生态环境遥感监测方案

1、生态环境遥感监测方案遥感技术作为目前一种先进的信息采集方式，具有信息量大、本钱低和快速的特 点，是生态环境监测中非常重要的技术手段。遥感集市运用遥感技术进行矿区生态环 境动态监测，为合理开发矿产资源提供根底性数据资料，实现矿产资源的可持续发 展，是生态环境领域研究的重要课题。矿区生态环境问题包括：对地表的破坏、对土地的占用和破坏，对自然景观的影 响和破坏，造成“三废污染，破坏水资源、造成水土流失，诱发或孕育滑坡、泥石 流、冲击地压、矿震等动力地质、环境地质问题，噪声和振动污染，热污染等。目 前，国内外已有许多科学工作者利用遥感技术对矿区生态环境监测做了研究：一方 面，是利用不同时相的波段组合图

2、、指数变化图和土地覆盖类型变化图来表达地表信 息的变化，从而进行矿区生态环境动态监测，但往往是定性或半定量分析，并且多是 单个大面积的矿区，对于大范围分布零散的矿区研究甚少；另一方面，是将遥感信息 与其他调查数据如土质、水质等数据相结合，具体研究采矿引起的土质变化、水 质变化、地表变形等，虽然细致、透彻，但费时、费力。针对湖北大冶矿区分布零散的特点，应该采用多时相陆地卫星遥感数据，首选遥 感集市高分数据，在不同波段组合和各种指数运算应用的根底上，分析各类地表地物 具体光谱特征和空间特征，用基于知识的决策树的方法进行分类，得到具有高精度的 分类结果图，然后基于不同时相分类结果的变化检测，通过对研

3、究区水体污染、矿区 复垦、耕地变化等的定量分析，进行了湖北大冶矿区生态环境监测的研究。遥感数据的获取和预处理湖北大冶面积为 1400km 2，属亚热带季风气候区。由于 20 世纪的 80 年代到 90 年代是矿区开采的相对顶峰期，并且由此引起的生态环境问题有一定滞后效应，同时 为了减少季节上产生的误差，而夏季植被丰富，易于区分矿区和植被类型，本文从现 有的资料中选取有代表性的 1986 年 7 月底、 1994 年 11 月的 TM 影像和 2002 年 9 月 初的 ETM 影像进行处理和分析比拟其中 1994 年 TM 影像因季节差异仅作矿区的比 较。由于地面站在接收信号时根据遥感平台、地

4、球、传感器的各种参数进行的几何校 正，还不能满足专业解译和综合分析的需要，本文以 !,- 万比例尺的地形图作为参考坐 标，对湖北大冶矿区的遥感影像进行几何精校正。纠正时在图像和地形图上分别均匀地选取易于区分、目标清晰、特征突出的)-个点作为控制点，如道路交叉口、桥梁端点、坝堤等。遥感影像解译分类方法概述利用TM遥感数据影像提取土地覆盖的方法主要有：1.利用原始波段进行光谱信息分类；2.利用变换后的影像特征进行分类，主要的变换方法有主成分变换、缨帽变 换、比值法、生物量提取等方法。基于上述特点，本文采用逐级分层分类，建立决策 二叉树的方法来实现土地覆盖信息的提取，其优点是具有简单、明确、直观的分

5、类结 构，算法不需要关于输入数据分布的假设；可以充分利用原始波段和变换处理波段的 信息，把复杂的问题划分为一个个相对简单的问题，针对不同的地物分类目标选择最 佳的波段组合和特征参数，防止一次提取多类的困难等。1含小佔息<5IX1图1研究区土地覆盖决策二叉树提取模型各类地物提取水体的提取在遥感影像上，就每一类地物，测定其光谱值，从中抽出典型的数据作平均，发 现水体具有特征： TM2+TM3 - TM4+TM5 >0 ，但是只用此特征多提了矿区和 居民点。比拟误提的矿区、居民点和水体的光谱值，矿区 TM3 的值比拟大，而居民点 从 TM5 最容易与其他类别区分，根据这个特点，用 TM3

6、 < 60 和 TM5 < 40 除去误提 的矿区和居民点。最后对水体污染的程度选取典型的重污染、轻污染和清洁水的模 板，对各类模板光谱值进行比拟，从中可以发现从波段 3 可以将各类很好的区分，根 据此将水体分成三类：重污染 TM4060 、轻污染 TM3 3040 、清洁水 TM3 < 30 。植被的提取由于 TM 数据时相和其他条件的限制，所以只将植被分为林地和灌木两类。根据 本次实地调查结果，通过分析区内植被类型分布同归一化差异植被指数和高程的关 系，在水体进行掩膜处理的根底上，建立研究区植被分布的决策提取：林地 NDVI>,DEM>100 、灌木 <

7、NDVI<=,DEM>50 。矿区的提取采用监督分类方法，选取训练模板，提取出的矿区信息易与居民点、道路、裸地 等相混淆，误提率很高。铁矿指数即 iron oxide 指数，实质为红光波段 band3 与 蓝光波段 band1 反射值的比值，表达了矿物尤其是含铁氧化物的矿石 band3/band1 比值较大的特点，而矿区除停产的矿区有少量植被覆盖，因为开采几乎 没有植被覆盖，综合两种特点，同时为了减少干扰，先将水体进行掩膜，然后根据铁 矿指数大于和 NDVI 指数小于 0 根本上提取了全部的矿区，漏提的很少。非植被地类提取然遥感影像上居民地是各相关地物反射和辐射信息的混合反映。用类

8、似方法，通 过层层分析，将已经掩膜水体、植被和矿区的遥感图用TM44080 ， TM570100 ， TM4TM3<15 的特征提出居民地，其他地类在掩模水体、植被、矿 区和居民地的根底上，根据裸地 TM4>=120,TM4>TM5 、耕地 TM4<120,TM4>TM5 、草地 TM4<TM5 提出，最后得到非植被分类图。变化检测通过上述的具体分析，建立决策树，用遥感软件H!6IJ中的空间建模工具生成模型，将矿区的地表地物分为清洁水、轻污染水、重污染水、林地、灌木、矿区、居民 地、耕地、裸地和草地10类。然后用ERDAS中的分类精度评估模块，生成300个随

9、机点点数与类别涉及的象元数成正比，与实际类别作比拟通过野外调查，相近 年份地形图，由于1986年缺少实际比拟数据不能作详尽的精度评价，得到分类精度 评价结果。2002年分类结果精度，水体最高，都在90%以上，矿区最低，只有77%，其他都在80%和90%之间，比监督分类结果的精度高出了10%20%，具有很高的分类精度，有利于变化检测的准确性。统计1986年和2002年TMETM分类结果各土地类型面积见下表和下列图。表11986年、2002年各类地物统计面积比拟Tablt 1 Aivh iif gnmnd otjixts in1986 and 20(12 rvsptclivd) ( kwr)土地利用类型年20()2 年扩展面积请沽水6.3S13 997.61轻污染忒13.8325.2411.41重污晏水11.42注3林地447J1312.22-134.89灌木195.63326.92131.29矿区8.495.00-3.49車地128.41130,972.57耕地413.39280.92-12.47居尺地1&0570.9752.92裸地9