（构造地质学专业论文）基于遥感技术的唐山地区生态环境质量评价研究.pdf

桂林理工大学硕士学位论文 摘要 唐山地区是我国重要的钢铁、能源和工业基地。矿产资源开发和工业生产导致了唐山 市及周边地区一系列的环境问题，直接影响到人民的生产生活和社会经济的可持续发展。 本文以唐山市及其周边4 个区县为研究区，以e t m + 影像为数据源，应用先进的遥感技术， 对其生态环境质量进行了评价，摸清了唐山地区生态环境质量的空间分布特征。 论文取得的主要的成果和认识如下： 1 在对研究区影像进行几何校正、镶嵌等的预处理的基础上，重点使用伪不变特征 点法进行景间相对辐射校正，使得覆盖研究区的各景影像对地物光谱特征的反映具有统一 性，并取得了较好的校正效果。 2 通过目视解译方法和计算机自动分类相结合对研究区的土地覆盖类型进行了分类， 并统计了各土地覆盖类型的面积，结果如下：研究区共有面积5 3 7 3 4 9 5 1k m 2 ；其中建筑 用地共9 8 8 4 5 0 6k m 2 ，占研究区总面积的1 8 3 9 ；盐碱地共4 0 4 9 2 8 6k m 2 ，占研究区总 面积的7 5 4 ；耕地共9 0 9 7 1 8 4k m 2 ，占研究区总面的的1 6 9 3 ：林地共1 0 3 4 6 8 1 4k m 2 ， 占研究区总面积的1 9 2 6 ；裸地共1 6 6 5 9 6 1 8k m 2 ，占研究总面积的3 1 0 0 ；水体共 3 6 9 7 5 4 3k m 2 ，占研究区总面积的6 8 8 。 3 选取生物丰度、植被覆盖度、土壤退化度和土壤湿度4 个指标作为研究区生态环 境质量评价的参评因子，然后通过各类因子遥感指数的提取和单因子的多个遥感指数间的 对比评价，选取最能体现该因子变化的遥感指数。 4 在对各类数学方法进行对比的基础上，选用主成分分析法，计算了各参评因子的 权重系数，进一步认识所提取的因子指数对研究区生态环境质量的影响。 5 采用综合指数模型计算生态环境质量综合指数，再根据计算结果和实地调查分析， 将研究区生态环境质量分为四个等级，并对各个等级进行了面积统计。最后得出研究区各 土地覆盖类型生态环境质量从好到差依次为：林地，耕地，建筑用地，盐碱地，裸地；各 区县生态环境质量从好到差依次为：丰润区，丰南县，唐山市，滦南县，滦县。 目前，生态环境质量遥感评价的研究大多侧重于提取个别生态环境遥感指数，再与非 遥感的辅助信息进行综合分析，遥感的潜力发挥得不够，同时，很多非遥感数据的采集和 收集往往非常困难。而利用遥感技术直接提取环境质量评价所需的评价因子，定量化程度 高并且方便快捷，并能充分挖掘出遥感影像中的环境信息，在生态环境评价和环境遥感应 用中具有明显的优势。本文从遥感影像中直接提取多种关键因子，通过主成分分析法计算 因子权重，对研究区生态环境质量进行了评价，取得了较好的效果，同时为以后的生态环 境评价提供了新思路和新方法。 关键词：唐山； 生态环境质量评价； 遥感；主成分分析 i i 桂林理工大学硕士学位论文 a b s t a c t t a n g s h a nr e g i o ni sa ni m p o r t a n tb a s ef o r t h ee x p l o i t a t i o no fm i n e r a lr e s o u r c e sa n da n i n d u s t r i a lp r o d u c t i o nb a s e t h ee x p l o i t a t i o no fm i n e r a lr e s o u r c e sa n di n d u s t r i a lp r o d u c t i o nl e d t ot h ea r e aa r o u n das e r i e so fe n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s ，w h i c hd i r e c t l yi m p a c to nt h es u r v i v a lo f t h el o c a lp o p u l a t i o na n do u rc o u n t r y ss u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h e r e f o r e ，i ti sm e a n i n g f u lt o e v a l u a t et h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti nt a n g s h a nr e g i o n ，a n df i n do u tt h ed i s t r i b u t i o no f e c o 。