（环境工程专业论文）遥感技术在大连湿地资源调查中的应用研究.pdf

中文摘要 摘要 湿地是地球上多功能的独特生态系统，被誉为“自然之肾”，与森林、海洋一 起并称为全球三大生态系统。大连市湿地资源丰富多样，而且是东北、东北亚区 域鸟类迁徙的停歇繁殖地，生态价值和环境价值十分重要。但目前还缺乏对大连 市湿地资源状况和本底数据的全面了解。本研究运用遥感技术对大连湿地进行资 源调查和动态变化分析，为大连市湿地的保护和合理利用提供依据，具有重要的 理论意义和实际价值。 本研究采用2 0 0 0 年和2 0 0 6 年l a n d s a t 7 卫星遥感数据，在经过几何校正、分 辨率融合、拼接和切割等图像预处理之后，运用非监督分类、监督分类和人工目 视解译相结合的半自动分类法对图像进行分类处理：最后利用a r c g i s 软件制作出 湿地分布图。全过程选用海图的等深线配合遥感解译，解决海岸湿地和海洋湿地的 提取难点。同时本研究对全市及黄海岸自然保护区、三台乡大天鹅自然保护区和 “三湾”自然保护区三个重点区域的湿地分类结果进行了分析，并在此基础上提 出了大连地区湿地优化利用与保护的方法。 研究结果表明大连地区湿地总面积呈减少趋势，6 年间共减少了9 7 6 2k m 2 。 其间大量的水田被转化成非湿地，总面积达1 0 5 墙k m 2 ，成为湿地面积减少的最 主要原因。另外盐场及养殖场的扩建和沿海地区移山填海项目的增多，大量占用 了海岸湿地和沼泽湿地，6 年间共损失8 9 1 ll ( f l l 2 。而三个重点区域，除大连黄海 岸区域以外，其余两大区域湿地面积，特别是沼泽湿地和海岸湿地两大天然湿地 均大量减少，严重破坏了各种珍稀野生鸟类的栖息地，给生态环境带来难以弥补 的损失。为实现大连市有限湿地资源的可持续利用，本文有针对性地提出了对沼 泽湿地和海岸湿地的保护措施，特别是加强对水禽分布集中地区国际性重要湿地 的保护，建议建立湿地开发利用示范区，对退化的海岸湿地生态系统进行综合整 治、修复与重建。 关键词：湿地；卫星遥感；资源调查；动态分析 英文摘要 r e s e a r c ho fw e t l a n d si n v e s t i g a t i o ni nd a l i a nb a s e do nr s t e c h n o l o g y a b s t r a c t w e t l a n d ，t h el u n go f n a t u r e ，c a l l e dt h r e ee c o y s t e m st o g e t h e rw i t hf o r e s ta n do c e a n ， i st h es p e c i a le c o s y s t e mw i t hs e v e r a lf u n c t i o n s w e t l a n d so fd a l i a n , e n r i c ha n dd i v e r s e ， h a b i t a to ft h en o r t h e a s ta s i aa v e sm i 鲈a t e ，h a v ei m p o r t a n te c o l o g ya n de n v i r o n m e n t v a l u e s b u tt h e r ei sl i t t l eb a s i cd a t ao fd a l i a nw e t l a n d s ，t h er e s e a r c h ，u s i n gr s t e c h n o l o g yt oi n v e s t i g a t ea n da n a l y z et h ec h a n g e so fd a l i a nw e t l a n d s ，p r o v i d i n gb a s i s t op r o t e c ta n du s ew e t l a n dr e a s o n a b l y , h a si m p o r t a n tt h e o r ya n da c t u a lv a l u e s b a s e do nt h ep r e t r e a t m e n tp r o c e s s e s ，t h er e s e a r c hd e a l st h el a n d s a t - 7d a t a , 2 0 0 0 a n d2 0 0 6 ，诵mu n s u p e r v i s e dc l a s s i f i c a t i o n ，s u p e r v i s e dc l a s s i f i c a t i o nt o g e t h e rw i t h m a n u a l l yc l a s s i f i c a t i o n , b e f o r ec r e a t e sam a po fw e t l a n d sd i s t r i b u t i o nu s i n ga r c g i s c h a r tw i t