專利名稱：草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的遙感定量監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植被覆蓋動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于植被NDVI數(shù)據(jù)的草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的遙感定量監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
植被是陸地表面最突出的土地覆蓋類型，具有明顯的季節(jié)變化與年際變化特征， 其時(shí)空變化在全球能量循環(huán)及物質(zhì)的生物化學(xué)循環(huán)中具有重要的影響，植被覆蓋的變化研究在生態(tài)環(huán)境調(diào)查、水土保持研究、蒸散量研究等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，開展植被時(shí)空演變動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，是評(píng)估生態(tài)保護(hù)措施、環(huán)境管理政策和全球變化研究的重要基礎(chǔ)。 近年來，隨著全球氣候變化及人為因素干擾，我國(guó)北方的草原荒漠化、草地退化現(xiàn)象嚴(yán)重， 利用遙感手段監(jiān)測(cè)草原植被時(shí)空動(dòng)態(tài)變化特征，認(rèn)識(shí)草原植被變化規(guī)律，對(duì)于草原植被生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)及治理具有重要意義。遙感技術(shù)作為一種技術(shù)手段可以長(zhǎng)時(shí)間序列、大范圍的獲取地面植被覆蓋信息。 其中，歸一化植被指數(shù)(Normalized DifferenceVegetation Index, NDVI)是目前應(yīng)用較廣泛的一種植被覆蓋狀況監(jiān)測(cè)指標(biāo)，它消除了大部分大氣、儀器定標(biāo)和地形等對(duì)指數(shù)的影響， 增強(qiáng)了對(duì)植被的響應(yīng)能力。經(jīng)研究，植被NDVI數(shù)據(jù)與植被覆蓋具有很高的正相關(guān)性，NDVI 值越大，植被覆蓋越高，因此，植被NDVI數(shù)據(jù)在一定程度上能夠反映草原植被的覆蓋狀況， 通過研究植被NDVI數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)植被覆蓋的時(shí)空動(dòng)態(tài)研究。而目前國(guó)內(nèi)利用植被NDVI數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化主要分析NDVI平均值變化情況，而未建立多指標(biāo)的定量評(píng)價(jià)方法，這方面研究仍還有限，不能全面、深入、定量地支撐草原植被動(dòng)態(tài)變化特征研究；而國(guó)外開展草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化指標(biāo)監(jiān)測(cè)較少，研究缺少系統(tǒng)性，未能得到很好地應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提高利用植被NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化研究的有效性，克服現(xiàn)有技術(shù)中的定量研究的不足，形成基于植被NDVI數(shù)據(jù)的草原植被覆蓋動(dòng)態(tài)變化遙感定量監(jiān)測(cè)方法。( 二 )技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本專利提供一種草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的遙感定量監(jiān)測(cè)方法，所述方法包括如下步驟步驟Sl 預(yù)先設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份的起始年份作為定量監(jiān)測(cè)草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的時(shí)間范圍；步驟S2 利用植被的歸一化植被指數(shù)NDVI數(shù)據(jù)制作預(yù)設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)每年的 NDVI時(shí)序文件，然后消除NDVI時(shí)序文件的噪聲干擾；步驟S3 在所述消除噪聲干擾后的時(shí)序NDVI文件中，計(jì)算得出植被NDVI數(shù)據(jù)中關(guān)于草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的若干個(gè)指標(biāo)；步驟S4 分別計(jì)算所述若干個(gè)指標(biāo)各自在預(yù)設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)的年際動(dòng)態(tài)變化率；步驟S5 在預(yù)設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)，根據(jù)Marm-Kendall方法對(duì)所述若干個(gè)指標(biāo)進(jìn)行趨勢(shì)分析，獲取各指標(biāo)在預(yù)設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)值，獲得各指標(biāo)在預(yù)設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)；步驟S6 基于所述若干個(gè)指標(biāo)在預(yù)設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)的年際動(dòng)態(tài)變化率及統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)值，來定量研究草原植被覆蓋的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。