（土地资源管理专业论文）基于RS与GIS的土地利用覆盖变化研究.pdf

摘要 y _ - 地n 用覆盖变化( i 肋du s e c o v e rc h a n g e , l u c c ) 是全球变化研究的核心课题之一。在全 球环境恶化，能源趋于枯竭，人口急剧膨胀的今天，经济的发展和环境之间的不协调日益加剧。 土地利用覆盖变化是全球环境变化的重要组成部分和核心内容，它对区域可持续发展和区域土 地管理具有重要意义，因而成为现代地理学研究的前沿与热点领域之一。只有对土地利用时空 变化规律进行分析，更好地了解土地利用变化的过程和机制，并目通过调整人类社会经济活动， 促使土地利用更趋合理，保证国家宏观战略决策的针对性、有效性，才能达到土地资源可持续 利用的目的。 本研究主要采用r s 与g i s 技术、以t m 遥感影像为基本数据源、在对影像准确分类的基 础上，结合野外调查，建立判读标志，运用遥感解译获得1 9 9 8 - - - 2 0 0 4 年土地利用覆盖变化图。 并利用g i s 空间分析方法获得各土地利用类型面积数据、类型间转移的面积数据。经过研究和 探索，利用陆地卫星t m 影像对宝汉天然气管线周边评价区的土地利用覆盖变化及其驱动因素 进行了分析，得出的主要结论如下： ( 1 ) 通过野外考察，图件参考，以及其它资料的查阅，最终建立解译标志，运用目视判读方法 对t m 影像进行解译，获得了相当客观的土地利用覆盖数据。这说明，利用遥感和g j s 技术对 于l u c c 研究的数据的获取，在速度匕和精度匕都有很大的提高，这对于推动l u c c 研究的发 展非常有利。 ( 2 ) 利用遥感影像、借助g i s 技术对研究区进行土地利用覆被变化动态监测是种行之有效 的方法。通过本文的研究发现，研究区土地利用覆被变化的基本特征是：耕地面积迅速减少， 园地面积迅速增加，同时建设用地也有较大幅度的增加，有林地呈现减少趋势，而灌木林、草 地、未利用地有增加趋势，水域面积变化不大。 ( 3 ) 用马尔柯夫模型预测土地利用覆被变化的未来趋势是个较好的方法。从本文的研究成 果来看，该法能为今后研究区的土地利用覆被变化预测起到很好的指导和参照作用。 关键字：遥感，g i s ，l u c c ，数据库，马尔柯夫链，驱动因素 a b s t r a c t w i t ht h ec u n e n tp r o b l e mo f p o p u l a t i o n , r e $ o 黼a n de n v i r o n m e n tb e c o m i n gi n c r e a s i n g l yi n t e n s e d a yb yd a y , t h el a n du s e l a n dc o v e rc h a n g ei so n eo f t h ec o r et o p i c so nt h ep r e s e n tw o r l dc h a n g es t u d y t h er e s e a r c ho fl a n du s e l a n dc o v e rc h a n g eh a sb e c o m eo n eo ft h ef r o n t i e r so f m o d e m g e o g r a p h ya si t n o to n l yp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei ng l o b a lc n v i m n m 踟t a lc h a n g e , b u ta l s oh a sa ni n 删r t a n ts i g n i f i c a n c ei n s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ta n dm a n a g e m e n ti nar e g i o n a n a l y z i n gs p a c e - t i m ec h a n g e sr u l e si nl a n du s e u n d e r s t a n d i n go ft h ec h a n g ec o u r s ea n dm h 锄j m lo fl a n du s e a d j u s t h a gt h ei ：x ? , o n o m i ca c t i v i t yo f h u m a ns o c i e t y , i i i 】牟岫t h eu s i n go f l a n dr a t i o n a l l y , a n dk e e p i n gt h ep e r t i n e n c e , v a l i d i t y0 f m cn a t i o n a l r n a c r o s c o p i c a l l ys t r a t e g i cp o l i c yc o u l d 目搬阻【】圭e es u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o no f l a n dr