基于面向对象技术与多源SAR数据的鄱阳湖湿地景观格局变化研究

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鄱阳湖为我国第一大淡水湖,是国际重要湿地。社会经济的发展以及人类活动改变着鄱阳湖湿地的土地利用方式,最终导致鄱阳湖湿地景观格局的变化。合成孔径雷达(SAR)技术的不断发展,雷达遥感数据源的不断丰富,为湿地遥感提供了有力的支持。面向对象技术已广泛应用于遥感影像分割分类中,在雷达图像处理中发挥着重要的作用。为了更清楚地认识鄱阳湖湿地景观格局的变化情况,本文将面向对象技术引入到鄱阳湖湿地的SAR分类研究中,使用ALOS PALSAR和RADARSAT-2长时间序列的SAR数据,通过分析鄱阳湖湿地地物散射机理,对比其在雷达图像上的特征差异,对其进行地物分类,并研究其景观格局变化,分析各类地物的变化特征、相互关系以及变化趋势。  本文的主要工作和研究成果如下:  (1)鄱阳湖湿地地物SAR后向散射特征分析  分析了鄱阳湖湿地的主要地物,包括水体、居民地、农田、沙滩、林地、草地和泥滩地,在C波段的RADARSAT-2和L波段的ALOS PALSAR雷达影像上不同极化通道中的地物散射统计特性,并应用极化分解理论对一些地物进行散射特征分析,如Pauli基相干目标分解方法,以及Freeman-Durden非相干目标分解方法,对地物散射特征进行对比分析。结果得出,林地、居民地和沙滩的后向散射功率最高,且具有较强的去极化能力;水体的后向散射功率最弱,其去极化能力最弱。  (2)基于多源SAR数据的面向对象图像分割算法  针对SAR数据不同极化方式的特点,本文使用边缘检测与区域合并的方法对图像进行分割形成对象。使用Sobel算子进行边缘检测,将之与图像作平面卷积,求其梯度,提取出边缘点,为了削弱边缘检测中的过分割作用并达到抑制斑噪的作用,再采用区域合并方法,计算相邻两个区域的均值,当其小于某一阈值则合并两个区域,由此完成图像分割,形成的对象边缘清晰,包含的地物较为完整。  (3)雷达数据湿地分类研究  本文对单极化、双极化和全极化SAR数据三种数据,使用不同的分类方法。对于全极化SAR数据,由于其极化信息量丰富,在分析地物散射特征的基础上,针对每类地物设计一个提取因子,完成鄱阳湖湿地土地利用分类。对于双极化SAR数据,则先进行Pauli分解,提取相干矩阵进行假彩色合成,在此基础上进行图像分割,然后使用SVM分类方法对图像进行分类。对于单极化SAR数据,则直接对强度图像进行SVM分类。然后使用同期的野外实验测样本以及Landsat5数据对分类结果进行精度验证,得到全极化数据的总体分类精度为86.22%,双极化数据的总体分类精度为76.4%,单极化数据的总体分类精度为69.45%。  (4)湿地景观格局变化及其影响因素分析  使用转移矩阵和景观指数的方法,对满足精度要求的分类图,进行景观格局变化的定性和定量分析,包括从2007-2011年土地覆盖的年际变化情况,以及2007年的季节变化情况。结果表明,2007-2011年,鄱阳湖湿地中7类土地利用类型之间的相互转换较为频繁,主要表现在:水面面积的年际波动,影响着草地、滩地、沙滩的面积变化,这四种土地利用类型之间的相互转换面积比较大,这与鄱阳湖地区的气候变化以及人类活动息息相关。景观格局的总体趋势的破碎化程度变小,团聚度和延展度增加,景观多样性增加。最后对鄱阳湖湿地景观格局变化的主要影响因素进行了探讨,主要包括气温和降水等气象因子对景观指数变化相关性分析,以及人文因子,主要有三峡大坝,人类活动,城市化和工业化对景观格局变化的影响。
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