i li s o b a t hi su s e dt oc o o p e r a t et h er e s o l u t i o no fr s i no r d e rt os o l v et h ek e y p o i n th o w t op i c k - u pt h ed a t ao fc o a s tw e t l a n d sa n ds e a s h o r ew e t l a n d s a tl a s t ，t h e 托s e a r c ha n a l y z e st h er e s u l t so fw e t l a n d sc l a s s i f i c a t i o na n dt h r e ei m p o t a n tr e g i o n s ，a n d p r o v i d e ss o m ew a y st ob e t t e ru s ea n dp r o t e c tt h ew e t l a n d so f d a l i a n t h er e s u l t se x p r e s s et h a t ：t h et o t a lw e t l a n da r e a so f d a l i a nd e c r e a s e d9 7 6 2k m 2i n 6y e a r s t h ef a c t ，al o to fp a d d yf i e l d sb e i n gt r a n s f o r m e dt on o n - w e t l a n d sw h o s et o t a l a r e a sa r e1 0 5 1 8k m 2 ，i st h em a i nr e a s o no fw e t l a n d sd e c r e a s e t h ei n c r e a s eo fs a l t f i e l d s ，b r e e df i e l d sa n dt h ep r o j e c t so fc r e a t i n gl a n d sf r o ms e ad e c r e a s e s8 9 1 1k m z c o a s tw e t l a n d sa n dm a r s h i nt h o s et h r e ei m p o r t a n tr e g i o n s ，e x c e p tt h er e g i o ni nt h e c o a s to f t h ey e l l o ws e a , t h ew e t l a n d se s p e c i a l l yt h en a t u r a lw e t l a n d sd e c r e a s eh i g h l yi n b o t ho ft h eo t h e rt w or e g i o n s t h a td e s t r o y st h eh a b i t a t so fm a n yc h e r i s hw i l da v e s d e e p l ya n db r i n g sd i s a s t e rt oe c o e n v i r o n m e n t i ti st h em e t h o d st ou s ew e t l a n dr e s o u r c e s c o n t i n u e l l yt h a tp r o t e c t i n gt h ec o a s tw e t l a n d sa n dm a r s ho nt h es e a s i d ea n dt h er e g i o n s f u l lo fw a t e r f o w l ，f u n d i n gt h et y p i c a lr e g i o n st ou s ew e t l a n dr e a s o n a b l y , c u r i n g ， p m r i n ga n dr e f u n d i n gt h ec o a s tw e t l a n de c o s y s t e m s k e yw o r d s ：w e t l a n d s ；r e m o t es e n s i n g ；i n v e s t i g a t i o n ；a n a l y z et h ec h a n g e s ； 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文 = = 遥墨j 塞g 盏缝i 嬖必凼聋匦拯自盏! 酗塑。