基于3S技术闽江流域生态公益林体系高效空间配置研究

论文摘要

本文通过对闽江流域自然条件和社会经济状况以及生态公益林体系建设的资料收集，运用3S技术，辅以外业调查来获取研究数据。在分析闽江流域土地利用现状和动态变化的基础上，以防止水土流失和水源涵养为目标，分别研究探讨闽江流域生态公益林体系最佳森林覆盖率，根据两个目标的研究结果综合确定闽江流域生态公益林体系最佳森林覆盖率。将定量分析与定性评判相结合来构造层次分析的判断矩阵，确定闽江流域生态公益林体系最佳森林类型结构比例，并进行生态公益林空间分布规划，为合理经营管理闽江流域生态公益林提供了技术支持和理论保证。主要研究结果如下： (1) 森林类型专题信息提取影响因素较多，基于光谱特征，对光谱特征差异较大的森林类型信息提取可用专家分类知识库，建立分类模型，选取适当的光谱阈值，结合分层分类法对闽江流域森林类型进行划分。对光谱值较为接近的森林类型采用监督分类方法实现专题信息的提取，对局部区域采用人机交互目视解译，以提高分类精度。分类结果1986年林地分类精度为81.3％，有林地分类精度为79.5％，2003年林地分类精度达86.7％，有林地分类精度为87.3％。 (2) 在1986年～2003年间，闽江流域生态公益林林地利用变化总体上呈现为杉木、马尾松、混交林与竹林面积增加，灌木林与经济林面积减少的趋势，其中以马尾松面积增幅最大。闽江流域生态公益林动态变化的主导因素是阔叶树、杉木、马尾松与针阔混交林之间的相互转化，其它森林类型变化相对较小。 (3) 首次在植被盖度反演模型中引入可见光植被指数(VARI)，有效地提高了反演模型的拟合精度，模型相关系数为0.868。经模外数据验证，总体精度达到83％。 (4) 利用ARCVIEW软件的空间分析、水文分析等扩展模块，采取权重距离递减法(IDW)进行降雨线的内插处理，获取闽江流域各季度的降雨量，结合闽江流域内多年实测的各月降雨量，将多年季度平均降雨量数据修正到各月份，经实测数据验证，总体精度高达97％。这表明了区域降雨量是相对稳定的，可以利用正式出版图件来获取相关的气象水文资料，解决了此项数据获取困难之难题。 (5) 首次提出63％的森林覆盖率为闽江流域生态公益林体系最佳森林覆盖率。这主要是基于闽江流域生态公益林以防止土壤侵蚀为目标的最佳森林覆盖率约为

