一種大尺度植被退化區(qū)域遙感識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種大尺度植被退化區(qū)域遙感識(shí)別方法，包括以下步驟：1）獲取MODIS時(shí)間序列植被指數(shù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)集MOD13Q1，并進(jìn)行格式與投影轉(zhuǎn)換；2）對(duì)MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行鑲嵌拼接與裁剪，將16dNDVI數(shù)據(jù)合成為月NDVI值；3）利用均值法獲取逐年平均的NDVI數(shù)據(jù)；4）對(duì)時(shí)間自變量和NDVI因變量數(shù)據(jù)，采用最小二乘法進(jìn)行趨勢(shì)分析；5）利用Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法判斷趨勢(shì)的顯著性；6）將趨勢(shì)分析結(jié)果與顯著性檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行疊加分析，得到像元尺度上的NDVI變化趨勢(shì)數(shù)據(jù)，并將結(jié)果劃分為嚴(yán)重退化區(qū)、輕微退化區(qū)、穩(wěn)定區(qū)、輕微改善區(qū)與顯著改善區(qū)；7）基于ArcGIS空間分析功能，統(tǒng)計(jì)各變化分區(qū)空間分布及面積比例，同時(shí)還可與交通網(wǎng)、人口分布及土地利用等外來(lái)干擾進(jìn)行驅(qū)動(dòng)因素分析。
【專利說(shuō)明】一種大尺度植被退化區(qū)域遙感識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用長(zhǎng)時(shí)間序列MODIS遙感數(shù)據(jù)，基于ENVI圖像處理軟件及ArcGIS空間分析軟件識(shí)別大尺度植被退化區(qū)域的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]植被作為陸地上主要的土地覆被類型，是連接大氣、土壤與水體的自然紐帶，在水土保持、物質(zhì)與能量循環(huán)及維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定方面具有十分重要的作用。而快速、準(zhǔn)確、客觀地識(shí)別大尺度植被退化區(qū)域，可以為有針對(duì)性地采取相應(yīng)的方案與措施提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)也可以為氣候變化與人為干擾背景下的正負(fù)反饋與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)提供技術(shù)支持。傳統(tǒng)的研究方法大多為實(shí)地考察，這種方法耗時(shí)長(zhǎng)、效率低，尤其不適宜大中尺度長(zhǎng)期的植被動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)、退化追蹤與定量分析。而當(dāng)前，基于遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)區(qū)域尺度植被動(dòng)態(tài)已成為全球變化研究的重要領(lǐng)域。歸一化植被指數(shù)(NDVI)是評(píng)估植被狀況的最有效參數(shù)之一，能很好地反應(yīng)植被生長(zhǎng)狀態(tài)和植被覆蓋度，也是衡量區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要信息。同時(shí)，覆蓋范圍廣、時(shí)間分辨率高并且獲取免費(fèi)的M0DIS/NDVI產(chǎn)品，為區(qū)域尺度植被長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了可靠的數(shù)據(jù)源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是基于長(zhǎng)時(shí)間序列MODIS遙感數(shù)據(jù)，經(jīng)專業(yè)軟件處理與趨勢(shì)分析，從而快速、準(zhǔn)確、客觀地識(shí)別大尺度植被退化區(qū)域。
[0004]本發(fā)明以250m的M0D13Q1 (NDVI產(chǎn)品)為數(shù)據(jù)源，通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理獲得區(qū)域多年年均NDVI時(shí)間序列，采用最小二乘法趨勢(shì)分析和Mann-Kendall檢驗(yàn)方法，判斷植被覆蓋變化趨勢(shì)特征，具體步驟如下:
[0005]步驟一數(shù)據(jù)下載與預(yù)處理
[0006]1)下載覆蓋區(qū)域的MODIS時(shí)間序列植被指數(shù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)集M0D13Q1 (空間分辨率為250m，時(shí)間分辨率為16d)，并利用MRT軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換與投影轉(zhuǎn)換(Hdf格式轉(zhuǎn)換為Geotiff 格式，Sinusoidal 投影轉(zhuǎn)換為 WGS84/Albers Equal Area Conic 投影)；
