广西钦州市遥感变化监测与森林分类研究

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土地覆盖变化检测是全球变化研究的重要内容。植被在陆地表面的能量交换过程、地球生物化学循环过程和水文循环过程中扮演着重要的角色,是全球气候变化的“指示器”。森林是陆地生态系统中最大的碳库,其碳汇功能对维护全球生态安全和气候安全一直起着重要的杠杆作用。由于社会发展的需要以及人类无尽的贪婪,当今全球的森林覆盖受到人为活动的严重破坏,森林覆盖的动态变化迅速。利用遥感技术进行森林变化监测是获取森林变化信息最经济有效的方式。广西桉树大量种植,森林生态系统动荡,对森林进行监测非常有必要。  本文综合运用了遥感、地理信息系统、数字影像处理以及数值分析、数理统计等多学科知识,针对变化检测技术的几个关键问题,包括多时相遥感影像相对辐射校正,山体阴影提取和阴影补偿,基于直方图曲率的CVA(Change Vector Analysis,变化矢量分析)面向对象变化检测方法,分类特征提取及分类方法确定,分类精度评价方法等,从理论、方法、试验等多方面进行了研究,并利用研究成果,对广西壮族自治区钦州市做了森林覆盖变化分类及结果分析。  本文在明确面向对象的森林变化检测分类的研究意义与必要性、国内外发展现状与趋势的基础上,针对当前森林变化检测面临的问题,采用面向对象的思想进行森林变化检测。本文主要开展了以下四个方面的研究:  (1)研究了遥感数据预处理的流程和方法,其中包括相对辐射校正、几何校正和山体阴影修复。重点介绍了山体阴影去除的原理和方法,针对遥感影像山体阴影现象,克里金插值法可以预测弥补遥感影像的山体阴影“缺失”信息,有着实际意义的和应用前景。  (2)基于直方图曲率的CVA面向对象变化检测方法研究。本文在传统的基于像元的CVA变化强度和相关系数的基础上,提出基于对象的变化强度和相关系数双变量,通过直方图曲率分析最佳变化阈值范围,最终以Kappa系数最大确定最佳变化阈值的变化检测方法。该方法主要从三个方面对传统变化检测方法进行了改进:一是,采用面向对象方法进行多尺度分割进行变化检测可以克服基于像素变化检测的椒盐噪声现象,减少伪变化;二是,利用变化矢量方法分析了年间变化情况,从变化强度和变化类型两个方面分析了年间土地覆盖变化状况,较单变量分析具有更高的变化检测总体精度;三是,基于直方图曲率分析来确定变化阈值,为影像变化阈值提供一个科学客观的确定方法。  (3)森林分类特征研究。本文选择了能用于分类的最佳特征集,将决策树和模糊逻辑方法结合,为土地类型制定了层次分明的分类规则。分析得出近红外波段(nir)、FVC(Forest Vegetation Coverage,植被覆盖度)以及RVI(Ratio Vegetation Index,比值植被指数)对于植被覆盖度较大时乔灌区分效果比较明显,时相平均NDVI(Normalied DifferenceVegetation Index,归一化植被指数)、近红外波段、GLCM Homogeneity(Grey Level Cooccurrence Matrix Homogeneity,灰度共生矩阵局部一致性)指数这三个指标对阔叶林以及针叶林进行隶属度函数模糊分类效果较好,总体面积的定性精度高。  (4)完成了研究区广西钦州市2000年-2010年的变化分类。利用本文方法对钦州市进行了植被覆盖变化分类。在详细分析检测结果的基础上,对钦州市2000年、2005年、2010年进行土地覆盖分类,并对该结果进行了定性和定量的精度分析。2000年至2010年钦州市森林总量成上升趋势,其中阔叶林面积增长显著,灌木林地面积萎缩,从累年类型变化来说,阔叶林与针叶林互转的现象也是变化中较常见的现象。  本文采用的基于直方图曲率的CVA面向对象变化检测方法和面向对象分类方法相对于传统方法,能有效解决高分辨率分类过程存在椒盐噪音等问题,客观地确定变化阈值,充分利用影像蕴含的丰富光谱、纹理信息,有利于提高森林变化分类的效率和精度。  
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