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 生态公益林体系空间配置的研究现状、存在问题
• 1.2.1 国内外生态公益林体系空间配置研究现状
• 1.2.1.1 空间配置对森林保持水土功能发挥的影响研究
• 1.2.1.2 空间配置对森林水源涵养功能发挥的影响研究
• 1.2.2 生态公益林空间配置研究存在的主要问题
• 1.3 生态公益林空间配置研究的发展趋势
• 2 闽江流域自然条件和社会经济概况
• 2.1 地形地貌
• 2.2 地质土壤和气候
• 2.3 水文
• 2.4 植被
• 2.5 生物多样性
• 2.6 水土流失状况
• 2.7 森林资源状况
• 2.8 社会经济状况
• 3 研究方案
• 3.1 研究目标
• 3.2 研究内容
• 3.3 研究技术路线
• 3.4 研究方法
• 3.4.1 研究数据资料的获取
• 3.4.2 闽江流域遥感影像图的裁剪
• 3.4.3 DEM数据的裁剪及地形因子的提取
• 3.4.4 数据处理和分析
• 3.4.5 外业调查
• 4 闽江流域土地利用类型及森林资源专题信息提取研究
• 4.1 确定土地利用和森林资源专题分类系统
• 4.2 各专题信息提取的实现
• 4.2.1 土地利用类型专题信息提取
• 4.2.1.1 主要数据源
• 4.2.1.2 土地利用类型专题信息的提取
• 4.2.1.3 闽江流域土地利用面积统计、并生成土地利用现状图
• 4.2.2 森林资源类型专题信息提取
• 4.2.2.1 影像处理技术流程
• 4.2.2.2 专家分类模型的建立
• 4.3 闽江流域森林类型专题信息
• 4.4 生成不同期闽江流域森林类型分布图
• 4.5 本章小结
• 5 闽江流域生态公益林掩膜图的生成
• 5.1 闽江流域生态公益林区划的指导思想
• 5.2 闽江流域生态公益林区划的依据
• 5.2.1 国家生态公益林区划标准
• 5.2.2 福建省生态公益林区划标准
• 5.3 本研究实现对闽江流域生态公益林的区划
• 5.3.1 研究区域生态公益林的区划标准
• 5.3.2 闽江流域生态公益林遥感图像切割各区划条件掩膜图的生成
• 5.3.2.1 确定各区划条件的掩膜图
• 5.3.2.2 生成闽江流域生态公益林掩膜图
• 5.3.3 利用掩膜图切割出各时期的遥感影像的生态公益林区域
• 5.4 本章小结
• 6 闽江流域土地利用现状与动态分析
• 6.1 闽江流域土地利用变化动态监测方法
• 6.2 土地利用变化信息的发现及提取
• 6.3 闽江流域土地利用结构动态变化研究方法
• 6.3.1 土地利用变化的幅度和主要类型
• 6.3.2 土地利用动态转移矩阵及迁移概率模型
• 6.3.3 土地利用动态度
• 6.3.4 区域土地利用程度变化综合指数
• 6.4 闽江流域土地利用结构动态变化分析
• 6.4.1 土地利用变化的幅度和主要类型
• 6.4.2 土地利用动态变化及原因分析
• 6.4.3 土地利用动态度计算与分析
• 6.4.4 区域土地利用程度变化综合指数计算及分析
• 6.5 本章小结
• 7 闽江流域水土流失定量评价及最佳森林覆盖率的确定
• 7.1 水土流失定量评价模型及各因子的选择
• 7.1.1 降雨侵蚀力R值
• 7.1.2 土壤可蚀性因子K
• 7.1.3 LS——地形因子
• 7.1.4 植被盖度与C因子的计算
• 7.1.4.1 植被指数（NDVI）和可见光植被指数（VARI）
• 7.1.4.2 RS与GIS相结合的植被盖度反演模型
• 7.1.4.3 建立闽江流域植被反演模型
• 7.1.4.4 实现闽江流域植被盖度的反演
• 7.1.4.S C-植被管理因子
• 7.1.4.6 P-侵蚀防治措施因子
• 7.1.5 土壤流失量A
• 7.1.6 土壤侵蚀现状
• 7.2 以防止土壤侵蚀为目标确定闽江流域的最佳森林覆盖率
• 7.2.1 森林覆盖率与土壤侵蚀模数的关系研究
• 7.2.2 森林覆盖率变化和土壤侵蚀模数减少量关系的研究
• 7.2.3 森林覆盖率变化和土壤侵蚀模数累积减少量关系的研究
• 7.3 以水源涵养为目标确定最佳森林覆盖率
• 7.3.1 理论依据
• 7.3.1.1 一日最大降水量是造成土壤侵蚀的主要原动力
• 7.3.1.2 土壤总孔隙度是承载降水的主要蓄水库
• 7.3.2 计算方法及数据收集
• 7.3.3 结果分析
• 7.4 综合考虑水源涵养和防止土壤侵蚀功能来确定最佳森林覆盖率
• 7.5 本章小结
• 8 生态公益林体系最优森林类型结构的确定
• 8.1 森林类型与森林水源涵养的关系
• 8.1.1 资料的收集与处理
• 8.1.1.1 径流量和降雨量
• 8.1.1.2 闽江流域生态公益林森林类型面积
• 8.1.2 森林类型结构与森林涵养水源关系分析
• 8.1.2.1 森林类型结构因子与降雨量和径流量的关系研究
• 8.1.2.2 森林类型结构与降雨量和径流量的关系
• 8.1.3 结论与讨论
• 8.1.3.1 森林类型结构与森林涵养水源的关系
• 8.1.3.2 森林类型结构与森林水源涵养功能的关系
• 8.2 最优森林类型组成的确定
• 8.2.1 生态公益林体系不同森林类型的层次分析
• 8.2.1.1 建立递减层次结构
• 8.2.1.2 构造判断矩阵
• 8.2.1.3 层次单排序和一致性
• 8.2.1.4 层次总排序和一致性检验
• 8.2.1.5 最优森林类型组成
• 8.2.2 生态公益林体系最优森林类型组成分析
• 8.3 本章小结
• 9 生态公益林空间格局分析及其优化配置
• 9.1 空间格局分析指标选取
• 9.1.1 景观要素斑块特征
• 9.1.1.1 斑块面积和斑块周长
• 9.1.1.2 斑块平均面积
• 9.1.1.3 最大面积和最小面积
• 9.1.1.4 类斑块面积标准差和变动系数
• 9.1.1.5 景观边缘密度
• 9.1.1.6 平均形状指数
• 9.1.1.7 分维数
• 9.1.1.8 嵌块体的内缘比
• 9.1.2 景观要素空间构型
• 9.1.2.1 景观斑块密度
• 9.1.2.2 破碎度
• 9.1.2.3 景观的分离度指数
• 9.1.3 景观异质性
• 9.1.3.1 香农多样性指数（SHDI）
• 9.1.3.2 优势度指数
• 9.1.3.3 均匀度指数（SHEI）
• 9.2 空间格局动态变化分析
• 9.2.1 景观要素斑块特征
• 9.2.2 景观要素空间构型
• 9.2.3 景观异质性
• 9.3 生态公益林的空间优化配置及评价
• 9.3.1 景观利用的生态规划
• 9.3.2 生态公益林空间分布规划的评价
• 9.3.2.1 规划前后景观异质性的变化
• 9.3.2.2 规划前后景观要素斑块特征的变化
• 9.3.2.3 规划前后各类景观要素空间构型的变化
• 9.4 本章小结
• 10 结论和建议
• 10.1 结论
• 10.2 建议
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 成果清单
• 致谢