1、1本科毕业论文（20 届）晋江市植被覆盖变化研究所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期2晋江市植被覆盖变化研究【摘要】随着经济的高速发展，土地的开发利用力度加大，植被的覆盖率越来越少，本文利用晋江市2009和2010年的TM影像，并运用ARCGIS和ERDAS软件，从而进行植被覆盖度的提取，得到晋江市植被覆盖度变化图，并对其进行分析，最终得出结论：植被覆盖度在空间上,经济发达区覆盖度更少;在数量上，呈减少的趋势;与晋江市人口变化情况之间呈现负相关的关系。【关键词】植被覆盖率；ERDAS；ARCGIS；人口31.引言 .31.1 研究背景和意义 .31.2 国内外研究进展 .31.3
2、 研究内容 .32.研究区概况与数据资料 .42.1 研究区概况 .42.2 数据资料 .42.2.1 数据来源 .42.2.2 地图数据预处理 .52.2.3 遥感图像预处理 .63.城市植被覆盖度计算 .74.结果与分析 .94.1 植被覆盖度变化处理结果 .94.2 植被覆盖度变化分析 .114.2.1 植被覆盖变化空间分析 .114.2.2 植被覆盖变化数量分析 .114.2.3 植被覆盖变化与人口关系的分析 .124.3 结论 .125.展望 .12致谢语 .13参考文献 .1441.引言1.1 研究背景和意义我国是世界上人口最多的国家。自 1990 年以来，尽管我国人口增长速度趋于
3、下降，目前已成为世界上人口增长最慢的国家之一，但由于人口基数大，我国每年增加的人口数量仍然非常可观。依据 2010 年第六次人口普查数据得出，2010 年 11 月，全国总人口达到 137054 万人，从晋江来看，全市常住人口为 1986447 人，同第五次全国人口普查 2000 年 11 月 1 日零时的 1479259 人相比，十年共增加 507188 人，增长 34.29%，年平均增长率为 2.99%。这其中，居住在城镇的人口为 1172997 人，占 59.05%；居住在乡村的人口为 813450 人，占 40.95%。同 2000 年第五次全国人口普查相比，城镇人口增加 692564
4、 人，乡村人口减少 185376 人，城镇人口比重上升 26.57 个百分点。随着人口的增加与城镇化进程的加快推进，人口活动对我过自然环境所产生的影像也越来越大，由于植被作为陆地生态系统的主要组成部分，调节并控制着生态系统中的能量流动与物质循环，为人类社会经济活动提供最重要的资源，所以其受到的影响尤其显著。在党的十八大报告首次单篇论述生态文明建设，由此可见生态建设的重要性。本文以晋江市为例，对此进行分析。从而得出植被覆盖率变化情况，这将对城市植被覆盖动态监测、管理以及城市的可持续发展等都具有非常重要的意义，同时也对城市的发展敲响警钟。1.2 国内外研究进展对人口与环境问题的研究可以回顾到 18
5、 世纪以前。1798 年，马尔萨斯在人口原理中提出人了人口增长与经济增长关系的理论马尔萨斯人口陷阱理论，他认为呈算术级数增长的生活资料未来将难以满足呈几何级数增长的人口对其的需求，肯定会造成对自然环境与资源的破坏，结局将是人口数量将以灾难性的形式减少。虽然其观点具有历史的局限性，但是点燃了人们对人口和环境问题研究的热情。1888 年，埃德温坎南在初级政治经济学中研究人口增长是否有助于提高生产率的问题，随后他在 1929 年的经济理论评论第一次提出了“适度人口”理论，认为一个地区在一定时期和特定条件下人口过剩或过少都不利于国家或地区的发展，必然有一个最合适的人口饱和度刚好适应当地的环境，将使得地
6、区获得最大收益。20 世界 50 年代以来，由于担心全球人口剧增会致使环境和资源危机人口过剩、人口爆炸，所以增长的极限理论相继被提出。1948 年威廉福格特在其著作生存之路中提出人类数量超过土地负载能力的世界人口过剩论，他认为由于人口剧增，地球上的人口已经过剩，在世界各国到处可以看到严重人口超负荷的情况，地球已经不能养更多的人口了，人类面临严峻的生存之路考验。从 20 世纪后，人口与植被的研究更加注重可持续发展的观念。许多学者开始关注某一地区在不损害其植被可持续发展基础的情况下所能承受的最多人口数量，邓永新（1993）提出“人口承载力系统的概念”对塔里木盆地人口承载力系统做了示范研究，认为人口
7、承载力研究应从全面的、动态的、回馈的角度出发 1。韩贵锋等（2008）以重庆市为例，王德辉等（2010）选取地形其幅度（RDLS）、归一化植被指数（NDVI ）、人口密度以及人居环境适宜性等指标，对基于人居环境适宜性的城市人口承载力进行了研究 2。1.3 研究内容本研究以晋江市不同年份之间的 TM 影像为基础，以计算机为载体，结合 ERDAS 和 ARCGIS 技术，首先进行裁剪、大气校正、图像增强等，再计算出植被覆盖度，对城市植被覆盖情况在空间，数量上进行对比，并结合人口的变化情况进行分析。52.研究区概况与数据资料2.1 研究区概况晋江市全面积为 721.7 平方千米，地处福建东南沿海，位
