CN110659838A - 基于遥感和gis生态环境质量评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于遥感和GIS生态环境质量评估方法，涉及生态环境检测技术领域。本发明包括以下步骤：SS001测定区域原始资料及最新资料的获取：首先通过互联网数据库获取测定区域Landsat影像原始影像及MODIS影像原始影像，并将其下载并保存，通过美国NASA陆地卫星Landsat8进行测定区域Landsat影像最新影像及MODIS影像最新影像的获取。本发明通过遥感和GIS技术的相互配合，选取生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地胁迫指数、污染负荷指数五个指标进行生态环境状况指数模型的构建，从而可以对测定区域原始及最新的生态环境质量进行评价，并分析测定区域生态环境质量的时空分布变化以及主要影响因素，从而使得国家可以合理且有效的对生态环境进行保护和治理。
Description
技术领域
本发明属于生态环境检测技术领域，特别是涉及基于遥感和GIS生态环境质量评估方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展、科学技术的全面进步，人类的物质生活发生了很大的变化，但是生态环境***所承受的压力也越来越大，可持续发展战略越来越受到人们的重视。近年来生态破坏所引发的灾害频发、生物多样性丧失和酸雨蔓延等问题已经对人类生存发展构成极大的威胁。相对于其他发达国家，中国面临的生态环境问题尤为严重。中国自改革开放以来经济发展十分迅速，但是生态环境也遭到严重的破坏。一个国家、一座城市的整体生态环境质量，对其社会的经济发展和人们的生活质量产生着不可忽视的影响。随着现代科学信息技术和生态环境质量研究的不断发展，遥感技术和地理信息***技术正逐渐广泛和深入地应用到生态环境研究领域。遥感技术能够满足较大范围内高效监测的要求，可以为整个研究区域的生态环境质量状况与变化提供科学的依据，地理信息***技术可以分析评价研究区域的生态环境状况，借此可以对研究区的各项生态环境保护措施实施情况进行有的放矢的监测和掌控，为有关部门制定相关的环境保护政策措施提供了重要的参考依据。
国外对于生态环境质量的研究开始于欧美及澳大利亚等发达国家。由最初的对环境污染因子的监测发展到从生态环境的角度综合考虑环境、资源、经济的问题。20世纪60年代中期，美国首次提出“环境影响评价”的构想，并且制定了世界上最早的环境质量影响评价制度《国家环境政策法》。随后英国、日本等国家也制定了相应的环境质量影响评价制度。我国对于生态环境质量的研究相对较晚。2002年，《环境影响评价法》的颁布标志着我国对于生态环境保护工作的一大突破。。
但是由于我国起步较晚，因而在生态环境质量评估方面略有不足，常常无法按照有效且合理的方法进行生态环境质量的检测，且在对于生态环境质量检测评估的过程中无法有效的根据实际情况进行检测，导致生态环境质量评估的误差较大，精确度较低，无法有效的进行生态环境的治理和保护，使得生态环境的保护和治理受到很大的影响，对国家的可持续发展造成不利的影响，且不能满足国家环保的客观需求。
发明内容
本发明的目的在于提供基于遥感和GIS生态环境质量评估方法，通过遥感和GIS技术的相互配合，选取生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地胁迫指数、污染负荷指数五个指标进行生态环境状况指数模型的构建，从而可以对测定区域原始及最新的生态环境质量进行评价，并分析测定区域生态环境质量的时空分布变化以及主要影响因素，从而使得国家可以合理且有效的对生态环境进行保护和治理。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为基于遥感和GIS生态环境质量评估方法，包括以下步骤：
SS001测定区域原始资料及最新资料的获取：首先通过互联网数据库获取测定区域Landsat影像原始影像及MODIS影像原始影像，并将其下载并保存，通过美国NASA陆地卫星Landsat8进行测定区域Landsat影像最新影像及MODIS影像最新影像的获取，并将其下载并保存，最后，从互联网数据库中查找测定区域污染物排放原始及最新数据、水资源量原始及最新数据以及降雨量原始及最新数据；
SS002数据的处理包括以下步骤：
SS0021：借助ENVI软件，对测定区域原始及最新的Landsat遥感影像数据进行图像处理和分类等操作，得出测定区域原始及最新的土地利用分类数据；
SS0022：借助ArcGIS软件的空间分析和空间叠加分析功能，计算测定区域的各种土地类型面积，采用《生态环境状况评价技术规范》已有的土地类型权重，运用生物丰度指数计算公式，计算出各单独区域的生物丰度指数及总区域的生物丰度指数；
