（草业科学专业论文）基于Web草原遥感影像解译半透明叠加法的研究.pdf

摘要目前草原遥感技术的应用存在很多局限。首先，在常规的遥感影像目视解译时，不易获得解译对象所处位置的地理信息；其次。当参考其它专题图件进行解译时，影像图斑难于和参考图的图斑在空间位置上对应，造成判读困难、效率低，准确度差；再者，遥感影像和专用软件掌握在少数人手中，信息和资源不共享，阻碍了草原遥感技术的普及应用。鉴于此，本研究尝试综合应用现代信息技术，运用网络地理信息系统( w e h g i s ) 原理和理论，使用j a v a 语言，基于w e b 设计开发遥感影像与多幅专题图叠加的辅助解译平台。通过收集整理和转换基础空间数据和属性数据，在前人研究的基础上使用j a v a 语言自行设计编写软件模块，在国际互联网络上实现了正蓝旗的1 1 l 遥感影像与锡林郭勒盟的基础专题图( 草地类型图、土壤类型图、行政区划图、高程图) 的半透明叠加。草地类型图为显示图层，其它基础图层叠于其下，遥感影像置于最上层，并为解译人员提供了三项控制和查询功能。用鼠标可方便地控制遥感影像的透明度，便于影像与底图对比和分析；可随时读取鼠标位置的多元地理信息( 经纬度、草地类型、土壤类型、海拔高度、行政区等) 以及遥感影像的颜色值( r g b ) ；可任意选择库中的属性，快速查找到具体一个草地类型、土壤类型或海拔范围的空间分布情况。研究结果表明：采用的技术路线正确、方案可行，不仅突破了常规的解译方法，将多维空间信息、属性信息和遥感影像集成于一体，有效地辅助专业人员判读影像，而且所建平台向全社会开放，实现了遥感信息在真正意义上的共享，有助于遥感技术在草原科学领域的酱及应用。关键词遥感影像，半透明叠加，解译，w e b g l s ，j a v aa b s t r a c tt h ea p p l i c a t i o no f g r a s s l a n dr e m o t es e n s i n gt e c h n o l o g ye x i s t sm a n yr e s t r i c t sa tp r e s e n t f i r s t l y , i ti sd i f f i c u l ti oa c q u i r e c a eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o no f t h ep l a c ew h e r eo b j e c t si s ，w h e nv i s u a li n t e r p r e t a t i o ni sa d 叩t e dt od i s t i n g u i s ho b j e c t s s e c o n d l y , w h e np e o p l ei n t e r p r e tr e m o t es e n s i n gi m a g eu s i n gt h e m a t i cm a p sf o rr e f e r e n c e ，i ti sd i f f i c u l tt oc o r r e s p o n dp a t t e r no fi m a g ew i t hp a t t e mo ft h e m a t i cm a pi ns p a c e ，s ot h i sr e s u l t e di l li n t e r p r e t a t i o nd i f f i c u l t l y , l o w e re f f i c i e n c y , b a dp r e c i s i o n a n o t h e r , r e m o t es e n s i n gi m a g ea n ds p e c i a ls o f t w a r eh a v eb e e nh o l d e nb yaf e wp e o p l e ，w h i c hl e a dt ob ei n c a p a b l eo fs h a r i n gi n f o r m a t i o no fr e m o t es e n s i n ga n dr e l a t i v er e s o u r e e , a n dl i m i t t e dt h eb r o a da p p l i c a t i o no fg r a s s l a n dr e m o t es e n s i n gt e c h n o l o g y b a s e do ns u c hs i t u a t i o n ，t h i ss t u d ys y n t h e t i c a l l ya p p l y i n gm o d e mi n f o r m a t i o nt e c h n o l o 倒a n dt h ep r i n c i p l eo fw e b g i sa t l e m p t e dt od e s i g na n dd e v e l o pt h ee x p e r i m e n t a ls o f t w a r e ，t or e a l