论文题目: 森林排列空间结构分形地统计描述及其与热场之间的关系研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 森林经理
作者: 杜华强
导师: 赵宪文
关键词: 森林排列,空间结构,分形,地统计,热场,软件
文献来源: 北京林业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本研究根据遥感数据,归纳了5种具有不同空间构形、空间分布状况的森林地段即块状皆伐地类型、斑块类型、线形类型、树枝类型和面状类型,并把它们定义为森林排列。如何表达不同森林排列空间结构信息,建立空间结构与热场之间的关系,以及它们对森林经营管理的意义是本文主要目的意义所在。在第一部分中,研究着眼于森林排列空间结构信息的数学表达,主要利用分形几何与空间统计学如地统计学、尺度方差分析等的相关原理、方法,分别从森林排列空间破碎特征、多尺度特征、空间异质性、空间构形和分布等几个方面研究了不同森林排列空间结构特征及其差异;第二部分主要从遥感数据中反演了不同森林排列的亮温,并采用分形技术分析了不同森林排列的热场空间分布格局,提出构建热场与空间结构之间的定量关系的思想,然后以空间结构分析的结果为基础,以热场作为一个环境因子,建立了热场与空间结构之间的关系并探讨它们在林业中意义;第三部分以Matlab6.1为平台,设计开发完成了遥感数据分形与地统计分析为主的软件系统的主要部分,将空间统计与分形分析中的复杂算法程序化、可视化。通过大量研究,本文取得了以下一些进展和创新: 1、针对森林排列定义的内涵,采用F1、EPP、IPP和FCP四个森林破碎指数,对不同森林排列空间破碎特征及意义进行了分析评价。 2、掌握了不同森林排列空间等级尺度突变的规律,即块状皆伐地和斑块类型在较小的空间等级尺度上尺度方差变化剧烈;线形排列和面状排列在较大的空间等级尺度上发生突变;树枝排列居于二者之间。指出如把起重要作用的尺度作为一个独立变量引入森林经营的具体实践中的重要性,为进行多层次、多尺度森林经营管理从手段和方法上做了尝试和探索。 3、通过球状模型和指数模型的对比分析表明,指数模型γ（h）=C0+C(1-e-h/a能够更好的用来描述森林排列的空间结构特征。对不同森林排列,模型参数的差异揭示了其空间格局结构的本质区别。对模型参数分析表明,不同森林排列空间异质性尺度具有“斑块状皆伐地类型<斑块排列<线形排列<树枝排列<面状排列”的规律,且空间异质性尺度与尺度方差突变剧烈的尺度基本对应,进一步说明不同排列对生态功能和过程其重要作用的尺度不同。 4、不同森林排列具有分形特征,分形性质客观存在,说明利用分形这一新的非线性理论作为手段描述不同森林排列空间构形、分布及其差异是一条可取的途径。采用并改进盒维数算法和三角棱柱算法两种方法计算了不同森林排列的分形维数,两种算法具有一致的结果即“块状皆伐地>斑块类型>线形>树枝排列>面状排列”的规律。造成不同森林排列分形维数的大小关系的因素包括光谱特征、空间异质性以及空间破碎状况等,说明不同森林排列分形特征形成机制与它们本身的空间结构有关;也说明
论文目录:
独创性声明
摘要
Abstract
1 研究背景和综述
1．1 问题的提出及研究的目的意义
1．2 分形及地统计在遥感应用研究中的现状及潜力
1．2．1 地统计学及其应用
1．2．2 分形及其应用
1．2．2．1 分形概述
1．2．2．2 遥感与分形
1．2．2．3 分形维数测量
1．2．2．4 多重分形分析
1．2．2．5 分形图像模型
1．3 森林排列热场
1．4 选题过程研究的主要内容
1．4．1 选题过程
1．4．2 研究的内容
1．4．3 启发支持本研究的一些观点或研究结果
2 研究数据获取与处理
2．1 研究区选择及数据资料收集
2．2 自然状况概括
2．3 数据预处理与分组
2．3．1 数据预处理
2．3．2 研究数据分组
3 森林排列空间破碎特征
3．1 引言
3．2 破碎指数及其组成