所述步驟S2中，利用遙感影像處理工具處理植被NDVI數(shù)據(jù)，生成預(yù)設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)每年的NDVI時(shí)序文件；然后在NDVI時(shí)序文件噪聲處，利用均值法，即計(jì)算其前后植被 NDVI數(shù)據(jù)的平均值并以該平均值替換噪聲值，來消除噪聲干擾。所述步驟S3中，所述若干個(gè)指標(biāo)包括植被NDVI數(shù)據(jù)的年平均值A(chǔ)VE、植被NDVI數(shù)據(jù)的年最大值 MAX、植被NDVI數(shù)據(jù)的年最小值MIN、植被NDVI數(shù)據(jù)的年最大值出現(xiàn)日期DMAX、植被NDVI 數(shù)據(jù)的年最小值出現(xiàn)日期DMIN以及植被NDVI數(shù)據(jù)的季節(jié)動(dòng)態(tài)值RREL ；其中，所述植被NDVI數(shù)據(jù)的年平均值A(chǔ)VE表示每年草原植被覆蓋的平均狀況；所述植被NDVI數(shù)據(jù)的年最大值MAX與植被NDVI數(shù)據(jù)的年最小值MIN代表草原植被覆蓋最高與最低狀況；所述植被NDVI數(shù)據(jù)的年最大值出現(xiàn)日期DMAX以及植被NDVI數(shù)據(jù)的年最小值出現(xiàn)日期DMIN用旬?dāng)?shù)表示，分別代表植被覆蓋最高值與最低值所對(duì)應(yīng)的日期；所述NDVI季節(jié)動(dòng)態(tài)值RREL表示植被的年際變化狀況，其計(jì)算公式為RREL = [DMAX-DMIN] / [AVE]。所述步驟S4中，所述植被NDVI數(shù)據(jù)的年平均值A(chǔ)VE、所述植被NDVI數(shù)據(jù)的年最大值MAX、所述植被NDVI數(shù)據(jù)的年最小值MIN以及所述植被NDVI數(shù)據(jù)的季節(jié)動(dòng)態(tài)值RREL的年際動(dòng)態(tài)變化率以變異系數(shù)CVt來表示；所述植被NDVI數(shù)據(jù)的年最大值出現(xiàn)日期DMAX以及所述植被NDVI數(shù)據(jù)的年最小值出現(xiàn)日期DMIN的年際動(dòng)態(tài)變化率以標(biāo)準(zhǔn)差SDt來表示；
其中，CVt與SDt的計(jì)算公式分別為
權(quán)利要求
1.一種草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的遙感定量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟步驟Si 預(yù)先設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份的起始年份作為定量監(jiān)測(cè)草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的時(shí)間范圍；步驟S2 利用植被的歸一化植被指數(shù)NDVI數(shù)據(jù)制作預(yù)設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)每年的NDVI時(shí)序文件，然后消除NDVI時(shí)序文件的噪聲干擾；步驟S3 在所述消除噪聲干擾后的時(shí)序NDVI文件中，計(jì)算得出植被NDVI數(shù)據(jù)中關(guān)于草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的若干個(gè)指標(biāo)；步驟S4 分別計(jì)算所述若干個(gè)指標(biāo)各自在預(yù)設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)的年際動(dòng)態(tài)變化率； 步驟S5 在預(yù)設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)，根據(jù)Marm-Kendall方法對(duì)所述若干個(gè)指標(biāo)進(jìn)行趨勢(shì)分析，獲取各指標(biāo)在預(yù)設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)值，獲得各指標(biāo)在預(yù)設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)；步驟S6 基于所述若干個(gè)指標(biāo)在預(yù)設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)的年際動(dòng)態(tài)變化率及統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)值， 來定量研究草原植被覆蓋的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。
2.如權(quán)利要求1所述的草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的遙感定量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S2中，利用遙感影像處理工具處理植被NDVI數(shù)據(jù)，生成預(yù)設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)每年的NDVI時(shí)序文件；然后在NDVI時(shí)序文件噪聲處，利用均值法，即計(jì)算其前后植被NDVI數(shù)據(jù)的平均值并以該平均值替換噪聲值，來消除噪聲干擾。