i z er e m o t es e n s i n gi m a g ea n ds e v e r a lt h e m a t i cm a p st r a n s l u c e n t l yo v e r l a y e dt ob i u l dap l a t f o r mo nt h ei n t e m e tw h i c ha s s i s t a n ti n t e r p r e t a t i o no f i m a g e a f t e rc o l l e c t i n g , d i s p o s i n ga n dt r a n s f o r m i n gb a s i cs p a t i a ld a t aa n da t t r i b u t ed a t a , id e s i g n e da n dw r o t es o f t w a r em o d u l e su s i n gj a v al a n g u a g eo nt h ef o u n d a t i o no fp i o n e e r sr e s e a r c h , w h i c ht r a n s l u c e n t l yo v e r l a y e dt mi m a g eo fz h o n g l a nb a n n e rw i t hb a s i ct h e m a t i cm a p s ( g r a s s l a n dt y p em a p ，s o i lt y p em a p ，d i s t r i c tm a pa n dd i g i t a le l e v a t i o nm a p ) o f x i l i n g u o l eo nt h ei n t e m e t t h ev e g e t a t i o nm a pi sd i s p l a y e da sb a c k g r o u n d , o t h e r st h e m a t i cm a p su n d e ri t , t h ei m a g eo v e r l a y sa b o v ea l lt h em a p s t h ep l a t f o r mp r o v i d e sc o n t r o l l i n ga n ds e a r c h i n gf u n c t i o n sf o rm t e r p r e t e r s ：i n t e r p r e t e rc a nc o n v e n i e n t l yc o n t r o lt r a n s p a r e n c eo fi m a g eb yu s i n gm o u s e ，a n dc a ne a s i l yc o n t r a s ti m a g ew i t ht h e m a t i cm a pa n da n a l y z et h ed i f f e r e n t sb e t w e e nt h e m i n t e r p r e t e r sc a ne a s i l yg e tm u l t i p l eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n ( 1 0 n g i t u d ea n dl m i m d e ，v e g e t a t i o nt y p e ，s o i lt y p e , a l t i t u d e ，a d m i n i s t r a t i v ed i s t r i c ta n ds oo n )a n dt h ec o l o rv a l u eo fi m a g eo nt h ep l a c ew h e r et h em o u s ei sa ta n ym o m e n t i n t e r p r e t e r sc a nc h o o s ea t t r i b u t ei nt h ed a t a b a s ea tt h e i rw i l l ，t h e nt h es o f t w a r ec a nq u i c k l ys e a r c hac e r t a i nk i n do fv e g e t a t i o nt y p e ，ac e r t a i nk i n do f s o i lo rt h ec e r t a i nr a n g eo f a l t i t u d ea n ds h o wt h e i rs p a t i a ld i s t r i b u t i o n t h es t u d y sr e s u l ti n d i c a t e st h a tt h et e c h n o l o g yr o u t et h a tt h es t u d ya p p l i e di sc o r r e c t , t h es c h e m ew h i c