e n v i r o n m e n t a lq u a l i t yo ft h i sa r e a i nt h i sp a p e r , t a k i n gt a n g s h a nc i t ya n di t ss u r r o u n d i n g f o u rc o u n t i e sa st h es t u d ya r e a ，u s i n ge t m + i m a g e a st h ed a t as o u r c e ，b a s e dr e m o t es e n s i n g t e c h n o l o g y , t h eq u a l i t yo fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n tw e r ee v a l u a t e d t h i sp a p e r sm a i nc o n t e n ta n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 ，t h ep r e p r o c e s s i n go fr e m o t es e n s i n gd i g i t a li m a g e i n c l u d i n gt h ei m a g eg e o m e t r i c c o r r e c t i o n ，m o s a i c i n g ，s u b s i z ea n ds oo n t h ef o c u so fs t e pi su s i n gp s e u d o i n v a r i a n tf e a t u r e p o i n tm e t h o df o rr e l a t i v er a d i o m e t r i cc o r r e c t i o nb e t w e e ns c e n e st om a k et h e4s c e n e so fe t m + i m a g ew h i c hc o v e r i n gt h es t u d ya r e ai nu n i f o r ms p e c t r a lc h a r a c t e r i s t i c s 2 ，t h ec l a s s i f i c a t i o no fl a n dc o v e rt y p e ss t u d ya r e a t h r o u g hv i s u a li n t e r p r e t a t i o na n d c o m p u t e ra u t o m a t i cc l a s s i f i c a t i o n ，t h es t u d ya r e al a n dc o v e rt y p e sa r ec l a s s i f i e d ，a n dt h ea r e ao f e a c ht y p e sa r ec o u n t e d t h er e s u l ts h o w sa r ea sf o l l o w s ：t h es t u d ya r e a st o t a la r e ai s5 3 7 3 4 9 5 1 k m 2 ；b u i l d i n gl a n d sa r e ai s9 8 8 4 5 0 6k m 2 ，a c c o u n t i n gf o r18 3 9 o f t h et o t a la r e a ；s a l i n e sa r e a i s4 0 4 9 2 8 6k m 2 ，a c c o u n t i n gf o r7 5 4 o f t h et o t a la r e a ；a r a b l el a n d sa r e ai s9 0 9 7 18 4k m 2 a c c o u n t i n gf o r1 6 9 3 o f t h et o t a la r e a ；w o o d l a n d sa r e ai s1 0 3 4 6 8 1 4k m 2 a c c o u n t i n gf o r 1 9 2 6 o f t h et o t a la r e a ；b a r e dl a n d sa r e ai s1 6 6 5 9 6 1 8k m 2 ，a c c o u n t i n gf o r3 1 0 0 o f t h e t o t a la r e a ；t h ew a t e r sa r e ai s3 6 9 7 5 4 3k m 2 ，a c c o u n t i n gf o r6 8 8 o f t h et o t a la r e a 3 ，t h es e l e c t i o no fe v a l u a t i o nf a c t o r sa n dm e t h o d so fc o l l e c t i n gi n f o r m a t i o nf r o me t m + i m a g e sf o rt h e s ee v a l u a t i o nf a c t o r s s e l e c t i n gb i o l o g i c a la b u n d a n c ei n d e x ，v e g e t a t i o nc o v e r i n d e x ，s o i li n d e xa n dt h es o i lm o i s t