云南瑞丽江、大盈江流域湿地动态遥感监测.doc

云南瑞丽江、大盈江流域湿地动态遥感监测研究

摘 要：本文以遥感和地理信息系统相结合的方法对我国西南边陲的瑞丽江、大盈江流域的湿地进行了动态监测研究。通过分析和处理遥感图像建立了湿地的遥感解译标志；采用计算机自动分类、相关分析法和GIS矢量化的方法提取了湿地信息；以差异主成份法、多波段主成份分析法、分类比较法、光谱特征变异法等，检测湿地的动态变化范围、位置、大小等，分析了该地区的湿地动态变化趋势及原因。
关键词：遥感，湿地，动态监测，矢量化
Wetland Dynamic Monitoring Research of the basin of RuiLijiang River and DaYingjiang River by Remote Sensing
Integrating applications of the GIS and RS technology, this paper had conducted the dynamic monitoring survey of the wetland of the basin of RuiLijiang river and DaYingjiang river in the southwest of china. Different kinds of wetlands extracting signs had been established by analyzing and processing the remote sensing images. The wetland information was extracted by the RS and GIS method, such as the computer automatic classification, correlation analysis and vectoring. Then the size position and the scope of dynamic changes were detected by components of difference, components of multiple bands, classification comparison and variation of spectra features. Finally, the paper analyses the trends and causes of the wetlands dynamic changes in this region.
Keywords: Remote Sensing, Dynamic Monitoring, Vectoring
1. 引言
湿地是人类重要的自然资源之一，有着重要的生态环境作用。近年来由于人类生存空间的扩大，湿地资源不同程度地遭到了破坏。因此，研究并保护湿地资源就成为环境保护工作中的一个重点。传统的工作方法费时费力且容易在调查过程中对湿地资源造成不同程度的破坏，因此选用3S技术相结合的方法是研究并保护湿地工作的首选。
国内对于湿地的调查和保护工作起步较晚，采用3S技术相结合的方法则更晚一些，且方法上不够成熟，但国内的研究者仍然做了大量有益的工作。刘振乾等人对三角洲湿地区域进行了3S技术相结合的研究；李学谦曾进行了海南省的遥感湿地编图研究，提出了一系列的湿地遥感解译标志；王树功等人对湿地植被生物量进行了探索；张志峰等人采用遥感技术对北京市的湿地资源进行动态监测等等。
研究区位于我国的西南边陲，湿地资源丰富。由于研究区特殊的地理位置和自然条件，该区域的湿地调查和湿地动态监测工作很难开展，传统的工作方法已经不能满足当今湿地工作的需要。所以，本文采用3S技术相结合的方法进行湿地调查和动态监测、建立长期有效的湿地监测机制是本次研究的主要目的。