8、于北纬 243044”245421”,东经 1182456”1184110”。东边与台湾海峡相邻，西边和南安市接壤，南边与金门隔海相望，北边同鲤城区和丰泽区毗邻，东北边与石狮相接，境内陆地面积 649 平方公里；三面临海，海岸线长 122 公里，海域面积6345 平方公里。整体地面走势由西北向东南倾斜。市区境西北边缘晋鲤交界，而海拔 517.8 米的紫帽山，是晋江市地势最高的山脉。由此地势向泉州湾、台湾海峡、围头澳方向下降，具有西北向东南海滨倾斜的趋势。地貌类型以台地、平原、丘陵为主，台地占市域面积 67.3%。海岸线曲折并有许多港湾、岛礁，而且滩涂面积大，浅海水域广阔。晋江市属于亚热带湿润气
9、候区，整体年均气温 20-21，一月平均气温 11.9，七月平均气温28.2，年平均日照 2130 小时，年均降雨量 9111231 毫米。2.2 数据资料2.2.1 数据来源在地理空间数据云下载 2009 年 6 月 6 日数据标识为 LT51190432009157BJC00 的 TM 影像图和 2010年 5 月 4 日数据标识为 LT51190432010144BJC00 的 TM 影像图，其中详细信息如表 2-1 所示。其次，作为辅助绿地信息提取的资料包括全国县级行政区划界限图、晋江市 2010 人口统计数据、晋江市行政区划图、晋江市绿地建设相关资料以及统计年鉴、市志。表 2-1 T
10、M 影像相关信息年份 2009 年 6 月 6 日 年份 2010 年 5 月 24 日太阳高度角 66.3287 太阳高度角 66.9401 数据标识 LT51190432009157BJC00 数据标识 LT51190432010144BJC00数据类型 L45TM 数据类型 L45TM以遥感图像作为主要数据源，利用 ERDAS、ARCGIS 等相关软件，通过图像增强、绿地信息提取等步骤建立城市绿地 GIS 系统，为城市绿地系统规划的制定提供科学、准确的基础信息。技术路线如图 2-1所示。6得出结果并分析泉州市 TM 影像全国县级行政区划界限图人口统计图图像增强图像校正图像裁切绿地信息提取
11、计算植被覆盖度图 2-1 技术路线图2.2.2 地图数据预处理首先对已有中国县级行政界限，在 ARCGIS 中打开，提取得到晋江市的行政界限，选中晋江市的行政界限，再根据 GIS 中的定义投影，将其坐标系统一转换成 WGS_1984_UTM_Zone_50N。71840“E1840“E18350“E18350“E1830“E1830“E18250“E18250“E 2450“N2450“N 2450“N2450“N 2450“N240“N 240“N24350“N 24350“N2430“N 2430“N04812162 Kilometrs图 2-2 晋江市界限数字化地图2.2.3 遥感图像预
12、处理原始的遥感图像精确度不够高，难以满足城市绿地信息提取的要求。因此，在进行绿地信息提取前需要利用 ERDAS 遥感图像处理软件，对遥感图像进行组合多波段数据、裁剪等预处理，使得遥感图像有很好的解译效果。而遥感技术的发展提供了多源遥感数据，可以从不同图像中得到更多信息，补充单一传感器的不足 3，其中，在地理空间数据云得到的图像都是单波段的，而在实际工作中，对遥感图像的处理和分析都是针对多波段图像进行的，所以，还需要将若干单波段图像文件组合（Layer Stack）成一个多波段图像文件，图像的预处理步骤如下：（1）将在地理空间数据云中得到的 7 个波段的 TIFF 文件，通过 ERDAS 软件中
13、的 Main-Image Interpreter-Utilities-Layer Stack 组合成一个我们所需要的 IMG 文件。（2）将在 ARCGIS 中得到的行政区划图（如图 2-2）在 ERDAS 中打开，并转化成 AOI 格式。（3）将得到的 AOI 图像对的遥感图像进行裁剪，运用 ERDAS 中的 INTERPRETER/SUBMIT，分别在 2009 年和 2010 年泉州市 TM 影像上提取出晋江市地区，得到晋江市 TM 影像。（如图 2-3）。81840“E1840“E18350“E18350“E1830“E1830“E18250“E18250“E 2450“N2450“N
14、 2450“N2450“N 2450“N240“N 240“N24350“N 24350“N2430“N 2430“N04812162 Kilometrs1840“E1840“E18350“E18350“E1830“E1830“E18250“E18250“E 2450“N2450“N 2450“N2450“N 2450“N240“N 240“N24350“N 24350“N2430“N 2430“N04812162 Kilometrs图 2-3 2009 年和 2010 年晋江市 TM 影像其次，对 TM 影像采用 6S 模型进行大气校正，进行辐射校正消除或改正因辐射误差而引起影像畸变，最后，
15、对遥感图像进行大气校正后，要对图像进行增强，分别进行去霾处理、光谱增强。3.城市植被覆盖度计算绿地信息提取就是从通过预处理以后的遥感图像上提取绿地，将绿地和其他各种用途的土地区分开来。与其他物体相比较，各类绿色植物由于进行光合作用，其在红光波段具有强吸收及近红外波段具有高反射的特征。所以在提取绿地信息时选择了植被指数提取方法 5。遥感图像分类主要依据是地物的光谱特征，既地物电磁波辐射的多波段测量值，这些测量值可以用作遥感图像分类的原始特征变量。图像分类就是以图像像元的数据文件值为基础，将像元归并成几种类型、等级或数据集的过程 6。常用的植被指数有归一化差异植被指数 NDVI（Normal Di