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，均己在文 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 开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：移一7 年3 月冲日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密凹磊在以上方框内打“”) 口、 论文作者签名： 易2 刍导师签名 p t 期：7 年月聊日 遥感技术在大连湿地资源调查中的应用研究 第1 章绪论 湿地广泛分布在世界各地，是地球上生物多样性丰富、生产力较高的生态系 统，也是人类最重要的环境资本之一。湿地被称作陆地上的天然蓄水库，在蓄洪 防旱、调节气候、控制土壤侵蚀、促淤造陆、降解环境污染等方面都起着极其重 要的作用。湿地拥有丰富的野生动植物资源，是众多野生动植物，特别是珍稀水 禽的繁殖和越冬地。不仅如此，湿地还向人类提供大量的粮食、肉类、药材、能 源以及多种工业原料。因此，科学地保护和合理利用湿地资源可以为社会、经济 和环境的持续发展作出贡献【1 】。 湿地不但具有丰富的资源，还具有巨大的环境调节功能和环境效益。然而， 湿地又极其脆弱。由于中国人口众多，广大公众对湿地的概念还是相当陌生的， 他们对湿地的功能、效益、价值和作用等认识十分浅簿，往往重视湿地开发的经 济效益而忽视甚至破坏湿地的其它功能和效益，造成了湿地的盲目开发，大片的 湿地退化，局部地区的湿地甚至消失，野生动物栖息地遭受破坏。加上环境污染 等因素，使人类赖依生存发展的资源、环境资本逐渐丧失，给区域和国家的环境、 经济和社会的持续发展构成极大的威胁，而这种环境恶化给人类带来的灾难我们 自己却意识不到。 湿地是地表重要的土地覆盖类型和独具特点的景观类型，常年或季节性积水是 湿地的显著特征，处于与水系相邻的水陆过渡地带。因其通行条件差，很难深入 到湿地中去进行实地调查研究。同时，湿地类型的复杂多样性与环境因素的多变 性，也给湿地的研究带来了极大的困难。但采用遥感技术( r s ) ，同时配合地理信 息系统技术( g i s ) 与全球定位系统( g p s ) 技术，能在某种程度上有效地解决上 述问题，快速、准确、经济地完成湿地资源调查任务，而且可以动态地监测到湿 地的变化状况【2 】。遥感技术对湿地的科学化和信息化管理都起到了非常大的作用， 在湿地研究领域中的应用也越来越多【3 】。 第l 章绪论 1 1 湿地概论 1 1 1 湿地定义 湿地通常有约5 0 种定义。这些定义可分为两大类：广义和狭义。 湿地公约的定义是一种广义的定义，即：包含天然或人工、长久或暂时性 的沼泽地、泥炭地或水域地带、静止或流动、淡水、半咸水、咸水体，包括低潮 时水深不超过6 米的水域。这个定义包括海岸地带地区的珊瑚滩和海草床、滩涂、 红树林、河口、河流、淡水沼泽、沼泽森林、湖泊、盐沼及盐湖。 狭义的定义通常把湿地视为生态交错带，是陆地和水域之间的过渡区域，由 于土壤浸泡在水中，所以特征植物得以生长。但是这个定义存在一个实际的问题， 即：定义包括部分水体，大多数人认为具有挺水植物的地区不同于开阔水体，而 后者不应包括在这个定义中。因此，在湖泊的分类中，生长有挺水植物的湖滨地 区应被看作是湿地，相反，面积大的开阔水体却不属于湿地。由于滨岸地区和开 阔水体是紧密联系的，所以就管理而言，用这种方法将二者分割开来，是会出现 问题的。因此，本研究采用的是广义的湿地定义。 1 1 2 湿地分类 与湿地的定义相同，湿地分类方法也是多种多样的。本研究同时采纳湿地 公约的湿地分类方法和湿地公约关于湿地的定义。将湿地分为如下类型： 如表1 1 所示。 2 遥感技术在大连湿地资源调奋中的应用研究 表1 1 湿地分类 t a b 1 1t h e c l a s s i f i c a t i o n o f w e t l a n d s 低潮时水深不足6 米的永久性无植物生长浅水水域，包括海湾和海峡 潮下 潮下水生植被层，包括各种海草和热带海洋草甸 珊瑚礁 海域 多岩石的海滩，包括礁崖和岩滩 潮间 碎石海滩 成 潮间无植被的泥沙和盐碱滩 水 潮间有植镀的沉积潍，包括犬陆架上的红树林 潮下 河口水域：河口永久性水域和三角洲河口系统 河口 具有稀疏植物的潮间泥、沙或盐碱滩 潮间潮间沼泽：包括盐碱草甸、潮汐半盐水沼泽和淡水沼泽 潮问有林湿地：包括红树林、聂帕榈和潮汐淡水沼泽林 泻湖半咸至成水湖，有一个或多个狭窄水道与海相通 盐湖永久性和季节性的盐水或碱水湖泥滩和沼泽 永久永久性的河流和溪流，包括瀑布 性的 内陆三角洲 河流 暂时季节性和间歇性流动的河流和溪流 性的 河流洪泛平原，包括河滩，洪泛河谷和季节性泛洪草地 永久 永久性的淡水湖，包括遭季节性或问歇性的湖滨 湖泊性的 永久性的淡水池塘 季节 季节性淡水湖，包括洪泛平原湖 淡 无机土壤上的永久性淡水沼泽 水 水久性的泥炭沼泽，包括纸莎草和香蒲植物占优势的热地峡谷 露出 无机土壤上的季节性淡水沼泽 性的 泥炭地，包拓灌木或苔藓和富营养泥炭地 高山和极地湿地：包括暂时性融水浸湿的季节性泛洪草甸 沼泽 周围有植物的淡水泉和绿洲 地热湿地 有林 灌木沼泽：包括无机土壤上以灌本为主的淡水沼泽 的湿淡水沼泽林：包括无机土壤上的季节性泛洪林地 地 有林泥炭地：包括泥炭森林沼泽 养殖场养殖池塘，包拓鱼塘和虾塘 池塘，包括农用池塘、蓄水池、小型水池 农业 灌溉田和灌溉渠道，包括稻田、水渠、沟渠 人 季节性泛洪耕地 工 采盐盐池、蒸发池 湿 地城市和 开采，包括采石坑、取土坑、采矿池 工业 废水处理区，包括污水处理场、沉淀池、氧化塘 水库，用于储存灌溉水和饮用水，具有缓慢的季节性水位变化的格局 蓄水区 水电坝，具有按周或月规律变化的水位 第1 章绪论 这个分类方法可根据每个国家的需要作特定的修改，例如：可采用土名命名 某些具体的湿地类型，其目的可方便使用者熟悉这种分类方法。