e s o u r c e b ym e a n so f t h er sa n dg i st e c h n o l o g y , e m p l o y i n gt h et m d a t af o rt h eb a s i cd a t ap o o t , d u et ot h e r e l a t i v e l ya c c u r a t eb a s i cc l , x s s i f i c a t i o n , r e f e r e n c i n go t h e rd o c u m e n t sa n dt h ep i w i o u sr e l e v a n tr e s e a r c h r e s u l t s ，a n df i e l ds u r v e y i n e t h ec l a s 蛐s a m p l e sw h i c hw e r eu s e dt oh e l pt oc l a s s i f yt h ei m a g e sf r o m 1 9 9 8 - 2 0 0 4b ye y e sw e r eo o n s m 】c c e d n - c o u g hr e s e a r c h , u s i n gl a n d s a tt mi m a g e so fb a o h a ng a s s u r r o u n d i n gt h ee v a l u a t i o no f l u c c f o rd r i v e r sm a l y mo f t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) a a l r o u g hf i e l ds u r v 咖m a pr e f e r e n c e , a n do t h e ri n f o r m a t i o n 毅蜗t h ee v e n t u a l e s t a b l i s h m e n to f i n t e r p r e t a t i o ns i g n s , t h eu s eo f v i s u a l 酬o nm e t h o dt m i m a g e sf o ri n t e 驴e t a t i o n , a a c e 翳t ot h ev e r yo b j e c t i v eo fl a n du s e l a n dc o v e rd a t a t h i ss h o w st h a tt h eu s i n gr sa n dg i sc o u l d d e v e l o pt h ew a y t og e ta n da n a l y z ed a t a a n dg i v ea s t r o n gh e l pt oi m p r o v et h el u c c r e s e a r c h ( 2 ) t h eu s eo fr e m o t es e n s i n gi m a g e su s i n gg i st e c h n o l o g yt os t u d ya r e a so fl a n du s e c o v e r c h a n g ed e t e c t i o ni sa ne f f e c t i v em e t h o d t h r o u g ht h i sp a p e r , t h es t u d yf o u n dt h a tt h ea r e ao fl a n du s e c o v e rc h a n g et h eb a s i cc h a r a c t e r i s t i c s ：t h er a p i dr e 而i c 右0 no fc u l t i v a t e d 孤铘，c o m e ra r e ao fr a p i d g r o w t hw h i l eb u i l d i n gs i t e sh a v eg r e a t l yi 1 1 c i 镘i s e d ，s h o w i n gad e c r e a s i n gt r e n dw o o d l a i l d 越】ds h r u b f o r e s t , g r a s s l a n d , t m u s e dl a n da ni n c r e a s i n gt r e n d , w a t e ra r e ac h a n g el i t t l e ( 3 ) u s i n gm a r k o vm o d e lf o r e c a s tl u c c i sab e t t e rw a y t h em e t h o d 向m ef i m k r eo f t h es t u d ya r e a l a n du s e c o v e rc h a n g ep r o j e c t i o n sp l a y e da v e r yg o o