王海云 劉德富 張成成 廖 濤 譚飛帆

摘要：運(yùn)用衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)漓江水系生態(tài)環(huán)境條件進(jìn)行解譯，綜合分析了林地、植被、土壤為主要類(lèi)型的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，應(yīng)用ＥＲＤＡＳ 9.2軟件對(duì)４個(gè)年份的影像進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，計(jì)算歸一化植被指數(shù)（ＮＤＶＩ）。結(jié)果表明，２００0—２００８年林地面積、裸地面積、水體面積分別增長(zhǎng)１９．６３％、－15.85％和２４7．21％，漓江流域的生態(tài)環(huán)境條件有所改善。

關(guān)鍵詞：漓江水系；生態(tài)環(huán)境；遙感解譯

中圖分類(lèi)號(hào)：Ｘ１７１．１文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：0439－８114（２０12）06－1112-03

ＥＴＭ+ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｉｍａｇｅ Bａｓｅｄ ｏｎ Ｗａｔｅｒ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｃｈａｎｇｅ

ｉｎ Ｌｉｊｉａｎｇ

ＷＡＮＧ Ｈａｉ－ｙｕｎ，ＬＩＵ Ｄｅ－ｆｕ，ＺＨＡＮＧ Ｃｈｅｎg－ｃｈｅｎg，ＬＩＡＯ Ｔａｏ，ＴＡＮ Fei-fan

（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Wａｔｅｒ Cｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Cｏｌｌｅｇｅ， Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２，Ｈｕｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈrough the ｕｓｅ ｏｆ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ of Lijiang river were explained， ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｅｓｔ， ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ， ｓｏｉｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ was proceeded， and the software ERDAS 9.2 was used to supervise and classify the images of 4 years， and ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ nｏｒｍａｌｉｚｅｄ dｉｆｆｅｒｅｎｃｅ vｅｇｅｔａｔｉｏｎ iｎｄｅｘ（ＮＤＶＩ）. Results showed that forest area， bare land area and water area increased 19.63%， -15.85% and 247.21% respectively， ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｎｅａｒｌｙ ８ ｙｅａｒｓ， Ｌｉｊｉａｎｇ rｉｖｅｒ ｈａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｃｈａｎｇｅ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｌｉｊｉａｎｇ river； ｅｃｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ； ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ

生態(tài)環(huán)境面廣范圍大，同時(shí)具有相當(dāng)豐富的內(nèi)涵，利用不同時(shí)相的衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化，是國(guó)內(nèi)外常用的一種研究方法［１，２］。目前應(yīng)用較多的解譯方法是：分別獨(dú)立進(jìn)行兩個(gè)時(shí)相圖像的目視解譯，用同一種分類(lèi)方法分別對(duì)兩個(gè)不同時(shí)相的衛(wèi)星圖像進(jìn)行多光譜分類(lèi)；用其他圖像模式識(shí)別方法分別對(duì)兩個(gè)時(shí)相圖像進(jìn)行識(shí)別，最終將兩個(gè)不同時(shí)相的數(shù)據(jù)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析。但存在著目視解譯的主觀(guān)性和圖像模式物體識(shí)別區(qū)分難的問(wèn)題。

漓江屬珠江水系桂江支流的上游，是桂江的一部分，發(fā)源于廣西壯族自治區(qū)興安縣西北部的越城嶺主峰貓兒山，與相鄰河流的分水嶺都是由高山大嶺組成，界線(xiàn)分明，東以海洋山與湘江相隔，西以天平山架橋嶺與洛清江相隔?？傮w由北向南，流經(jīng)興安、靈川、桂林市區(qū)、臨桂、陽(yáng)朔、荔浦、平樂(lè)等６個(gè)縣１個(gè)市區(qū)，全長(zhǎng)２１４ ｋｍ，流域面積１２ ２８５ ｋｍ２，其間有小東江、桃花江、寧遠(yuǎn)河、南溪河、相思江等支流匯入。漓江流域地理坐標(biāo)為東經(jīng)１０９°４５′—１１０°５６′、北緯２４°３８′—２５°５５′（圖１）。采用２００0—２００８年衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，對(duì)漓江水系生態(tài)環(huán)境變化進(jìn)行了解譯，應(yīng)用ＥＲＤＡＳ 9.2軟件對(duì)影像進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，通過(guò)計(jì)算歸一化指數(shù)（ＮＤＶＩ），有效提高了生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)的定量化水平，取得了良好的解譯效果。

１研究方法

獲取２００0—２００８年ＥＴＭ+影像，采用ＥＲＤＡＳ 9.2軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理［３－５］，包括進(jìn)行輻射和幾何校正、假彩色合成、影像分割、分類(lèi)統(tǒng)計(jì)解譯、變化轉(zhuǎn)移矩陣精度評(píng)價(jià)。其技術(shù)路線(xiàn)見(jiàn)圖２。

２遙感數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)（ｄａｔａｍｉｒｒｏｒ．ｃｓｄｂ．ｃｎ），包括２０００１０３０、２００２０１０５、２００５１２１５、２００８０５１３ ４個(gè)年份的ＥＴＭ＋遙感圖像。

