基于小波变换的生态环境空间特征尺度研究ppt课件

1、基于小波变换的生态环境基于小波变换的生态环境空间特征尺度研讨空间特征尺度研讨报告主要内容报告主要内容v 生态环境空间尺度研讨提出的缘由生态环境空间尺度研讨提出的缘由v 尺度研讨的内涵尺度研讨的内涵v 研讨技术道路研讨技术道路v 特征尺度确实定方法特征尺度确实定方法v 特征尺度研讨结果的运用及其地学成因特征尺度研讨结果的运用及其地学成因分析分析v 结论结论1 问题提出由来问题提出由来学科前沿：尺度问题不断是景观生态学高度关注的问题学科前沿：尺度问题不断是景观生态学高度关注的问题, ,也是景观也是景观生态学中生态学中“格局过程尺度三者之间研讨的薄弱环节格局过程尺度三者之间研讨的薄弱环节 困惑：生态

2、环境尺度研讨的困惑在于寻觅类似困惑：生态环境尺度研讨的困惑在于寻觅类似“光学变焦的研光学变焦的研讨工具讨工具能够性：生态环境是一个复杂非线形系统能够性：生态环境是一个复杂非线形系统, ,目前数学上开展出非线目前数学上开展出非线性系统的研讨工具，运用此工具处置表达生态环境特征的遥感定性系统的研讨工具，运用此工具处置表达生态环境特征的遥感定量数据，使生态环境多尺度研讨成为能够量数据，使生态环境多尺度研讨成为能够实际意义：地学和生态学规律的不确定性实际意义：地学和生态学规律的不确定性生态环境尺度研讨生态环境尺度研讨试图解释的问题试图解释的问题实际需求：规划实际需求：规划/ /区划区划/ /评价过程中

3、存在的区域边境模糊和专家知评价过程中存在的区域边境模糊和专家知识阅历冲突问题，使决策者难以得到服气的结论。识阅历冲突问题，使决策者难以得到服气的结论。研讨进展研讨进展 尺度问题的研究对象 图图 1-1 尺度的研究对象尺度的研究对象 环境变化的尺度 空 间 信息尺度 传统的生态学尺度 水土流失与侵蚀产沙 地理学尺度研究 土地利用的尺度 生态因子关系的尺度 景观格局的尺度 动物活动与资源尺度 植被群落的尺度 尺度研讨的广度尺度存在的前提：自然等级层次 尺度约束规律：复杂系统整体性规律 尺度的理论阐述：如地理尺度理论、水土流失过程的尺度理论、景观格局的尺度理论 尺度的方法论范式：空间信息的尺度依赖性

4、模型、空间模式测度 尺度的实践性研究：植被群落的尺度、动物活动的尺度、景观尺度、遥感信息尺度、生态因子尺度、土地利用尺度 尺尺度度研研讨讨进进展展的的深深度度研讨进展研讨进展2. 尺度研讨内涵讨论尺度研讨内涵讨论尺度是地表生态环境规律的时间空间属性度量2. 尺度研讨内涵讨论尺度研讨内涵讨论尺度关注的重点：尺度关注的重点：不是定位于某个尺度上的生态环境格局不是定位于某个尺度上的生态环境格局分布规律分布规律而是定位于生态环境规律在不同尺度下而是定位于生态环境规律在不同尺度下的联络或转化的联络或转化尺度研讨目前存在的问题尺度研讨目前存在的问题 ：特征尺度确实定原那么和规范特征尺度确实定原那么和规范

5、生态环境界限的阈值研讨生态环境界限的阈值研讨生态因子之间的关系与尺度的控制生态因子之间的关系与尺度的控制生态环境尺度分解方法好坏的对比和度生态环境尺度分解方法好坏的对比和度量规范量规范 生态环境尺度推演方法生态环境尺度推演方法 生态环境尺度约束机制生态环境尺度约束机制 3.研讨技术道路3.1多尺度分析方法多尺度分析方法 0)()(2tdtdC（或相应的等价条件 称为小波函数。式中)(,0,)()(,21,tRaRbabtatbaba3.2 论文研讨数据论文研讨数据TM影像资料：影像资料：1989.04.09、 2000.05.04、2002.03.07，影像，影像分辨率为分辨率为30m30m。