ht h es t u d yt o o ki sf e a s i b l e t h es t u d yn o to n l yi n t e g r a t e dm u l t i d i m e n s i o n a ls p a t i a li n f o r m a t i o n ,a t t r i b u t ei n f o r m a t i o na n dr e m o t es e n s i n gi m a g e ，a n de f f e c t i v e l yh e l pi n t e r p r e t e r sd i s t i n g u i s hi m a g e sp a t t e r n s ，b a ta l s ot h eo p e n e dp l a t f o r mt os o c i e t ym a k e sr e m o t es e n s i n gi n f o r m a t i o ns h a r ea n dh e l pt or e m o t es e n s i n gt e c h n o l o g yb ew i d e l ya p p l i e di nt h ef i e l do f g r a s s l a n ds c i e n c e k e yw o r d ：r e m o t es e n s i n gi m a g e ，t r a n s l u c e n to v e r l a y , i n t e r p r e t a t i o n , w e b g i s ，j a v a独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业科学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：弓吕7 0 穆时间：如哆年石月铲日关于论文使用授权的声明本人完全了解中国农业科学院有关保留、使用学位论文的规定，即：中国农业科学院有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业科学院可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议)论文作者签名：乡菠冬：i ；红时间：2 卯7 年莎月争日导师签名：劾乞鼬同：呻年6 玛 多日中罔农业科学院硕卜学位论文第牵引苦第一章引言1 1 研究目的和意义遥感影像解译技术是随着遥感技术的产生而诞生的。传感器获取的数据必须经过处理和解译才能成为有用的信息。所谓遥感影像解译就是对遥感图像上的各种特征进行综合分析、比较、推理和判断，最后提取出各种地物目标信息的过程 濮静娟，1 9 9 2 。随着卫星遥感图像和航空遥感图片分辨率的不断提高，人们可以从遥感图像中获得更多的有用的数据和信息。伴随着“数字地球”概念的提出，越来越多的场合要用到遥感图像，如在草原上的应用包括草资源调查，雪灾火灾观测，荒漠化等等。由于不同的场合遥感图像的应用对遥感图像处理提出了不同的要求，所以图像处理中的重要环节图像解译就显得尤为重要 李石华等，2 0 0 5 以遥感技术为主要手段，全面及时、准确地反映草原资源和生态环境的动态变化情况，可为草原资源的科学管理，合理利用及建设保护提供科学依据。草原面积辽阔、草地类理繁多，利用卫星遥感技术监测生态环境的变化具有很大的优势。卫星遥感具有空间、时间、光谱上能利用多波段对不同地物具有不同反射值的特性来判断地表特性，因此可以通过遥感解泽技术对辽阔的草原进行有效的分类和提取专业信息，在很短的时间内能获得草资源的利用和变化情况。但是，目前草原遥感技术的应用存在很多局限。首先，在常规的遥感影像目视解译时，不易获得解译对象( 图斑) 所处位置的地理信息；其次。当参考和对照其它专题图件进行解译时，影像图斑不易于和参考图的图斑在空间位置上对应，造成判读困难、效率低、准确度差；再者，传统的遥感解译无法获取影像图斑下的其它信息，只能看到影像上的色斑和纹理。更重要的是：遥感影像和专用软件掌握在少数人手中，信息和资源不共享，如果需要只有购买，这样就浪费了很多资金。卫星遥感影像昂贵( 比如t m 影像5 0 0 0 8 0 0 0 元景) ；专业的遥感图像处理软件昂贵( 比如e r d a s l 0 万元左右) ；一般基层单位不具备解译条件，也不方便开展卫星遥感研究，严重阻碍了草原遥感技术的普及应用。针对这种情况，笔者提出了应w e b g i s 技术、数据库技术和软件技术，基于w e b 设计开发遥感影像与多幅专题图叠加的辅助解译平台基于w e b 的遥感影像与基础图半透明袭加。即在前人相关研究的基础上，通过设计开发试验版的w e b g l s 小软件，将基础图件( 如草地类硝图) 和遥感影像按地理坐标、投影、分辨率完全在国际互联网上叠加，并嵌入剑网页中。任何网络埘户均可随时进入该网页，通过简单的鼠标操作，控制上层影像的透明度，可以直观地分析和比较两图层之间的i 茎| 斑和色调；同时，能够读取影像上任意一点的颜色值( r g b 值) 和该点的多维地理信息，中l 司农q k 科学院硕l 。学位论文第章引言有助r 方便、岛效、较准确的得出解译结果。