基于遥感影像的北京市植被覆盖率反演.doc

基于ETM遥感影像的北京市植被覆盖度反演
1 绪论
研究区概况
北京中心位于北纬39度54分20秒,东经116度25分29秒。位于华北平原西北边缘。毗邻渤海湾,上靠辽东半岛,下临山东半岛。北京与天津相邻,并与天津一起被河北省环绕。西部是太行山山脉余脉的西山,北部是燕山山脉的军都山,两山在南口关沟相交,形成一个向东南展开的半圆形大山弯,人们称之为“北京弯”,它所围绕的小平原即为北京小平原。诚如古人所言:“幽州之地,左环沧海,右拥太行,北枕居庸,南襟河济,诚天府之原的海拔高度在20~60米,山地一般海拔1,000~1,500米。
,市区面积12187平方公里,建成区面积1386平方公里。

本研究的研究的是北京市植被覆盖度反演,应选择植被生长的旺季,考虑到北京市的气候和季节,应选择6~10月份之间的数据影响为最合适的。据此,本研究选择的是2009年9月22日的landsat5的TM遥感影像。图1-1图像的示例图:
影像绿地信息明显,有较好的识别效果。基本上满足研究的需要。
1-1 影像数据
研究的意义
植被,包括森林、灌丛、草地和农作物,既是生态系统的主要组成部分,也是生态系统存在的基础,具有截流降雨、减缓径流、防沙治沙、保持水土等功能,联结着土壤、大气和水分等自然过程,在陆地表面的能量交换、生物地球化学循环和水文循环等过程中扮演着重要角色,是全球变化研究中的“指示器”[1]。植被根据生态系统中水、气等的状况,调控其内部与外部的物质、能量交换。植被覆盖与气候因子关系极为密切,研究植被覆盖变化 对气候的影响是气候变化研究的主要内容之一,它影响着土壤湿度、地表温度和地表能量与水的循环。
一个城市的植被覆盖度可以反映一个城市规划的情况,间接的反应一个城市的环境质量,是城市的重要组成部分。城市化的迅速推进,带来了多样化的生态足迹,植被覆盖度,土壤污染率,地表侵蚀率,逐渐成为生态研究的热点,也成为环境保护的重点。
2 基本原理及反演技术流程
植被覆盖度
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。容易与植被覆盖度混淆的概念是植被盖度,植被盖度是指植被冠层或叶面在地面的垂直投影面积占植被区总面积的比例。两个概念主要区别就是分母不一样。植被覆盖度常用于植被变化、生态环境研究、水土保持、气候等方面。
植被覆盖度的测量可分为地面测量和遥感估算两种方法。地面测量常用于田间尺度,遥感估算常用于区域尺度。目前已经发展了很多利用遥感测量植被覆盖度的方法,较为实用的方法是利用植被指数近似估算植被覆盖度,常用的植被指数为NDVI。
象元二分法
像元二分模型是一种简单实用的遥感估算模型,它假设一个像元的地表由有植被覆盖部分地表与无植被覆盖部分地表组成,而遥感传感器观测到的光谱信息也由这2个组分因子线性加权合成,各因子的权重是各自的面积在像元中所占的比率,如其中植被覆盖度可以看作是植被的权重。
下面简单介绍下在像元二分模型的基础上研究的模型:
………………………………………………(2-1)
其中, NDVIsoil 为完全是裸土或无植被覆盖区域的NDVI值,NDVIveg 则代表完全被植被所覆盖的像元的
NDVI值,即纯植被像元的NDVI值。两个值的计算公式为:
………………………(2-3)
……………(2-4)
利用这个模型计算植被覆盖度的关键是计算NDVIsoil和NDVIveg。这里有两种假设:
1)当区域内可以近似取VFCmax=100%,VFCmin=0%。公式(2-1)可变为:
………………………………………………(2-4)
NDVImax和NDVImin分别为区域内最大和最小的NDVI值。由于不可避免存在噪声,NDVImax和NDVImin一般取一定置信度范围内的最大值与最小值,置信度的取值主要根据图像实际情况来定。
2)当区域内不能近似取VFCmax=100%,VFCmin=0%
当有实测数据的情况下,取实测数据中的植被覆盖度的最大值和最小值作为VFCmax和 VFCmin,这两个实测数据对应图像的NDVI作为NDVImax 和NDVImin。
植被指数NDVI
本研究选择NDVI估算植被覆盖度,尽管NDVI增强了近红外与红色通道反射率的对比度,增强了低值部分,导致对少植被区域较高、对多植被取区域较低的敏感度,但有其自身的优点:
NDVI是植被生长状况的最佳因子。
经过比值处理的NDVI可以消除与太阳高度角、地形、云等和大气条件有关的辐射条件变化的影响,使在研究区植被覆盖度提取中的误差一定程度上地减小。
北京市的几种典