[0007]2)應(yīng)用ENVI軟件對(duì)MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行鑲嵌拼接，并利用研究區(qū)矢量文件生成感興趣區(qū)進(jìn)行裁剪，獲得時(shí)間序列M0DIS/NDVI數(shù)據(jù)集。再運(yùn)用公式(I)最大值合成法(ENVI/bandmath)將16d NDVI數(shù)據(jù)合成為月NDVI值，以消除云、霧、太陽(yáng)高度角等因素的影響。
[0008]b=bl X (I^geb2)+b2 X (I^gtb1) (1)
[0009]3)在ArcGIS平臺(tái)下，利用均值法獲取逐年平均的NDVI數(shù)據(jù)，代表年度植被生長(zhǎng)狀況，為植被覆蓋趨勢(shì)分析提供數(shù)據(jù)。
[0010]步驟二趨勢(shì)分析及顯著性檢驗(yàn)
[0011]4)對(duì)時(shí)間自變量和NDVI因變量數(shù)據(jù)，采用最小二乘法，在ArcGIS下利用公式(2)計(jì)算數(shù)據(jù)集中各像元的NDVI與時(shí)間的回歸斜率，公式如下:[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種大尺度植被退化區(qū)域遙感識(shí)別方法，其特征在于基于長(zhǎng)時(shí)間序列MODIS遙感數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理獲得區(qū)域多年年均NDVI時(shí)間序列，采用最小二乘法趨勢(shì)分析和Mann-Kendall顯著性檢驗(yàn)方法,判斷植被覆蓋變化趨勢(shì)特征,具體步驟如下: 步驟一、下載獲取MODIS時(shí)間序列植被指數(shù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)集M0D13Q1，并經(jīng)MRT軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換與投影轉(zhuǎn)換，將Hdf格式轉(zhuǎn)換為Geotiff格式，將Sinusoidal投影轉(zhuǎn)換為WGS84/Albers Equal Area Conic 投影； 步驟二、應(yīng)用ENVI軟件對(duì)MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行鑲嵌拼接與裁剪，再運(yùn)用最大值合成法將16d NDVI數(shù)據(jù)合成為月NDVI值； 步驟三、在ArcGIS平臺(tái)下，利用均值法獲取逐年平均的NDVI數(shù)據(jù)，為植被覆蓋趨勢(shì)分析提供數(shù)據(jù)； 步驟四、對(duì)時(shí)間自變量和NDVI因變量數(shù)據(jù)，采用最小二乘法在ArcGIS下進(jìn)行趨勢(shì)分析； 步驟五、利用Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法判斷趨勢(shì)的顯著性； 步驟六、將趨勢(shì)分析結(jié)果與顯著性檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行疊加分析，得到像元尺度上的NDVI變化趨勢(shì)數(shù)據(jù)； 步驟七、基于ArcGIS空間分析功能，統(tǒng)計(jì)各變化分區(qū)空間分布及面積比例，同時(shí)還將交通網(wǎng)、人口分布及土地利用作為外來(lái)干擾進(jìn)行驅(qū)動(dòng)因素分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺度植被退化區(qū)域遙感識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟四中采用最小二乘法進(jìn)行植被變化趨勢(shì)分析，若斜率>0，則表示NDVI的變化趨勢(shì)是增加的，反之則是減少的，即為退化區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺度植被退化區(qū)域遙感識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟五利用Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法判斷趨勢(shì)的顯著性為根據(jù)在0.05置信水平上的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果劃分為變化顯著與變化不顯著，其中當(dāng)/>1.96或Z〈-l.96時(shí)，表示變化顯著，當(dāng)-1.961.96，表示變化不顯著。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺度植被退化區(qū)域遙感識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟六將趨勢(shì)分析結(jié)果與顯著性檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行疊加分析，并將所述疊加分析的結(jié)果劃分為嚴(yán)重退化區(qū)、輕微退化區(qū)、穩(wěn)定區(qū)、輕微改善區(qū)與顯著改善區(qū)。
【文檔編號(hào)】G06K9/00GK103778241SQ201410046570
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月10日
【發(fā)明者】湯旭光, 李恒鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所