基于 EOSMODIS 的广西全境石漠化信息提取.doc

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1、精品论文基于 EOS-MODIS 的广西全境石漠化信息提取方法研究周欣，吴虹，党宇宁 桂林工学院遥感应用研究所，广西桂林（541004） E-mail: 66535649摘要：喀斯特石漠化是发生在亚热带岩溶地貌中的土地退化过程，其显著特征为土壤严重侵蚀、基岩裸露、植被退化、土地生产力下降。石漠化既制约当地的经济发展，又可能引起 小生境气候的恶化，同时也破坏生物多样性，危及生态环境自然景观。因此，研究石漠化， 分析其成因和分布特征对喀斯特地区的防灾减灾以及可持续发展具有十分重大的意义。EOS MODIS 数据所固有的优点（获取便捷、覆盖范围广、成像周期短），使其成为理想的大范围 石漠化研究的潜在

2、遥感数据源。关键词:EOS-MODIS； 喀斯特石漠化；信息提取0. 引言广西作为西南喀斯特地区之一，岩溶区面积达 8.3 万平方公里，约占全区总面积的 35%。 由于碳酸盐岩化学溶蚀风化作用强、成土速率慢、侵蚀速率高，再加上不合理的人类活动， 极易发生石漠化。该区生态环境脆弱，耕地面积不断减少，土地生产力趋于枯竭，导致石漠 化问题突出，给当地经济发展和人类生存带来了极大的障碍1。因此研究石漠化的分布现状， 分析其影响因子特征，对全区环境综合治理、防灾减灾和经济可持续发展，都具有重要的意 义2 。由 Terra 和 Aqua 卫星携带的 MODIS 是面向 21 世纪的对地观测系统传感器，拥有

3、 36 个波段以及 3 种空间分辨率（250、500 和 1000 米），视幅宽度为 2330 公里，覆盖范围广， 并可免费获取3，是广西喀斯特地区石漠化遥感研究的便捷方式。1. 研究区概况广西壮族自治区，地处祖国南疆，位于东经 1042611204，北纬 20542624之间， 广西出露的岩石有沉积岩、岩浆岩和变质岩三大类，沉积岩最发育，遍及自治区各县、市， 其中以碳酸盐岩为主，主要分布在桂中、桂西和桂西北，构成国内乃至世界上典型的岩溶山 区之一。2. 石漠化影响因子及程度分级影响石漠化形成及发育的因子分为自然因子和社会因子。自然因子主要有气候、地质地 貌、岩性、植被等。社会因子包括人口密度

4、、农业耕作方式、资源利用方式、当地生活习惯 等45。石漠化等级划分的原则包括以下几点：（1）综合性原则： 因为影响石漠化的因素多，涉及面广，因此划分等级也要求具有较强的综合性，在充分认识等级特征的基础上进行全面分析。（2）主导因素原则： 虽然影响石漠化的因素有很多，但其中包括本身特性及人类活动的影响，在综合分析各因子的基础上，还需要确定主导因子，找出主次因子之间的相互关系。- 5 -（3）简单性原则：喀斯特石漠化等级划分，其目的在于使研究工作简化，等级划分更加简单明了，使划分 出的等级少于实际个数，且能较好的反映个体特征，代表个体的共性，同时还便于认识和利 用。（4）相对一致性原则：喀斯特石漠

5、化等级划分，是根据个体的相似程度进行的，相似 程度越一致，划分出来的等级就越典型，意义也越大。本文中所用石漠化遥感调查等级划分借鉴前人研究和区域特征采用表 2.1 所示分级标 准：表 2.1 石漠化强度分级表强度等级代码基岩裸露/%植被/%平均土厚/cm无明显石漠化0117020轻度石漠化022305050701520中度石漠化03350702550515重度石漠化044702553. 石漠化信息提取3.1 石漠化背景区域预选及遥感影像特征根据喀斯特石漠化的定义，碳酸盐岩区是发生石漠化的必然条件之一，因此编制准确的 碳酸盐分布图是石漠化调查的基础67。本文所用碳酸盐岩分布图是以公开发表的 1:

6、50 万的 地质图为来源，经数字化后，依据地层、岩性及厚度的描述，将其转换成碳酸盐岩岩石组合 类型分布图。再以此为基础，参照遥感影像，生成本研究所用的碳酸盐岩分布图。通过野外建标与记录，利用 GPS 按点(Waypoints)、路径(Tracks)要素记录样点的地理 坐标及考察的路径,并利用数码相机拍摄下典型样点的石漠化景观,对照石漠化 (CH621)假 彩色合成影像,可区分各级石漠化影像特征。在 CH621 假彩色合成影像上重度石漠化影像特 征为深紫红色、斑状；中度石漠化为红色、斑状；轻度石漠化为浅紫色夹杂绿色，呈星状； 无明显石漠化的呈深绿色。等级重度中度轻度无明显实地 数码 照片CH62

