基于ALOS影像融合技术的黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀景观格局研究

论文摘要

水土流失是一个全球性的环境问题,治理水土流失是改善总体生态环境的措施之一,有着重要的意义。在我国,黄土高原的土壤侵蚀是目前举世瞩目的环境问题,土壤侵蚀监测对土壤侵蚀防治对策的制定具有重大意义。遥感在大尺度生态资源环境监测方面具有快速、直观、监测区域广等优点,随着遥感技术的发展,获取遥感信息的新型传感器不断涌现,也由单一传感器发展到多传感器,由各种不同传感器获取的同一地区多光谱、多分辨率、多时相的图像数据越来越多,为自然资源调查、环境监测等众多领域提供了丰富而又宝贵的资料。处理和充分利用多源遥感海量数据的遥感影像融合技术也日趋成为国际遥感领域的研究热点。多源遥感影像融合能够综合利用多源信息的优势,从而获得比单一数据更客观、更丰富的信息。本文系统综述了遥感影像融合的产生及发展过程,介绍了常用融合算法的基本原理、遥感影像融合的应用及评价指标。本文通过主成分、乘法变换和Brovey变换等3种融合方法对陕北黄土丘陵沟壑区ALOS遥感影像的全色波段与多光谱影像进行了融合,并对融合后的影像进行了效果评价,结果证明,Brovey变换法在提高目视效果和识别精度方面优于其他几种方法融合,为改善研究区遥感影像解译的精度奠定了基础。本文以Brovey变换法融合后的高分辨率ALOS遥感影像和研究区1:50000地形图为主要数据源,通过遥感图像处理的方法,提取了对水土流失起主导作用的植被覆盖度因子,土地利用类型因子。利用1:50000地形图,生成数字高程模型(DEM),提取地形坡度因子。各因子经过空间分析,依据《土壤侵蚀分类分级标准》,提出适合研究区水土流失分级指标,得到研究区水土流失强度分级图。在地理信息系统软件(Arcview GIS)和景观格局分析软件Fragstste(栅格版)支持下,从斑块类型水平和景观水平这2个层次,对景观总体特征、斑块面积、斑块数、斑块周长、分形维数等角度进行了土壤侵蚀格局分析和评价。结果表明,研究区以中度、强度和轻度侵蚀为主要景观类型,整个研究区内景观比例很不协调,研究区内斑块数目众多,景观的破碎化程度高。剧烈侵蚀和极强度侵蚀分布较分散,并呈现出高度破碎化。总之,研究区土壤侵蚀严重,各侵蚀强度的景观组成有一定的复杂性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状与进展
• 1.2.1 影像融合技术的研究现状与进展
• 1.2.2 遥感和GIS 技术应用于土壤侵蚀研究的现状与进展
• 1.3 研究内容和方法
• 1.3.1 论文研究内容
• 1.3.2 研究技术路线
• 第二章 ALOS 多源遥感影像融合技术研究
• 2.1 多源遥感信息融合的理论基础
• 2.1.1 多源遥感信息融合的概念
• 2.1.2 多源遥感信息融合的目的
• 2.1.3 多源遥感信息融合的层次
• 2.2 ALOS 影像数据介绍
• 2.3 ALOS 影像数据波段优化组合
• 2.3.1 传感器波段特征分析
• 2.3.2 各波段直方图
• 2.3.3 影像统计特征分析
• 2.3.4 基于信息量的影像最佳波段选择
• 2.4 几何校正
• 2.5 ALOS 影像融合方法研究
• 2.5.1 主成分变化法（PCA）
• 2.5.2 乘法变换（Mutiplicative）
• 2.5.3 Brovey 变换
• 第三章 融合结果与评价分析
• 3.1 融合结果评价方法
• 3.1.1 主观定性评价
• 3.1.2 客观定量评价
• 3.2 融合结果分析
• 3.2.1 主观定性评价
• 3.2.2 光谱保真度
• 3.2.3 信息融入度评价
• 3.2.4 分类精度分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 水土流失因子提取
• 4.1 研究区概况
• 4.2 因子选择及假设条件
• 4.3 研究方法
• 4.4 形坡度因子提取
• 4.4.1 数字高程模型的生成
• 4.4.2 坡度因子的提取
• 4.5 土地利用因子提取
• 4.5.1 分类系统的制定
• 4.5.2 建立解译标志
• 4.5.3 监督分类
• 4.6 植被覆盖度的提取
• 4.6.1 归一化植被指数（NDVI）的提取
• 4.6.2 植被覆盖度的提取
• 4.7 本章小结
• 第五章 土壤侵蚀等级划分与评价
• 5.1 水土流失强度分级和参考指标
• 5.2 专家分类与土壤侵蚀因子的集成
• 5.3 土壤侵蚀强度分级结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 土壤侵蚀景观格局分析
• 6.1 研究区土壤侵蚀景观分类
• 6.2 景观指数
• 6.2.1 景观结构分析软件FRAGSTATS
• 6.2.2 主要景观指数算法及其生态学意义
• 6.3 研究区景观格局分析
• 6.3.1 景观水平指数分析
• 6.3.2 土壤侵蚀斑块类型水平指数分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介