1、青海省三江源生态环境地理国情监测实践探讨（青海省基础地理信息中心）摘 要 地理国情主要包括表示地球表面自然形态所包含的要素，如地貌、水系、植被和土壤等自然地理要素与人类在生产活动中改造自然界所形成的要素，如居民地、道路网、经济文化和行政标志等社会经济要素。地理国情监测、统计分析和发布是维护国家尊严、让国民了解我国国情的重要举措。“十二五” 期间，我国将结合国家重大工程、重大战略开展地理国情监测,逐步使地理国情监测成果成为国家政策制定、政策效果评估的重要参考。青海省基础地理信息中心从2004年开始进行地理国情监测的实践研究，通过近几年多的努力，完成了三江源区生态环境等一批地理国情监测实践研究工作
2、，初步达到了地理国情监测的目的，对青海省生态环境的保护和社会的科学发展起到了积极的作用。关键词 地理国情 地表覆盖 动态监测 变化监测0 引言青海省地域辽阔、自然资源丰富，具有非常大的开发利用潜力，同时青海省大部分地区处于国家生态环境保护重要区域，资源开发与环境保护对地理省情监测具有更加迫切的要求。充分利用测绘先进技术、数据资源和人才优势，积极开展地理省情监测，实现各类经济社会信息与地理信息的融合处理，深入揭示经济社会发展的空间演变和内在关系，准确判断发展趋势，提供开展国民经济统计、城乡规划、重大战略和重要工程实施、工农业生产布局以及科学研究等工作的重要基础依据，对于提升管理决策的科学化水平具
3、有十分重要的意义。利用数字地形图、卫星影像及其他遥感数据，结合计算机建模和野外调查等技术手段，研究地表覆盖变化与生态环境、气候变化、经济发展等的相互作用关系，对地理与其他自然经济变化相互作用规律开展了深入探讨。地表覆盖变化监测旨在分析研究土地利用/土地覆盖变化的空间分布、统计分析、时间动态及驱动因素，并预测该区域未来土地利用/土地覆盖变化趋势，同时强调相应对策和技术的研究。1 数据使用情况1.1 主要数据源收集到影像1615幅，其中5万SPOT影像为930幅，分辨率为5米，1万QuickBird影像为685幅，分辨率为1米。作为2009年三江源区退化草地和黑土滩动态监测的主要数据源。1.2 参
4、考数据使用了2006年三江源区“黑土滩”型退化草地本底调查数据、1970年三江源区草场数据和三江源区土地调查数据作为动态监测参考数据。共使用2004左右和2008年左右TM影像各29*2景作为动态监测参考数据，地面分辨率为30米，单景覆盖面积为185*185km 2，未进行几何纠正。经过几何纠正的2000年TM影像共29景，作为2004年和2008年TM影像几何纠正的参考数据源。2 工作流程主要分三个阶段完成：（1）数据准备：收集资料（三江源区草场数据、影像数据、三江源区土地调查数据、境界资料和2006年三江源区“黑土滩”型退化草地本底调查数据）、数据预处理和监测培训。（2）动态监测：室内动态
5、监测、野外调查、监测成果内业调整。（3）成果输出：三江源区退化草地和黑土滩分类面积统计、三江源区退化草地和黑土滩分县分类面积统计。图1 地表覆盖变化监测技术流程图3 监测实施3.1 数据预处理1）TM影像预处理2008年左右TM影像预处理在ERDAS软件下进行。首先将TM 7个波段融合生成一个IMG格式文件，然后采用2000年三江源区 TM影像作为基准影像对合成的IMG格式影像文件进行几何纠正。2）2009年影像处理SPOT和 QuickBird影像的格式转换及投影转换。3）其他资料处理三江源区土地调查数据统一转换为SHP格式，并将所有土地调查数据和2006年三江源区“黑土滩”型退化草地本底调
6、查数据均按行政乡（镇）为单位进行裁切整理、添加投影信息；将三江源区草场数据转为SHP格式。3.2 试点区研究1）分类标准制定2006年三江源区“黑土滩” 型退化草地本底调查内业监测代码是在国土资源部2001.8.21颁发 国土资发（2001）255号 ，自2002年1月1日起试行的 土地分类基础上，结合三江源自然保护区的土地利用情况，初步制定了监测地类及编码，经青海大学牧科院草原学专家修正后最终形成编码表。表1 退化草地分类表编码 名称 含 义141 未退化草甸 以 天 然 草 本 植 物 为 主 ， 未 经 改 良 ， 用 于 放 牧 或 割 草 的 草 地 ， 包 括 以 牧 为 主 的