3.如權(quán)利要求1所述的草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的遙感定量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述若干個(gè)指標(biāo)包括植被NDVI數(shù)據(jù)的年平均值A(chǔ)VE、植被NDVI數(shù)據(jù)的年最大值MAX、 植被NDVI數(shù)據(jù)的年最小值MIN、植被NDVI數(shù)據(jù)的年最大值出現(xiàn)日期DMAX、植被NDVI數(shù)據(jù)的年最小值出現(xiàn)日期DMIN以及植被NDVI數(shù)據(jù)的季節(jié)動(dòng)態(tài)值RREL ； 其中，所述植被NDVI數(shù)據(jù)的年平均值A(chǔ)VE表示每年草原植被覆蓋的平均狀況； 所述植被NDVI數(shù)據(jù)的年最大值MAX與植被NDVI數(shù)據(jù)的年最小值MIN代表草原植被覆蓋最高與最低狀況；所述植被NDVI數(shù)據(jù)的年最大值出現(xiàn)日期DMAX以及植被NDVI數(shù)據(jù)的年最小值出現(xiàn)日期DMIN用旬?dāng)?shù)表示，分別代表植被覆蓋最高值與最低值所對(duì)應(yīng)的日期； 所述NDVI季節(jié)動(dòng)態(tài)值RREL表示植被的年際變化狀況，其計(jì)算公式為 RREL = [DMAX-DMIN]/[AVE]。
4.如權(quán)利要求3所述的草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的遙感定量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S4中，所述植被NDVI數(shù)據(jù)的年平均值A(chǔ)VE、所述植被NDVI數(shù)據(jù)的年最大值MAX、所述植被 NDVI數(shù)據(jù)的年最小值MIN以及所述植被NDVI數(shù)據(jù)的季節(jié)動(dòng)態(tài)值RREL的年際動(dòng)態(tài)變化率以變異系數(shù)CVt來表示；所述植被NDVI數(shù)據(jù)的年最大值出現(xiàn)日期DMAX以及所述植被NDVI數(shù)據(jù)的年最小值出現(xiàn)日期DMIN的年際動(dòng)態(tài)變化率以標(biāo)準(zhǔn)差SDt來表示； 其中，CVt與SDt的計(jì)算公式分別為
5.如權(quán)利要求1所述的草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的遙感定量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S5中，具體包括如下步驟步驟501 預(yù)設(shè)定置信度為95%，趨勢(shì)檢驗(yàn)的顯著水平α = 0. 05 ； 步驟502 利用下式計(jì)算各個(gè)指標(biāo)在預(yù)設(shè)定統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)S
6.如權(quán)利要求5所述的草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的遙感定量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S6中，定量研究草原植被覆蓋的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)的過程，具體包括如下步驟步驟S601 判斷所述統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)值&的趨勢(shì)變化顯著性；步驟S602 如果&為正數(shù)，且& > ，則表明草原植被覆蓋有顯著的上升趨勢(shì)，如果&為負(fù)數(shù)，且，則表明草原植被覆蓋有顯著的下降趨勢(shì)，如果|ZS|，則表明草原植被覆蓋無變化趨勢(shì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于植被NDVI數(shù)據(jù)的草原植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的遙感定量監(jiān)測(cè)方法，屬于植被覆蓋動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。為了解決草原植被覆蓋動(dòng)態(tài)變化遙感監(jiān)測(cè)定量研究較少的現(xiàn)狀，本發(fā)明所提供的定量監(jiān)測(cè)方法具體為利用NDVI時(shí)序文件計(jì)算獲得反映草原植被覆蓋狀況的NDVI年均值、年最大值、年最小值、年最大值出現(xiàn)日期、年最小值出現(xiàn)日期和季節(jié)動(dòng)態(tài)性等六個(gè)NDVI指標(biāo)，通過對(duì)一定時(shí)期內(nèi)上述NDVI指標(biāo)進(jìn)行年際動(dòng)態(tài)變化率計(jì)算和Mann-Kendall趨勢(shì)分析，定量監(jiān)測(cè)草原植被覆蓋的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化過程、物候特征及動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。本發(fā)明適用于所有的植被NDVI數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G06F17/18GK102184162SQ20111003440
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月1日
發(fā)明者李營(yíng), 王橋 申請(qǐng)人:環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心