dt a l ci ng u i d i n ga n dr e f e r e n c e k e y w o r d ：r s ，g i s ，l u c c ，d a t a b a s e ，m a r k o v ，d r i v i n gf a c t o r s 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人 和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他 个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 、- 沙7 年二月日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学 校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校 后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然 为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名 导师签名： 噘仁少 ， 孱专易 砂 年名月日 知7 年月6e l 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 国际地圈一生物圈计划( i g b p ) 和全球环境变化中的人文领域计划( h d p ) 于1 9 9 5 年 联合提出“土地利用土地覆被变化 ( l a n du s e c o v e rc h a n g e ，l u c c ) 研究计划。由于 该研究计划的根本出发点是通过对人类驱动力一l u c c 一全球变化一环境响应之间相互作 用机制的认识，从而预测土地利用土地覆被变化，进而评估与人类生存及可持续发展 密切相关的生态环境变化，因此迅速引起许多学者的兴趣与关注。目前该领域的研究已 经进一步深化，并且各个尺度研究的新的理论成果层出不穷。如在南非德班举行的国际 地理学联合会( i g u ) “2 0 0 2 年区域地理大会”上，l u c c 相关研究涉及的内容非常广泛， 包括应用r s 、g i s 技术开展土地利用土地覆被变化监测、评价与制图；农村与农业土 地利用土地覆被变化分析；城市土地利用土地覆被变化分析；土地利用土地覆被变 化动力学；土地利用土地覆被变化与生态环境响应等方面。这些研究成果从一个侧面 说明了l u c c 研究的重要性，同时也集中体现了该领域的最新进展。土地利用覆盖变 化己成为全球环境变化的研究热点和前沿问题。 1 1l u o c 的概念与内涵 土地利用和土地覆盖是两个既有联系，又有区别的概念。土地利用是土地覆盖变化 最重要的因素，土地覆盖的变化反过来又作用于土地利用。i g b p 和i h d p 把土地覆盖 定义为“地球陆地表层和近地面层的自然状态，是自然过程和人类活动共同作用的结 果 。美国“全球环境变化委员会”把土地覆盖定义为“覆盖着地球表面的植被及其他 特质 。还有学者认为土地覆盖是“具有一定地形起伏的覆盖着植被、雪、冰川或水体， 包括土壤层在内的陆地表层”。 本论文依照以下定义进行探讨。土地利用侧重于土地的社会经济属性，考虑人类施 加于土地的活动，是一种功能性概念；土地覆盖侧重于土地的自然属性，考虑地表覆盖 物的不同性质与特点，是一种形态性概念。土地利用是指人类根据土地的特点，按一定 的经济与社会目的，采取一系列生物和技术措施，对土地进行的长期性或周期性的经营 活动，它是一个把土地的自然生态系统变为人工生态系统的过程。土地覆盖是指自然营 造物和人工建筑物所覆盖的地表诸要素的综合体，包括地表植被、土壤、冰川、湖泊、 沼泽湿地及各种建筑物( 如房屋、道路等) ，具有特定的时间和空间属性，其形态和状态 可在多种时空尺度上变化。土地利用变化是土地用途转移和土地利用集约度的变化：土 第一章绪论 地覆盖变化则包括上地质量与类型的变化和土地属性的转变。 土地利用覆盖变化( l u c c ) 作为科学研究领域主要包括l u c c 的监测 ( d o c u m e n t a t i o n ) 、解释( e x p l a n a t i o n ) 、和效应( i m p a c t ) 。l u c c 的监测主要包括土地利 用与覆盖类型分类、测量及制图与统计；l u c c 的解释主要包括变化的动力与阻力、直 接与间接原因、定量与定性及预测模型：l u c c 的效应主要包括资源、环境及生态效应。 1 2l u c c 研究进展 人类活动离不开土地利用，同时也会给土地覆盖带来影响。而从人类长远的发展来 说，土地利用土地覆盖变化，尤其在生态环境脆弱的地区，所造成的气候变化的累积 效应，最终将导致全球变化。因此，l u c c 问题始终是一个众多地理学家关注的焦点。 1 2 1 国内l u c c 研究 近年来，我国国内地理学家对l u c c 密切关注，并从各个尺度和各个角度出发，对 l u c c 做了深入的研究和讨论，取得了一系列有意义的理论成果。 ( 1 ) l u c c 信息获取与处理 l u c c 研究离不开高质量的数据支持，遥感技术的应用则给l u c c 研究创造了良好 的数据条件；而g i s 技术则为l u c c 的空间分析提供了强大的技术支持。可以说，离开 这些数据源和技术的支持，也就难以深入l u c c 的研究。目前国内l u c c 研究者大多 采用多时相、多光谱的r s 数据源作为信息获取基础。但实际工作中，由于遥感图像空 间分辨率、比例尺、成像机理、分类方法自身固有优越性及解译人员处理技巧、对地学 知识理解差异等有关方面的误差，使得对常用资源卫星影像判读结果并不理想。并且在 有些地区，由于各种原因造成区划类图件的缺少或数据的不完整性，使得有些应用受到 某种限制。为了从更综合的方向出发研究l u c c ，目前已经发展了面向工程目标并借助 3 s 集成技术的土地利用动态监测方法。因此，未来l u c c 研究的数据获取与处理手段 将使得国内的l u c c 应用研究更加成熟和完善。 ( 2 ) l u c c 制图 l u c c 制图是以图件形式反映l u c c 研究成果，同时是l u c c 研究成果展示的主要 形式，图件可以定性的描述区域l u c c 空间分布规律。土地利用覆被类型划分是l u c c 研究与制图的基础。国内目前开展的相关研究大多是基于光谱信息统计模式算法，如监 督分类和非监督分类。为提高r s 影像分类准确率，有些学者丰富了特征信息来源，以 2 长安大学硕士学位论文 传统遥感影像分类结果作为初始值，再利用辅助地理数据和知识库进行不精确推理，最 后确定像素所属类别。但是目前主要l u c c 研究信息源仍然为遥感数据。随着r s 与 g i s 技术的发展与多源数据、多时相数据、多尺度数据的融合，l u c c 制图将更为系统、 客观和快速准确，实际上目前国内学者已经在l u c c 研究中开始注意这些问题。 ( 3 ) l u c c 模型 l u c c 研究的关键是要搞清驱动力及其驱动机制，我国学者广泛应用多种系统分析 与数理统计方法从各个角度开展了l u c c 驱动力研究。目前国内学者所建立的l u c c 模型大多是区域规模的土地利用行为模型，与区域内市场、经济与人口增长、农业现代 化过程、技术进步、城市化进程等相联系，以认识各种自然人文过程影响土地利用覆 被格局的机理，从而为区域未来发展提供决策支持。这些已建立的模型大致可分为系统 诊断模型、土地利用动态变化模型和土地利用变化综合评价模型3 种。 ( 4 ) l u c c 环境效应与可持续发展 土地利用通过改变地表土地覆被状态而影响周围环境，因而成为全球环境变化的一 个重要因素。国内学者对l u c c 环境效应的研究既包括全球性系统变化，也包括区域性 累积变化，而在l u c c 与可持续发展问题上，由于土地资源的短缺和退化、土地资源的 多功能性、土地利用与其他资源利用的密切联系，l u c c 成为中国现代化进程中可持续 发展的焦点所在。如王建国通过对经济发达地区低山丘陵土地利用经验的总结，提出了 该类型地区土地资源持续利用和优化利用的标准、问题与建议。 1 2 2 国际l u c c 研究 ( 1 ) 在国际上l u c c 研究中，应用遥感手段监测土地利用动态变化仍然为l u c c 研究 的主要手段之一。g i s 的应用，为多种来源的海量时空数据综合处理、动态存取、集成 管理及建模和模拟提供了主要技术手段。因此，利用3 s 技术的集成获取l u c c 数据越 来越受到重视。目前，国际上这方面研究开展得很多，许多专家学者从不同角度对遥感 和g i s 在l u c c 研究中的应用作了有益的探索，如德克萨斯大学的k e l l y ac r e w s m e y e r 利用遥感和g i s 手段来研究人类与环境之间的互动关系。 ( 2 ) l a m b i n 等人的研究表明：动态的、基于过程的模拟模型比经验的、随机的、静态 的优化模型，在描述和表达土地管理决策过程时更有用。事实上，综观国际l u c c 研究 的最新成果，会发现国际上l u c c 研究者更注重模型方法的应用，通过各类模型，研究 l u c c 过程、机制、环境效应等。如：波士顿大学的r a m o n d j d e z z a n i 通过建立一个基 第一章绪论 于时空框架的m a r k o v 模型用来衡量波士顿城市土地利用的变化率；印第安那大学的 t o m p e v a n s 等人认为模型是强大的工具，并提出了一种用于评价土地覆盖变化的模型； 而美国克拉克大学的p o n t i u s 则是l u c c 模型研究的最新代表，并在模型验证与检验方 面提出了许多独到的数理统计方法。 1 3r s 和gis 技术的应用 1 3 1r s 和g is 技术的结合 r s 和g i s 是两个相互独立发展起来的技术领域，但它们之间存在着密切关系。r s 与g i s 的研究对象都是空间实体，r s 主要着眼于空间信息的采集和分类，g i s 则着眼 于空间数据的管理与分析。遥感和g i s 这二者的结合主要指的是遥感处理过程中有效的 利用g i s 数据，以遥感处理结果作为数据源更新，修正g i s 数据。