2. 研究区概况
云南瑞丽江、大盈江流域位于我国西南地区，地理坐标位于东径97°30′—106°10′，北纬21°00′—28°00′之间，流域总面积约14805.13km2。研究区内大部分处于亚热带高压带范围内，通常情况下，这样地域气候应该是炎热而干燥的，但由于青藏高原强烈隆升后，不但形成了独特的高原季风，也大大改变了东亚大气环流系统，使近地面被季风环流控制，从而增加了我国西南地区的降水，尤其是近年来该地区的降水有所增加。研究区地域广阔，地势起伏大，地貌类型复杂，以山地为主。在地形和气候等自然地理要素的综合作用下，发育了众多的河流、湖泊，蕴藏着丰富的水资源。由于地质构造复杂，在近期地壳运动中又有比较强烈的抬升，山峦重叠，河床密布，众多水系大多是沿着断裂带发育。河流流量大，水位季节变化大，具有季节性河流的特征和高原山地河流的性质。湿地资源丰富，已经有多处开始建立湿地自然保护区。
3. 数据和方法
3.1数据资料
研究中使用了1988年和2002年两期TM遥感数据，选用TM数据的原因有两点：一是TM数据的覆盖范围大，相对价格可以接受，有利于本次研究的经费预算；二是TM数据的分辨率和多波段信息特点完全可以满足湿地信息提取的精度要求。研究中还收集了当地的地形图、地质资料、气象资料、以往的研究成果等。
3.2研究方法
3.2.1湿地调查方法
本次湿地调查以TM数据为主要信息源，在进行图像增强处理、计算机自动分类和相关分析的基础上建立各种湿地类型的遥感解译标志，采用人机交互解译的方法进行湿地信息提取。人机交互解译法是进行湿地调查的主要方法，相关分析法、自动分类法既可以为人机交互解译提供丰富的参照依据，又可以查缺补漏，为湿地调查的精度提供有力保障。
（1）图像增强处理
为了提高图像的可判读性和人机交互解译的精度，需要对图像进行增强处理。主要通过直方图拉伸、选择波段组合法、比值组合法、主成分分析法等为本次监测提供更加清晰、准确地图像信息资料。
（2）计算机自动分类
包括监督分类和非监督分类两种处理方法。图像分类的任务是通过各类地物的光谱特征分析来选择特征参数，将特征空间划分为互不重叠的子空间，然后将图像内各个像元划分到各个子空间中去，从而实现分类。
（3）相关分析法
相关分析法是应用相关专业知识和与目标物有关的信息，从遥感图像上寻找、推断与提取目标物信息。如利用与湿地类型有密切关系的间接解译标志，从已识别的间接解译标志推断出湿地类型的属性位置及分布范围。
（4）遥感解译标志的建立
将研究区内的湿地划分为河流湿地、湖泊湿地、草本沼泽湿地、沼泽化草甸、库塘湿地五种主要的湿地类型。对经过图像增强后的遥感图像结合计算机自动分类和相关分析进行判别，建立不同湿地类型的遥感解译标志（如表1）。解译标志的建立既要依据以往的前人成果和工作经验，又要结合实际工作，展开必要的野外验证工作，通过不断的修正来建立最合适的解译标志。
表-1 主要湿地类型的遥感图像解译标志
Table -1 Remote sensing image interpretation signs of the major wetland types
湿地类型
解译标志
河流湿地
形态自然弯曲，呈条带状。TM图像上7波段呈黑色，波段 742假彩色合成图像上呈深蓝色，（3/5，2/4/，3/7）比值图像上呈浅白色调，色调均匀，影像结构均一。
湖泊湿地
面状几何特征明显，但通常呈不规则形状，有别于人工库塘，有些湖泊有人工改造痕迹可区别对待。TM图像上7波段呈黑色，波段 742假彩色合成图像上呈深蓝色,比值图像上呈浅白色调，色调均匀，影像结构均一。
草本沼泽湿地
形状不规则，斑块状纹理，芦苇等水生植物呈毛绒状纹理，波段432假彩色图像上颜色偏红；在（3/5，2/4/，3/7）比值合成图像上呈亮红色调。
沼泽化草甸
位于湖滨、浅积的洼地或河谷中，纹理结构细腻，无规则的几何形态；在（3/5，2/4/，3/7）比值合成图像上呈暗紫色调。
库塘湿地
几何特征明显，有人工塑造痕迹。TM图像上7波段呈黑色，波段 742假彩色合成图像上呈深蓝色, （3/5，2/4/，3/7）比值合成图像上呈浅白色调色调均匀，影像结构均一。
（5）人机交互解译
人机交互解译即利用计算机技术直接解译圈定编图单位或将目视解译结果输入计算机内与解译图像匹配，并进行修改补充。交互式解译一定要严格按照建立好的解译标志来进行，解译后要通过自检、互检方式纠正不同作业员的主观误差，通过野外实地验证的方式保证解译精度。
3.2.2 湿地动态监测方法
针对两时相遥感数据采用上述的湿地调查方法，分别提取两时相的湿地信息，在此基础上提取湿地的动态变化信息。
（1）湿地动态信息检测：主要使用差值法、差异主成份法、多波段主成份分析法、分类比较法、光谱特征变异法等，检测湿地的动态变化范围、位置、大小、趋势等。
（2）湿地动态信息提取：主要使用阈值法、分类法、手工描绘法等在遥感图像上提取湿地的动态变化信息。
4 结果与分析
4.1 云南瑞丽江、大盈江流域湿地分布现状
经人机交互解译，通过GIS工具的统计分析，总结出云南瑞丽江、大盈江流域湿地分布现状如下：工作区内共计湿地面积86.24km2，其中河流湿地48.94km2，占总湿地总量的56.75%；湖泊湿地6.74km2，占湿地总量的7.82%，其中永久性淡水湖6.52km2，季节性淡水湖0.22km2；草本沼泽湿地1.55km2，占湿地总量的1.80%；沼泽化草甸1.16km2，占湿地总量的1.35%；库塘湿地27.85km2，占湿地总量的32.29%。各种湿地类型的比重和分布情况请见图1和图2。