由j 二本研究是基f 国际互联嘲络进行的，将遥感影像上传在互联网上，供业界研究人员共享使用，为广大解译工作者提供了一个完全共享的解译信息平台。目前日趋完善的遥感技术，网络地理信息系统( w e b g i s ) 技术，先进的网络技术，强大的j a v a 网络编程语言，这给我们的研究提供了充足的条件。该项研究不仅突破了常规的解译方法，将多维空间信息，属性信息和遥感影像集成于一体，有效地辅助专业人员判读影像，而且所建平台向全社会开放，实现了遥感信息在真正意义上的共享，有助于遥感技术在草原科学领域的普及应用。此外，该草原遥感影像解译信息平台的研究，不仅可以推广应用到其它多个地区的草原遥感应用研究，甚至可以推广应用到其它学科领域的遥感应用研究。因此，该项研究具有重要的理论意义和现实意义，对实现我国的“数字草原”也具有实际意义。1 2 遥感技术在草地资源监测中的应用我国是世界上第二大草地资源国，天然草地面积达4 亿h m 2 ，约占国土总面积的4 1 ，是农田面积的4 倍 廖国藩，贾幼陵，1 9 9 6 。目前，这些草地资源在人为和自然因素的影响下，正面临着逐年退化、面积日益缩小的严峻态势，草地生态危机的日益加剧，己严重影响到牧区经济的发展和人类的生存环境，草地生态建设迫在眉睫。草地动态监测对于揭示草地变化规律，阐明草地生态系统结构与环境之间的关系，科学合理地利用、保护草地资源以及维持草地畜牧业的可持续发展具有重要意义。遥感在草地资源中的应用主要包括资源调查与评估、产草率估算、变化监测、退化跟踪和定量分析。草地资源的巨大环境意义和经济效益己引起人们的高度重视，国内外学者早已开始了这方面的研究。传统的草地资源研究方法大多为实地考察。这种方法有众多局限性，比如耗时长，效率低，尤其不适宜大范围或难以抵达地区的调查。相比之下，遥感技术在草地资源研究中却有无可比拟的优势。费_ l j 低廉，速度快捷，不仅能监测草地资源的现状，而且还能预测它的未来 涂军，1 9 9 0 1 。因而，自从遥感卫星影像子上个世纪六十年代问世以来，各种各样的卫零影像数据己被广泛地运用于草地资源研究。最常见的草地遥感应用领域是草地资源调查与评估、草地生物量估算、草地变化监测、草地退化跟踪等，而所有这些应用遥感影像解泽都起了很大作_ 咐。早在1 9 8 9年，t u e l l e r 就系统地介绍了遥感技术在草地管理中的应用 t u e l l e rp 下1 9 8 9 。时至今日，遥感在草地资源虑用上的深度和“度上都有了很火进展。在我国，遥感技术在草地科学中的戍_ h = i ，首先是在草地资源凋奄中得到广泛使用1 9 j h o b b s e t a l 1 9 8 9 ；贾慎修1 9 8 3 。早在6 0 年代初期，就开始采j j 人比例尺航片进行草地调商与分类，如_ f j 航2中固农业科学靛硕卜学位论史第+ 章引言片进 r 日视解泽，定向定界，确定调查路线，勾绘草地类型草幽及分类阵新待，1 9 8 1 。遥感技术的应用大大提高了草地资源调查与制图的精度及效能，促使草地分类由定性逐渐走向定量化，节省了人力、物力、财力。在8 0 年代初期，遥感技术和知识还未让广大草地科技管理人员所熟知，处于刚刚引入，消化和初步使用阶段，部分高校和研究所的草地科技人员就开始将遥感信息和技术在草地资源的调查、分类和制图中进行应用；以目视判读为主转向以计算机自动识别、分类和制图为主，在草地资源调查中开始使用航卫片进行分析，大大提高了草地资源调查和制图的精度。节省了大量的人力、财力和物力。使人们初步认识到了利用遥感技术进行草地资源调查的好处 任继周等。1 9 9 5 。自8 0 年代中期开始，结合利用遥感技术进行草地资源动态监测和草地土壤普查工作的开展，特别是“三北”防护林遥感综合调查、监测及国家“八五”遥感攻关项目的上马，给遥感技术在草地科学中的应用带来了生机，各省区相继设立了许多草地遥感应用研究项目。使草地遥感动态监测、土壤普查和应用效果评价研究广泛开展起来，并取得了许多阶段性研究成果。在此基础上，建立了一批国家级遥感监测实验室，n o a a 气象卫星资料地面接受站和一只强大的草地遥感研究队伍，为遥感技术在我国草地科学和生产中的广泛应用奠定了坚实的基础【李建龙，蒋平，梁天刚，1 9 9 8 。9 0 年代初从软件环境上将遥感信息和g i s 系统结合，从微机环境上升到计算机工作站的水平，r s 与g i s 的结合使草地遥感科学研究的水平上了一个新的台阶，在些技术环节和领域的研究方面，大大缩小了同世界发达国家的差距。同时，由于地理信息科学概念的提出和一些草地监测和估产技术系统的开发建立【任继周，1 9 9 5 ，极大地推动了这一时期草地遥感科学的发展和草地遥感技术的广泛应用。从9 0 年代中期开始，随着信息科学和技术的飞速发展、信息高速公路和计算机网络的广泛使_ l j ，使人们开始重视开发“3 s ”( r s 、g i s 、g p s ) 和草地专家系统集成技术和体系的应用，重视草地信息科学和系统的研究，充分利用“3 s ”一体化的理论和技术，从草地初级生产到次级生产动态监控和管理中加以应用，建立了许多草地遥感综合监测和管理系统，进行了草地退化和荒漠化监测，各类草原灾害的预报、草畜平衡调控和草业生产管理【李博1 9 9 3 】【任继周1 9 9 5 】【李建龙，1 9 9 6 均取得了许多研究成就，推动了草地科学的进一步发展。