生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測方案

1、生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測方案遙感技術(shù)作為目前一種先進的信息采集方式，具有信息量大、成本低和快速的特 點，是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中非常重要的技術(shù)手段。遙感集市運用遙感技術(shù)進行礦區(qū)生態(tài)環(huán) 境動態(tài)監(jiān)測，為合理開發(fā)礦產(chǎn)資源提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)資料，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源的可持續(xù)發(fā) 展，是生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域研究的重要課題。礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題包括：對地表的破壞、對土地的占用和破壞，對自然景觀的影 響和破壞，造成“三廢”污染，破壞水資源、造成水土流失，誘發(fā)或孕育滑坡、泥石 流、沖擊地壓、礦震等動力地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)問題，噪聲和振動污染，熱污染等。目 前，國內(nèi)外已有許多科學工作者利用遙感技術(shù)對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測做了研究：一方 面，是利用不同時相的波段組合

2、圖、指數(shù)變化圖和土地覆蓋類型變化圖來體現(xiàn)地表信 息的變化，從而進行礦區(qū)生態(tài)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測，但往往是定性或半定量分析，并且多是 單個大面積的礦區(qū)，對于大范圍分布零散的礦區(qū)研究甚少；另一方面，是將遙感信息 與其他調(diào)查數(shù)據(jù)（如土質(zhì)、水質(zhì)等數(shù)據(jù)）相結(jié)合，具體研究采礦引起的土質(zhì)變化、水 質(zhì)變化、地表變形等，雖然細致、透徹，但費時、費力。針對湖北大冶礦區(qū)分布零散的特點，應(yīng)該采用多時相陸地衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，首選遙 感集市高分數(shù)據(jù)，在不同波段組合和各種指數(shù)運算應(yīng)用的基礎(chǔ)上，分析各類地表地物 具體光譜特征和空間特征，用基于知識的決策樹的方法進行分類，得到具有高精度的 分類結(jié)果圖，然后基于不同時相分類結(jié)果的變化檢測，通

3、過對研究區(qū)水體污染、礦區(qū) 復墾、耕地變化等的定量分析，進行了湖北大冶礦區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的研究。遙感數(shù)據(jù)的獲取和預處理湖北大冶面積為 1400km 2，屬亞熱帶季風氣候區(qū)。由于 20 世紀的 80 年代到 90 年代是礦區(qū)開采的相對高峰期，并且由此引起的生態(tài)環(huán)境問題有一定滯后效應(yīng)，同時 為了減少季節(jié)上產(chǎn)生的誤差，而夏季植被豐富，易于區(qū)分礦區(qū)和植被類型，本文從現(xiàn) 有的資料中選取有代表性的 1986 年 7 月底、 1994 年 11 月的 TM 影像和 2002 年 9 月 初的 ETM 影像進行處理和分析比較（其中 1994 年 TM 影像因季節(jié)差異僅作礦區(qū)的比 較）。由于地面站在接收信號時根據(jù)遙

4、感平臺、地球、傳感器的各種參數(shù)進行的幾何校 正，還不能滿足專業(yè)解譯和綜合分析的需要，本文以 !,- 萬比例尺的地形圖作為參考坐 標，對湖北大冶礦區(qū)的遙感影像進行幾何精校正。糾正時在圖像和地形圖上分別均勻地選取易于辨別、目標清晰、特征突出的)-個點作為控制點，如道路交叉口、橋梁端點、壩堤等。遙感影像解譯分類方法概述利用TM遙感數(shù)據(jù)影像提取土地覆蓋的方法主要有：1.利用原始波段進行光譜信息分類；2.利用變換后的影像特征進行分類，主要的變換方法有主成分變換、纓帽變 換、比值法、生物量提取等方法?；谏鲜鎏攸c，本文采用逐級分層分類，建立決策 二叉樹的方法來實現(xiàn)土地覆蓋信息的提取，其優(yōu)點是具有簡單、明確