SS0023：利用ENVI软件，对测定区域MODIS数据分别求出原始和最新多个月份的NDVI最大值，并将负值赋值为0，利用MRT工具对MODIS数据进行重新投影为Albert，裁剪出佛山市的NDVI数据，用波段计算器对每个月的最大值求均值，运用植被覆盖指数计算公式，计算出各单独区域的植被覆盖指数及总区域的植被覆盖指数；
SS0024：根据测定区域水资源量原始及最新数据以及降雨量原始及最新数据，运用水网密度指数计算公式，计算出各单独区域的水网密度指数及总区域的水网密度指数；
SS0025：利用植被覆盖指数NDVI来反映土地受胁迫的程度，运用土地胁迫指数计算公式，计算得出测定区域原始和最新两期的土地胁迫指数；
SS0026：根据测定区域污染物排放原始及最新数据，运用污染负荷指数计算公式，计算出测定区域原始和最新两期的污染负荷指数；
SS003测定区域生态环境状况指数的综合分析：根据步骤SS002中所得到的相应指数，运用生态环境状况指数计算公式，计算得出测定区域原始和最新生态环境状况指数，通过比对两者数据，可以得出测定区域生态环境状况的变化。
进一步地，所述步骤SS002中所得到的相应数据均经过归一化处理。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过遥感和GIS技术的相互配合，选取生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地胁迫指数、污染负荷指数五个指标进行生态环境状况指数模型的构建，从而可以对测定区域原始及最新的生态环境质量进行评价，并分析测定区域生态环境质量的时空分布变化以及主要影响因素，从而使得国家可以合理且有效的对生态环境进行保护和治理，同时利用植被覆盖指数的NDVI进行土地胁迫指数的计算，使得测定区域生态环境质量的检测结果更加的精确，且更加的符合生态环境质量检测的实际需求。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明为基于遥感和GIS生态环境质量评估方法，包括以下步骤：
SS001测定区域原始资料及最新资料的获取：首先通过互联网数据库获取测定区域Landsat影像原始影像及MODIS影像原始影像，并将其下载并保存，通过美国NASA陆地卫星Landsat8进行测定区域Landsat影像最新影像及MODIS影像最新影像的获取，并将其下载并保存，最后，从互联网数据库中查找测定区域污染物排放原始及最新数据、水资源量原始及最新数据以及降雨量原始及最新数据；
SS002数据的处理包括以下步骤：
SS0021：借助ENVI软件，对测定区域原始及最新的Landsat遥感影像数据进行图像处理和分类等操作，得出测定区域原始及最新的土地利用分类数据；
SS0022：借助ArcGIS软件的空间分析和空间叠加分析功能，计算测定区域的各种土地类型面积，采用《生态环境状况评价技术规范》已有的土地类型权重，运用生物丰度指数计算公式，计算出各单独区域的生物丰度指数及总区域的生物丰度指数，生物丰度指数计算公式如下：
生物丰度指数＝Abio×(0.35×林地+0.21×草地+0.28×水域湿地+0.11×耕地+0.04×建设用地+0.01×未利用地)/区域面积
式中：Abio是生境质量指数的归一化系数，值为511.2642131067；
SS0023：利用ENVI软件，对测定区域MODIS数据分别求出原始和最新多个月份的NDVI最大值，并将负值赋值为0，利用MRT工具对MODIS数据进行重新投影为Albert，裁剪出佛山市的NDVI数据，用波段计算器对每个月的最大值求均值，运用植被覆盖指数计算公式，计算出各单独区域的植被覆盖指数及总区域的植被覆盖指数，植被覆盖度指数的计算方式如下：
式中：Pi是5-9月象元的NDVI各月最大值的平均值(注：《规范》中建议采用MOD13的NDVI数据，空间分辨率为250m)；n是区域象元数目；Aveg是植被覆盖度的归一化系数，值为0.0121165124；
SS0024：根据测定区域水资源量原始及最新数据以及降雨量原始及最新数据，运用水网密度指数计算公式，计算出各单独区域的水网密度指数及总区域的水网密度指数，水网密度指数的计算公式如下：
水网密度指数＝(Ariv×河流长度/区域面积+Alak×水域面积/区域面积+Ares×水资源量/区域面积)/3
式中：Ariv为河流长度的归一化系数，值为84.3704083981；Alak为水域面积的归一化系数，值为591.7908642005；Ares为水资源量的归一化系数，值为86.3869548281；