也可使某些国家 特定的湿地类型增加到所列湿地类型中【”。 1 1 3 湿地功能 湿地是人类最重要的环境资本之一，也是自然界最富生物多样性和较高生产 力的生态系统。它不但具有巨大的环境调节功能和生态价值，同时具有较高经济 价值和社会价值 4 1 ： ( 1 ) 湿地的生态价值主要包括： 维持生物多样性； 调蓄水量和调节气候； 调蓄洪水，防止自然灾害； 降解污染物，净化水质。 ( 2 ) 湿地的经济价值主要包括： 湿地可以提供丰富的动植物产品、水资源及矿物资源： 能起到航运作用。 ( 3 ) 湿地的社会价值主要体现在： 湿地具有自然观光、旅游、娱乐等美学方面的功能。中国有许多重要的旅游 风景区都分布在湿地区域。 1 2 湿地遥感及其国内外研究动态 1 2 。1 湿地遥感 湿地遥感是指利用遥感影像作为主要信息源，结合地面调查和已有的辅助资 料及知识，综合运用遥感影像的各种分析处理手段，对湿地状况及其动态变化情 况进行全面系统的反映和分析的方法。湿她遥感主要涉及以下几个方亟： ( 1 ) 湿地资源调查 传统的野外调查方法覆盖范围小，而且费时、费力，而遥感技术具有探测范 围广、信息量人、信息更新快等特点。因此，目前湿地资源调查普遍都采用了遥 4 遥感技术在大连湿地资源调查中的应用研究 感技术。 ( 2 ) 湿地动态变化监测 人类活动对湿地影响的规模和速度在不断扩大，湿地被大面积开垦，湿地环 境遭到严重干扰和破坏，因此研究湿地资源动态变化规律对湿地资源利用与保护 具有重要意义。利用遥感技术多层次、多时相的动态监测功能，通过地理信息系 统技术进行相关数据的实时更新，并对这些数据进行空间分析，可掌握湿地动态 变化情况。 ( 3 ) 湿地信息提取和湿地分类研究 遥感信息的分析识别主要依据地物反射光谱特性，不同地物具有不同的反射 光谱特性。湿地的水特性使得它的反射光谱特性与其它地类有很大不同，这是遥 感监测湿地的基础。湿地植物种群有特定的反射光谱，尤其在近红外波段，不同 植物种类的反射率离散程度较大，有利于湿地植被类型的识别，这也是湿地遥感 分类的重要依据之一。但是，湿地光谱特征与其它地类如森林、农田等的光谱特 征有一定的相似性，湿地类别之间光谱特征也有一定程度的混淆，因此，目前仅 仅依赖光谱特征很难将湿地不同类别区分开来。利用湿地的光谱特征提取湿地信 息的研究大都停留在对某种特定湿地类型或某个特定区域基础上【5 1 。 湿地分类研究也是湿地遥感的重要内容。目前常用的分类方法为人工目视解 译和计算机自动分类方法。计算机自动分类方法包括监督分类、非监督分类及混 合分类法等。目前的研究普遍认为人工目视解泽方法是湿地分类精度最高的方法， 但费时费力。计算机自动分类法则省时省力、工作效率高，但因不同湿地之间及 湿地与其它地类之间光谱特征相似，往往不能将不同类别的湿地完全区分开来， 因此其精度较低。目前尚无成熟的完全自动的湿地分类方法，只能进行半自动解 译工作1 6 1 ，即对遥感图像进行计算机自动分类后，再参考最新的土地利用图、地形 图及其他相关图件迸行人工目视解译修正。初始解译完成后需要进行野外实地g p s 检验，以提高数据精度。 ( 4 ) 湿地景观生态学研究 通过遥感和g i s 技术获取湿地景观数据，运用景观生态学原理，分析湿地的 第1 章绪论 景观格局或景观格局变化。 ( 5 ) 湿地制图 遥感技术最先在湿地研究中的应用是湿地制图。 ( 6 ) 湿地信息系统 湿地信息系统是以计算机软、硬件为基础，以学科知识为依据，空间数据为 对象，集知识、模型和决策为一体的分析系统。它的建立给湿地研究和湿地管理 提供新的技术和决策支持。湿地信息系统是在遥感和g i s 基础上建立的专题信息 系统。 总之，遥感技术以其探测范围大、宏观、综合等特点，能够很容易地调查湿 地信息，确定其空间分布位置，并能精确地对其进行分类及面积量算，因此遥感 技术在湿地研究中起着非常重要的作用。 ，2 2 国内外湿地遥孩研究进展 1 2 2 1 国外湿地遥感研究进展 遥感技术为湿地研究提供了及时、准确、高效的湿地信息，也为湿地科学从 定性到定量化研究带来了机遇和挑战。 航空像片是湿地解译精度最高的遥感资料，1 9 7 5 年，美国鱼类和野生动物保 护协会在进行湿地资源调查时就用了高分辨率的航空像片【2 1 。但是，一般情况下湿 地分布范围较广，用航片调查湿地成本非常高，因此大部分研究人员都会采用卫 星遥感资料来研究湿地。但卫星遥感技术的湿地研究也存在很多不足。因为大部 分的卫星影像的空间分辨率都较低，用它来分辨面积较小或者形状长而细的湿地 还是有很大的困难。相比航片来说，它经分类所能得到的湿地类型也比较少。而 且各种湿地类型和其它地物的光谱之间信号有所重叠，这也给湿地遥感分类带来 了困难。 卫星遥感技术在湿地研究领域中的应用起始于7 0 年代。