3．3 数据预处理
3．4 森林排列破碎指数计算结果与分析
3．5 小结与讨论
3．5．1 小结
3．5．2 讨论
4 森林排列尺度方差分析
4．1 引言
4．2 尺度方差分析
4．2．1 尺度方差分析原理
4．2．2 尺度方差计算方法
4．3 森林排列尺度方差分析
4．3．1 数据准备
4．3．2 结果与分析
4．4 小结与讨论
5 森林排列空间异质性分析
5．1 概述
5．2 研究方法
5．2．1 区域化变量
5．2．2 变异函数基本理论
5．2．2．1 变异函数定义及计算公式
5．2．2．2 半方差图结构分析
5．2．2．3 半方差图拟合模型
5．2．2．4 半方差函数的各向异性
5．3 森林排列变异函数计算
5．3．1 区域化变量选择与取样方法
5．3．2 计算分析过程及软件实现
5．3．3 计算与模拟
5．3．3．1 块状皆伐地半方差函数计算与模拟
5．3．3．2 斑块排列半方差函数计算与模拟
5．3．3．3 线型排列半方差函数计算与模拟
5．3．3．4 树枝类型半方差函数计算与模拟
5．3．3．5 面状排列半方差函数计算与模拟
5．3．3．6 几点基本认识
5．3．3．7 其他5组数据半方差函数计算与模拟
5．4 森林排列空间异质性特征及比较分析
5．4．1 各向异性分析
5．4．2 空间异质性尺度比较分析
5．4．3 空间异质性程度比较分析
5．4．4 空间异质性组成
5．5 小结与讨论
6 森林排列分形描述
6．1 分形分析原理与方法
6．1．1 分形定义
6．1．2 分形测量
6．1．3 遥感数据分形维数计算方法
6．1．4 遥感数据多重分形分析方法
6．1．5 多重分形参数几何特性及参数意义
6．2 森林排列分形分析
6．2．1 森林排列分形维数计算与分析
6．2．1．1 分形维数计算
6．2．1．2 结果分析
6．2．2 森林排列多重分形分析
6．2．2．1 多重分形参数计算
6．2．2．2 结果分析
6．3 小结与讨论
7 森林排列热场分布及其与空间特征之间的关系探讨与构建
7．1 概述
7．2 热红外遥感图像处理
7．2．1 辐射校正
7．2．1．1 太阳高度角引起的辐射误差校正
7．2．1．2 简单大气校正
7．2．2 辐射增强处理
7．3 亮温反演与标定
7．3．1 亮温反演
7．3．2 亮温标定
7．4 森林排列热场空间特征分析
7．4．1 热场空间分布
7．4．2 热场基本统计特征
7．4．3 热场分形分析
7．4．3．1 森林排列热场曲面分形特征
7．4．3．2 热场剖面分形特征
7．4．4 热场空间特征分析小结
7．5 不同森林排列热场与空间特征之间的关系探讨与构建
7．5．1 热场与空间破碎指数FI之间的关系
7．5．2 热场与空间异质性之间的关系
7．5．2．1 热场与空间异质性尺度之间的关系
7．5．2．2 热场与空间异质性程度之间的关系
7．5．3 热场与分形参数的关系
7．5．3．1 热场与单一分形维数之间的关系
7．5．3．2 热场与多重分形参数之间的关系
7．5．3．3 热场曲(剖)面分形维数与相应排列分形维数之间关系
7．5．4 其他关系
7．6 同一森林排列热场与空间特征之间的关系探讨与构建
7．7 讨论
8 软件实现
8．1 Matlab及程序设计简介
8．1．1 Matlab简介
8．1．2 程序及图形用户界面设计简介
8．2 基于Matlab的遥感数据分形及空间统计分析软件实现
8．2．1 总体设计思路
8．2．2 实现
8．2．2．1 实现过程
8．2．2．2 主要算法技术路线
8．2．2．3 主要函数及其功能
8．3 应用举例
8．3．1 基于分形地统计空间结构分析举例
8．3．2 分形模拟
9 结论、创新点与讨论
9．1 主要结论
9．2 创新点
9．3 讨论
参考文献
作者简介
导师简介
学术论文
致谢
发布时间: 2005-07-12
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