5、、直觀的分類結(jié) 構(gòu)，算法不需要關(guān)于輸入數(shù)據(jù)分布的假設(shè)；可以充分利用原始波段和變換處理波段的 信息，把復雜的問題劃分為一個個相對簡單的問題，針對不同的地物分類目標選擇最 佳的波段組合和特征參數(shù)，避免一次提取多類的困難等。1含小佔息0 ，但是只用此特征多提了礦區(qū)和 居民點。比較誤提的礦區(qū)、居民點和水體的光譜值，礦區(qū) TM3 的值比較大，而居民點 從 TM5 最容易與其他類別區(qū)分，根據(jù)這個特點，用 TM3 60 和 TM5 40 除去誤提 的礦區(qū)和居民點。最后對水體污染的程度選取典型的重污染、輕污染和清潔水的模 板，對各類模板光譜值進行比較，從中可以發(fā)現(xiàn)從波段 3 可以將各類很好的區(qū)分，根 據(jù)此將水

6、體分成三類：重污染 TM（4060 ）、輕污染 TM3（ 3040 ）、清潔水 TM3 （ ,DEM100 ）、灌木（ NDVI50 ）。礦區(qū)的提取采用監(jiān)督分類方法，選取訓練模板，提取出的礦區(qū)信息易與居民點、道路、裸地 等相混淆，誤提率很高。鐵礦指數(shù)（即 iron oxide 指數(shù)，實質(zhì)為紅光波段（ band3 ）與 藍光波段（ band1 ）反射值的比值），體現(xiàn)了礦物尤其是含鐵氧化物的礦石 band3/band1 比值較大的特點，而礦區(qū)除停產(chǎn)的礦區(qū)有少量植被覆蓋，因為開采幾乎 沒有植被覆蓋，綜合兩種特點，同時為了減少干擾，先將水體進行掩膜，然后根據(jù)鐵 礦指數(shù)大于和 NDVI 指數(shù)小于 0 基

7、本上提取了全部的礦區(qū)，漏提的很少。非植被地類提取然遙感影像上居民地是各相關(guān)地物反射和輻射信息的混合反映。用類似方法，通 過層層分析，將已經(jīng)掩膜水體、植被和礦區(qū)的遙感圖用（TM4（4080 ）， TM5（70100 ）， TM4TM3=120,TM4TM5 ）、耕地 （TM4TM5 ）、草地（ TM4TM5 ）提出，最后得到非植被分類圖。變化檢測通過上述的具體分析，建立決策樹，用遙感軟件H!6IJ中的空間建模工具生成模型，將礦區(qū)的地表地物分為清潔水、輕污染水、重污染水、林地、灌木、礦區(qū)、居民 地、耕地、裸地和草地10類。然后用ERDAS中的分類精度評估模塊，生成300個隨機點（點數(shù)與類別涉及的象

8、元數(shù)成正比），與實際類別作比較（通過野外調(diào)查，相近 年份地形圖，由于1986年缺少實際比較數(shù)據(jù)不能作詳盡的精度評價），得到分類精度 評價結(jié)果。2002年分類結(jié)果精度，水體最高，都在90%以上，礦區(qū)最低，只有77%，其他都在80%和90%之間，比監(jiān)督分類結(jié)果的精度高出了10%20%，具有很高的分類精度，有利于變化檢測的準確性。統(tǒng)計1986年和2002年TM（ETM）分類結(jié)果各土地類型面積（見下表和下圖）。表11986年、2002年各類地物統(tǒng)計面積比較Tablt 1 Aivh iif gnmnd otjixts in1986 and 20(12 rvsptclivd) ( kwr)土地利用類型年20()2 年擴展面積請沽水6.3S13 997.61輕污染忒13.8325.2411.41重污晏水11.42注3林地447J1312.22-134.89灌木195.63326.92131.29礦區(qū)8.495.00-3.49車地128.41130,972.57耕地413.39280.92-12.47居尺地