1 9 7 5 年，b o i s s o n n c a u ， a r t h u rn 等人用l a n d s a t 影像对安大略湖的北部的c l a y 区域进行了湿地资源的调 查和湿地类型图的制作川。8 0 年代，美国陆续发射了l a n d s a t - 4 和l a n d s a t 5 ；法国 6 遥感技术在大连湿地资源调查中的应用研究 于1 9 8 6 年发射了s p 0 1 ；印度发射了i r s 1a 卫星。湿地遥感应用研究也更加深 入和广泛。如1 9 8 3 年，l u l l a 研究了l a n d s a tm s s 影像在湿地资源调查和海岸带生 态系统管理中的应用【8 】。1 9 8 6 年，h a r d i s k y 等人在研究了不同的遥感平台，包括 航空像片，s p o t , l a n d s a t m s s ，l a n d s a t t m 和a v h r r 在海岸带湿地制图上的应 用 9 1 。9 0 年代至今，卫星遥感技术在湿地研究中的应用得到了蓬勃快速的发展。 多平台、多时相、多波段的卫星遥感数据综合运用到了湿地研究中。并将遥感技 术、地理信息系统技术、全球定位系统及景观生态学方法结合起来研究各种不同 类型的湿地，如红树林湿地、海岸湿地、草甸湿地、森林湿地等。1 9 9 8 年，k i n d s e h e r k 等人用印度的i r s 1 bl i s s i i 影像将g r a n dt c t o nn a t i o n f lp a r k 的草甸湿地类型 用非监督分类法将其划分为6 类，再用地面调查数据进行检验，分类精度为7 0 【l0 1 。 2 0 0 1 年，t o w n s e n d 等人用多时相和多光谱的t m 影像研究美国加利福尼亚州北部 的森林湿地，通过植被指数变换和缨帽变换等预处理，并利用各种分类方法，对 该地区的植被群落进行了详细的分类，分为2 1 个森林群落和另外几个重要的生态 类型【1 1 】。2 0 0 4 年，b e r b e r o g l us u h a 等人利用1 9 9 3 年7 月4 日的t m 遥感影像图对 地中海区域的土耳其海岸湿地进行制图。并将卫星遥感分类所得的结果和植被及 鸟类调查数据输入g i s ，对海岸带湿地的生态环境进行监测1 2 1 。 1 2 2 2 国内湿地遥感研究进展 我国在5 0 7 0 年代曾支持湿地的大规模垦殖，由此带来了严重的环境和生态 问题，这才引起了政府的高度重视。因此，国内针对湿地保护方面的研究起步较 晚，直到8 0 年代，湿地才开始得到人们广泛的关注【1 3 。 目前，国内利用卫星遥感技术在湿地领域中的应用研究有一定程度的开展，主 要利用卫星遥感技术进行湿地资源调查、湿地识别、湿地分类、湿地动态变化监 测、湿地制图、湿地与环境因素定量模型研究及湿地信息系统研制等。例如： ( 1 ) 张志锋等人利用t m 与i r s 的融合图像，结合野外调查分析，全面调查了 北京地区湿地的类型和面积【1 4 】。 ( 2 ) 杨秀春等人利用遥感图像解译，以g i s 技术为支撑，对江苏省湿地资源现 状进行了调查f l 爿。 7 第1 章绪论 ( 3 ) 浙江省于1 9 9 4 年开始，历时7 年，利用遥感技术结合g i s ，g p s 技术及外 业调查，对浙江省的湿地类型面积、地理位置、自然环境特点和湿地动物、植被 进行重点调查研究f 1 6 】。 ( 4 ) 黄慧萍等人利用1 9 9 5 年1 2 月的t m 影像，结合广东省湿地资源情况，研 究从遥感图像解译湿地类型的方法，在此基础上按分层分类法拟定湿地分类系统， 并编制了湿地类型解译图剥r 丌。 ( 5 ) 1 9 9 8 年，陈水森等人利用m o s 1m e s s r 卫星遥感影像，对鄱阳湖湿地环 境进行了解译特征分析，通过实地调查，揭示了m e s s r 影像色调与湿地非温带地 性植被之间的关系，为鄱阳湖及其它地区湿地调查提供了范例【1 8 】。 ( 6 ) 1 9 9 9 年，张树清等人应用t m 影像对三江平原湿地进行了湿地遥感分类模 式的研究。通过分析三江平原湿地植被的光谱、景观季相及其生境等特点，找出 了不同湿地的遥感影像特征，确立了一套湿地遥感分类模式【1 9 1 。 ( 7 ) 刘秀云等利用1 9 8 6 年和2 0 0 0 年的t m 遥感数据，对辽东湾湿地类型和面 积的动态变化进行了研究1 2 0 1 。 ( 8 ) 2 0 0 0 年1 1 月8 日，中科院南京地理与湖泊研究所研制完成了洞庭湖湿地 保护信息系统，它可以演示和分析洞庭湖湖盆演化、洪水水情、湿地退化和恢复 状况的洞庭湖湿地信息系统。 ( 9 ) 2 0 0 2 年，汪爱华等人利用1 9 9 0 年及2 0 0 0 年的t m 影像及1 9 8 0 年三江平 原沼泽图，采用遥感与g i s 相结合的方法。探讨了三江平原沼泽湿地一十年来的 动态变化特征口”。 ( t o ) 中科院长春地理研究所也在遥感和g i s 的基础上，建立了中国的湿地信 息系统。