u r ei n d e xa st h ee c o e n v i r o n m e n t a lq u a l i t ye v a l u a t i o nf a c t o r s ， t h e nc o l l e c to n eo rm o r er e m o t es e n s i n gi n d e xf o re a c hf a c t o r s ，a n dc h o o s ew h i c hi sb e t t e r a m o n gt h ei n d e x e so f e a c hf a c t o r s 4 ，t h ew e i g h t i n gc o e f f i c i e n tc a l c u l a t i o n c h o o s i n gt h ep r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s m e t h o d ，t h ew e i g h t i n gc o e f f i c i e n tw a sc a l c u l a t e d 5 ，t h ee s t a b l i s h m e n to ft h ee v a l u a t i o nm o d e la n dt h es t a t i s t i co fr e s u l t s u s ec o m p o s i t e i n d e xm o d e lt oc a l c u l a t et h ee c o e n v i r o n m e n tq u a l i t y i n d e x a c c o r d i n gt ot h er e s u l t sa n d i n v e s t i g a t i o ni nt h ew i l d ，t h ee c o e n v i r o n m e n tq u a l i t yo ft h es t u d ya r ew a sc l a s s if i e di n t o4 g r a d e s ，a n dt h ea r e ao f e a c hg r a d e sw a sc o u n t e d t h r o u g ht h ea n a l y s i sb e t w e e nt h eg r a d e sa n d l a n dc o v e rt y p e s ，t h ee c o e n v i r o n m e n tq u a l i t yo fe a c hl a n dc o v e r t y p e sf r o mg o o dt ob a d a r ea s i i i 桂林理工大学硕士学位论文 f o l l o w ：w o o d l a n d ，a r a b l el a n d ，b u i l d i n gl a n d ，s a l i n e ，b a r e dl a n d ；t h ee c o e n v i r o n m e n tq u a l i t yo f e a c hc o u n t r ya r e 雒f o l l o w ：f e n g r u nc o u n t r y , f e n g n a nc o u n t r y , t a n g s h a nc i t y , l u a n n a nc o u n t r y , l u a nc o u n t r y a tp r e s e n t ，u s i n gr e m o t es e n s i n gt e c h n o l o g yt oe v a l u a t et h ee c o e n v i r o n m e n tq u a l i t ya r e f o c u s e do ne x t r a c t i n gaf e we c o - e n v i r o n m e n tr e m o t es e n s i n gf a c t o r s ，a n dt h e na s s i s t e dw i t h n o n - r e m o t es e n s i n gi n f o r m a t i o nt od oc o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s i nt h a tw a y , t h ep o t e n t i a lo f r e m o t es e n s i n gi ss t i l ln o te x p l o i t e de n o u g h a tt h es a m et i m e ，m a n yn o n r e m o t es e n s i n gd a t a c o l l e c t i o ni so f t e nv e r yd i f f i c u l t ，a n dr e m o t es e n s i n gi n f o r m a t i o ne x t r a c t i