随着遥感技术与g i s 的发展，遥感信息是g 1 s 的信息源，g i s 是处理分析和应用空间数据的强有力：具。遥感数据输入o l s 才能发挥遥感信息的最大作用，而g i s 与遥感的结合，也必将促进空间信息的专题制图、动态监测和信息更新的自动化，发挥g i s 的巨人作用。中闻农业科学院硕f 。学住论文第一章引等1 3 遥感影像解译常规方法及存在的问题草地类型的分布及变化是草原工作者很重要的研究内容，对于较大面积的草地，应用卫星遥感技术监测和划分草地资源的类型是当今草原学科发展的一个重要方向。应用遥感技术进行草地分类的常用的方法有两种：目视解译法和计算机白动分类。1 3 1 常规方法概述1 3 1 1 目视解译目视解译就是根据作业人员的经验和知识，即根据样本的影像特征和空间特征( 形状、大小、阴影、纹理、图型、位置和布局) ，与多种非遥感信息资料相结合，按照应朋目的运用生物地学等相关规律，采用对照分析的方法，进行由此及彼、由表及里，去伪存真的综合分析和逻辑推理。从而识别图像上的目标，并定性定奄的提取目标的形态、构造功能、性质等信息的技术过程。因此，目视解译需要解译人员具备图像解译方面的背景知识。这就是专业知识，地理区域知识和遥感系统知识。而且需要有实地调查的经验，通过实地考察来判断解译的结果是否准确 赵英时等，2 0 0 3 。目前，目视解译是遥感影像解译最基本的解译方法，也是最常用的方法。目视解译分类方法的应用主要是通过遥感图像与各神辅助资料( 地形图、专题图、各种气象水文资料等) 的结合，进行人工判读之后，手工编绘各种专题图。早期的遥感应用主要是采取这种方法。现在随着计算机技术和遥感图像处理技术的发展而形成了人机交互目视解译方法，它通过计算机对遥感图像进行各种增强缩放和变换后，判读人员根据建立的解译标志，直接用鼠标沿影像特征边缘准确的勾绘出地类界限，从而达到地物分类。陈宁强等运用遥感处理软件，对人机交互式土地资源遥感解洋的条件过程及主要特点做了探索性研究：张松岭、杨邦杰等人提出了基于g i s 的耕地遥感监测人机交互式图像解译系统：中科院遥感所在长期科技攻关的基础上制成了遥感图像人机交互判读系统，可较好地满足区域规划、管理和决策以及遥感农情速报、遥感专题制图等多方面的需要，在高新技术产业化方面具有广阔的发展应用前景和显著的社会经济效益。1 3 1 2 计算机分类计算机分类，是计算机支持下的智能化识别技术，是计算机软件通过分析和计算地物光谱辐射的相似程度，将相似的图斑进行归类，以达到区分遥感图象中多种地物的目的。计算机分类方法包括监非督分类和监督分类。1 、非监督分类非监督分类也称为聚类分析或点群分析。即在图像中搜寻，定义其自然相似光谱集群组的过程，它不必对影像地物获取先验知识，仅依靠影像上不同类地物光谱( 或纹理) 信息进行特征提4中同农业科学院硕卜学位论文第章引言取，再统计特征的差别米达剑分类的目的，艟后对已分出的各个类别的实际属性进行确认。所谓非监督，是指人们事先对分类过程不施加任何的先验知识，而仅凭遥感影像地物的光谱特征的分布规律，随其自然地进行盲目的分类：其分类的结果。只是对不同类别达到了区分，但( 在联机过程中) 并不确定类别的属性：其类属是通过事后对各类的光谱响应曲线进行分析，以及与实地调查数据相比较后确定的。 傅肃性等，2 0 0 2 ；【孙家柄，2 0 0 2 j 。非监督分类不需要更多的先验知识，方法简单，且具有一定的精度。但是传统的非监督分类算法存在着分类精度较低，分类结果比较粗糙等缺点。例如g m p a n s 算法、i s o d a t a 算法等。严格说来，分类效果的好坏需要经过实际调查来检验。当光谱特征类能够和唯一的地物类型相对应时，非监督分类可取得较好的效果。但是，在实际工作中，地物类型对应的光谱特征类差异很小时，非监督的效果就不如监督的效果好。特别由于同谱异质、同质异谱以及混合像元等现象的存在，非监督的结果不如监督的令人满意。因此，非监督适用于图像中的类已知且特别规则和做大概的分类。2 、监督分类监督分类又称训练分类法，即用被确认类别的样本像元去识别其他未知类别像元的过程，它就是在分类之前通过目视判读和野外调查，对遥感图像上某些样区中影像地物的类别属性有了先验知识，作业人员按照由应用目的制订的分类系统：对每一种类别选取一定数量的训练样本，计算机计算每种训练样区的统计或其他信息，同时用这些种子类别对判决函数进行训练，使其符合于对各种子类别分类的要求，随后用训练好的判决函数去对其他待分数据进行分类。使每个位像元和训练样本作比较，按不同的规则将其划分到和其最相似的样本类，以此完成对整个图像的分类。与非监督相比，训练场地的选择是监督分类的关键，训练场地要求有代表性，训练样本的选择要考虑到地物光谱特征，样本数目要能满足分类的要求，判别函数有效。与非监督分类相比，监督分类有一定的优势，但也往往造成较多的错分、漏分情况，使分类精度不高。1 3 2 常规解译方法存在的问题1 3 2 1 且视解译方法的局限性目视解泽存在的局限主要包括以下几方面：目视解译方法要求解译人员具有各种丰富的知识，要求解译者在心理上和生理上要有一定的灵性和经验：费事费力，工作效率低；主观冈素作_ j 人，容易产生误判：不能完全实现定量描述，与数字时代定鼍化、模型化、系统化的现实情况很难适应；无法实现r s 与g i s 的集成，不能把遥感信息提供给g i s 实时更新、编辑 李建利，1 9 9 9 ；【王润生1 9 9 4 【骆剑承等, 2 0 0 2 。