基于RS和GIS的植被覆盖度变化监测与动因分析计算机专业.docx

基于RS和GIS的植被覆盖度变化监测与动因分析 摘 要 城市绿地面积的变化直接关系到地区区域环境内气候、水文、土壤等因子的改变。植被覆盖度是衡量地表植被生长状况的重要指标，而植被覆盖度变化监测与其动因分析也是城市生态环境监测的重要组成部分，其方法与结论可谓=为城市的可持续发展提供科学依据。 本次研究获取了重庆市 2001-2016 年的 MODIS 遥感影像数据。在 ENVI 软件平台上，对 MODIS 遥感影像先进行预处理，再通过最大值合成或平均值法得到年 NDVI，最后基于二分模型原理获取植被覆盖度。从时间、空间两个方面分析重庆市植被覆盖变化情况；从自然及社会两方面构建监测与动因分析系统，最后运用多元线性回归、主成分回归方法对植被覆盖度变化动因进行定量分析。得出的结论有：在 2001-2013 年间重庆植被覆盖度呈现稳定上升趋势，但在 2013-2016 年间植被覆盖度出现了下降趋势，且在夏季（6、7、8 月份）植被覆盖度最高，从 9 月份开始直到冬季结束植被覆盖度呈现下降趋势；以山地为主的东北地区植被覆盖度偏高，以丘陵、低山为主的西部及东南地区的植被覆盖度比较低；主城区植被覆盖度最低；降水量对植被覆盖度的影响存在特定的滞后现象，而气温对植被覆盖度的影响不存在这种现象；在植被覆盖度与其动因的定量分析中，环保投资、平均气温 、降水量、日照时数、城镇化率等因素对植被覆盖度变化的影响较强，而总人口、生产总值两个因素对植被覆盖度变化的影响较弱。 关键词：遥感，NDVI，植被覆盖度，变化监测，动因分析，回归分析， ABSTRACT The change of urban green space area is directly related to the change of climate, hydrology, soil and other factors in regional environment. Vegetation coverage is an important index to measure the growth of surface vegetation, and the monitoring of vegetation coverage change and its motivation analysis are also an important part of urban ecological environment monitoring. Its methods and conclusions can be said to provide a scientific basis for the sustainable development of cities. This study obtained MODIS remote sensing data of Chongqing from 2001 to 2016 .The data is then processed to obtain vegetation coverage.The change of vegetation cover in Chongqing was analyzed from two aspects of time and space.Then the driving force index system is constructed from the natural and social aspects.Finally, the quantitative regression model of driving factor and vegetation cover change was constructed by multiple linear regression and principal component regression. The conclusions are as follows:From 2001 to 2013, the vegetation coverage in Chongqing showed a steady upward trend.However, from 2013 to 2016, vegetation coverage decreased.Vegetation coverage is highest in summer.From September to the end of winter, vegetation coverage declined.The vegetation coverage of the northeastern region mainly in mountainous areas is high, but that of the northwest and central areas mainly in hilly and low mountains is low.he vegetation coverage of the main urban area is close to 0. The effect of precipitation on vegetation coverage is lagging behind that of temperature, but there is no such phenomenon. In the quantitative analysis of vegetation coverage and its motivation, environmental protection investment, average temperature, precipitation, sunshine