o ni sv e r yc o n v e n i e n t i nt h i sp a p e r , w ee x t r a c t e dav a r i e t yo fk e yf a c t o r sf r o mt h er e m o t es e n s i n gi m a g e s ，u s e dp c a t oc a l c u l a t et h ew e i g h t i n gc o e f f i c i e n ta n dc o m p o s i t ei n d e xm o d e lt oe v a l u a t et h e e c o e n v i r o n m e n tq u a l i t yo ft h es t u d ya r e a ，p r o v i d e dan e wi d e aa n dn e wm e t h o df o rf u t u r e e c o e n v i r o n m e n tq u a l i t ye v a l u a t i o n k e y w o r d s ：t a n g s h a nc i t y ： e c o e n v i r o n m e n tq u a l i t ye v a l u a t i o n ：r e m o t es e n s i n g ： c o n v e n t i a lp c a i v 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对论文的完成提 供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者( 签字) ： 签字日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家 有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权( 学校) 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到 中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在 解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：鼢 签字日期娜多年彦月) r 日 导师签字：? 莨f 埘毕 签字日期：沙。了年多月j f 日 桂林理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 生态环境质量评价概述 1 1 1 生态环境质量评价的几个概念 保护生态环境，走可持续发展道路，已经成为世人的共识。因此，近年来，生态环境 质量的评价是一个热门研究课题。然而，目前国内外的各种文献资料对“生态环境质量评 价”所涉及的几个概念有着不同的理解，尚未形成统一的认识。下面简述各文献中的有关 生态环境质量评价的概念和本文的理解。 生态环境质量评价的第一个概念是“生态环境 。国内外一些学者认为“生态环境 是指生态系统中除人以外不同层次的生物组成的生命系统【l ，2 1 ；另一些学者认为“生态环 境”是指由各种自然要素构成的自然系统，具有资源与环境的双重属性【3 1 ；还有些学者认 为“生态环境”就是生境，即物种的生活环境，主要包括地理位置、地形地貌、水热条件 等【4 】；国内万本太等认为“生态环境是以人类为中心的各种自然要素( 生物要素、非生 物要素) 和社会要素的综合体【5 】。 第二个概念是“生态环境质量 。“生态环境质量”的理解主要由以下几个方面：李 晓秀提出，生态环境质量是指与人类有关的自然资源及人类赖以生存的环境的优劣程度， 它包括自然资源和整个环境的各种因素【6 】；叶亚军等则提出，生态环境质量是指在一个具 体的时间和空间范围内生态系统的总体或部分生态环境因子的组合体对人类的生存及社 会经济持续发展的适宜程度【7 】；徐燕等提出，生态环境质量的内涵包括生态系统及其各组 分，特别是有生命组分的质量变化规律；不同生态系统的动态变化及外部特征一系统状态； 不同系统状态对人类生存的适宜程度【引。 对于“生态环境质量评价 ，夏军认为，生态环境质量评价是根据选定的指标系统和 质量标准，运用恰当的方法评价某区域生态环境质量的优劣及其影响作用关烈9 】：刘鲁君 等提出，生态环境质量评价指在一个具体的时间或空间范围内环境的总体或部分环境要素 的组合体对人类生存及社会经济持续发展适宜程度的度量，即根据合理的指标体系和评价 标准，适用恰当的方法，评定某区域生态环境质量的优劣及其影响关系【7 l 。万本太等认为， 生态环境质量评价是指生态环境的优劣程度，它以生态学理论为基础，在特定的时间和空 间范围内，从生态系统层次上，反映生态环境对人类生存及社会经济持续发展的适宜程度， 是根据人类的具体要求对生态环境的性质及变化状态的结果进行判定【5 】。 由于人们对生态环境的要求和关注的角度不同，对其本质属性的外部特征，即生态环 境状态的理解也有所不同。本文所研究区域是河北省唐山市及其周围区县，海拔较低，地 形以平原为主，是一个人类活动影响较大的生态区域。