SS0025：利用植被覆盖指数NDVI来反映土地受胁迫的程度，运用土地胁迫指数计算公式，计算得出测定区域原始和最新两期的土地胁迫指数，因为NDVI的值范围为-1到1之间，将小于0的值赋值0，据很多专家研究表明NDVI值大于0.2的为植被，值为0或者接近0的值为建筑用地和水域等其它用地，结合《规范》的研究方法和指标，以NDVI数据每个象元大小作为研究单元，将小于0赋值为0的NDVI作出以下计算方法：
土地胁迫指数＝Aero×0.2×(1-NDVI)
式中：Aero为土地胁迫指数的归一化系数，值为236.0435677948；
SS0026：根据测定区域污染物排放原始及最新数据，运用污染负荷指数计算公式，计算出测定区域原始和最新两期的污染负荷指数，污染负荷指数的计算方式如下：
污染负荷指数＝0.25×ACOD×COD排放量/区域年降水量+0.25×ANH3×氨氮排放量/区域年降水量+0.25×ASO2×SO2排放量/区域面积+0.25×ANOX×氮氧化物排放量/区域面积
式中：ACOD为化学需氧量的归一化系数，值为4.3937397289；ANH3为氨氮的归一化系数，值为40.1764754986；ASO2为二氧化硫的归一化系数，值为0.0648660287；ANOX为氮氧化物的归一化系数，值为0.5103049278；
SS003测定区域生态环境状况指数的综合分析：根据步骤SS002中所得到的相应指数，运用生态环境状况指数计算公式，计算得出测定区域原始和最新生态环境状况指数，通过比对两者数据，可以得出测定区域生态环境状况的变化，生态环境状况指数的计算方式如下：
生态环境状况指数＝0.35×生物丰度指数+0.25×植被覆盖指数+0.15×水网密度指数+0.15×(100-土地胁迫指数)+0.10×(100-污染负荷指数)。
其中，步骤SS002中所得到的相应数据均经过归一化处理，归一化处理就是把反映生态环境质量的各个数据通过数据的无量纲化，去一系列数据中的最大值的倒数的100倍，统一到同一个层面上，便于作比较，从而提高数据指数的精确性，且归一化处理的计算公式如下：
归一化系数＝100/A最大值
式中：A最大值为某指数归一化处理前的最大值。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (2)
1.基于遥感和GIS生态环境质量评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
SS001测定区域原始资料及最新资料的获取：首先通过互联网数据库获取测定区域Landsat影像原始影像及MODIS影像原始影像，并将其下载并保存，通过美国NASA陆地卫星Landsat8进行测定区域Landsat影像最新影像及MODIS影像最新影像的获取，并将其下载并保存，最后，从互联网数据库中查找测定区域污染物排放原始及最新数据、水资源量原始及最新数据以及降雨量原始及最新数据；
SS002数据的处理包括以下步骤：
SS0021：借助ENVI软件，对测定区域原始及最新的Landsat遥感影像数据进行图像处理和分类等操作，得出测定区域原始及最新的土地利用分类数据；
SS0022：借助ArcGIS软件的空间分析和空间叠加分析功能，计算测定区域的各种土地类型面积，采用《生态环境状况评价技术规范》已有的土地类型权重，运用生物丰度指数计算公式，计算出各单独区域的生物丰度指数及总区域的生物丰度指数；
SS0023：利用ENVI软件，对测定区域MODIS数据分别求出原始和最新多个月份的NDVI最大值，并将负值赋值为0，利用MRT工具对MODIS数据进行重新投影为Albert，裁剪出佛山市的NDVI数据，用波段计算器对每个月的最大值求均值，运用植被覆盖指数计算公式，计算出各单独区域的植被覆盖指数及总区域的植被覆盖指数；
SS0024：根据测定区域水资源量原始及最新数据以及降雨量原始及最新数据，运用水网密度指数计算公式，计算出各单独区域的水网密度指数及总区域的水网密度指数；
SS0025：利用植被覆盖指数NDVI来反映土地受胁迫的程度，运用土地胁迫指数计算公式，计算得出测定区域原始和最新两期的土地胁迫指数；
SS0026：根据测定区域污染物排放原始及最新数据，运用污染负荷指数计算公式，计算出测定区域原始和最新两期的污染负荷指数；
SS003测定区域生态环境状况指数的综合分析：根据步骤SS002中所得到的相应指数，运用生态环境状况指数计算公式，计算得出测定区域原始和最新生态环境状况指数，通过比对两者数据，可以得出测定区域生态环境状况的变化。
2.根据权利要求1所述的基于遥感和GIS生态环境质量评估方法，其特征在于，所述步骤SS002中所得到的相应数据均经过归一化处理。
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