该系统包括全国l ：4 0 0 万沼泽、河流、湖泊和运河空间分布数据子库； 全国沼泽( 湿地) 背景环境数据库；全国沼泽( 湿地) 属性外业调查数据库；三江平 原湿地综合数据子库；全国各沼泽湿地保护区数据库：人类活动对湖沼系统影响 数据子库：典型沼泽区不同时相的遥感解译数据子库；沼泽湿地分类及演化图像 子库；全国湿地遥感解译数据子库 2 2 1 。 ( 1 1 ) 韩敏等人利用扎龙湿地t m 图像，通过分析各类地物的光谱特征、谱闻 遥感技术在大连湿地资源调查中的应用研究 结构特征以及采样剖面线，发现了扎龙湿地沼泽的光谱特征，并由此建立了一个 基于知识发现的沼泽提取模型，提取结果表明：建立的沼泽提取模型能够实现自 动提取扎龙湿地的芦苇沼泽，其精度可以达到9 8 2 3 1 。 ( 1 2 ) 衣伟宏等人就用混合分类法对扎龙地区的e t m + 影像进行了湿地遥感分 类研究，研究结果表明其采用的研究方法在一定程度上提高了湿地遥感分类的分 类精度。 ( 1 3 ) 丁圣彦等人在遥感和g i s 技术的支持下结合河南沿黄湿地的区域特点， 确定了河南沿黄湿地景观分类系统，通过采用景观多样性指数、优势度、景观破 碎化指数、分布质心和扩展度等景观的空间格局指数，比较系统地分析了近2 0 年 河南沿黄湿地景观空间格局变化 2 5 1 。 ( 1 4 ) 谢志茹等人应用l m 分辨率的i k o n o s 遥感图像，利用r s ，g i s 等先进技 术，获取城市公园湿地景观数据。运用景观生态学的原理，采用多样性指数、优 势度指数、破碎化指数和斑块的分数维等空间结构指标，对北京市城市公园湿地 的景观格局进行了研究和分析伫6 1 。 1 3 研究目的和意义 大连市湿地处在东北区鸟类迁徙的通道上，是东北、东北亚区域鸟类迁徙的 中间停歇繁殖地【2 刀。因其为迁徙鸟类和水禽提供了栖息环境，具有重要的环境调 节功能，在国际上备受关注( 中日、中澳都订有鸟类保护协定) ，成为具有重要价 值的地带性湿地区域。同时丰富的湿地使大连市拥有大量旅游资源，每年这些湿 地通过吸引游人、提供旅游资源及旅游产品等途径，为大连市创造了巨大的经济 效益。但是近几十年来，随着大规模农业和工业的开发。经济发展与自然环境保 护的矛盾日益突出。道路纵横交错，使湿地生态系统处于分割状态；大规模的工 农业开发，使原有的天然湿地变为养殖场和建设用地，使野生动物栖息地大量减 少。同时人为修建的一些水利设施、拦海大堤等，使湿地原有的生态条件发生改 变，生物群落结构发生变化【加。 目前大连市还没有湿地的相关资料，受大连市林业局的委托，本研究对大连 9 第1 章绪论 湿地进行动态变化统计和分析，为政府主管部门提供湿地生态系统及其生物多样 性的本底数据，为湿地资源的保护和合理利用奠定基础。同时本文在分析大连市 近几十年来湿地动态演变情况的基础上，利用湿地演变信息作为基础数据源，并 结合统计资料以及实地考察资料，提出大连湿地优化利用和保护的一系列措施， 为湿地保护和开发利用提供更为有力的依据，为政府部门进行湿地开发利用提供 决策支持。 1 4 研究内容与框架 本文的研究内容可以分为两大部分：一是对大连市湿地动态变化的研究。这 部分内容的研究主要是利用遥感技术对大连市2 0 0 0 年和2 0 0 6 年的e t m + 影像进行 处理分析，得出大连市湿地演变结果，分析大连市湿地的大致演变状况。第二部 分是在第一部分的基础上，提出大连市湿地优化利用与保护措施，主要是参考第 一部分的结果并结合各种实地调查数据和文献资料进行。本文研究的基本框架如 图1 1 所示： 图1 1 论文基本框架 f i g 1 1f r a m eo ft h er e s e a r c h l o 遥感技术在大连湿地资源调查中的应用研究 第2 章资料准备与工作流程 2 1 研究区域概况 大连市是我国著名的港口、工业、贸易和旅游城市。位于亚欧大陆东岸，地 处东经1 2 0 0 5 8 一1 2 3 。3 3 ，北纬3 8 0 4 3 一4 0 。1 2 之间。东临黄海，西临渤海，南与 山东半岛隔海相望，北依东北三省广阔腹地。全市现辖6 个区，3 个县级市、1 个 海岛县和3 个国家级对外开放先导区。全市陆地总面积1 2 5 7 4 平方公里，总人口 5 9 0 万，城镇人口3 7 0 万。大连地貌为长白山系千山余脉向黄、渤海延伸的终端， 植物属华北植物系，动物区系为古北界蒙新区长白山地亚区，有漫长的海岸线、 多种类型的海岸和海岸生态。 大连湿地处在东北区鸟类迁徙的通道上，是东北、东北亚区域鸟类迁徙的中 间停歇繁殖地。在历史上，由于大连湿地为迁徙鸟类和水禽提供了栖息环境，在 国际上备受关注，成为具有重要价值的地带性湿地。大连市海岸线长1 9 0 6 公里， 占辽宁省海岸线总长度的7 3 ，占全国的1 0 。海岸线以岩岸为主，泥岸占海岸 线总长度的1 6 6 ，间有大面积沙泥质滩涂，沙岸占海岸线总长的7 。大连沿海 岛坨密布，河口众多，并由著名的复州湾、葫芦山湾、普兰店湾、金卅i 湾、大连 湾等大型海湾和长山海峡，形成诸多的河1 3 - - 角洲；由海岸泥质滩涂、浅海滩涂、 河口低湿盐碱沼泽地等形成大面积积淀海湿地，构成大面积多类型的湿地资源和 湿地景观。 大连市湿地主要特点为： ( 1 ) 类型全。