生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)方案

1、生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)方案遙感技術(shù)作為目前一種先進(jìn)的信息采集方式，具有信息量大、成本低和快速的特 點(diǎn)，是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中非常重要的技術(shù)手段。遙感集市運(yùn)用遙感技術(shù)進(jìn)行礦區(qū)生態(tài)環(huán) 境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為合理開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)資源提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)資料，實(shí)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(wèn)題包括：對(duì)地表的破壞、對(duì)土地的占用和破壞，對(duì)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(dòng)力地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，噪聲和振動(dòng)污染，熱污染等。目 前，國(guó)內(nèi)外已有許多科學(xué)工作者利用遙感技術(shù)對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)做了研究：一方 面，是利用不同時(shí)相的波段組合

2、圖、指數(shù)變化圖和土地覆蓋類(lèi)型變化圖來(lái)體現(xiàn)地表信 息的變化，從而進(jìn)行礦區(qū)生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，但往往是定性或半定量分析，并且多是 單個(gè)大面積的礦區(qū)，對(duì)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(xì)致、透徹，但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。針對(duì)湖北大冶礦區(qū)分布零散的特點(diǎn)，應(yīng)該采用多時(shí)相陸地衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，首選遙 感集市高分?jǐn)?shù)據(jù)，在不同波段組合和各種指數(shù)運(yùn)算應(yīng)用的基礎(chǔ)上，分析各類(lèi)地表地物 具體光譜特征和空間特征，用基于知識(shí)的決策樹(shù)的方法進(jìn)行分類(lèi)，得到具有高精度的 分類(lèi)結(jié)果圖，然后基于不同時(shí)相分類(lèi)結(jié)果的變化檢測(cè)，通

3、過(guò)對(duì)研究區(qū)水體污染、礦區(qū) 復(fù)墾、耕地變化等的定量分析，進(jìn)行了湖北大冶礦區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的研究。遙感數(shù)據(jù)的獲取和預(yù)處理湖北大冶面積為 1400km 2，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。由于 20 世紀(jì)的 80 年代到 90 年代是礦區(qū)開(kāi)采的相對(duì)高峰期，并且由此引起的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題有一定滯后效應(yīng)，同時(shí) 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(lèi)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(jìn)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(hào)時(shí)根據(jù)遙

4、感平臺(tái)、地球、傳感器的各種參數(shù)進(jìn)行的幾何校 正，還不能滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)解譯和綜合分析的需要，本文以 !,- 萬(wàn)比例尺的地形圖作為參考坐 標(biāo)，對(duì)湖北大冶礦區(qū)的遙感影像進(jìn)行幾何精校正。糾正時(shí)在圖像和地形圖上分別均勻地選取易于辨別、目標(biāo)清晰、特征突出的)-個(gè)點(diǎn)作為控制點(diǎn)，如道路交叉口、橋梁端點(diǎn)、壩堤等。遙感影像解譯分類(lèi)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(jìn)行光譜信息分類(lèi)；2.利用變換后的影像特征進(jìn)行分類(lèi)，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。基于上述特點(diǎn)，本文采用逐級(jí)分層分類(lèi)，建立決策 二叉樹(shù)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)土地覆蓋信息的提取，其優(yōu)點(diǎn)是具有簡(jiǎn)單、明確

5、、直觀的分類(lèi)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(fù)雜的問(wèn)題劃分為一個(gè)個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，針對(duì)不同的地物分類(lèi)目標(biāo)選擇最 佳的波段組合和特征參數(shù)，避免一次提取多類(lèi)的困難等。1含小佔(zhàn)息0 ，但是只用此特征多提了礦區(qū)和 居民點(diǎn)。比較誤提的礦區(qū)、居民點(diǎn)和水體的光譜值，礦區(qū) TM3 的值比較大，而居民點(diǎn) 從 TM5 最容易與其他類(lèi)別區(qū)分，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，用 TM3 60 和 TM5 40 除去誤提 的礦區(qū)和居民點(diǎn)。最后對(duì)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(duì)各類(lèi)模板光譜值進(jìn)行比較，從中可以發(fā)現(xiàn)從波段 3 可以將各類(lèi)很好的區(qū)分，根 據(jù)此將水

6、體分成三類(lèi)：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(lèi)方法，選取訓(xùn)練模板，提取出的礦區(qū)信息易與居民點(diǎn)、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(shí)質(zhì)為紅光波段（ band3 ）與 藍(lán)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(diǎn)，而礦區(qū)除停產(chǎn)的礦區(qū)有少量植被覆蓋，因?yàn)殚_(kāi)采幾乎 沒(méi)有植被覆蓋，綜合兩種特點(diǎn)，同時(shí)為了減少干擾，先將水體進(jìn)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(lèi)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(lèi)似方法，通 過(guò)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(lèi)圖。變化檢測(cè)通過(guò)上述的具體分析，建立決策樹(shù)，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(lèi)。然后用ERDAS中的分類(lèi)精度評(píng)估模塊，生成300個(gè)隨機(jī)點(diǎn)（點(diǎn)數(shù)與類(lèi)別涉及的象

8、元數(shù)成正比），與實(shí)際類(lèi)別作比較（通過(guò)野外調(diào)查，相近 年份地形圖，由于1986年缺少實(shí)際比較數(shù)據(jù)不能作詳盡的精度評(píng)價(jià)），得到分類(lèi)精度 評(píng)價(jià)結(jié)果。2002年分類(lèi)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(lèi)結(jié)果的精度高出了10%20%，具有很高的分類(lèi)精度，有利于變化檢測(cè)的準(zhǔn)確性。統(tǒng)計(jì)1986年和2002年TM（ETM）分類(lèi)結(jié)果各土地類(lèi)型面積（見(jiàn)下表和下圖）。表11986年、2002年各類(lèi)地物統(tǒng)計(jì)面積比較Tablt 1 Aivh iif gnmnd otjixts in1986 and 20(12 rvsptclivd) ( kwr)土地利用類(lèi)型年20()2 年擴(kuò)展面積請(qǐng)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(chē)地128.41130,972.57耕地413.39280.92-12.47居尺地