7、疏 林、 灌 木 草 地142 改良草地 采用灌溉、排水、施肥、松耙、补植等措施进行改良的草地143 人工草地 人工种植牧草的草地,包括人工培植用于牧业的灌木地148 中度退化草甸 原生植被覆盖度75而90的天然草甸草地144 重度退化草甸 原生植被覆盖度60而75的天然草甸草地151 未退化草原 原生植被覆盖度70的高寒草原草地152 中度退化草原 原生植被覆盖度50而70的高寒草原草地153 重度退化草原 原生植被覆盖度30而50的高寒草原草地154 极度退化草原 原生植被覆盖度30的高寒草原草地161 荒漠草原 原 生 植 被 覆 盖 度 30 的 荒 漠 草 原 草 地 （ 可 可 西
8、 里 西 部 和 唐 古 拉 山 乡 ）表2 “黑土滩” 型退化草地分类表编码 名称 含义145 轻度黑土滩 原生植被覆盖度40而60的天然草甸草地146 中度黑土滩 原生植被覆盖度20而40的天然草甸草地147 重度黑土滩 原生植被覆盖度20的天然草甸草地2）试点区动态监测及野外验证2009年8月至9月以玉树州玉树县为试点区，以行政乡为单位首先进行动态监测工作。在监测过程中对于有判读困难的地区做了标记，2009年9月至10月在玉树州玉树县交通方便的地区进行了野外调查工作，收集了大量的野外调查数据，解答了内业遇到的判读难题。表3 外业调查情况表样点号 221 日期 2010年8月8日 地点 兴
9、海县三维坐标 1000431.0、352334.7 、3259m 植被类型 中度退化草原植被盖度 70% 退化程度 中度 鼠洞密度 鼠害程度 轻度岩性 土质 地貌部位 滩地照片描述 中度退化草原其他3）2004年三江源区黑土滩数据整理整理2006年三江源区“黑土滩”型退化草地本底调查数据，该数据是以2004年左右TM影像为主要数据源监测的，整理完成后，重新统计得出了2004年左右三江源区“黑土滩”型退化草地的面积和分布情况。3.3 野外调查为了提高动态监测的准确性，在整个三江源区交通方便的地区进行了大量的野外调查工作。野外调查时详细记录了采样区植被的类型、植被覆盖度、土质类型、鼠害程度及地理坐
10、标等内容，并且大量拍摄了实地照片。2009年三江源区退化草地和黑土滩野外调查分四期完成：1）2009年9月至10月在玉树州玉树县进行了第一次野外调查。此次外业调查在采集外业样点的同时，完成了监测过程中做了标记的地区的草地退化情况和草地类型的核查。2）2010年8月进行了第二次野外调查，第二期调查范围为果洛全州6个县、黄南州的河南县和泽库县、海南州的同德县和兴海县、玉树州的称多县等地区。3）2010年11月进行了第三次野外调查，第三期调查范围为玉树州囊谦县、治多县、曲麻莱县和可可西里等地区。4）2006年在进行“黑土滩”型本底调查时，在整个三江源区采集了大量的野外数据。野外数据共采集到391个，
11、以下是点位分布图：图2 外业调查点位分布图3.4 监测图谱制作建立监测标志是利用遥感影像进行生态环境监测的最重要环节。同一地区的遥感数据，存在同谱异物和同物异谱的现象，应依据监测区地形地貌特征、辅助资料的参考、外业调查等，建立每一种监测类型的光谱特征图斑，汇总形成监测标志库，消除不同作业人员的对遥感影像识别的差异。监测图谱如下所示：重度退化草地退化程度稍高于轻中度退化草甸，一般与轻中度退化草甸和黑土滩相邻。色调淡红、浅红，纹理基本均匀。地类 重度退化草地（一）位点 玛多说明 一般分布在山坡下部，在平缓丘陵区可达山顶。 色调灰白，斑点状纹理。3.5 动态监测1）退化草地近几十年来由于全球气候变暖
12、、自然灾害等因素，加之人类不合理地开发自然资源，如：超载过牧；滥采乱挖黄金、冬虫夏草等，加速了三江源区生态环境的恶化，大面积草场退化。由于地形地势以及气候等自然条件的限制，人们对生态环境变化的形式及机理认识不清，采用与区情不符的区域社会经济发展模式，致使草地退化问题更为严重。退化草地监测是三江源生态环境监测的主要内容。2）黑土滩“黑土滩”型退化草地是青藏高原特有的一种景观，是荒漠化的一种类型，是草原严重退化的结果。它主要是高寒草甸植被破坏后，引起沙化，直接导致了原生植被逆向演替，使高寒草甸草地生草层秃斑化，呈现为次生杂毒草化或裸地。“黑土滩”型退化草地植物学成分表现为；优良牧草减少，杂类草和毒