２．１假彩色合成

假彩色合成可以綜合增強(qiáng)顯示３個(gè)波段的遙感影像特征，結(jié)合區(qū)內(nèi)植被、土壤和相關(guān)環(huán)境因子的光譜特性，確定了以Ｒ（ＴＭ５）＋Ｇ（ＴＭ４）＋Ｂ（ＴＭ３）為顯示反映研究區(qū)狀況的最佳增強(qiáng)處理方案。利用ＥＲＤＡＳ ９．２軟件分別導(dǎo)入各年份３、４、５波段的ＴＩＦＦ圖像，進(jìn)行波段合成，生成各年份３個(gè)波段的假彩色圖像。

２．２幾何、輻射校正

遙感數(shù)據(jù)均由中國(guó)科學(xué)院數(shù)據(jù)中心進(jìn)行過(guò)幾何、輻射校正，屬于幾何、輻射校正后的產(chǎn)品。

２．３影像分割

經(jīng)ＥＲＤＡＳ 9.2軟件進(jìn)行影像分割后生成的假彩色圖像如圖３。由圖３可知，研究區(qū)內(nèi)各種不同類(lèi)型的土地區(qū)域的界線(xiàn)明顯，紅色區(qū)域?yàn)榈乇硭w（漓江及其支流），粉紅色區(qū)域?yàn)闆](méi)有植被覆蓋的裸露區(qū)，綠色及紫色區(qū)域均為植被覆蓋的平原和山地。

３土地類(lèi)型分類(lèi)

３．１分類(lèi)方法

用被確認(rèn)樣本類(lèi)別的像元去識(shí)別其他未知類(lèi)別像元實(shí)現(xiàn)監(jiān)督分類(lèi)。經(jīng)ＥＲＤＡＳ 9.2軟件執(zhí)行監(jiān)督分類(lèi)后生成的圖像見(jiàn)圖４。

３．２分類(lèi)后處理

對(duì)上述分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行鄰域分析（Ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ），鄰域范圍采用３×３的矩陣區(qū)域，分析函數(shù)采用Ｍａｊｏｒｉｔｙ算法（多數(shù)值，鄰域范圍內(nèi)出現(xiàn)最多的像元值），對(duì)處理后的分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行合并處理，得到４個(gè)年份土地利用/覆蓋分類(lèi)圖（圖５）。

３．３分類(lèi)精度評(píng)估

采用誤差矩陣法構(gòu)成一個(gè)ｒ×ｒ矩陣（ｒ是類(lèi)型數(shù)），矩陣的元素表示了抽樣中被分到某一類(lèi)而經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的像元數(shù)。分類(lèi)精度主要指標(biāo)有生產(chǎn)者精度、用戶(hù)精度、總體精度、錯(cuò)分誤差、漏分誤差和Ｋａｐｐａ系數(shù)。使用ＥＲＤＡＳ 9.2軟件運(yùn)行精度評(píng)估矩陣，２０００年精度評(píng)價(jià)隨機(jī)點(diǎn)數(shù)設(shè)置為１５０，其余年份設(shè)置為１００，得到４個(gè)年份的分類(lèi)精度評(píng)價(jià)結(jié)果如表１、表２。

３．４土地利用變化

對(duì)４個(gè)年份影像數(shù)據(jù)反映的各種土地利用類(lèi)型的面積分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到研究區(qū)內(nèi)２０００—２００８年不同土地類(lèi)型面積如表３。

３．５植被指數(shù)

植被指數(shù)是利用衛(wèi)星探測(cè)數(shù)據(jù)的線(xiàn)性或非線(xiàn)性組合來(lái)反映植被的存在、數(shù)量、質(zhì)量、狀態(tài)及時(shí)空分布特點(diǎn)的指數(shù)。ＮＤＶＩ能反映出植物冠層的背景影響，依據(jù)ＥＲＤＡＳ 9.2中ＮＤＶＩ計(jì)算模型，計(jì)算歸一化植被指數(shù)（ＮＤＶＩ），－１≤ＮＤＶＩ≤１，負(fù)值表示地面覆蓋為云、水、雪等，０表示有巖石或裸土等，ＮＩＲ和Ｒ近似相等；正值表示有植被覆蓋，且隨覆蓋度增大而增大。將４個(gè)年份原始圖像的3、4、5波段進(jìn)行合成，并結(jié)合對(duì)應(yīng)的ＡＯＩ，對(duì)圖像進(jìn)行切割，得到４個(gè)年份研究區(qū)的植被指數(shù)圖像如圖６。４個(gè)年份研究區(qū)的歸一化植被指數(shù)（ＮＤＶＩ）的最小值、最大值及平均值見(jiàn)表4。

由于歸一化植被指數(shù)（ＮＤＶＩ）隨植被覆蓋度的增大而增大，因此可用ＮＤＶＩ的平均值間接反映植被覆蓋度的平均值，而各年份ＮＤＶＩ平均值的變化情況也間接反映各年份植被覆蓋度的變化情況。ＮＤＶＩ平均值變化２０００－２００２年為－６９．１８％，２００２－２００５年為１７５．５１％，２００５－２００８年為45．93％。

４結(jié)論

１）利用２００0—２００８年ＥＴＭ+影像，進(jìn)行輻射和幾何校正、假彩色合成、影像分割，采用ＥＲＤＡＳ 9.2軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理、分類(lèi)統(tǒng)計(jì)解譯、變化轉(zhuǎn)移矩陣精度評(píng)價(jià)，較客觀(guān)地對(duì)漓江水系區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化進(jìn)行了解譯。

２）２０００—２００８年，林地面積、裸地面積、水體面積分別增長(zhǎng)１９．６３％、－１５．８５％和２４７．２１％，漓江流域的生態(tài)環(huán)境條件有所改善［6］。

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