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世界文化与自然遗产是全人类公认的具有突出意义和普遍价值的文物古迹与自然景观。它们是人类罕见的、无法替代的财富,是了解地球的演化历史、认识人类自身进化发展、理解不同民族习俗文化的“物证”。
遗产地往往因为具有特殊的生态环境而被遴选为世界文化与自然遗产。但是,由于遭受自然作用以及人类活动的双重作用,世界遗产在经历了漫长的时间洗礼后,已产生了多种病害,其真实性和完整性也受到了巨大的威胁。信息技术正日益成为文化与自然遗产监测与保护中重要的技术支撑。
敦煌绿洲和苏门答腊热带雨林曾经分别是陆上和海上丝绸之路的重要节点,它们是干旱区沙漠景观和湿润区热带雨林景观的典型代表。在全球变化和人类活动影响下,它们面临着相似的挑战。敦煌绿洲面临盐碱化、沙化的威胁,苏门答腊热带雨林遗产地面临人类活动产生的林地变成裸地,或被占据的威胁。
本研究从敦煌绿洲以及印尼苏门答腊热带雨林遗产地出发,利用长时间序列遥感数据,从遗产地信息识别和提取的角度,确定基于光学数据适用于该类型遗产地的变化监测方法;分析案例遗产地的变化及其影响,为遗产地监管提供依据。针对目标区存在问题的区域,重点针对盐碱化区域、森林采伐区、开垦区,基于遥感数据,进行有效分类方法研究以及基于遥感数据的覆被信息快速提取方法研究,并且基于多时相数据,提取敦煌绿洲的盐碱地分布区域;通过对研究区覆被构成要素的面积变化和转移矩阵的分析,尝试揭示敦煌绿洲动态变化的规律,从而加深对遗产地变化的理解。利用遥感(Remote Sensing,RS)与地理信息系统(Geography Information Systems,GIS)技术对苏门答腊热带雨林遗产地的边界划分以及遭受人为破坏的信息提取与分析,进行基于信息技术的世界遗产地原真性与完整性(Authenticityand Integrity)研究的尝试。主要结论如下:
(1)本研究提出了一种优化波段组合的盐碱地提取方法,并引入了热红外波段,提高了直接提取方法的精度。基于LandsatTM遥感图像中盐碱地的光谱特征,采用最佳指数因子对适用于盐碱化提取的最佳波段进行了对比、优化,结合图像变换以及热红外波段融合等图像处理方法,利用最大似然分类器进行了图像分类,提取出了敦煌绿洲盐碱地的分布区域。将不同波段组合以及图像处理方法的分类精度检验结果进行比较得知,陆地卫星TM3,5,6和7波段组合的总体分类精度和盐碱地提取精度最高,热红外波段的使用可使总体精度改善9%,盐碱地提取用户精度改善最高可达18%。
(2)通过敦煌绿洲主要覆被构成要素信息提取以及基于长时间序列Landsat影像的敦煌绿洲动态变化分析得知,敦煌绿洲的水浇地和林地面积有增加的趋势;盐碱地面积有一定的波动,总体呈“增加-减少-增加”趋势;沙地和裸岩石砾地面积总体呈“减少-增加”趋势。转移矩阵分析表明,1990年到1998年水浇地和林地的转入大于转出,绿洲面积在扩大;盐碱地转入面积大于转出面积,盐碱化加重。1998年到2006年水浇地和林地的转入大于转出,绿洲面积继续扩大;盐碱地转入面积小于转出面积,盐碱化减轻。2006年到2011年水浇地和林地的转入小于转出,绿洲面积减小,绿洲有一定退化;盐碱地转入面积大于转出面积,盐碱化加重。
(3)作为苏门答腊热带雨林遗产地三个国家公园之一的克尼西士巴拉国家公园存在林木采伐甚至毁坏的问题。依据世界遗产的真实性和完整性原则,对世界自然保护联盟(InternationalUnionforConservationofNatureandNaturalResources,IUCN)划定的边界进行了局部调整,使得调整之后的边界更符合完整性的原则;遥感技术支持下的原真性监测表明,林木采伐位置为盆地的边缘,林木非法开采者利用盆地的地势运送或集散木材。砍伐区植被恢复遥感监测表明,林木砍伐区经过7年可以恢复为次生林。克尼西士巴拉国家公园研究区遥感影像信息提取研究表明,最大似然的分类方法在苏门答腊热带雨林裸地化监测中有较好的效果,其分类精度优于决策树、神经网络、支持向量机等分类方法。
(4)敦煌绿洲和苏门答腊热带雨林的环境问题代表着丝绸之路上该类别遗产地的环境问题。绿洲盐碱化和热带雨林裸地化对世界文化与自然遗产的潜在影响不容忽视。