6、背景资料为：背景资料为：1：100 000县界县界 图、图、1：100000地形图。地形图。 生态环境实地调查数据生态环境实地调查数据02004006008001000 1200 1400 1600 1800 2000 22000.20.40.60.8 ndvi-a00.20.40.60.8ndvi-a10.20.40.60.8ndvi-a20.20.40.60.8ndvi-a30.20.40.60.8ndvi-a40.20.40.60.8ndvi-a50.20.40.60.8ndvi-a60.20.40.60.8ndvi-a70.20.40.60.8ndvi-a8生态环境多尺度分析数据生态环

7、境多尺度分析数据生生态态样样带带1 NDVI小小波波尺尺度度转转换换后后的的近近似似信信息息 02004006008001000120014001600180020002200-0.0400.04ndvi-d1-0.100.1ndvi-d2-0.100.1ndvi-d3-0.2-0.100.10.2ndvi-d4-0.100.1ndvi-d5-0.100.1ndvi-d6-0.0800.08ndvi-d7-0.0800.08ndvi-d8生生态态样样带带1 NDVI小小波波尺尺度度转转换换后后的的细细节节信信息息 4. 4. 特征尺度确定方法的研讨特征尺度确定方法的研讨v 特征尺度含义：v 指

8、在一定区域内能表征景观异质性的最正确斑块大小v 描画景观异质性的最适宜空间尺度v 特征尺度确定的初步原那么v 小波方差极大值的对应尺度 v 空间自相关系数动摇最频繁区域对应的空间滞后间隔或尺度范围v 小波信息熵极大值的对应尺度4.1 生态环境因子的小波方差生态环境因子的小波方差小波方差极大值确小波方差极大值确定的特征尺度定的特征尺度生态样带生态样带1各生态环境要素的小波各生态环境要素的小波重构信息方差重构信息方差-尺度拟合曲线特征尺度拟合曲线特征 方差类型 生态环境要素 小波方差-尺度拟合曲线 R2 小波方差最大值对应尺度（取整） NDVI y = -0.0005x + 0.0047 0.99

9、36 BRIGHTNESS y = -0.0001x + 0.0009 0.9851 GREENESS y = -0.0002x + 0.0018 0.9948 WETNESS y = -0.0003x + 0.002 0.9833 PC1 y = -0.0001x + 0.0011 0.9833 SLOPE y = -0.0008x + 0.0355 0.7121 近似重构信息 DEM y = -0.0019x + 0.0183 0.9926 线形关系，尺度最小，方差最大。 NDVI y = -2E-06x6 + 5E-05x5 - 0.0005x4 + 0.0024x3 - 0.0061x

10、2 + 0.0077x - 0.0034 0.9949 4 BRIGHTNESS y = -8E-06x2 + 7E-05x - 3E-05 0.9842 4 GREENESS y = 1E-06x4 - 2E-05x3 + 8E-05x2 - 7E-05x + 4E-05 0.9639 4 WETNESS y = -2E-05x2 + 0.0002x - 2E-05 0.9333 4 PC1 y = -9E-06x2 + 8E-05x - 3E-05 0.9727 4 SLOPE y = 1E-04x2 - 0.0005x + 0.0004 0.9467 4 细节重构信息 DEM y = -

11、1E-05x4 + 0.0002x3 - 0.0012x2 + 0.0024x 0.0015 0.9777 无 注：上拟合方程中，X 代表的 2x单位像元尺度，Y 代表标准化后生态因子值尺度变换后取值的方差值。 4.2 空间自相关性分析空间自相关性分析ninjniiijninjjiijxxwxxxxwnI111211)()(niniiijninjjiijxxwxxwnc1121122)() 1(I系数越大，表示相邻单元之间的类似性较大。C系数的值越大，表示相邻单元之间的差别性越大。Moran I系数的值域范围为1之间，I0表示正相关，I=0表示不相关，I8 注：上拟合方程中，X 代表的 2x单

12、位像元尺度，Y 代表标准化后生态因子值尺度变换后信息熵值。 小波信息熵小波信息熵- -尺度拟合曲线尺度拟合曲线 4.4 特征尺度确定原那么特征尺度确定原那么C特征尺度的界定特征尺度的界定:C特征尺度是一个确定的尺度范围，非特征尺度是一个确定的尺度范围，非一个固定的尺度或分辨率数值。一个固定的尺度或分辨率数值。C生态环境类型之间的界限具有模糊性生态环境类型之间的界限具有模糊性;生态环境类型的变化不是一个突变过生态环境类型的变化不是一个突变过程，而是一个渐变过程。程，而是一个渐变过程。C特征尺度确实定规范特征尺度确实定规范:C主要断定根据主要断定根据C辅助根据辅助根据: 小波近似信息方差变化率出小