一方面r s 为g i s 提 供多时相、多波段信息源使系统中的信息具有现势性；另一方面r s 为g i s 提供数据管 理的地理模型分析功能，为r s 信息的提取和地学动态分析提供工具，同时g i s 中的辅 助数据提高了遥感信息的分类精度和制图精度。 r s 与g i s 的结合具体体现在以下两点： ( 1 ) 遥感是信息系统的重要信息源和数据更新手段。g i s 是对空间信息进行分析处理 的工具，操作对象是空间数据。遥感具有快速、实时、动态地获取空间信息系的功能， 它为地理信息提供及时、准确、综合和大范围的各种资源与环境数据，并可及时更新地 理信息系统的数据库。 ( 2 ) g i s 是遥感信息提取分析的重要手段。g i s 可以作为遥感图像解译的强有力的辅助 工具，引入到遥感图像处理和遥感应用分析中，大大提高了遥感图像的可识别性。遥感 图像处理中包括g i s 是遥感图像处理系统的一个发展趋势，也就是g i s 与遥感图像处理 系统的一体化。 r s 和g i s 是两个相互独立发展起来的技术领域，随着它们应用领域的不断开拓和 自身的不断发展，即由定性到定量、由静态到动态、由现状描述到预测预报的不断深入 和提高，它们的结合也逐渐由低级向高级阶段发展。遥感技术提供了快速更新的、从宏 观到微观的各种形式的数据，而g i s 则利用强大的数据管理和空间分析功能使得海量遥 感数据在各领域得到充分利用。遥感和g i s 的结合，既可以保证地理信息系统具有高效 和稳定的信息源，又可以对遥感信息进行实时处理、科学管理和综合分析，实现监测、 预测和决策的目的。基于r s 和g i s 技术的生态服务功能研究可以对资源、环境、社会 4 长安大学硕士学位论文 经济等进行综合分析，可以对区域和时间序列的生态环境问题进行具体化研究。 1 3 2r s 和g i s 技术与u j c c p u s 和g i s 技术己成为区域l u c c 数据获取和处理分析的基本手段。利用这些先进 技术，并采用土地利用转移矩阵法、网格制图法等方法，可查明某一地区一定时段内的 l u c c 现状、格局和发展趋势。例如，在1 9 8 8 年，利用g i s 对美国伊里诺斯州土地利 用现状和此前1 6 0 年的土地利用进行比较，分析该区土地利用的变化类型；随后，又对 俄亥俄卅i 中部地区4 6 年间土地利用覆被变化进行了研究；流域林地空间变化的研究也 以遥感和g i s 技术为支持。利用遥感数据和g i s 软件并结合实地调查、采样和统计分析， 研究黄河三角洲的土地利用覆盖的质量变化。北京地区( 1 9 7 5 - - 1 9 9 7 年) 、海南岛( 1 9 8 6 _ 2 0 0 0 年) 、晋陕蒙接壤地区( 1 9 8 6 - - 2 0 0 0 年) 的l u c c 研究也都以g i s r s 技术为基础 而开展的。另外，后来开展的内蒙古锡林河流域土地覆被变化、拉萨市1 9 5 1 - - 1 9 9 9 年 间不同时期城市用地变化以及湖北省近1 0 年来土地利用变化等研究，在技术方法上都 有进一步延伸。 对遥感和g i s 技术在l u c c 的应用也有很多探讨。例如，尝试用变化矢量分析与分 类后比较法相结合的方法提高l u c c 监测的精度。此外，基于遥感信息融合技术，探讨 不同遥感数据源的融合及应用，如通过t m 与s p o t 数据的融合，进行土地利用动态变 化信息的监测，并尝试应用于有关研究。 1 4 研究内容及研究方法 本次研究采用1 9 9 8 年和2 0 0 4 年t m 影像为数据源，借助1 ：5 0 0 0 0 地形图数据，以遥 感技术为主要手段，利用a r c g i s ，e r d a s 软件对遥感影像进行人机交互式解译来提 取土地利用变化信息，结合地理信息系统( g i s ) 对研究1 9 8 8 2 0 0 4 年间土地利用的动态 变化进行分析：采用遥感和g i s 技术来分析研究区监测时段内的动态变化；运用马尔柯 夫模型建立研究区土地利用转移概率矩阵，并实现对研究区未来土地利用变化的预测； 进一步分析土地利用变化驱动力影响因素；在此基础上提出对策。研究主要内容和方法 如下： ( 1 ) 遥感影像数据源的选择是土地利用覆盖变化分析的基础。遥感数据种类繁多，必须 根据实际研究的目的和需要选择，既要便于进行土地利用变化的动态监测，又要考虑投 第一章绪论 入成本和图像质量等因素。由于各种条件所限，本次所选的研究区域土地面积不是很大。 本次研究选用的是l a n d s a tt m 影像，因需对r s 影像校正选用1 ：5 0 0 0 0 地形图作为辅助 资料，此外为了便于分析处理收集研究区各种相关资料。土地利用变化信息的提取是土 地利用动态变化研究的关键。目前采用较多的是通过对不同时相的遥感影像的处理及图 像间的运算，提取图像上的变化信息，以达到对土地利用变化分析的目的。 ( 2 ) 土地利用动态变化分析指在g i s 软件的支持下，得到不同时期的土地利用覆盖现状 图。将两期的土地利用现状图在g i s 系统中进行空间叠加分析和地统计分析，统计出各 个时段土地利用变化数量，利用土地利用相关指数模型分析研究区1 9 9 8 2 0 0 4 年间土地 变化规律和空间变化情况。 ( 3 ) 依据土地利用类型之间的相互转化情况，采用马尔柯夫转移矩阵模型来进一步描述。 