因此，本文中所指的“生态环境 是人类周围的自然界，是人类生存与发展的物质基础和空间条件，是生命系统和和环境系 桂林理工大学硕士学位论文 统通过物质循环、能量流动和信息交换而形成的有机整体。其中环境系统是指生物以外的 自然条件，包括地质地貌、气候、水文、土壤等因子；生命系统是指人类以外的生物界， 主要对象是生物多样性特征和生物对生境的影响。本文中“生态环境质量评价”就是根据 特定的目的，选择具有代表性、可比性、可操作性的评价指标和方法，对一定区域生态环 境的优劣程度进行定性或定量的分析和判别。 1 1 2 生态环境质量评价的指标体系 指标体系的构建是评价工作的核心，每一个指标都是进行评价的基本要素，构建生态 环境质量评价指标体系是生态环境质量指数计算的根本条件和理论基础，指标体系构建的 成功与否决定着评价结果的真实性和可行性。当前我国环境质量评价指标体系，主要分单 一类型区域的指标体系和综合性指标体系两大类。 单一类型区域的指标体系基于特定地理背景，根据当地的地理情况( 地质背景、气候 背景、水分布等) 选取评价指标进行评价。这种类型具有区域性特点，结构简单，针对性 强，能够准确表征区域生态环境质量的好坏程度。但由于研究对象比较单一，研究内容局 限，指标体系适的范围窄，指标只是适用于特定区域，不同类型区域的评价结果之间缺少 可比性。 另一类指标体系为综合性指标体系。综合性指标体系优点在于，指标涉及的内容比较 全面，能够反映环境的自然状况、社会发展状况、经济发展状况等各个方面，不同类型区 域之间的评价结果具有一定的可比性。在综合性指标体系下评价指标的选择方面主要存在 以下两个问题：一方面，为追求指标体系的完备性而不断提出新的指标，使指标种类增多、 数目增大，以致在实际操作中存在着一些困难；另一方面，指标体系普遍存在指标信息覆 盖不全和信息的重叠，并且缺乏一致认同的指标定量筛选方法，更者，区域生态环境质量 评价进行指标选择时，本身很难达到一致，即使在指标相仿情况下，各指标对不同区域环 境质量影响的权重系数也是不同的。 1 1 3 生态环境质量评价的方法 在生态环境质量评价工作中，评价方法作为其必不可少的手段而具有重要意义。近 2 0 年来，随着新科学的创立和新技术的出现，国内外对环境质量评价和预测提出了很多 种方法，其中一些主要方法简介如下： 1 综合指数评价法 即加权综合评分法。该法是进行生态环境质量综合评价运用较多的一种方法，关键步 骤是给评价指标赋予权重。一般采用层次分析法、灰色关联度分析法和主成分分析法等计 算因子权重。例如，a i n o n gl i 等用综合指数评价法对岷江流域的生态环境进行了评价研 究，使用层次分析法对各评价指标赋予相应权型9 1 。 2 桂林理工大学硕士学位论文 2 模糊评价法 1 9 6 5 年美国专家l a z a d e h 创造了模糊数学理论。目前，模糊数学方法已广泛运用 于环境质量评价中。它将系统中的不确定性通过隶属度加以量化，其特点尤其适合于包含 因素众多，又具有不确定性的情况的大系统，如环境。因而用模糊法进行环境质量评价具 有独到的优越性。常采用的模糊评价法有模糊综合评价法、模糊聚类评价法、模糊距离评 价法和模糊数合成运算评价法等。模糊评价法曾被用于对晋西北地区生态环境质量的评价 研究【10 1 。 3 人工神经网络评价法 人工神经网络是一个具有高度非线型的超大规模连续时间动力系统，是由大量的处理 单元广泛互连而形成的网络。它模拟人的大脑，解决具有模糊性和不确定性的问题。其有 自学习能力，获得先验知识，学会对新样本进行识别和评价。人工神经网络用于环境质量 评价的优点为：运算速度快，评价简便，具有容错性能力，通用性强，客观性好。李祚泳 等开展了人工神经网络在环境科学中的应用研究【l 。 除了上述方法，还有一些学者提出了物元分析评价法【1 2 1 、灰色系统评价法【1 3 】、动态 综合评价法等【1 4 j 。 1 2 生态环境与遥感技术 1 2 1 遥感技术 遥感( r e m o t es e n s i n g 、r s ) 是以航空、航天摄影技术为基础，在2 0 世纪6 0 年代初 发展起来的- - f q 新兴技术，是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的，它根据不同物体 对电磁波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，具有遥远感知事物的意思。也就 是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取 信息，经记录、传送、分析和判读来识别地物。开始为航空遥感，自1 9 7 2 年美国发射了 第一颗陆地卫星后，这就标志着航天遥感时代的开始。经过几十年的迅速发展，目前遥感 技术已广泛应用于资源环境、水文、气象，地质地理等领域，成为- f q 实用的，先进的空 间探测技术。 遥感技术具有以下特点：1 ，可获取大范围数据资料；2 ，获取信息的速度快，周期短； 3 ，获取信息受条件限制少；4 ，获取信息的手段多，信息量大。目前，随着遥感影像的空 间分辨率，光谱分辨率和时间分辨率的提高，遥感技术己广泛应用于农业、林业、地质、 海洋、气象、水文、军事、环保等领域，并且其应用领域随着空间技术发展，尤其是地理 信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，将会越来越广泛。 