1 3 2 2 计算机分类的缺点5中用农业科学靛顾卜学位涂史第学引青计算机分类的缺点：( 1 ) 监督分类：分类系统的确定、训练样本的选择，均人为主观渊索较强，分析者定义的类别也许并不是图像中存在的自然类别，导致多维数据空间中各类别间并非独一无二，而是有重叠；分析者所选择的训练样本也可能并不代表图像中的真实情形；由于图像中同类别的光谱差异，如同一森林类，由于森林密度、年龄、阴影等的差异，其森林类的内部方差大，造成训练样本并没有很好的代表性；训练样本的选取和评估需花费较多的人力、时间；只能识别训练样本中所定义的类别，若某类别由于训练者不知道或者其数量太少来被定义，则监督分类不能识别。( 2 ) 非监督分类：它产生的光谱集群组并不一定对应于分析者想要的类别，因此分析者面临着如何将它们和想要的类别相匹配的问题实际上很少有一对一的对应关系。分析者很难对产生的类别进行控制。因此其产生的类别也许并不能让分析者满意。图像中各类别的光谱特征会随时间、地形等变化，不同图像之间以及不同时段的图像之间的光谱集群组无法保持其连续性，从而使其不同图像之间的对比变得困难。1 3 2 3 遥感影像不共享目前草原遥感影像一般都掌握在少数单位、少数人手里，这对研究这方面的科学工作者以及学生造成了很大的不便，也极大地阻碍了信息和数据的共享。因此，随着现代信息技术的发展以及我国要求在越来越多的领域达到信息共享，这就迫切要求我们建立有关草原遥感影像的兴享平台。基于上述常规的影像解译方法，在实际的遥感影像解译工作中，人们常常要参考一幅或多幅基础图来进行解潭，比如参考地形图、土地利_ h j 图、前人制作的草地类型图等等，来协助判读和解译，这样有利于提高解译的效率和准确度。但是，在实际应用中参考和对照另外一幅幽时，存在一个突出的不方便之处，即遥感影像的色调、纹理和圈斑不易与基础图对应，通常是把两幅图( 基础图和影像) 摆在计算机屏幕的左右两边来对照和参考，或者一幅放在工作台上，另一幅显示在计算机上，对比和参照时非常麻烦，给解泽亡作带来很大的不便，且解译的效率不高。尤其是当遥感影像和基础图的比例尺及投影不同时，要把两个图的不同点或区域很好地对应起来有很大的困难。在目视解译或计算机监督分类时，都存在这样的问题。1 4 国内外遥感影像解译研究现状及发展概况笔者查阅了大鬣的文献资料，并在互联网上反复查询，没有笔者要研究的草原遥感解译的新方法。目前，在草原遥感解译中应_ l i 最广的就是目视解译，它是遥感影像解译最基本的解译方法，也是最常_ i j 的方法。随着计算机软硬件的发展，目前采h j 计算机辅助目视解译。2 0 世纪7 0 年代，在遥感影像的解泽方面，主要是研究目视解译。这是一种入r 提取信息的方6中固农业科学院硕卜学住论史第一章引苫法，使州眼睛目说观察( 可借助j ：一些光学仪器) ，凭借人的知识和手头的资料，通过人脑的分析、推断和判断，提取有用的信息【杨桄，刘湘南，2 0 0 4 1 。2 0 世纪8 0 年代初，主要是研究利用统计模式识别方法对遥感影像进行计算机自动识别。这种的特点是根据影像中的地物多光谱特征，对遥感影像中的地物进行分类。以上介绍的分类方法，只单一地利用了地物的光谱特征。实际上，地球表面许多地物存在着“同物异谱、同谱异物”现象，使得分类结果往往存在较多的错分、漏分现象。使得人们不得不寻找其他方法以提高分类精度。2 0 世纪8 0 年代后期，d o o o d e n o u g h 与m e h l e r s 等人提出遥感与地理信息系统综合解译法【g o o d e n o u g h d 1 9 9 8 1 ，在国内，一些研究者注意到地理数据、地学专题数据和遥感数据的结合，可以增加信息量，为遥感解译增加了辅助性的背景数据，提高了分类精度。然而，由于遥感影像解译的复杂性及私立数据的多样性，如何有效地把地学信息与遥感信息结合起来，这个问题至今仍没有严密的数学描述。2 0 世纪9 0 年代，随着研究的发展，人们利用知识工程和专家系统来解决分类问题研究遥感解译知识的获取，表示、搜索策略和推理机制，并将解译专家系统用于遥感影像解译的研究工作。如m i d d l e k o o p h a n s l ( 1 9 9 1 ) 提出运用地物分类知识进遥感影像分类；秦其明( 1 9 9 1 ) 提出基于专家知识实现卫星图像的目标地物的自动解译等【秦其明，2 0 0 0 。骆剑承( 2 0 0 0 ) 提出了遥感地学计算机图解。地学计算机图解的主要内容是在计算技术、人工智能技术、地理信息系统( g i s ) 技术与认知理论等基础上，通过对图形图像进行自动感知和认识，形象化地表达其内在的地学现象、地学过程，揭示隐藏在影像数据中的知识和规律；充分利用计算机提供的技术和方法，融合地学领域知识，完成特定地学领域内一定形式的图形图像的表达与认知的研究 骆剑承，周成虎，2 0 0 h 。近年来，神经网络被广泛应用于遥感图像分类。人工神经网络是基于生物神经系统的分布存储、并行处理及自适应学习这些现象构造出具有一些低级智慧的人工神经网络系统。