对研究区土地利用变化的幅度、主要土地利用变化类型的流向进行了分析。进而分析了 土地利用变化驱动因素。建立马尔柯夫模型的转移概率矩阵，对未来土地利用变化情况 进行预测，为合理利用及开发土地资源提供参考。 1 5 论文创新点 依据前面的研究内容，本论文打算在如下几个方面进行创新： ( 1 ) 以研究区为例，首先利用1 9 9 8 年和2 0 0 4 年两期遥感影像数据的解译结果，对研究 区土地利用变化的幅度、速度、主要土地利用变化类型的流向进行了分析，进而研究了 该地区土地利用变化驱动因素，通过降水、气温、地形、地貌、土壤等自然驱动因素和 人口、政策、资源开发、经济发展等人文驱动因素，对各土地利用类型的动态变化及其 驱动力进行分析。 ( 2 ) 通过对研究区土地利用数据和社会经济统计数据的采集、处理和分析，运用马尔柯 夫预测模型，建立了马尔柯夫模型的转移概率矩阵，并对研究区土地利用变化情况进行 了预测，为合理利用及开发土地资源提供了参考。 ( 3 ) 通过分析土地利用变化的驱动机制，进而对驱动因子一土地利用变化一土地覆被变 化之间的关系进行分析，寻找适合研究区的土地利用变化模型。 6 长安大学硕士学位论文 2 1 自然环境概况 第二章研究区概况 2 1 1 地形地貌 宝汉输气管道工程起于宝鸡首站，经太白、留坝，止于汉中市汉台区。管道始于渭 河平原，途经秦岭山脉，到达汉中平原。沿线地貌类型包括：河流低阶地、切割破碎的 黄土台塬、流水侵蚀剥蚀的中山、流水侵蚀剥蚀的低山、流水侵蚀剥蚀的丘陵。沿线地 形地貌统计表图2 1 。 表2 1宝鸡一汉中天然气管道工程地形地貌统计表 地貌区划长度( k m ) 平原、平缓山地 3 0 山地1 8 8 合计 2 1 8 2 1 2 地质、地震 工程场地位于三个二级大地构造单元：北部属于渭河断陷盆地，中部属于秦岭地轴、 南部为汉中盆地。 渭河断陷盆地上覆离石黄土和马兰黄土并层，地层近于水平，构造简单；秦岭地轴 主要有太古界及元古界组成，并被大片中生代花岗岩体所穿切；汉中盆地主要为第四系 的洪冲积砂砾石与湖积淤土。 2 1 3 气候气象 管线北部地区属关中平原暖温带半湿润气候区，春季干旱，夏季炎热多雨，秋季连 阴雨，冬季严寒；中部地区为秦岭高山寒温带湿润气候区，春季多风，秋季连阴雨，冬 长无夏；南部地区属于秦岭山区暖温带湿润气候区，冬无严寒，夏无酷暑，温暖湿润， 四季较分明，春冬偏旱，夏季多雨，秋季多连阴雨。沿线山区气候垂直差异明显。各地 年降雨量分布不均匀，集中于6 - - 9 月。 2 1 4 河流水系 管道所经地区水系分别属渭河和汉江水系。线路所经河流主要有渭河、马尾河、 红岩河和褒河。 7 第二章研究区概况 渭河横贯宝鸡市境1 内2 0 6 1 k m ，多年平均径流量为年3 5 5 1 亿m 3 。本工程所跨越的渭 河河段河宽可达8 0 0 m ；马尾河属渭河一级支流，发源于秦岭北麓，河长2 6 9k m ，流域 面积8 5 4 k m 2 ；红岩河属汉江二级支流，汉江褒河支流。该河发源于太白县嘴头镇上河 村北之秦岭梁南麓。主流经嘴头镇、王家境乡，于王家坡乡的擂鼓滩出太白县境入留坝 县；褒河是汉江一级支流，发源于宝鸡太白县秦岭山中，全长1 9 8 k m ，流域面积3 9 4 1 k m 2 。 2 1 5 地下水 线路经过区域为关中盆地中等富水区和秦岭山地富水区。岩性组合为富水程度强的 松散岩类孔隙含水岩组、富水程度弱的碎屑岩类孔隙含水岩组和富水程度中等的变质岩 类裂隙含水岩组。整个区域地下水资源模数为5 - - - 1 0 亿m 3 f k m 2 a ，地下水开采资源模数为 1 - - 5 亿m 3 k m 2 a 。 2 1 6 土壤 管线沿线地区土壤类型复杂，土壤类型随纬度和高度而变化，水平和垂直分布明显。 线路北端和南端的渭河平原和汉中平原以耕作土为主。渭河平原段主要为填土，汉中平 原为主要为水稻土。中部秦岭山区随着高度变化，北部为褐土、棕壤，南部为黄褐土、 黄棕壤、棕壤。山区盆地和河谷分布有潮土及淤土。 2 1 7 植物种类及生物多样性 宝鸡至汉中天然气管线工程所经的秦岭山区是我国南北自然环境的天然分界，该地区的 植被物种十分丰富。调查资料表明，线路所经的太白县和留坝县调查资料表明，沿线地 区有种子植物1 7 5 科，1 0 0 6 属，3 4 5 1 种，分别占全国科、属、种的5 8 ，3 4 ，1 4 。其中 被子植物1 6 6 科，9 8 3 属，3 4 4 1 种；裸子植物9 科，2 2 属，4 0 种。另外，还有菌类、地衣 类达2 1 科，3 0 0 余种。沿线地区分布有国家一级保护植物水杉，国家二级保护植物银杏。 有药用、食用等经济价值的植物近2 0 0 0 种。主要有厚朴、杜仲、核桃、山核桃、化香树、 樟树、皂荚、榛科、板栗等。 2 2 社会环境 j 2 2 1 沿线地区社会经济概况 路线经过宝鸡、汉中两市四县区，各县区的经济状况如下： ( 1 ) 陈仓区 陈仓区土地面积2 5 8 0 k m 2 ，总人1 2 1 5 9 万，农业人口占8 4 8 ，人1 2 1 密度y 9 2 3 2 人k m 2 。 8 长安大学硕士学位论文 2 0 0 5 年实现国内生产总值5 1 7 7 亿元，第一、二、三产业结构为1 2 6 ：5 7 4 ：3 0 。