS方法，对北部边界进行实地踏堪定位，对其它边界采用以泾河、渭河、石川河河流中心线向内做200米缓冲区确定其边界，最终精确确定灌区总面积为1287.029km2。为后续研究奠定了基础，同时也具有重大的实际意义。
　　 (2)研究区内属平原地貌，人类活动痕迹强烈，与人类活动相关的主因子：地表水体指数、植被覆盖度、土地利用信息及城镇信息等，受其它因素的影响，常规的方法不能理想的提取专题信息，本论文采用改进的新遥感方法提取这些专题信息，获得了较为理想的效果。这些主因子的遥感专题信息的提取是本文一个重点内容。
　　 (3)本文建立以耕地面积、道路密度、城镇面积比、引水渠总长度、植被指数、地表水面水体指数、人口密度、开采井总数、人均国民生产总值、普通中学在校人数等主因子的人类活动强度指标体系，并探索人类活动强度计算的遥感模型与方法。
　　 (4)本论文建立了一个基于遥感数据的灌区人类活动强度指数计算模型，运用该模型对区内三期数据计算表明，遥感模型测算的值与同期区内水文生态及地理环境变化的实际数据基本吻合，说明模型是成功的。
　　 人类活动强度遥感定量研究不但能丰富人与水文生态及环境相互作用的理论研究，也将推动水文生态及环境理论和方法研究，拓宽遥感应用与研究领域，具重要科学意义和使用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．灌区水文生态及地理环境变化研究的主要成果与问题

1．1．1．国外研究动态

1．1．2．国内研究动态

1．2．选题的科学依据和研究意义

1．3．研究的理论基础

1．3．1．人类活动的基本理论

1．3．3．水文生态方面的基本理论

1．3．4．地理环境变化的基本理论

1．4．遥感专题信息提取的基本理论

1．4．1．资源卫星及其图像特征

1．4．2．遥感图像的地理特征提取的特点

1．4．3．遥感信息的变化检测

1．5．研究的内容、技术路线

1．5．1．研究的内容

1．5．2．技术路线

1．6．研究的难点与问题

1．6．1．空间尺度的选择

1．6．2．数据源的相关特征

1．6．3 遥感专题数据的定量提取问题

第二章 人类活动的类型及其与遥感图像数据耦合机理分析

2．1．人类活动的类型

2．2．人类活动与遥感图像数据耦合机理分析

2．3．泾惠渠灌区对水文生态及地理环境变化有作用的人类活动因子的确定

第三章 灌区内相关因子的典型地物光谱分析

3．1．水体的光谱特征

3．2．植被的光谱特征

3．3．土壤的光谱特征

3．4．城镇用地的光谱特征

第四章 灌区相关因子遥感信息定量提取的基本思路

4．1．地表水体信息的遥感定量提取

4．1．1．地表水体信息的遥感分析

4．1．2．ETM遥感影像水体信息提取方法

4．1．3．人类活动和河流演变的相互影响

4．2．灌区内植被信息的遥感定量提取

4．3．灌区内土地利用现状信息的遥感定量提取

4．4．灌区内城镇信息的遥感定量提取

第五章 泾惠渠灌区概况及遥感数据预处理

5．1．泾惠渠灌区水文生态环境总体特征

5．1．1．地理位置

5．1．2．地质地貌

5．1．3．泾惠渠灌区气候特征

5．1．4．河流渠系概况

5．1．5．社会经济概况

5．2．灌区遥感数据的预处理

5．2．1 研究区数据源

5．2．2．遥感数据的预处理

第六章 泾惠渠灌区专题遥感信息提取分析

6．1．灌区水体信息识别及提取

6．1．1．ETM影像的水体及背景地物的光谱分析

6．1．2．水体的提取及方法试验

6．1．3．灌区多期遥感数据水体信息的定量提取

6．1．4．研究区多期水体变化信息的定量分析

6．2．灌区植被信息的定量提取

6．2．1．植被遥感因子的确定

6．2．2．计算步骤和方法

6．2．3．灌区植被的覆盖度综合分析

6．3．灌区土地利用信息的定量提取

6．4．灌区城镇信息的定量提取

6．4．1．灌区城镇信息的定量提取方法及试验

6．4．2．研究区多期城镇信息变化的定量分析

第七章 灌区人类活动强度定量模型的建立

7．1．灌区人类活动强度指标体系的构建

7．1．1 选取灌区人类活动主因子指标的基本原则

7．1．2．灌区人类活动主因子指标体系的构建

7．2．灌区人类活动强度数据预处理及指标无量纲化

7．2．1．灌区人类活动强度数据预处理

7．2．2．指标无量纲化

7．3．灌区人类活动强度定量模型建立方法

7．3．1．层次分析法确定指标权重

7．3．2．加权法确定泾惠渠灌区人类活动强度指数

第八章 泾惠渠灌区人类活动强度定量模型的应用与结果分析

8．1．泾惠渠灌区人类活动强度定量化数据计算

8．1．1 泾惠渠灌区人类活动强度指标数据的获取

8．1．2．指标进行无量纲化

8．1．3．计算各指标权重

8．1．4．计算泾惠渠灌区人类活动强度指数

8．2．综合结果分析

8．2．1．制作泾惠渠灌区人类活动强度指数空间分布图

8．2．2．综合总结分析

第九章 结论与展望

9．1．总结

9．2．创新点

9．3．展望

参考文献

攻读学位期间的科研成果

致谢