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2019Esri开发竞赛ENVI-IDL组作品欣赏——喀斯特山地地区景观健康性评价与分析

(2020-01-08 14:13:58)
标签:

景观健康性评价

遥感生态健康监测

分类: 遥感应用案例

作品单位:贵州大学生命科学学院

小组成员:杨清青 彭海兰 何海降 代磊

指导教师:王志杰 苏嫄

获奖情况:二等奖


一、作品概述


针对贵州省生态环境保护和建设的迫切需求,以及喀斯特地区基于遥感技术进行大尺度、长时间序列的景观生态健康评价研究薄弱的特点,本作品以贵州省贵阳市为研究对象,综合运用遥感、GIS和生态系统健康评价等学科理论和技术构建了遥感技术支持下的喀斯特山地景观生态系统健康评价指标体系,使用VOR生态系统健康度量模型对黔中喀斯特地区进行应用评价。可为贵阳市生态环境保护与综合治理、生态文明建设提供理论依据和技术支持。

本作品主要借助ENVI5.5软件平台空间建模工具,打造“一键式”操作。其过程操作简便,对于运用TOPSOS-VOR模型进行区域生态健康评价的普及应用具有重要的意义


二、作品技术流程


以贵阳市2008年、2013年及2017年的遥感影像作为主要数据源,构建贵阳市近十年来景观生态系统健康评价指标体系和VOR(活力-组织力-恢复力)模型,基于ENVI Modeler建模工具及其他辅助工具,获取贵阳市近十年来景观健康性指数分级图。

2019Esri开发竞赛ENVI-IDL组作品欣赏——喀斯特山地地区景观健康性评价与分析
作品主要技术流程图

三、作品制作过程


3.1 图像预处理


对影像进行辐射定标、快速大气校正、几何校正、图像融合、图像镶嵌与裁剪。对预处理的过程进行建模,以进行高效的预处理。

 

2019Esri开发竞赛ENVI-IDL组作品欣赏——喀斯特山地地区景观健康性评价与分析

图像预处理工作流程


3.2 土地利用分类


以贵阳市Landsat遥感数据为基础,用ENVI进行监督分类得到三年结果图如下。为后期部分指数的计算提供基础数据。

 

2019Esri开发竞赛ENVI-IDL组作品欣赏——喀斯特山地地区景观健康性评价与分析

贵阳市三年土地利用类型结果图

 

3.3 生态健康指标计算


计算了温度、NPPNDVINDBI、景观破碎度指数、生态弹性度、平均斑块面积、景观多样性指数,地形起伏度、地形坡度,这些指标,作为生态健康评价的输入数据。

 

2019Esri开发竞赛ENVI-IDL组作品欣赏——喀斯特山地地区景观健康性评价与分析

生态指标计算


3.4 景观生态健康评价


对指标进行归一化,用VOR模型计算景观健康性指数,从而进行生态健康评价。

ENVI Modeler建模建立VOR评价模型,整体流程包括指标连接、子系统指标主成分分析、子系统归一化、分级。

其中,指标连接子系统包括活力、组织力、恢复力三个子系统;子系统处理是对聚合指标的各个子系统进行波段融合、主成分分析以及等级划分;VOR处理包括子系统波段融合、VOR计算、计算结果归一化、分级和裁剪。将各个子系统的步骤进行建模,最终整体的模型如下图所示,其中,NPP计算和LST计算使用了扩展工具的Task

 

2019Esri开发竞赛ENVI-IDL组作品欣赏——喀斯特山地地区景观健康性评价与分析

图 指标连接、归一化以及命名

 

2019Esri开发竞赛ENVI-IDL组作品欣赏——喀斯特山地地区景观健康性评价与分析

图 健康性公式

 

2019Esri开发竞赛ENVI-IDL组作品欣赏——喀斯特山地地区景观健康性评价与分析

景观生态健康评价模型全貌


3.5 结果分析


得到了活力指数、组织力指数、恢复力指数、稳定性指数。

从图像得知2008年三级活力值均匀分布,2013年三级活力值符合森林植被分布,2017年二级活力值范围扩大且集中在观山湖区、与云岩区。

 

2019Esri开发竞赛ENVI-IDL组作品欣赏——喀斯特山地地区景观健康性评价与分析

图 活力指标结果图

三年的组织力都很高,一、二级组织力主要集中在建设用地与河流,可以直观地看出建设用地面积扩大,森林和草地斑块面积占比较大,对组织力贡献度大。

 

2019Esri开发竞赛ENVI-IDL组作品欣赏——喀斯特山地地区景观健康性评价与分析

组织力指标结果图

三年恢复力在四级以上的面积比例在逐年减少,分别为92.86%87.75%85.94%。这与贵阳市发展有关,建设用地面积逐年增大,人类活动影响加深有关。

 

2019Esri开发竞赛ENVI-IDL组作品欣赏——喀斯特山地地区景观健康性评价与分析

恢复力指标结果图

结合活力、组织力与恢复力,可看出三年的健康性在逐年降低,健康性良好及以上,三年的面积占比分别为:90.22%85.37%65.41%,健康性在较差及以下三年的面积占比分别为7.21%12.55%14.18%。说明从2008年到2017年健康良好面积在下降,非健康面积在上升。

 

2019Esri开发竞赛ENVI-IDL组作品欣赏——喀斯特山地地区景观健康性评价与分析

图 健康性指标结果图


四、作品意义与亮点


1)本作品借助ENVI5.5软件平台空间建模工具,打造景观生态评价“一键式”操作。其过程操作简便,且对于运用VOR模型进行区域生态健康评价的普及应用具有重要的意义。

2)应用遥感数据和生态系统健康学指标实现对生态健康评价中活力、组织力、恢复力等指标的选择和量化,可为其他地区景观生态健康评价体系研究提供借鉴,夯实喀斯特地区在景观尺度下对景观生态系统健康评价研究的基础。

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