图-1 2002年各种湿地类型的比例
Figure-1 the proportion of wetlands types 2002

图-2云南瑞丽江、大盈江流域湿地分布现状
Figure-2 Wetland distribution status of the basin of RuiLijiang River and DaYingjiang River
4.2 云南瑞丽江、大盈江流域湿地动态变化及分析
采用遥感与GIS相结合的方法比较湿地变化信息主要使用差值法、差异主成份法、多波段主成份分析法、分类比较法、光谱特征变异法等，检测湿地的动态变化范围、位置、大小、趋势，在湿地动态信息检测基础上，主要使用阈值法、分类法、手工描绘法等在遥感图像上提取湿地的动态变化信息。
对1988年的遥感数据进行处理，将湿地信息的提取结果与2002年的湿地信息进行比较。1988年的湿地面积为83.11km2。其中河流湿地48.51km2，湖泊湿地7.94km2，草本沼泽湿地1.38km2，沼泽化草甸0.96km2，库塘湿地27.85km2。两时相的各种湿地面积对比情况如下表所示：
表-2 1988-2002云南瑞丽江、大盈江流域各种湿地类型对比
Table-2Comparison of various wetlands of the basin of
RuiLijiang River and DaYingjiang River 1988-2002
湿地类型
1988年（km2）
2002年（km2）
变化量（km2）
变化率
河流湿地
48.51
48.94
0.43
0.89%
湖泊湿地
7.94
6.74
-1.2
-15.11%
库塘湿地
24.32
27.85
3.53
14.51%
草本沼泽湿地
1.38
1.55
0.17
12.32%
沼泽化草甸
0.96
1.16
0.2
20.83%
总计
83.11
86.24
3.13
3.77%
从表中可以看出，与1988年相对比，2002年的湿地面积略有增加，总面积增加3.13 km2，变换率为3.77%。其中库塘湿地、草本沼泽湿地、沼泽化草甸的变化率均超过了10%，库塘湿地的变化值最大，达到3.53 km2，而湖泊湿地面积略有减少。
湿地面积增加首先与自然因素有关，丰沛的降水量是湿地面积增加的主导因素。80年代以来我国的降水情况较以往有所变化，中部地区降水减少，而西南和东北地区的降水有所增加，尤其是1998年还出现了百年不遇的洪水。
80年代以来，瑞丽江、大盈江流域内多条河流都开发了不同规模的水利工程，建设拦水堤坝而形成的库塘面积大幅度增加，这是导致该区域内湿地面积增大的主要因素之一。
此外，20世纪80年代后，云南省陆续建立了一些河流、湖泊、沼泽等类型的湿地自然保护区，这些保护区建立之后，在很大程度上控制了围垦等破坏性事件的发生，使一些地区的湿地得到有效保护。下图是1988-2002年云南瑞丽江、大盈江流域湿地动态变迁图。其中蓝颜色代表位置和面积不变的湿地，红颜色代表湿地减少的部分，绿颜色代表湿地增加的部分。

图3 1988-2002云南瑞丽江、大盈江流域湿地动态变迁图
Figure-3 Wetlands dynamic changes of the basin of
RuiLijiang River and DaYingjiang River 1988-2002
5. 结论
本文基于3S技术进行了云南瑞丽江、大盈江流域湿地动态监测研究。以TM数据为主要信息源，将2002年的遥感数据作为湿地现状信息的数据源，将1988年的遥感数据作为历史数据源进行比较。在进行图像增强处理、计算机自动分类、相关分析和建立湿地遥感解译标志的基础上，主要以交互式矢量化的方法分别对两时相的湿地信息进行了提取，其结果满足均精度要求。通过湿地动态信息检测和湿地动态信息提取，得到了云南瑞丽江、大盈江流域湿地的动态变化信息，并发现近年来该区域的湿地面积有所增加。降水量增加、水利项目建设和一些有效的保护措施是湿地面积增加的几个主要原因。
采用TM遥感数据进行湿地的动态监测具有探测范围广、经费投入少、更新周期快的特点，可以以此来建立多期的湿地信息数据库，用以对湿地进行持续的动态监测，为湿地研究、湿地规划、湿地保护提供详实可靠的资料。

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