不同学者分别提出或应用b p 网 李祚泳，1 9 9 8 】、三维h 0 p f i e l d 网【刘伟强，陈鸿，夏德深，2 0 0 1 、径向基函数神经网络【骆剑承，周成虎，杨艳，2 0 0 0 】和小波神经网络【王耀南，1 9 9 9 等对遥感图像进行监督分类。这些神经网络在遥感图像自动分类上都有一定的应用，并取得较好的效果 秦其明，陆荣建，2 0 0 0 1人工神经网络主要是应用于遥感影像的分类专题信息提取等领域，根据遥感影像中地物间的光谱特征差异及空间梯度变化遥感影像分类大致可以分为频率域和空间域两种类型【r j h o b b s e t a l ，1 9 8 9 】。人工神经网络在遥感影像分类中已得到应用，如，土地覆盖的分类问题、基于多源空间数据的融合和分类、模糊分类、混合像元分解，融合先验知识的分类，影像结构信息提取( 如线状、纹理等信息的提取) 等。近l o 年来，基于a n n 的七地覆盏分类已有人培的应用实例 b c n e d i k t s i o nj a 1 9 9 0 ；【m u r a iho m a ms 1 9 9 7 ：【贾永红，2 0 0 0 1 。7中用农业科学院顾f 学他论丈第章引膏在目的遥感分类应用中，j 【 j 得较多的是传统的模式口 别分类方法，诸如最小距离法、平行六面体法、最大似然法、等混合距离法( i s o m i x ) 、循环集群法( i s o d a t a ) 等监督与非监督分类法。其分类结果由于遥感图像本身的空间分辨率以及“同物异谱”、“异物同谱”现象的存在，往往出现较多的错分、漏分现象，导致分类精度不高 杨凯，1 9 8 8 。随着遥感应用技术的发展，傅肃性等对p v b a l s t a d ( 1 9 8 6 ) 利用神经网络进行遥感影像分类的研究情况以及章杨清等在利用分维向量改进神经网络在遥感模式识别中的分类精度问题作了阐述【傅肃性等，2 0 0 2 】，孙家柄对m a f d e d l ( 1 9 9 2 ) 和c e b r o d l e y ( 1 9 9 6 ) 研究的大量适用于遥感图像分类的决策树结构作了阐述f 孙家柄，2 0 0 2 j ，尤其是近年来针对高光谱数据的广泛应用，各种新理论新方法相继涌现，对传统计算机分类方法提出了新的要求【杨存建，周成虎，2 0 0 1 骆剑承，王钦敏，马江洪等，2 0 0 2 】。事实上，由于遥感信息的复杂性和不确定性导致样本数据所包含的知识的决策信息不完全，因此，要进一步提高分类的精度，需要融合其它辅助信息来加强网络的决策判断能力。8中 曰农伸科学院硕卜学位论文第二节研究概况第二章研究区域概况2 1 锡林郭勒概况2 1 1 地理位置锡林郭勒盟位于内蒙古自治区中部偏东，地处蒙古高原中部，北纬4 1 3 5 舶。4 67 ，东经1 1 0。0 9 7 1 1 9 。5 8 ，东与兴安盟市相接，南临河北省张家口，承德地区，北与蒙古人民共和国接壤。草原面积为1 4 2 l o - k m 2 锡林郭勒盟包括二连浩特市，锡林浩特市、阿巴嘎旗、苏尼特右旗、苏尼特左旗、东乌珠穆沁旗、西乌珠穆沁旗，太仆寺旗、镶黄旗、正镶白旗，正蓝旗和多伦县。( 见图2 一i )2 1 2 地质、地貌田2 1 锡林郭勒盟的地理位置f i g 2 - 1 t h e g e o g r a p h i m l o c a t i o n o f x i l i n g u o l e锡林郭勒地势由东向西和由南向北降低，海拔一般在8 0 0 - 1 2 0 0 m 之问。东北部为乌珠穆沁盆地，河网密布，水源丰富由乌拉盖河、吉林河和锡林河等河流形成的冲积一洪积平原。水草丰美，为良好的天然放牧场。西部地形平坦，沼泽零星分布，地表水系不明显，地下水缺乏，为缺9中闻农业科学院硕卜学位论文第一幸研究k 撅况水单场。曲南部为浑善达克沙地，由一系列垄岗沙带组成，绝人部分为半i 州定和l 翻定沙丘。中、北部是阿巴嘎熔岩台地，台地上有许多雏形火山丘，比高5 卜1 6 0 m ，台地问有许多谷地、洼地、水文地质条件良好。泉子遍布，较大的有库勒查干淖尔和额吉淖尔2 1 3 气候气候类型属于中温带半干旱大陆性季风气候，冬季寒冷，夏季炎热，降水不高。雨热同期。由于地势高，平均海拔大都在1 0 0 0 m 以上，与内蒙古其它区域比较，属于热量资源不足的地区。o 的平均积温大部分在2 4 0 0 c 以上，二连盆地以及苏尼特右旗在3 1 0 0 以上，坝上地区及东、西乌珠穆沁旗东部和南部不足2 5 0 0 年均气温0 4 c ，其分布规律与内蒙整个区域相似，自西向东北递减，西南角的苏尼特右旗达4 4 c ，中部的阿巴嘎因海拔较高年均气温为0 4 1 2 。2 1 4 植被锡林郭勒草原主要有温性草原类、温性草原化荒漠类、温性草甸草原类、温性荒漠类、温性荒漠草原类、温性山地草甸类、低地盐化草甸类、高寒草原类9 个草地类型，平原、丘陵草原类、平原、丘陵荒漠草原亚类、低湿地草甸亚类，平原、丘陵草甸草原亚类等1 4 个亚类，大针茅、芨芨草、具锦鸡儿的褐沙蒿、克列门次针茅、冷蒿等8 5 个型。在东乌珠穆沁旗、西乌珠穆沁旗的东部主要为温性草甸草原类。在东鸟珠穆沁旗、西鸟珠穆沁旗的西部、锡林浩特市、阿巴嘎旗和镶黄旗士要为温性草原类，在苏尼特左旗、苏尼特右旗、正镶向旗和正蓝旗的北部以及阿巴嘎旗的最南端主要为温性荒漠草原类。