按照湿地公约对湿地类型的划分，大连市湿地的主要类型有： 咸水：浅海水域，包括海湾和海峡；潮下水生植被层，各种海草和海洋草甸；无 植被的泥沙和盐碱滩。淡水：有永久性的河流和海流；永久性河口水域；有永 久性的淡水池塘。沼泽：有无机土壤上的永久性淡水沼泽，有永久性的泥沙沼 泽。人工湿地：淡水和海水养殖：农用池塘、小型水池；灌溉田和灌溉渠道： 蓄水池：水电坝。 ( 2 ) 面积大。大连沿海岛坨密布，河口众多，并由著名的复州湾、葫芦山湾、 第2 章资料准备与工作流程 普兰店湾、金州湾，大连湾等大型海湾和长山海峡，形成诸多的河口三角洲；由 海岸泥质滩涂、浅海滩涂、河口低湿盐碱沼泽地等形成的大面积湿地，自然构成 了大面积的多类型湿地资源和湿地景观。 ( 3 ) 分布广。大连市三面环海，各区市县从海边到陆地，从陆地到山区都有湿 地分布，而且表现为每个地区内有多种湿地类型和一种湿地分布于多个地区的特 点，构成了分门别类的多样组合类型。 ( 4 ) 差异大。各地区的海边潍涂、河流湿地、水库、盐场、虾池、参池、河口 各具特点，分布较广，但干旱地区湿地明显偏少，有的区域人工湿地比较多，形 成了独特的湿地生态环境。 ( 5 ) 物种多。大连市湿地生态类型是比较多的，其间生长着多种多样的生物物 种，不仅物种数量多，而且有不少在全省是特有的，具有重大的物种价值和经济 价值。野生动植物繁多，资源非常丰富鲫i 。 2 _ 2 数据来源 2 2 1 遥感数据 本研究主要应用的遥感数据为e t m + 数据，数据具体接收时间见表2 1 。 表2 1 研究区遥感数据列表 t a b l e2 ir e m o t es e n s i n gd a t al i s to f t h es t u d ya r e a 数据类型接受时问轨道号 e t 舯2 0 0 2 6 1 11 1 9 3 3 2 0 0 0 6 1 21 2 0 3 3 2 0 0 1 8 1 11 1 9 3 2 2 0 0 1 9 31 2 0 3 2 2 0 0 6 6 1 21 1 9 - 3 3 2 0 0 6 6 儿1 2 0 3 3 2 0 0 6 g 3 1 1 9 3 2 2 0 0 6 6 51 2 0 - 3 2 1 2 遥感技术在大连湿地资源调查中的应用研究 e t m + 数据各波段特征脚1 见表2 2 。 表2 2e t m 各波段的特征 t l b l e2 2b a n d sc h a r a c t e r i s t i c so f e t m + s e i i s o r 通道 地面 光谱段 波长范围( u r n )分辨特点 代号 窒 对水体的透射能力强，对叶绿素及浓度 t m l b l u e - g r e e n0 4 5 0 - 0 5 1 53 0 m 敏感 对健康茂盛植物的绿色反射敏感，对水 n 1 2 g r e e n0 5 2 5 0 6 0 53 0 m 的透射能力较强 叶绿素吸收主要波段。可见光的最佳波 t m 3r e d0 6 3 0 - o 6 93 0 m 段，可进行植被分类 绿色植物最敏感及植物通用波段，可用 t m 4n e a ri r 0 7 7 5 - o 9 03 0 m 于测定生物量和作物长势。 对水分敏感，处于水的吸收带内，用于 t 哺5s w i r1 5 5 0 - 1 7 53 0 m 土壤水分、植物含水量和地质研究 对温度敏感，用于植物热损害管理和其 t m 6 l w i r1 0 4 0 - 1 2 53 0 m 他热土测量 处于水的强吸收带，水体黑色，可用于 1 m 7s w i r2 0 9 0 - 2 3 53 0 m 城市土地利用岩石光谱反射等。 t 晦8p a n0 5 2 0 0 9 01 5 m 与其它波段数据融合可提高影像分辨率 2 2 2 非遥感信息数据 本文在进行大连市湿地演变研究时所采用的非遥感信息数据包括地理空间数 据和各种文献资料等。主要有： l ：5 万大连市地形图； 大连市土地利用现状图集( 2 0 0 4 年) ； 大连市政区图； 第2 章资料准备与工作流程 野外调查数据； 海图2 0 0 2 年 2 3 技术路线 大连地区湿地演变研究的技术流程见图2 1 所示，首先参考研究区的1 ：5 万 地形图及其它相关资料，利用e r d a si m a g i n e 遥感软件对2 0 0 0 年和2 0 0 6 年的 e t m + 影像迸行几何校正。其次分别将同一年份e 硼+ 的4 幅影像进行拼接处理， 再利用m a p i n f o 软件将大连海域的三幅海图进行投影转化和格式转化，并用 a r c g i s 软件将其拼接，将5 米等深线矢量化，对校正后的影像图进行掩模处理， 切出两个时相影像的相同范围。对处理出来的影像进行非监督分类。建立分类模 板，选择训练样本对模板进行修改，利用修改后的模板进行监督分类，然后在计 算机自动分类后的影像上结合海图、地形图等非遥感资料进行人工目视解译，分 类后处理并迸行分类精度评价。得到大连市两个时相的分类结果。最后利用a r c g i s 软件制作出湿地分布图。 大连地区三面环海，拥有绵长的海岸线和众多岛屿，海岸湿地和海洋湿地两 大湿地类型在整个海岸线及岛屿周围均有分布。