13、波近似信息方差变化率出现极大值对应尺度值现极大值对应尺度值+小波空间自相小波空间自相关系数动摇频繁所对应的尺度范围关系数动摇频繁所对应的尺度范围小波细节信息方差极大值的对应尺度小波细节信息熵极大值的对应尺度=特征尺度范围5.特征尺度研讨结果的运用特征尺度研讨结果的运用: 区域生态环境的空间尺度区域生态环境的空间尺度呼应特征及其成因分析呼应特征及其成因分析v 5.1 生态环境因子空间格局尺度呼应特征v 5.2 生态环境因子空间格局尺度响 应特征的地学成因分析生态样带编号 NDVI BRIGHT GREEN WET PC1 SLOPE DEM 小波方差尺度关系分析结果 4 4 4 4 4 4 无

14、小波信息熵尺度关系分析结果 5 5 5 5 6 无 无 样带1 特征尺度 45 45 45 45 46 无 无 小波方差尺度关系分析结果 4，弱特征尺度 4 4，弱特征尺度 4 4 6 无 小波信息熵尺度关系分析结果 无 5 无 3 5 无 无 样带2 特征尺度 无 45 无 34 4-5 无 无 小波方差尺度关系分析结果 4 6 4 3 6 4 无 小波信息熵尺度关系分析结果 6 5 4 3 5 无 无 样带3 特征尺度 4-6 56 4 3 5-6 无 无 小波方差尺度关系分析结果 5 3，7 5 3 3，7 4 无 小波信息熵尺度关系分析结果 7 7 7 3 7 无 无 样带4 特征尺度

15、 5-7 7 57 3 3-7 无 无 小波方差尺度关系分析结果 6 5 6 6 5 5 无 小波信息熵尺度关系分析结果 6 6 6 3 6 无 无 样带5 特征尺度 6 56 6 3-6 5-6 无 无 小波方差尺度关系分析结果 7 6 7 7 6 6 无 小波信息熵尺度关系分析结果 7 4 6 6 4 无 无 样带6 特征尺度 7 46 67 6-7 4-6 无 无 5.1生态环境因子空间格局生态环境因子空间格局尺度呼应特征尺度呼应特征5.1 5.1 生态环境因子空间格局生态环境因子空间格局尺度呼应特征结论尺度呼应特征结论V 生态因子的空间格局-尺度呼应特征:V NDVI的特征尺度自西向东

16、变大；南北方向受生态景观类型的多少而影响。 V BRIGHT的特征尺度自西向东，特征尺度变小;自北向南，特征尺度增大；V WET在纬度带上特征尺度较小，自西向东，特征尺度变小。V PC在各生态样带上特征尺度的变化幅度较大，普通跨越2-3个尺度。V DEM和SLOPE特殊，小波信息方差可以监测出SLOPE的特征尺度，而小波信息熵均不能监测出DEM和SLOPE的特征尺度。样带编号主导特征尺度14-524-535-64755-666-7生态样带的主导特生态样带的主导特征尺度征尺度V 研讨区域特征尺度为第47尺度V 纬度带的主导特征尺度集中于第45尺度V 经度带的特征尺度集中于第67尺度5.2 5.2

17、 生态环境特征尺度的地学成因分析生态环境特征尺度的地学成因分析成因之一：生态环境空间格局的物理模板地质构造和地势走向是整体生态环境尺度效应的基底。福建省北东-南西走向的构造体系影响着各生态样带的起伏度。其引起的特征尺度变异范围为1-3个尺度。统计参数 line1 line2 line3 line4 line5 line6 平均值 97.54 71.19 98.39 81.75 58.11 50.41 最大值 417.00 395.00 384.00 338.00 314.00 300.00 最小值 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 方差 64.94 74.23 69.

18、93 62.61 60.83 51.73 主导特征尺度 4-5 4-5 5-6 7 5-6 6-7 生态样带起伏度统计参数生态样带起伏度统计参数 5.2 5.2 生态环境特征尺度的地学成因分析生态环境特征尺度的地学成因分析成因之二：人类活动和植被要素的影响作用，改动生态环境参数的部分特征尺度。改动的幅度大小在部分1-2个尺度。 Line2-6 Line2-10 Line2-7 Line2-8 Line2-9 生态环境参数特征尺度 受人类活动影响强度 生态小区 NDVI BRIGHT GREEN WET PC DEM SLOPE 生 态 样 带特征尺度 强 line2-6 6 4 6 4 4 无 无 中 line2-2 5