1 2 2 遥感技术在生态环境中的应用 桂林理工大学硕士学位论文 遥感技术在生态环境质量评价中的广泛应用是生态环境质量评价研究的发展趋势。遥 感技术可以大范围、适时地对研究区的地质、水文、植被覆盖、土地利用类型等生态环境 因子进行监测，同时遥感影像处理软件和地理信息系统软件的不断开发，使得生态环境系 统以数字的形式被表达出来，为生态环境的实时信息获取、空间数据的处理、海量数据分 析、模型的建立和结果的分析提供了多种超乎寻常的便捷方式，极大的提高了人们对生态 环境研究的视野与深度，推动了生态环境研究的发展。近年来国际和国内的决策者和专家 学者对基于3 s 技术的生态环境研究愈发的关注起来。 1 2 2 1 国外应用现状 目前，美国的遥感技术在整体水平上是最高的，而美国也是较早将其应用于环境领域 的国家。美国有多个生态环境监测和评价方面的项目，形成了不同层次和系列的网络，其 中有代表性的是，美国国家环保局于2 0 世纪8 0 年代初开始的一项环境监测与评估计划； 同时，美国环保局利用遥感技术对大气、水和生态环境进行了有效的监测。日本、欧洲和 美国等发达国家已先后研制并发射了大量的环境专用传感器，对国家、区域( 流域) 及工 程区生态环境进行监测与评价，取得了明显的成效【15 1 。迄今为止，在世界范围内已经研 究出4 0 余种植被指数【16 1 、1 0 余种湿度指数【1 7 _ 9 1 及其数学转换模型用于在遥感影像中提取 植被、土壤、水分布等各类生态环境信息。 1 2 2 2 国内应用现状 与国外先进国家相比，遥感技术在我国环境监测和评价中的应用起步较晚且范围和深 度还较为落后。我国从“六五”才开始采用航空遥感与卫星相结合的方法进行资源调查应 用。“七五”和“八五”期间进行了一些遥感应用于生态环境监测和自然灾害监测方面的 专题研究。我国生态环境遥感较早的应用是在“三北”防护林综合调查( 1 9 8 6 1 9 9 1 ) t 作中。 之后在“全国土地利用现状调查”的中后期工作及中科院主持的“全国资源环境遥感宏观 调查与动态分析( 1 9 9 1 1 9 9 6 ) 项目中【2 0 1 ，采用地理信息系统技术与遥感技术相结合的方 法，并建立了中国土地利用区域分异模型【2 1 】。在国家攻关课题“长江三峡工程对生态环 境的影响及对策”研究项目中、开展了采用卫星磁带数据进行三峡地区遥感土地覆盖计算 机分类，以及开展了应用t m 资料进行中国资源环境遥感宏观监测研究( 东部1 ：2 5 万，西 部地区1 ：5 0 万) ，黄土高原地区土地利用变化，黄淮海地区水域动态变化的遥感监测等研 究工作。近些年来，随着信息技术的发展以及对其认识的加深，我国诸多学者在区域性环 境遥感监测和评价应用领域进行较为深入的研究。吴虹等利用e t m + t m 影像和m o d i s 影像对桂林市漓江上游区域进行了生态环境遥感动态f i n t 2 2 】；李洪义等利用遥感与g i s 技术对福建省生态环境治质量进行了评价【2 3 1 ；沙晋明等提出了生态环境遥感本底值的概 念，多次应用于福建省各地生态环境评价中【2 帕6 1 。 通过近几十年不同层次的遥感应用研究，以及“3 s 技术相结合的长足发展，使得 4 桂林理工大学硕士学位论文 对唐山地区进行生态环境遥感评价研究，从理论上到方法上变得切实可行。 1 3 本文的选题来源、研究意义及目标 1 3 1 选题来源 本文在国土资源部中国地质调查局项目冀东能源多金属成矿带监测区( 唐山市周边 地区) 矿产资源开发多目标遥感调查与监测( 基 2 0 0 6 0 1 2 1 0 5 ) 完成基础之上对唐山 地区进行后续遥感研究，以广西地质工程中心开放基金项目矿山环境信息定量遥感模型 研究( 桂科能0 7 1 9 0 1 1 k 0 0 4 ) 为支撑，进行唐山地区的生态环境质量评价研究。 1 3 2 研究的意义及目的 唐山市及周边地区矿产资源丰富，是我国重要的能源和钢铁基地之一，同时也是我国 重要的工业生产基地，有着诸多的重工业工厂。随着矿产资源的大量无序开发和工业生产 废弃物的无序排放，导致了一系列严重的环境问题。矿区掠夺性的粗放开采，使矿产资源 开发秩序混乱，无证采矿、乱采滥挖、违法开采问题突出，造成大量土地毁损、基岩裸露、 林地破坏、耕地或山场占压及水土流失，同时工业生产和矿石提炼的废渣、废水、废气无 序排放，严重污染唐山市及周边地区环境，给人民生活及生命财产构成较大威胁，极大地 影响了社会的可持续发展。因此，摸清唐山地区生态环境质量的情况，了解唐山地区各地 生态环境的空间分布情况是十分重要的，同时对研究矿业开发和工业生产对环境的影响和 研究对生态环境恶劣区域的治理都有重要的意义。 目前，国内外不少学者就如何从遥感中提取出生态环境因子作了深入的研究，但内容 大多侧重于提取个别生态环境遥感参数( 其中最常用的是植被指数n d v i ) 再与非遥感的辅 助信息进行综合分析，遥感的潜力发挥得不够。因此，研究如何充分利用遥感技术优势， 从遥感信息中提取多种生态环境因子相关遥感指数，并在此基础上在同类指数中进行对比 评价和转换，选取最能反应研究区相关因子变化者，建立研究区生态环境评价模型对研究 区的生态环境进行评价，在摸清研究区生态环境质量的情况和生态环境的空间分布特征的 基础上，也为日后其他地区生态环境遥感评价提供一种新思路是本文的研究目的。 