ENVI支持下自然生態環境監測方案

隨著社會的不斷發展，人們對自然生態環境質量的重視程度逐漸提高。國家環保總局發布了《生態環境狀況評價技術規范》，其中規定生態環境質量指數計算公式，公式中包括：

林地面積、草地面積、濕地面積、耕地面積、建筑用地面積、未利用土地面積、湖泊面積、河流長度等參數

這些參數都有賴于遙感手段獲取。

1.技術流程

如圖1是基于TM數據的自然生態環境評價總體流程圖，使用指數評價法，需要的生態因子為植被、土壤和地形。這個技術流程較簡單和實用，如果數據允許，可使用更多的生態 因子。 整個流程可分為三步組成部分，技術路線為：先對獲取的影像進行預處理，包括傳感器定標、幾何精校正、大氣校正和工程區裁剪；在預處理結果的基礎上提取自然生態 因子；用自然生態因子進行自然生態環境評價。除了使用常用的傳感器定標工具、幾何校正工具、大氣校正擴展模塊以及圖像裁剪工具。還頻繁使用Bandmath、Density Slice等工具。

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圖1 自然生態環境評價總體流程圖

2.各個步驟關鍵技術點

一、 數據獲取與處理

傳感器定標參數是原始的DN值與輻射能量之間的關系，因此在重采樣之前（如幾何校正）預要先進行定標。

幾何精校正是基于參考影像進行的，校正結果能與DEM數據匹配。注意重采樣采用最鄰近 *** 以保持原始的像元值。

大氣校正使用FLAASH工具完成。由于FLAASH是根據圖像地物來估算部分大氣環境參數，因此在完成幾何精校正之后再做大氣校正。

在大氣校正結果的基礎上裁剪工程區。

注：如果使用ETM數據，為了提高數據分辨率，完成傳感器定標后進行圖像融合。

二、 生態因子生成

結合現有資料情況，并依據評價指標選取的原則，本方案選取植被、土壤、地形三個最基本的要素作為評價區域自然生態環境的生態因子。以“植被蓋度”和“土壤指數”作為植被和土壤的生態因子，“坡度”作為地形因子。

• 植被蓋度

  植被覆蓋度是根據前人研究的NDVI估算模型：

   FC=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)

其中NDVI是歸一化指標指數，NDVImax表示區域更大NDVI值，NDVImin表示區域最小的NDVI值。由于圖像中不可避免的存在著噪聲，NDVImax和 NDVImin并不一定是更大NDVI值和最小的NDVI值，可以根據直方圖分別取兩頭“拐點處”的值。

注：當NDVI小于NDVImin，FC取值為0,NDVI大于NDVImax，FC取值為1。

• 土壤指數

  土壤指數同樣采用前人研究的模型裸土植被指數（GRABS）（楊存建，劉紀遠，2002）：

   GRABS = VI-0. 09178 BI+ 5. 58959。

VI和BI分別為穗帽變換的綠度指數和土壤亮度指數。BI和VI指數可分別用來評價裸土和植被的行為，VI指數與不同植被覆蓋有較大的相關性，土壤亮度對植被指數有相 當大的影響，裸土信息變化的主要部分是由它們的亮度造成的，故由 BI和 VI線性組合形成的裸土植被指數能很好地反映土壤的 *** 情況。

注：裸土植被指數不能充分評價土壤情況，比較合理的是用土壤肥力、土壤侵蝕狀況等。這里由于數據的原因，只能用裸土植被指數。

• 坡度

  基于DEM數據生成

  評價因子生成之后，直接用它們去進行評價是比較困難的，因為各指標項的量綱不一致，所以沒有可比性。各指標的量化分值依其對生態環境質量的貢獻程度，采用統一順序原則， 即按照它們對生態環境正向影響的大小，從高到低分為若干級，對環境質量貢獻越大，編碼值越大，反之則編碼值越小。各個參評因子數據經過歸一化化后是一組反映其屬性特征的數值，其值介于1~10 之間。如下是對植被蓋度的歸一化，其他因子類似。

  根據實際情況，植被對生態環境質量的貢獻程度，依據植被的覆蓋度分為10級，覆蓋度越大編碼值越大。

  編碼值	覆蓋率%
  1	0-10
  2	10-20
  3	20-30
  4	30-40
  5	40-50
  6	50-60
  7	60-70
  8	70-80
  9	80-90
  10	90-100

  三、 生態環境評價

   

  自然生態環境評價的 *** 很多，但公認的、常用的 *** 只有幾種，如指數法與綜合指數法、特爾斐法、景觀生態學法、評分迭加法等。結合實際情況，本方案選擇的是指數法與綜合指數法。

本方案選擇的評價模型是指數法與綜合指數法：

E=W1 Sv+W2 Ss +W3 *St

根據每個因子貢獻量大致估算的權重，如使用權重值為：W1=0.7，W2=0.2，W3=0.1，

得到的環境評價結果是一個單波段的灰度圖像，我們可進一步分成4個環境級別，如下表所示。

如下圖2為自然生態環境評價結果。

圖2 環境分級評價結果

來源：開源地理空間基金會中文分會

來源鏈接：https://www.osgeo.cn/post/270gg

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