人均g d p 为 8 7 5 3 元。城镇居民人均可支配收入6 5 8 9 元，农民人均纯收入2 5 2 4 元。 该县农业以粮、果品、蔬菜、林特等为主，粮食与经济作物面积比为6 9 ：3 1 。奶畜、 生猪、肉牛羊、禽蛋等发展较快，畜牧业产值已占农业总产值的4 9 。 陈仓区工业基础雄厚。境内拥有渭阳柴油机厂、宝光集团、群力无线电厂等部、省、 市属企业1 2 家，区及区以下企业6 0 0 0 多个，乡镇企业2 5 万个。初步形成了机械加工、新 型建材、电子电器、医药化工、食品饮料等五大支柱产业。 ( 2 ) 太白县 太白县土地面积2 7 8 0 k m 2 ，总人口5 2 0 万，农业人口芒i 7 7 6 ，人口密度为1 9 人k m 2 。 2 0 0 5 年全县实现国内生产总值3 7 8 亿元，全县经济以第二产业为主，第一、第二和第三 产业比重为2 5 ：4 6 ：2 9 。人均g d p 为7 2 6 9 元。农民人均纯收入1 4 6 2 元。 该县农业以种植业为主，2 0 0 5 年全县现价农业总产值为2 2 8 5 0 万元，农、林、牧三 业比重为7 2 ：1 8 ：1 0 。太白县咀头镇为陕西省绿色蔬菜基地，2 0 0 5 年全镇蔬菜种植面积达 n 7 3 7 万亩，产值达到5 6 0 0 万元。 太白县工业经济以黄金矿产业为主，其产值占全县工业总产值的6 0 。其他工业还 包括冶金、电力、机械、化工、建材、森工、酿造、医药、印刷等。2 0 0 3 年全县共实现 工业总产值3 3 2 7 1 万元。 ( 3 ) 留坝县 留坝县土地面积1 9 5 8k m 2 ，总人d 4 5 万人，人口密度2 3 人k m 2 。2 0 0 5 年，全县实 现国内生产总值2 4 6 亿元，第一、第二和第三产业比重为2 9 ：2 3 ：4 8 。人均g d p 为5 4 6 7 元， 农民人均纯收入1 6 3 6 元。 农业产业结构调整取得阶段性成效。农业种植结构趋于合理，粮油品种不断优化， 农业综合效益显著提高。粮经比例已调整n 3 ：7 。中药材、菌业、果业、畜牧业四大支柱 产业初具规模。 ( 4 ) 汉台区 汉台区土地面积5 5 6 k m 2 ，总人d 5 0 万人，人口密度9 0 2 人虹2 。2 0 0 4 年全区实现国 内生产总值3 7 2 4 亿元，全区经济以第二产业为主，第一、第二和第三产业比重为1 1 ：4 7 ：4 2 。 人均g d p 为7 4 4 8 元，城镇居民人均可支配收入6 1 3 8 元，农民人均纯收入2 4 4 5 元。 2 0 0 4 年全区实现农业总产值6 8 9 亿元，粮油、畜牧、蔬菜、蚕桑为该区农业的四大 主导产业。 9 第二章研究区概况 2 2 2 沿线居民生活 沿线农村居民点零星分布于河谷公路两侧。农村居民人均耕地较少，多数村庄人均 占有耕地仅为0 3 0 5 亩。实地踏勘发现，多数农民外出打工，部分农民经营小饭馆和小 生意，仅有少数农民依靠耕种土地维持生计。 2 2 3 沿线水源地及引水工程 ( 1 ) 石门水库 本工程管线将经过褒河下游的石门水库。该水库为发电灌溉水库，1 9 7 2 年建成正式 投入运行，目前已被列入汉中市的饮用水源地。石门水库水域面积达1 1 0 6 m 2 ，总库容 1 0 9 8 亿m 3 ，其中滞洪库容0 0 4 8 亿r n 3 ，有效库容0 6 0 7 亿m 3 ，死库容0 4 4 3 亿m 3 。水库回水 长度1 7 k m ，库区多年平均径流量1 3 2 亿m 3 ，多年平均含沙6 0 9 3 4 k g m 3 ，多年平均输沙 量( 悬移质) 1 4 8 万t 。水库设计灌溉面积3 4 3 万h a ，目前实灌面积3 0 7 万h a ，占汉中地区 水田总面积的1 4 。电站总装机4 0 5 万k w ，年发电量1 4 0 7 亿度。目前该水库大坝以上区 域建有水利部风景旅游区。 ( 2 ) 引红济石工程 引红济石调水工程是陕西省内跨流域南水北调工程。工程估算总投资7 0 3 亿元，计 划总工期6 6 个月。工程实施地水源为秦岭山脉太白县境内的红岩河，调水点位于太白县 城西南8 k m 的关山村附近。主体工程由一座关山低坝引水枢纽和全长1 9 7 6 k m 的输水隧 洞组成。通过穿越秦岭长隧洞自流调入秦岭北麓渭河支流石头河，经石头河水库调节后 向西安、咸阳、宝鸡、杨凌、兴平等城市供水，并向渭河干流补充一定的生态水量。该 工程已于2 0 0 5 年1 0 月启动，预计于2 0 1 0 年完工。 2 2 4 沿线风景区及文物古迹 ( 1 ) 雪山洞森林公园 雪山洞森林公园位于宝鸡市东南宝太公路1 5 k m 处，是宝鸡风景名山之一。公园总面 积1 3 3 5 h a ，最高海拔1 8 5 0 m ，森林覆盖率为8 9 9 9 6 ，分为雪山洞和石阶沟两大景区。 ( 2 ) 汉中石门风景区 汉中石门风景区位于汉中市：l 匕1 8 k m 的褒河谷口，以石门水库为依托，风景秀丽，该 处有被国务院列为全国第一批国家级文物保护单位的“褒斜道、石门及其摩崖石刻 遗 址。古褒斜道历史久远，号为蜀道之冠，是我国历史上开凿最早、规模最大的一条栈道。 