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高分辨率遥感影像监测河口湿地外来种的方法探讨

作　者: 阳祖涛
导　师: 赵斌
学　校: 复旦大学
专　业: 生态学
关键词: 河口湿地 入侵植物 高光谱 多光谱 面向对象 互花米草 物候
分类号: S451
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


由人类活动所导致的生物入侵是全球变化的重要组成成分。面对生物入侵,土地管理者和生态学家必须解决如何有效地管理外来入侵种并保持土著物种多样性的问题。要妥善解决这个问题,必须首先确定外来种入侵的空间范围,以了解外来种入侵的严重性和强度。然而,由于外来入侵植物扩展速度之快、分布范围之广,野外踏查等传统手段已经远远不能满足为有效控制外来入侵植物扩张提供空间信息支撑的要求。要适时、快速并且大范围地监测外来植物物种,必须借助遥感手段。虽然结合多种类型的遥感数据是遥感解决方案的发展趋势,但是要精确地了解湿地单一外来种的空间分布与精确动态,高空间分辨率遥感影像的利用仍然是较好的解决方案。本研究选择崇明东滩河口湿地为研究区,以互花米草为代表性外来入侵植物,研究如何利用高空间分辨率影像更加精确地监测单一植物种,空间分布范围。由于湿地环境不方便进行光谱测量,在加上周期观测有时候难以保证天气质量,所以本研究首先探讨如何在湿地采用UniSpec-DC光谱辐射计进行有效和方便的光谱测量,为后面的光谱学分析奠定基础；然后根据互花米草与其他两个本地种(芦苇和海三棱藨草)的物候学与光谱学特征进行分析比较,试图寻找在一个生长年度中遥感监测互花米草最好的时期和最佳波段,以及其他具有成功监测互花米草潜力的时期和波段；最后,依据光谱特征差异研究的结果,对高分辨率影像QuickBird监测互花米草的方法进行了分析,主要针对基于像元分类方法和面向对象分类方法,比较它们在不同算法、特征空间以及图像处理技术下的表现与优缺点。本研究发现：1)Unispec-DC光谱辐射计通过双通道同步测量能够有效减弱太阳辐照度强弱变化引起的变异,有利于在湿地环境中方便而准确地测量反射光谱。不过要保证高质量的数据,需要调节仪器使信噪比最大。2)崇明东滩三个优势物种在一个生长年度中反射光谱特征随物候不同而变化,单景图像监测互花米草的最佳时期是5月底到6月初之间,这个时期的最佳波段集中在近红外区域,其次是4月中旬到5月初,以及12月下旬,这个最佳监测波段主要在可见光区域,结合多时相数据则有更多监测方案。3)无论是基于像元分类方法还是面向对象分类方法,均能精确提取崇明东滩互花米草的空间分布信息。面向对象方法能获取最高的分类精度,但需要更多的时间和精力进行图像处理,而基于像元方法则能在快速图像处理的基础上也获取高达90%的分类精度。因此,考虑到时间成本与精度要求,具体应用应视需求而定。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-10
第一章 前言  10-24
  一 滨海/河口湿地外来种入侵  10-11
  二 遥感监测滨海/河口湿地外来植物  11-14
  三 高空间分辨遥感影像监测河口/滨海湿地外来种  14-22
    1 地物光谱特征  15-18
    2 图像获取时间  18-19
    3 图像分类方法  19-22
  四 研究目标、内容与意义  22-24
第二章 材料与方法  24-46
  一 研究地概述  24-26
  二 植物冠层反射率光谱测量  26-34
    1 反射率测量基本原理  26-32
    2 仪器设备  32-33
    3 仪器检测实验设计  33-34
  三 优势植物种反射光谱辨识  34-37
    1 样方设置及数据采集  34-36
    2 数据分析  36-37
  四 高分辨率遥感影像分类  37-46
    1 QuickBird图像预处理  37-38
    2 实地调查  38
    3 植被分类模型  38-39
    4 图像分割  39-40
    5 分类算法  40-42
    6 特征空间  42
    7 多尺度图像分析  42-44
    8 分类效果评估  44-46
第三章 植物冠层反射光谱测量  46-60
  一 实验结果  48-57
    1 天空光辐照度与目标反射辐射度相关性  48-53
    2 信噪比控制  53-57
  二 小结  57-60
第四章 优势植物种反射光谱辨识  60-86
  一 反射光谱及NDVl随物候的变化  62-70
  二 优势植物以及裸地高光谱辨识  70-80
  三 优势植物以及裸地多光谱辨识  80-84
  四 小结  84-86
第五章 高分辨率遥感影像分类方法研究  86-94
  一 研究结果  87-92
    1 分类结果精度评估  87-90
    2 分类算法与多尺度图像分析  90-91
    3 特征空间  91-92
  二 小结  92-94
第六章 总结与展望  94-98
  一 主要结论  94-95
  二 展望  95-98
参考文献  98-106
附录1: 优势植物不同物候期的照片和冠层反射光谱  106-117
附录2: 第5章中各分类模型分类结果  117-124
附录3: 野外植被冠层反射光谱采集的记录表格  124-125
致谢  125-127

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中图分类: > 农业科学 > 植物保护 > 有害植物及其清除 > 杂草
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