珊瑚礁遙感監(jiān)測(cè)方法研究.pdf

1、在氣候環(huán)境變化和人類(lèi)活動(dòng)的雙重影響下，全球珊瑚礁正面臨著嚴(yán)重的危機(jī)，有可能成為第一個(gè)因全球變暖而消失的生態(tài)系統(tǒng)。遙感技術(shù)可以快速、大面積、周期性地獲取全球范圍內(nèi)珊瑚礁的各類(lèi)信息，已經(jīng)發(fā)展成為珊瑚礁調(diào)查和監(jiān)測(cè)的主要手段。為了更有效地保護(hù)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)，研究適用于我國(guó)珊瑚礁遙感監(jiān)測(cè)的技術(shù)與方法，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文以廣東徐聞珊瑚礁保護(hù)區(qū)為研究區(qū)域，開(kāi)展珊瑚礁水下地形遙感反演、底質(zhì)光譜特征分析、珊瑚信息提取、健康狀態(tài)變化檢測(cè)等

2、相關(guān)技術(shù)研究。主要結(jié)果如下:
　　(1)基于研究區(qū)TM遙感影像和水深數(shù)據(jù)，建立了珊瑚礁區(qū)水下地形的遙感反演模型?；谒罘囱輰?zhuān)題圖，結(jié)合珊瑚礁生態(tài)地貌特點(diǎn)，初步劃分了珊瑚礁水下生態(tài)帶。通過(guò)遙感解譯從更宏觀的角度描述了珊瑚礁水下地貌概況，表明了水深遙感方法在珊瑚礁區(qū)水下地形反演中的可行性。
　　(2)通過(guò)對(duì)珊瑚礁不同底質(zhì)的光譜測(cè)量與特征分析，研究發(fā)現(xiàn)各類(lèi)底質(zhì)光譜反射率總體上呈現(xiàn)出一個(gè)高反射區(qū)(400～580nm)、快速衰減區(qū)(

3、580～740nm)和一個(gè)低反射區(qū)(740～900nm)，不同的底質(zhì)光譜之間存在特征差異，且底質(zhì)光譜反射率受到水深和水質(zhì)環(huán)境的影響較大。對(duì)比野外實(shí)驗(yàn)采集的五種珊瑚優(yōu)勢(shì)種的光譜反射率，研究發(fā)現(xiàn)不同珊瑚優(yōu)勢(shì)種之間光譜特征存在明顯差異。同一種珊瑚在健康與白化兩種狀態(tài)下光譜之間也存在明顯差異，通過(guò)光譜的一階微分處理可以更清晰地發(fā)現(xiàn)這些差異。而對(duì)于同屬不同種的珊瑚而言，其光譜差異非常細(xì)微，光譜可分性較差。通過(guò)對(duì)ETM+、QuickBird、IKO

4、NOS和SPOT5等幾類(lèi)常用的傳感器進(jìn)行光譜響應(yīng)分析，結(jié)果表明:對(duì)于簡(jiǎn)單的底質(zhì)粗分類(lèi)，這幾種傳感器都能夠有效發(fā)揮作用;而對(duì)于更細(xì)致的底質(zhì)精分類(lèi)，則需要借助高光譜資料進(jìn)行更深入的分析。光譜測(cè)量與分析為遙感監(jiān)測(cè)工作的后續(xù)開(kāi)展提供了光譜學(xué)基礎(chǔ)，也為遙感數(shù)據(jù)源選擇和底質(zhì)分類(lèi)提供了依據(jù)。
　　(3)通過(guò)研究珊瑚信息提取方法，在水深反演基礎(chǔ)上提出利用礁盤(pán)水深識(shí)別模型來(lái)提取大型礁盤(pán)信息。結(jié)果表明:應(yīng)用該模型能夠提取出潛在的大型礁盤(pán)信息，但是受模

5、型精度的影響對(duì)一些礁盤(pán)存在誤判情況，結(jié)合野外調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)一步檢驗(yàn)，能夠更準(zhǔn)確地識(shí)別大型礁盤(pán)?；诘踪|(zhì)光譜特征，應(yīng)用高空間分辨率QuickBird影像對(duì)珊瑚礁底質(zhì)進(jìn)行粗分類(lèi)研究，采用監(jiān)督和非監(jiān)督分類(lèi)分別提取出珊瑚信息，并作對(duì)比分析。分析結(jié)果表明:提取的珊瑚主要分布于近岸1km附近的區(qū)域，水深2m以淺范圍;監(jiān)督分類(lèi)提取珊瑚信息的精度約為71％，高于非監(jiān)督分類(lèi)的精度。受水深和遙感數(shù)據(jù)影響，底質(zhì)信息提取的精度還有待進(jìn)一步提高，研究工作初步建立起了

6、珊瑚礁淺海底質(zhì)信息提取的思路和方法，為后續(xù)的研究提供了參考。
　　(4)基于珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的空間特征，研究基于多時(shí)相影像空間統(tǒng)計(jì)的變化檢測(cè)方法，利用該方法識(shí)別出珊瑚礁健康狀態(tài)發(fā)生變化的區(qū)域。論文對(duì)研究區(qū)2004、2007和2010年三景TM影像資料進(jìn)行空間局部自相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明:三個(gè)不同年份局部區(qū)域表現(xiàn)出了較為明顯的空間統(tǒng)計(jì)變化特征，空間低值聚集區(qū)和高值聚集區(qū)變化較為明顯，反映出了2004～2010年研究區(qū)范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的總

7、體變化趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)2004～2010年間的4個(gè)野外調(diào)查樣方資料進(jìn)行分析，對(duì)其空間統(tǒng)計(jì)上的變化趨勢(shì)進(jìn)行了遙感解譯，結(jié)果證實(shí)了變化檢測(cè)方法的有效性。此外，受連續(xù)多年的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)影響，近岸海域覆蓋了大量的死亡珊瑚碎片和泥砂混合物，空間統(tǒng)計(jì)分析上近岸區(qū)域表現(xiàn)為明顯的同質(zhì)性增強(qiáng)趨勢(shì)，表明了珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)受臺(tái)風(fēng)災(zāi)害影響較明顯。該變化檢測(cè)方法具有對(duì)深度、水體等不太敏感的優(yōu)點(diǎn)，降低了實(shí)際應(yīng)用難度，為珊瑚礁遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)新的思路。
　　本文研究