l o 长安大学硕士学位论文 3 1 数据获取 第三章土地利用覆盖数据获取与预处理 3 1 1 基础地图 在对l a n d s a t t m 遥感影像进行几何精纠正的过程中使用了研究区内1 9 8 2 年版的1 3 幅1 ：5 万地形图，图幅编号为ti 4 8 7 2 a ，i 4 8 7 2 一c ，i 一4 8 7 1 d ，i 4 8 7 1 c ，i 一4 8 8 3 a ， i 4 8 8 3 c ，i 4 8 9 5 a ，i 一4 8 9 4 b ，i 4 8 9 5 c ，i 4 8 9 4 d ，i 4 8 1 0 7 a ，i 4 8 1 0 6 一b ，i 4 8 - 1 0 7 c ， 通过输入绝对坐标的方式对每幅地形图完成空间投影。 3 1 2l a n d s a tt m 数据 本项目采用的是美国陆地资源卫星l a n d s a tt m 的1 ：5 0 0 0 0 影像图，选取2 0 0 0 年 和2 0 0 4 年的数据为主要数据源进行解译。t m 的空间分辨率为3 0 m ，有七个波段，信息 量丰富。t m 影像的不同波段反应了不同地物在该波段内的反射辐射特性，它们的光谱 分辨率高，针对性强，可根据不同的应用目的，进行多种综合处理和专题提取。表3 - 1 给出了t m 的波段特征，在生态环境评价中应用这些特点进行不同波段的组合，提取有 用的地物信息。 表3 1t m 影像波段特征 波长范围 波段号波段 波段特征主要用途 ( u r n ) 对水体穿透力强，对 有助于判别水深，水中叶绿素 t m l蓝0 4 5 - 0 5叶绿素及业色素浓度 分布，近海水域制图 反映敏感 对健康茂盛植物绿反 探测健康植物，评价生长活 t m 2绿o 5 2 0 6 0 射敏感，对水的穿透 力，研究水下地形特征和水污 力较强染 用于区分植物种类与植物覆 为叶绿素的主要吸收盖度。探测植物叶绿素吸收的 们3 红 o 6 3 - o 6 9 波段差异，在秋季则反映叶黄素、 叶红素的差异 对绿色植物类别差异确定绿色植被类型，作生物长 t m 4 近红外 0 7 6 - 0 9 0 最敏感，为植物通用势和生物量的调查，水域判别 波段 等 处于水的吸收峰内， 用于植物含水量的调查、土壤 t m 5 中红外 1 5 5 1 7 5湿度、水分状况、作物长势的 对含水量敏感 研究，区分云和雪 第三章土地利用覆盖数据获取与预处理 植物和地物的热强度测定分 t m 6 热红外 1 0 4 1 2 5 可进行热制图 析，人类热活动特征监测 处于水的强吸收带，植物含水量测定，岩石的调查 t m 7 中红外 2 0 8 2 3 5 水体呈黑色与分类，含有o h 矿物的土壤 3 2 遥感图像的融合、校正 3 2 1 遥感数据的预处理与波段合成 遥感分波段记录了地物波谱的微弱差异。充分利用地物在不同波段的差异，可以更 有效地识别物体。但多波段数据之间往往存在较大的相关性，从而引起无用信息的增加 和噪声误差的增加。为了使遥感图像能提供更多的类别和更高的分类精度，在对图像进 行数据融合等处理时，要求集中在少数的几个波段中进行，这样使得处理后的图像信息 量大、相关性小、冗余度小、整体改善图像质量。因此，在研究中对所用的遥感数据进 行了统计特征分析、各波段数据的相关分析以及最佳指数因子分析等，以求得到进行进 一步处理的最佳波段。在研究中主要选择了t m 3 ，t m 4 ，t m 5 波段组合，这主要是因为 在t m1 ，t m 2 ，t m 3 三波段彼此地相关度都相当高，三者只需选择其中一个即可，而 在t m l ，t m 2 ，t m 3 三波段中t m 3 波段的亮度值覆盖范围以及标准差都远比t m l ， t m 2 的大，因此在三者中仅选t m 3 波段。同理，t m 5 ，t m 7 两波段的相关度也很高， t m 5 波段的亮度值覆盖范围在6 个波段中是最大，因此在此选择t m 5 波段。t m 4 波段 的数据有很强的独立性，同时t m 3 ，t m 4 ，t m 5 波段组合的o w ( 最佳指数因子分析 o p t i m u mi n d e xf a c t o r ) 值也较高，组合效果也很好，因此最终选择t m 3 ，t m 4 ，t m 5 波段 的组合方案。 本文研究中，选取对反映较好的3 ，4 ，5 波段，导入遥感应处理软件e r d a s ，利用 其影像解译( i n t e r p r e t e r ) 模块中的实用工具( u t i l i t i e s ) 中的影像组合工具( l a y e r s t a c k ) 对单 波段影像作组合。 3 2 2 遥感影像几何校正 遥感图像处理包括几何校正和辐射校正两个主要方面。辐射校正主要是消除因大气 作用和太阳高度角等因素引起的图像灰度值的影响；几何校正则是指赋予遥感图像地理 空间投影信息和消除图像几何畸变的处理方法。本文主要论述采用几何校正遥感图像的 方法和程序。 1 2 长安大学硕士学位论文 对遥感影像进行几何精校正可采取以地形图纠正影像，以影像纠正影像、以己知控 制点纠正影像、以己经获得控制点坐标通过键盘输入四种方法。根据己有数据条件，在 宝汉生态环境评价项目中采用以地形图纠正影像。 以地形图纠正影像是以地形图为依据，从地形图上选取控制点对遥感影像进行几何 校正，主要是选取地形图上相对不变的明显地物点，再找到遥感影像上