13、害草大量滋生，草土比值明显减少；景观特征表现为：生草皮剥落、土壤裸露，形成秃斑地，植被盖度呈减少趋势，表现为斑块镶嵌的空间特征。“黑土滩”型退化草地成因复杂，主要是过度放牧、鼠虫危害、风蚀冻融、水蚀和人为破坏等。其在不同季节的表现很特殊，在春夏季节，“黑土滩”型退化草地大部分地区为长势很好的毒害草、并开有很好看的小花，这时候的“黑土滩”其草长的比草场还要好，只是不能被用于畜牧业。在影像上很难用色彩加以区分。在冬秋季节，草场表现为黄色的草皮，而这时的“黑土滩” ，由于毒害草枯莠，只留下细高的草杆、地表的黑土显现出来，此时的“黑土滩”特征很明显。图3 黑土滩夏、冬季表现3）2004年和2009年三
14、江源区退化草地和黑土滩监测以三江源区土地调查数据为基础，以此确定为草地类的草地为监测范围，SPOT和QuickBird影像为数据源， TM影像为参考影像，以2006年三江源区“黑土滩”型退化草地本底调查数据为参考数据，以行政乡为单位，监测2009年整个三江源区退化草地和黑土滩的分布情况。以2004年左右TM影像为数据源，在2006年三江源区“黑土滩”型退化草地本底调查数据基础上，对2004年三江源区退化草地的分布情况作详细的监测。内业监测完成后，参考野外采点数据对室内监测成果进行调整。监测细则如下： TM参考影像波段组合为：4、3、2；该组合地物影像丰富，鲜明、层次好。植被以红色显示，有利于植
15、物分类和水体的判别，主要用于“黑土滩”及其他退化草地的监测。 最小图斑面积为1500平方米； 为提高精度，监测时视图比例尺必须大于1：25 000。 监测图斑边界靠近河流和道路等线状地物时，直接拷贝土地调查数据时矢量结果。4）三江源区湖泊变化动态监测三江源区不同时相动态监测得到的湖泊数据，对湖泊水域面积及体积的监测能够综合历史和现有的影像数据、矢量数据以及统计数据，将湖泊的水域变化客观、科学的展现出来，从而达到动态监测的目的，能够为流域生态环境保护和综合治理提供技术支持，从而达到辅助决策的目的。3.6 生态环境监测成果基于各时期监测的居民地、耕地、林地、草地等各类型地表覆盖数据信息，）建立居民
16、地、耕地、林地、草地等各类型地表覆盖时间序列模型，分析地表覆盖的增长（或减少）规律；建立居民地、耕地、林地、草地等各类型地表覆盖增长（或减少）的空间布局模型，分析地表覆盖的增长（或减少）的空间布局特征。统计各类型地表覆盖类型的转化数据信息，建立地表覆盖类型转化模型，分析地表覆盖类型转化规律。基于河流、湖泊、水库的动态监测信息，结合气候变化信息以及土地利用变化信息，建立河流、湖泊、水库等水系的动态空间分布模型，模拟各类水系的动态空间变化；提取各类型水系的变化特征，建立河流缩短与断流、湖泊面积减少、水库库容量减少等状态模型，预测河流、湖泊、水库的未来空间分布状态。下面是三江源生态环境地理国情监测研
17、究形成的成果：图4 植被变化趋势图（从深绿色到淡粉色表示草地退化程度从逐步改善到持续退化）图5 湖泊变化趋势图（图中红色的表示消失湖泊位置，蓝色表示新增湖泊位置）图6 理论载畜量变化趋势图（背景色从淡到浓表示产草量从多到少）图7 监测区草地退化动态变化统计图4 结束语地理国情监测是利国利民的大事，目前地理国情监测与统计分析还存在以下几方面问题：一是地理国情监测与统计工作尚未引起广泛的关注，面向国家重大项目和工程的监测还未展开，统计分析成果对外服务和共享还比较薄弱，还没有实现跨部门的共享，对政府其他部门和社会公众的服务也才刚刚起步。二是由于部门利益，已开展的专业监督结果不一致，缺乏准确性、客观性
18、和权威性，缺乏无部门利益的第三方验证，测绘部门作为基础测绘的组织者和实施者可以发挥专业监督的作用。参考文献：1 彭望，白振平，刘湘南，等.遥感概论M.北京：高等教育出版社，2002.2 阎守邕，刘亚岚，魏成阶，等.遥感影像群判读理论与方法M.北京：海洋出版社，2007.3 赵英时，等.遥感应用分析原理与方法M.北京：科学出版社，2003.4 肖鹏峰, 冯学智,等.高分辨率遥感图像分割与信息提取M.北京：科学出版社，2012.5 孙显，等.高分辨率遥感图像理解M.北京：科学出版社，2011.6 党安荣，等. ERDAS IMAGINE遥感图像处理教程M.北京：清华大学出版社，2010.7 杨昕，等. ERDAS遥感数字图像处理实验教程M. 北京：科学出版社，2009.8 周成虎，骆剑承，等. 高分辨率卫星遥感影像地学计算M.北京：科学出版社，2009.9 关泽群，刘继琳，等. 遥感图像监测M.武汉：武汉大学出版社，2007.10 贾永红. 多源遥感影像数据融合技术M.北京：测绘出版社，2005.11 李朝锋，曾生根，许磊，等. 遥感图像智能处理M.北京：电子工业出版社，2007.