1 4 论文的研究内容和技术路线 1 4 1 研究内容 遥感影像中所包含的信息，除极少数表现形态的描述可以直接利用外，绝大多数需要 经过某种处理或者某种模型完成信息转换后才能被使用。因此，本论文以唐山地区为研究 对象，探索如何利用遥感技术提取生态环境信息，寻找生态环境信息与遥感影像之间的定 量关系，研究利用生态环境因子遥感指数进行评价的方法和模型。主要内容包括以下几点： 桂林理工大学硕士学位论文 1 遥感数字影像的预处理。包括几何校正、相对辐射校正、镶嵌等，重点研究不同 景e t m + 影像之间的标准化处理，即景间相对辐射校正的方法。 2 研究区土地覆盖类型分类。影像目视解译和实地调查相结合，弄清研究区的土地 覆盖情况和各土地覆盖类型的影像特征，再根据影像特征建立训练区进行影像分类。 3 评价因子的选取和评价因子遥感指数的选取。查阅资料和实地调查，进行生态环 境质量评价因子的选取，并研究各因子遥感指数的提取方法和同类因子指数之间的选择。 4 参评因子权重系数的计算。查阅资料，学习多种权重系数计算方法，根据方法的 特点进行选择计算因子权重系数。 5 建立评价模型，并对评价结果进行分析。应用综合评价法，根据因子权重，通过 数学模型的建立，计算生态环境质量指数，再根据指数的多少划分生态环境质量等级，最 后根据结果统计分析唐山地区生态环境的总体特征。 1 4 2 技术路线 选用研究区2 0 0 0 年5 月份( 1 2 1 3 2 、1 2 1 3 3 、1 2 2 3 2 1 、2 2 3 3 ) e t m + 卫星遥感资料 用于生态环境信息指数提取、1 ：5 万的数字高程模型( d e m ) 用于影像的几何校正；根据 本次生态环境质量评价的特点，利用e n v l 4 2 遥感影像处理软件、m a p g i s 6 7 地理信息 软件以及e x c e l 、s p s s 数理统计软件，对各类数据进行处理，提取生态环境质量的参评 因子，建立生态环境综合指数模型，并建立模型计算生态环境综合指数，对生态环境质量 进行定量化处理。根据所得指数对唐山地区的总体生态环境质量进行分析。具体的技术路 线见图1 1 。 1 4 3 技术措施 根据论文的研究目标，广泛收集、消化和吸收前人在生态环境遥感评价中的研究成果， 积极进行相关理论学习和创新研究，从理论上和方法上寻找项目研究的突破口，并充分借 鉴其它学科研究或应用中的先进的理论和技术方法，进行学科嫁接和方法移植，为本文的 研究奠定理论基础。 6 桂林理工大学硕士学位论文 图1 1 论文工作技术路线图 7， 苎塾兰三查兰翌主兰竺丝查 1 5 研究区域概况 51 地理概况 研究区在唐山市所辖范围之内。唐山市为河北省辖市，是一座具有百年历史的沿海重 工业城市，地处环渤海湾中心地带，南临渤海，北依燕山，东与秦皇岛市接壤，西与北 京、天津毗邻，是联接华北、东北两大地区的咽喉要地和走廊。其地理坐标范围为东经 1 1 7 。3 0 1 1 9 。1 7 ，北纬3 9 。0 6 4 0 。0 5 ，总面积约2 0 0 0 0 k i n 2 。行政辖区包 括唐山市、丰润、滦县、丰南、唐海、乐亭等县工作区涉及l ：2 5 万承德幅( k 5 0 c 0 0 4 0 0 3 ) 、 唐山幅( j 5 0 c 0 0 1 0 0 3 ) 、秦皇岛幅( j 5 0 c 0 0 1 0 0 4 ) 等3 个国际分幅图幅。本文的研究范围 为1 1 7 。4 5 0 0 ”1 1 8 。5 5 7 0 0 ”，北纬3 9 。l o 0 0 ”4 0 。0 5 0 0 ”。详见研究区 交通位置图12 ( 灰色部分为本文研究区、。 圈l2 唐山地区交通位置图 唐山市现实行市管县新体制。现辖丰润、丰南、滦县、乐亭、迁安、迁西、遵化、玉 田、唐海1 0 个县( 市) ；市区分路南、路北、东矿、开平、新区5 个区及芦台、汉沽两个 农场。1 9 9 2 年末全市总人口6 6 7 8 9 万人，其中市区1 5 4 2 2 万人。1 9 8 8 年3 月经国务 院批准唐山市区和丰南、滦县、滦南、乐亭、唐海五县为沿海对外开放地区，成为河北省 秦、唐、渤海湾开放区的一部分。 唐山市地势北高南低，地貌多样：北部为山地，面积约占全市的三分之一。中部为山 桂林理工大学硕士学位论文 前平原，南部为沿海平原，平原面积约占三分之二。市区地处燕山山前冲积平原，属滦河 冲积扇。市中心区北部为剥蚀残丘，大城山山顶海拔标高9 2 8 m ；南部为平原，一般海拔 1 2 - - - 1 8 m 。北部山区植被为暖温带森林灌丛植被，以天然次生和人工针、阔混交林为主。 在变质岩地区植被覆盖率5 0 - - - 6 0 ，南部碳酸盐、碎屑岩地区，植被覆盖率一般为2 0 - 4 0 。 唐山辖区内植物种类繁多，林木资源十分丰富，据文献记载，两三千年之前燕山山地 林丛遍野，松柏涛涛，原始森林茂密，南麓枣、栗、榛等野生经济林树种密布。历史上， 由于修筑长城，燕山原始森林开始遭到破坏。以后由于战乱、炭业盛行和修建京城、陵寝 以及森林病虫害、森林火灾等等，森林资源遭到不断破坏。虽然历代有时也重视发展林业， 但森林资源不断减少，到建国前全市森林资源仅有5 0 4 万亩，森林覆盖率为2 7 。 