7、1 假彩 色合 成影像图 3.1 广西喀斯特区不同级别石漠化的遥感影像和实地数码照片对比图3.2 石漠化信息综合提取及成图为了对石漠化程度进行更准确的分级，本文把通过增强的植被指数和石漠化指数以及 MODIS 各单波段绑定后采用监督分类法对其进行分级。为了消除数据由于数量级差所造成 的影响，首先对植被指数和石漠化指数以及各波段进行标准化和均一化处理,使它们基本处 于同一数量级水平，然后进行主成份分析9，并对分析结果进行监督分类，最终生成广西石 漠化分布图（如图 3.2）。在各种监督分类方法中，以最大似然法的分类效果最为理想。图 3.2 广西石漠化分布现状图3.3 石漠化灾害程度分级分类精度评价

8、遥感影像分类的结果是否可信，需要对分类结果进行精度评价。精度评价就是将分类结 果与地面知识进行比较、验证，确定分类结果的准确程度55。石漠化灾害分级精度评价，需要一定量的样本。本研究区分级精度评价样本的选取主 要两种方法：一是进行实地 GPS 抽样调查；二是原始影像的目视判读，最后构建混淆矩阵。表 5.1 石漠化灾害分级误差矩阵无石漠化轻度石漠化中度石漠化重度石漠化行合计使用者精度%无石漠化681237491轻度石漠化326343686中度石漠化121922476重度石漠化313212872列合计75302730162生产者精度%90867970总体精度=82%Kappa=0.80在每次的评价

9、中都会有精度比较低的地类，因此需要经过多次修改，再评价，再修改的过程，最后得到如表 5.1 所示的抽样点验证误差矩阵。总体平均精度达到 82.0%，基本满足 要求。4. 结论利用 MODIS 数据研究大范围的石漠化灾害是可行的，一景 MODIS 数据包括近半个中国 的范围，广西全区十分之一都不到，而其他遥感数据如 TM 则需 16 景才能覆盖整个广西， 覆盖周期需 16 天，而 MODIS 数据只需 12 天，另外还可对全区同一时间成像，减小误差， 且数据获取便捷，处理也较为简便。因此，综合以上几方面考虑，MODIS 是研究大区域石 漠化的良好数据源。因为植被覆盖度和岩石裸露率是衡量石漠化程度

10、最有效的两个标志，因此本文采用基于 植被覆盖度的 NDVI 植被指数和基于岩石裸露程度的石漠化指数方法进行石漠化信息增强 处理。实验结果证明，本方法简单易行，效果较好。参考文献1 Daoxian Yuan.Karst environmental system.Proceeding of the international geographical UnionStudyGroupJ.Mans Impact on Karst.19892 王世杰.喀斯特石漠化概念演绎及其科学内涵的探讨J.中国岩溶.2002.21(2):101-1053 刘闯,葛成辉.美国对地观测系统(EOS)中分辨率成像光谱仪(M

11、ODIS)遥感数据的特点与应用J.遥感信 息,2000(3):45484 李玉辉.喀斯特的内涵的发展及喀斯特生态环境保护J.中国岩溶.1999,19(3)5 袁春,周常萍,等.贵州土地石漠化的形成原因及其治理对策J.现代地质,2003,17（2）:181-185. 6 万国江,等.碳酸盐岩与环境(卷一) M.北京:地震出版社,19957 袁道先.岩溶环境学M.重庆出版社,1988:1,628 Leprieur C, Kerr Y H,Pichon J M.Critical assessment of vegetation indices from AVHRR a semi-arid envir

12、onmentJ. International Journal of Remote Sensing, 1996,(17):5495639 李水明,舒宁.MODIS 数据在广西生态环境监测及评价中的应用J.测绘信息与工程,2005,30(1):40-43The information extraction method of Guangxi rocky desertification Based on the EOS-MODISZhou Xin, Wu Hong, Dang YuningGuiLin University of Technology (541004)AbstractKarst ro

13、cky desertification is occurring in sub-tropical karst landforms in the process of land degradation, its significant features for the serious soil erosion, bare rock and vegetation degradation,declining land productivity. Rocky desertification is restricted to local economic development, it was like

14、ly to cause the deterioration of the climate niche, as well as damage to biodiversity, endangering theecological environment of the natural landscape. As a result, rocky desertification research, analysis ofits causes and distribution of the Karst region, as well as disaster prevention and reduction

15、 of sustainable development is of great significance. EOS MODIS data inherent advantages (easy access, wide coverage, imaging short), making it ideal for large-scale study of rock-desertification of the potential of remote sensing data sources.Keywords: Karst rocky desertification; Information Extraction; EOS-MODIS