天山北坡典型草地退化特征高多光谱解译及其智能化分类体系构建

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1、DissertationfortheDoctoralDegreeofPhilosophyStudyonhyper／multispectralfeatureinterpretationoftypicaldegradedgrasslandandestablishingintelligentclassificationsysteminNorthernTianshanMountainYurongQIANrong1SupervisedbyProfessorJianlongLISchoolofLifeSciences，NanjingUniversityMay,2010南京大学博士学位

2、论文天山北坡典型草地退化特征高(多)光谱解译及其智能化分类体系构建毕业论文题目：丕当皇垦遮甚型芏些堡垡盐堑高(垒)出迸鲤至丛甚堑宣垦垡金差筮邀盘————————一YIII12lU3l7Ul1I14I17U11II生堑鲎(生查堂2专业2QQZ级博士生姓名：垡直蓥指导教师(姓名、职称)：奎建蕉塾撞!擅昱摘要草地资源是全球陆地绿色植物资源中面积最大的一类再生性自然资源，我国是世界上第二大草地资源国，它在生态功能上有调节气候、保持土壤水分、减少水土流失、促进生态平衡的作用，是构建区域生态安全的主体生态屏障，在经济上它是畜牧业发展的基础和支柱，在国民经济中具有十分重要的地位。近年来

3、，由于生态环境恶化、草地资源大面积遭到人为破坏而导致土地荒漠化和大量贫困人口产生，对西北干旱区荒漠草地的研究有着重要的生态学意义和现实意义。随着植被高(多)光谱分析技术的深入和3S(RS、GPS和GIS)综合分析技术的日渐成熟，草地遥感的研究将变得越来越深入、广泛和精确，大面积、多年间的草地动态监测已成为趋势，草地退化监测的数字化、智能化的处理加工方法和工具不断涌现，结合天地资料建立草地动态监测模型，对区域草地生态安全和草畜平衡具有重要指导作用。本研究在李建龙教授主持的国家高科技(863计划)专题项目(2007AAl02231)“典型草畜动态信息及其退化特征高(多)光谱遥

4、感快速监测关键技术研究”的资助下，以天山北坡东段典型干旱半干旱地区阜康地区为研究区，以高、多光谱数据特征的挖掘为目的，提取了不同草种和草地类型的高、多光谱特征，一方面，基于不同季相、不同草种的地面高光谱信息，进行了高光谱的植被特征提取和荒漠草地种类的智能化分类研究；另一方面，在对遥感图片进行辐射校正和几何校正的基础上，进行了基于专家知识的草地类型进行了分类研究，定量分析了1990～2008年间研究区荒漠草地植被的时空分布特征及草畜平衡状态。本研究的主要工作及结论如下：1．通过对荒漠草地典型植被的不同季相高光谱谱线的特征提取可以发现，荒漠植被虽然也具有红边和绿峰等绿色植被所

5、特有的谱线特征和规律，但是枝叶稀疏、覆盖度较低的荒漠植被光谱受下垫面影响，具有如下光谱特征：不具有明显绿峰，红边特征也随南京大学博士学位论文天山北坡典型草地退化特征高(多)光谱解译及其智能化分类体系构建着植被盖度的降低而减弱。2．对荒漠土壤的高光谱数据和SOC、TN含量进行Haar-CWT的小波分析，显著提高了土壤SOC和TN成分与高光谱谱线的相关系数，并且一阶导数光谱的小波系数与SOC在2300nm的决定系数高达0．95，拓宽了使用小波分析技术来进行基于高光谱数据的数据挖掘渠道。3．选择具有代表性的植被光谱特征参数作为输入数据，以植被类型作为输出数据，构建合理、高效的基

6、于BP神经网络模型的典型荒漠草地分类器，分别进行了单变量特征参数、组合变量特征参数和连续窄波段光谱导数的草地类型分类研究，结果表明：以20nm的窄波段光谱作为BP网络输入值进行草地分类的结果精度最高。4．分析了小尺度下荒漠草地的RGB颜色模式特征，构造]'RGB颜色判别决策树来计算植被的覆盖度，并将算法实现于Matlab7．0平台上，构建了可视化的应用软件产品，方便了草原实地调查工作。与针刺法相比，该方法计算得到的植被覆盖度最大偏差绝对值不超过5％，精度在95％以上。5．利用NDVI灰度值结合DEM高程信息，辅助影像空间分布特征和纹理特征进行基于专家知识的决策树分类研究，

7、该分类方法以干旱半干旱区草地类型为中心目标进行地物类型的划分，与传统的非监督分类方法相比，总分类精度提高T37．4％，kappa系数提高了78％。6．采用1990年、1999年和2008年同时相TM／ETM+遥感影像，经辐射校正和几何校正后，结合数字高程数据和地物光谱特征分析结果，采用专家知识分类决策树，提取分析了研究区内平原荒漠草地、农田、山前荒漠、温性草甸和高寒草甸在近20年间内的时空变化特征。7．根据气象、年鉴、前人研究结果和遥感资料，估测了1990年、1999年和2008年的研究区牧草产量和草畜平衡状态，随后分析了阜康