海底和海岸地形复杂，动植物种 类繁多，给考察和提取工作带来很多不便，并且海岸湿地的提取工作还会受到海 水潮汐的影响。因此海岸、海洋两大湿地的提取工作成为本研究的一大难点。大 连地区面积广大，需要多幅遥感影像拼接处理后才能完全覆盖整个研究区域，而 由于资金和资料的限制，要想同时找到两个年份全部低潮时期的影像，还得保证 时期均为植被茂盛的5 至8 月之间，并且时间相差不多，影像效果良好无云，要 全部做到这些几乎无法实现。因此考虑到实际情况和操作的可行性。本次研究选 用海图的等深线配合遥感解译。 1 4 遥感技术在大连湿地资源调查中的应用研究 图2 ，1 影像处理技术流程图 f i g 2 1f l o wc h a r to fr e m o t es e n s i n gc l a s s i f i c a t i o n 2 4 数据预处理 遥感数据预处理包括：遥感影像的辐射校正、几何校正与配准、影像拼接及 影像切割四部分。 ( 1 ) 辐射校正 系统辐射校正由卫星地面站完成。本研究采用直方图最小值去除法对影像进 行辐射校正，即将每一波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值，这样能 较好地消除大气辐射影响，使影像中像元之间的亮度变化真实地反映不同像元地 物反射率之间的变化关系，并在一定程度上增加了图像对比度，提高图像质量【冽。 ( 2 ) 几何校正 几何租校正主要根据遥感平台、传感器及地球等各种参数进行处理，由地面 第2 章资料准备与工作流程 卫星站完成。 常用的影像校正函数有多项式、勒让德多项式及共线校正等。由于多项式原 理直观，计算简单且具有较好的精度，所以一般都选择用多项式校正法。本次研 究采用三次多项式函数进行几何精校正。三次多项式的转变模式为： x ；口o + 口1 x + a 2 y + a 3 x 2 + 口4 x y + a 5 y 2 + 口6 x 3 + 口7 x 2 y + a 8 。y 】r 2 + 口9 y 3 ( 2 1 ) y = b o + 6 l 。r + 6 2 y + 6 3 x 2 + 以。y 】，+ 6 5 j ，2 + 6 6 r 3 + 6 ，x 2 y + 6 | 职2 + b g y 3 ( 2 2 ) 合理选取控制点( g c p ) 是几何校正的关键，控制点的最少数日( n + 1 ) ( n + 2 ) 2 ， 其中n 为多项式次数。控制点应选取图像上易分辨且较精细的特征点，如道路交 叉点、河流弯曲或分叉处等。特征变化大的地区应多选些。图像边缘部分一定要 选取控制点，尽可能满幅均匀选取【2 9 1 。 常用的影像重采样方法有三种；最近邻法( n e a r e s tn e i g h b o r ) ，双向线性内插法 ( b i l i n e a ri n t e r p o l a t e ) 和三次卷积内插法( c u b i cc o n v o l u t i o n ) 。三种方法各有优缺 点。最近邻法简单易用，计算量小，但处理后的图像的亮度具有不连续性，从而 影响了精确度。双线性内插法比起最近邻法虽然计算量增加，但精度明显提高， 特别是对亮度不适续现象或线状特征的块状化现象有明显的改善，但这种内插法 会对图像起到平滑作用，从而使对比度明显的分界线变得模糊。在三种方法中， 双线性内插法的计算量和精度都适中，所以常被采用，本次研究也采用此方法。 三次卷积内插法计算量很大，精度也最高，但它对控制点选取的均匀性要求很高， 否则就达不到很好的结果。 本研究以l ：5 0 0 0 0 地形图为依据，从地形图上选取控制点对本研究采用的 e t m + 卫星影像进行几何纠正。在e r d a si m a g i n e8 6 软件中将待纠正的e t m + 卫星影像投影成高斯克吕格( g a u s sk r u g e r ) 投影，采用克拉索夫斯基( k r a s o v s k y ) 椭球体，选取地形图上的相对不交的明显地物点，读取箕坐标，再找到卫星影像 上与其对应的地物点作为控制点，键盘输入其坐标。控制点为3 0 个，校正误差为 o 4 9 个象元，选用三次多项式进行坐标的变换，采用双向线性内插法进行重采样。 具体几何校正步骤见图2 2 。 1 6 遥感技术在大连湿地资源调查中的应用研究 图2 2 遥感影像几何精校正流程图 f i g 2 2f l o wc h a r to f g e o m e t r i cc o r r e c t i o n ( 3 ) e t m + 多光谱影像与全色影像进行分辨率融合 由于e t m + 数据包含多光谱数据和全色数据，全色图像具有较高的空间分辨 率1 5 m ，多光谱图像光谱信息较丰富，为提高多光谱图像的空间分辨率，因此将 e t m 数据进行全色影像和多光谱影像的融合处理，融合后的影像对目视判读有很 大帮助。本次影像融合处理采用的是主分量变换融合法( k l 变换法) 。其具体步 骤为：配准：为了使两幅图像所对应的地物吻合，分别在多光潜影像和全色影像 上选取控制点，用双线性内插法对分辨率较小的图像进行重采样，完成配准； 图像融合：采用主分量变换法对