hours, urbanization rate and other factors have a strong impact on vegetation coverage, while the total population and gross product have two factors on vegetation coverage. The influence of coverage change is weak Keywords: remote sensing, NDVI, vegetation coverage, Change monitoring, driver analysis, regression analysis 目录 1.1 研究的背景意义 1 1.2 国内外研究现状 2 1.3研究区介绍 3 1.3.1自然环境介绍 4 1.3.2社会环境介绍 4 1.4研究内容 5 1.5技术路线 5 2.植被覆盖信息提取及其变化分析 6 2.1数据获取 6 2.1.1数据简介 6 2.1.2数据获取 7 2.2数据处理 7 2.2.1数据预处理 7 2.2.2数据合成 9 2.2.3植被覆盖度提取 10 2.3结果分析 15 2.3.1植被覆盖度年变化 16 2.3.2植被覆盖度月变化 16 2.3.3植被覆盖度空间变化 17 3 植被覆盖变化影响因素分析 19 3.1驱动力指标体系 19 3.2自然影响因素 19 3.2.1降水量与植被覆盖的关系 19 3.2.2气温与植被覆盖的关系 20 3.2.3日照时数与植被覆盖的关系 21 3.3社会影响因素 22 3.3.1人口数量与植被覆盖的关系 22 3.3.3城镇化率与植被覆盖的关系 23 3.3.4环保投资与植被覆盖的关系 24 4.驱动力因子与植被覆盖变化的定量分析 25 4.1数据预处理 25 4.1.1方法原理及处理过程 25 4.1.2结果 25 4.2主成分分析 26 4.2.1方法原理及处理过程 26 4.2.2结果 26 4.3多元线性回归 28 4.3.1方法原理及处理过程 28 4.3.2结果 28 5 总结 29 参考文献 30 1 绪论 1.1 研究的背景意义 植被，是覆盖地表的植物群落的总称，是环境的重要组成因子，也是反映区域生态环境的最好标志之一，与人类日常生活息息相关。植被覆盖变化监测是遥感的重要应用领域。植被的光谱特征可使其在遥感影像上有效地与其他地物相区别。同时，不同的植物有其自身的波谱特征，从而成为区分植被类型、长势及估算生物量的依据。掌握植被覆盖变化情况，对于维护区域生态平衡、规划植被种植等工作有着重要的指导作用。而植被覆盖度是指植被 (包括叶、茎、枝)在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比植被覆盖度作为衡量地表植被覆盖的重要指标，其变化信息对土壤侵蚀、生态系统的过程变化等同样具有重要现实意义 人类社会的不断发展，使得城镇化程度不断提升、人口数量不断增加，占据越来越多的土地资源，消耗各种能源产生大量二氧化碳、二氧化硫等，造成各种自然灾害发生……植被可以很好的调节生态平衡，应该增加对植被变化及其变化 原因的研究。此外，随着生产水平的提高，人类开始追求更高质量的生活，也有越来越多的人关注人类赖以生存的环境，人类本能的向往着一个山清水秀、树木茂盛的居住环境，其中的植被覆盖程度是衡量环境的重要指标。早在 1961 年， 世界卫生组织给出了关于居住环境的四个基本理念，分别为：安全、健康、便利、舒适[3]，近几十年来经济快速发展，这四个基本理念已经不能够满足人们日益增长的需求，人们开始向往更耐久、更美观、更接近自然的居住环境，使得关于生态环境的研究成为热点课题。 植被覆盖变化与人类有着密不可分的联系，需要定期监测分析植被覆盖变化的情况，以此为依据开展保护或改善工作，帮助相关部门制定合理的规章政策。植被覆盖变化又与多个因素有关，本文从自然、社会两方面进行植被覆盖度的变化监测与动因分析，通过对植被覆盖变化监测与其动因的分析，知道了可以从哪些方面来改变植被覆盖的程度、分布等。使用传统方法得到植被覆盖变化情况，过程复杂、消耗人力物力较大，具有主观随意性、精度不够。近些年来遥感技术发展迅速，这为植被覆盖的测定带来了一种简单快捷、客观可靠且覆盖面广的新方法。 12 1.2 国内外研究现状 从古代到近代、从国外到国内，关于依附在地表植被的研究一直存在，研究 者们使用不同的工具、不同的方法研究分析植被变化的状况，探寻变化的原因， 努力找出引起植被覆盖变化更全面的影响因素。古诗词中曾描述过植被与风、雨等气象现象的关联，比如唐代诗人白居易写的《观刈麦》中提及到“夜来南风起， 小麦覆陇黄”，唐代诗人杜牧写的《宣州送裴坦判官往舒州时牧欲赴官归京》中也提及到“日暖泥融雪半消，行人芳草马声骄”。由此可见从古代起已经有了关注植被变化、思考植被变化原因的萌芽。在近代，更多使用遥感技术、计算机技术等来研究植被覆盖状况，再依据数学统计分析方法探究植被覆盖度与其驱动因子的关系。 在国外，很早就开始利用卫星拍摄遥感影像监测植被覆盖状况。在二十世纪七十年代，通过分析获取的遥感影像模拟了内布拉斯加地区大面积草地的变动情况，在帮助人们了解草场变化状况的同时也得出该地区的沙漠化程度，相关部门根据得到的成果制定了合理的政策，使草地按照正确的方向发展[4]。国外研究者们不仅利用遥感影像监测了植被覆盖变化情况，还探究了植被覆盖变化与温度、降水等气象因子的相关性。Nieholson S E 及 Sehmidt H 等人都探究了归一化植被指数和降水之间的关系，结果表明无论在时间尺度上还是在空间尺度上，归一化植被指数与降水有着不可忽视的相关性。Kawatabaw A 等利用沙漠和高植被覆盖地区的NDVI 修正 Pathfinder AVH