唐山市气候温和，四季分明，属暖温带半湿润季风型大陆性气候。其年平均气温1 1 3 ，年平均降雨量6 2 0 - - 7 5 0 m m 。境内主要有滦河、陡河、还乡河、沙河等河流。 唐山市农产品也很丰富，素有“冀东粮仓 之美称。唐山市是河北省的工业重镇。其 采煤和冶金已有近百年的历史。电力、机械、陶瓷等工业也在河北省具有举足轻重的地位。 农业发达，农副产品种类繁多，主要农作物有大米、小麦、花生、水果等。1 9 8 9 年工农 业生产总值达百亿元，成为我国国民生生产总值超百亿元的二十五个城市之一。 1 5 2 地层及地质构造概况 唐山地区地层出露齐全，从老到新，太古界、元古界、古生界、中生界、新生界地层 均有出露。本区太古界地层包括迁西群和单塔子群，岩性主要为黑云斜长片麻岩、二辉黑 云角闪斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩、变质黑云二长花岗岩、斜长角闪岩等，主要出 露于遵化市马兰峪迁西县金厂峪一带：本区元古界出露地层包括长城系、蓟县系、青白 口系，均为盖层发展阶段第一沉降期沉积，沉积环境为主要为河流相、滨海沙滩相、滨海 泻湖相等，岩性主要为白云岩、泥质白云岩、灰岩、石英砂岩等，主要分布在遵化县石门 唐山市水峪一带；本区古生界出露寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系地层，寒武系、奥陶 系地层为盖层发展阶段的第二沉降期沉积，主要岩性为各类灰岩和白云岩，石炭系、二叠 系地层为盖层发展阶段的第三沉降期沉积，是唐山地区主要的含煤地层；本区中生代以各 类砂岩和砾岩为主，分布在抚宁县驻操营、石门寨及卢龙县燕河营一带，其中在驻操营一 带为下花园组含煤地层；本区新生界岩性主要为一套冲积、洪积、湖积、海积、风积的砂 砾石、砂土、粘土、黄土、黄土状土及淤泥质土，广泛分布于冀东平原区、遵化瓮地、迁 安盆地和柳江盆地。 本区是一个断裂构造异常发育的地区。按走向划分有两类不同构造带：一组是东西向 构造带。它是造成本区现代地形地貌分异的主要因素，北部由于不断隆起形成上升的山地， 而南部则由于相对下沉形成拗陷平原。另一组为北北东向构造带，是著名的沧东断裂带向 北延伸的分支部分。在时间上，它比上述东西向构造系年轻得多，是第四纪以来的主要断 9 桂林理工大学硕士学位论文 裂带。北北东向断裂造成了本区西北部的掀斜上升和东南部平原在第四纪以来的急剧拗 陷，并形成一系列纵向斜断陷与背斜隆起。 本区新构造运动强烈。其主要表现是经历了喜马拉雅运动的强烈构造分异之后，自新 第三系以来，北部继承性上升，南部继承性下降，市区沿北东向发生垂直断块差异运动， 形成众多新生代断裂。第四系以来继承性活动明显，在覆盖层中形成高角度正断层。本区 现代活动仍十分活跃，二千多年的地震记录表明构造地震频繁发生，尤其在近4 5 0 年间先 后有1 0 次破坏性强震的震中分布在唐山、滦县一带。1 9 7 6 年的7 8 级唐山大地震，使唐 山断裂带继承性发展，地面垂直形变和断层位移均很显著。此后，唐山地区的地震活动并 没有停歇，除频繁的小震、微震外，1 9 9 1 年5 月2 9 日唐山又发生5 5 级地震，造成1 8 亿元经济损失。 l o 桂林理工大学硕士学位论文 2 1 数据来源 第2 章遥感数字影像预处理 不同平台遥感器所获取的遥感影像，具有不同的空间分辨率和波谱分辨率，并且价格 也不同，应结合研究宗旨，用途，精度要求，预以分析选用，以达到经济、实用的效果。 以美国陆地卫星l a n d s a t 7e t m + 影像为代表的多光谱遥感数据，可感应波段范围广， 包括紫外、可见光、近红外、中红外、热红外光谱区，且可以感应较窄的光谱范围。由于 其地面覆盖范围宽，空间分辨率、光谱分辨率能满足区域生态环境调查及信息提取的要求， 多波段优化组合的图像信息丰富，且价格适中，因此长期以来在我国许多生产和科研部门 得到了广泛使用。综上所述，本次研究工作选用e t m + 数据( 技术参数见表2 1 ) 作为生 态环境评价遥感信息提取的背景图。 表2 ，1 l a n d s a t - 7e t m + ( 1 - 7 波段) 技术参数 波谱范围分辨率 波段号主要用途 ( | 工m )( m ) 对水体有透射能力，能够反射浅水水下特 t m l ( b 1 u e )0 4 5 - 0 5 23 0 征，可区分土壤和植被 t m 2 可区分植被类型和评估作物长势，区分人造 ( g r e e n ) 0 5 2 0 6 0 3 0 地物，对水体有一定的透射能力 t m 3 ( r e d )0 6 3 - 0 6 93 0可测量植物绿色素吸收率，区分人造地物 t m 4 ( n i r ) 0 7 6 - 0 9 03 0区分植被类型，绘制水体边界 t m 5 ( s w i r )1 5 5 - 1 7 53 0 探测植物含水量及土壤湿度，区别云与雪 t m 7 ( s w l r )2 0 8 - 2 3 53 0 识别o h 一和c 0 。2 一的矿物和岩石 t m 6 ( l w l r )1 0 4 - 1 2 5 01 2 0探测高温辐射源，区分人造地物类型 覆盖整个研究区范围需四景e t m + 影像，轨道号分别为1 2