16、fferent Vegetation index），图像中，各个像元可以看成是有植被覆盖部分的 NDVI，与无植被覆盖部分的 NDVI 的加权平均值，其中有植被覆盖部分的 NDVI 的权重就是像元的植被覆盖度，而无植被覆盖部分的 NDVI 的权重即为 1减去植被覆盖度。其中， 为裸土或无植被覆盖区域的 NDVI 值，也就是无植被像元的 NDVI 值；soilNDVI而 则代表完全按被植被所覆盖的像元的 NDVI 值，也就是纯植被像元的 NDVI 值。vegNDVI所以利用 NDVI 计算植被覆盖度的公式： SOILVEGSOILc NDNDVIf /9首先对预处理过后的晋江市 TM 影像，利用
17、 ERDAS 软件找到 Interpreter/Spectral Enhancement/Indices进行处理，计算出晋江市 TM 影像的 NDVI 值。其次，再利用 ERDAS 处理软件中的 VIEWR 视窗打开晋江市 NDVI 图像，使用 RASTER 菜单中的ATTRIBUTES 子菜单，打开得到 NDVI 分布值，如图 3-1 所示，其中 VALUE 为 NDVI 值，而HISTOQRAM 为图像中 NDVI 此值的像元个数。通过复制这两列的数值来输出数据表到 excel 软件中。以2010 年为例：图 3-1 DRDAS 中的 NDVI 分布输出先计算像元累加值，用像元累加值除以总
18、的像元个数，得出累积概率分布。再以同样的方法处理2009 年的影像，结果部分如表 3-1计算 和 值：确定置信度为 1%，计算 NDVI 分布在置信区间内的最大值inNDVmIaxmI和最小值 ，观察表 3-1 中累积概率分布一栏中，寻找其中 1%和 99%附近的值得到axin和 值，如表 3-1 中红色标志所示 2010 年的 为 0.00995914， 为i inNDVmI axNDVmI0.990289002。表 3-1 2010 年 NDVI 累积概率分布NDVI 值 像元个数 累积像元个数 累积概率分布-0.259595717 378 6466 0.00901397-0.252650
19、227 339 6805 0.009486555-0.245704737 339 7144 0.00995914-0.238759247 407 7551 0.0105265210.518299178 1863 708808 0.9881184560.525244669 1557 710365 0.9902890020.532190159 1433 711798 0.9922866850.539135649 1135 712933 0.993868939同理，如表 3-2 2009 年的 为 0.010148732， 为 0.988671896.inNDVmI axNDVmI表 3-2 200
20、9 年 NDVI 累积概率分布NDVI 值 像元个数 累积像元个数 累积概率分布-0.206888569 154 6688 0.00932345-0.200070924 375 7063 0.009846222-0.193253279 217 7280 0.010148732-0.186435635 200 7480 0.0104275430.461240611 1450 707882 0.986827559100.468058256 1323 709205 0.9886718960.474875901 1168 710373 0.9903001540.481693545 936 711309
21、 0.991604991令 2010 年的 = =0.00995914 = =0.990289002，2009 年的soilNDVIinmI vegNDVIaxmI= =0.010148732 = =0.988671896，再利用上述 NDVI 计算植被覆soilVIinmvegNVIaxm盖度的公式： ，在 ERDAS 中建立模型并运行，最终得出SOILEGSOILc DIf /2009 年和 2010 年的晋江市植被覆盖率灰度图，如图 3-2。1840“E1840“E18350“E18350“E1830“E1830“E18250“E18250“E 2450“N2450“N 2450“N24
22、50“N 2450“N240“N 240“N24350“N 24350“N2430“N4 26Kilometrs灰 度 范 围ValueHighLow1840“E1840“E18350“E18350“E1830“E1830“E18250“E18250“E 2450“N2450“N 2450“N2450“N 2450“N240“N 240“N24350“N 24350“N2430“N4 26Kilometrs灰 度 范 围ValueHighLow图 3-2 植被覆盖率灰度图4.结果与分析 4.1 植被覆盖度变化处理结果将 3.1 中得到的 2009 年和 2010 年的灰度图，在 ARCGIS 中打开，运用 SPATIAL ANALYST/RECLASSIFY 两幅图进行重分类，将其分为 4 个等级：无植被覆盖区(0.8 ）。并用其它明显的颜色表示，从而更清晰地辨别出植被的变化情况。