锡林郭勒草原在植被类型上具有一定的典型性和完整性，在空间上具有一定的连续性，适合于作为本研究的试点野生动植物资源丰富。有向蘑、黄花、山杏、发菜、蕨菜等；有牛黄、鹿茸、黄芪、防风、甘草等药材。有天鹅、黄羊、早獭、狐狸、鹰等动物。有天然林2 6 0 多万亩。2 1 5 土壤囡地理位置、气候环境等因素的影响，土壤的形成发育具有明显的地带性分布规律。锡林郭草原位于半干旱、干旱区，绝人部分属于典型草原栗钙士带和荒漠草原棕钙七带：主要有黑钙土、草甸十、栗钙 十、风沙土、棕钙七等1 4 个十类，黑钙士、石灰性草甸七、淡黑钙士、栗钙土、略栗钙士、淡栗钙七，草原风沙士、棕钙七、淡棕钙十等4 3 个十亚类。在东鸟珠穆沁旗、两乌珠穆沁旗的尔部主要为黑钙七、石灰性草甸十、淡翼钙士，在东鸟珠1 0叶1 国农业科学院颂十学位论史第一章研究耳概况穆沁旗、西乌珠穆沁旗的i ! 互部、锡林浩特市、阿巴嘎旗的东部和镶黄旗主要为栗钙土，在剐巴嘎旗的西部、苏尼特左旗的中部和苏尼特右旗的东部主要为淡栗钙土，在苏尼特左旗的西部和苏尼特右旗的西部主要为棕钙土，在苏尼特左旗的东部、正镶自旗和正蓝旗的北部以及阿巴嘎旗的最南端主要为草原风沙土 马玉明，1 9 9 7 。2 2 研究区概况2 2 1 正蓝旗地理位置正蓝旗地处阴山山脉，位于内蒙古自治区中部，锡林郭勒大草原的最南端，在东经1 1 4 。5 51 1 6 。3 8 ，北纬4 1 4 6 4 3 。77 之问( 见图2 - 2 ) 全旗东西宽1 3 8 5 k m ，南北长1 3 8 7 k i n ，总面积1 0 1 8 5 l n 2 。2 2 2 地形地貌圈2 _ 2 正蓝攘地理位置f i g 2 - 2 t h e g e o g r a p h i c a l l o c a t i o n o f z h e n g i a n q i正蓝旗南部为低山丘陵，北部为浑善达克沙地；地貌主要由沙地沙丘，低山丘陵和河谷地貌组成。平均海拔高度为1 3 0 0 n l 左右。北部浑善达克沙地横贯正蓝旗大部地区。在境内面积达6 7 1 3k m 2 ，占全旗总面积的6 8 。2 2 3 土壤正蓝旗地带性土壤主要为黑钙土、暗栗钙土、栗钙土和棕钙土：非地带性土壤主要为风沙十，其次为沼泽土，盐碱土和草甸土。受地理位置，气候环境等因素的影响，土壤的形成发育具有明显的地带分异规律。一般东部为草甸栗钙土或暗栗钙土，向西逐渐演变为淡栗钙土，西北部则过渡为棕钙土土壤区域性分布除带有地带性因素的烙印外，更直接的是受非地带性支配。境内风沙土主要是非地带性土壤，并呈坨( 沙丘) 、甸( 丘间低地) 相间分布，土壤多为草甸或盐化草甸土，局部地段有盐碱士和沼泽士。2 2 4 气候正蓝旗属于中温带干旱大陆性季风气候。寒冷、大风，少雨、干旱是本地区气候的显著特点。年降水量自东向西北递减，东南部年降水3 5 0 4 0 0 m m ，西北部为1 0 0 2 0 0 m m ，各地降水量分布不均匀。2 2 5 水纹特征正蓝旗水资源丰富，地表水年均径流量为5 1 4 0 万一，地下水资源量为3 2 6 7 0 万m 3 。水系发育以乌尔沁山为分水岭，以北为沙地内陆水系，分布有星罗棋布、大小不等湖泊，且有多条河流。以南为外流水系，主要有闪电河、伊加河、图里根河等，这些河流在多伦大河口汇合，形成滦河，最终汇入渤海。2 2 8 植被正蓝旗南部位为低山丘陵，多宽谷草原分布，属草甸草原类型；北部系浑善达克沙地，属沙漠型草原类型。全旗林地面积1 1 5 4 7 y 亩，覆盖率8 3 。沙地地带性植被为草甸草原、于草原和两部的荒漠草原。植物种类繁多，植被类型丰富，同时因沙丘固定程度、发育阶段等不同，形成的植被结构系统也有明显的超地带性分异特征。流动沙丘人部分为裸露沙地，常见沙生植物有沙竹、沙米、虫实、黄柳以及少量的芦苇。丘间低地植物茂密，半同定沙丘迎风坡风蚀窝不长植物，背风坡多生长褐沙蒿、沙竹群丛，期间杂以沙生针茅、冷蒿等。 马世威，1 9 9 8 1 2中同农业科肇院顶卜位论文第t 帝理论接础和荜奉思路第三章理论基础和基本思路3 1 理论基础3 1 1g i s 技术特点地理信息系统( g i s g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是一个运用现代化的方法采集、存储、分析和输出地理空间数据的软件系统，是为了解决资源与环境等全球性的问题而发展起来的技术和产业，是- - f 3 多学科综合的边缘学科，核心技术和理论包括：计算机科学，数据库技术、地幽可视化及空间分析等。g i s 的应用主要通过系统中的各种数学模型、多要素空间数据库及应用软件来实现 黄杏元，1 9 8 9 。g i s 中的数据具有较准确的属性信息和空间信息，但时效性较差，而遥感图像最能反映地面的最新消息。因此r s 与g i s 的集成，把遥感信息提供给g i s 实时更新、编辑 王润生1 9 9 4 ；骆剑承，王钦敏，周成虎等，2 0 0 2 。特别是随着g i s 与r s 一体化的技术日益成熟，用g i s 支持r s 信息解译，用r s 快速更新、补充g i s 数据库，促进了草地遥感监测精度的提高。地理信息系统同时管理地理空间信息和数据库属性数据，它将图形与相应的属性信息有机