基于多源遥感的沼泽湿地水文边界界定方法研究

发布时间：2018-01-23 01:00

  本文关键词： 湿地水文 淹埋深-历时-频率 湿地植被 极化SAR目标分解 雷达干涉测量技术 Random Forest算法　出处：《中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：湿地边界的界定研究是湿地科学的基础研究,反映了人们对于湿地的定义、性质和功能的认识程度,科学地界定湿地边界对于湿地的识别、分类和制图、湿地资源调查、湿地功能及价值评价都具有重要的意义。虽然湿地定义理论的多样性,导致湿地边界界定标准存在不统一性的现状,但研究学者一致认为:(1)湿地三要素是识别湿地和界定湿地边界的唯一判别标准,湿地水文对湿地植被的生存和湿地土壤的发育都起着决定性作用,是湿地形成的发生学因素;(2)湿地水文特征是界定湿地边界的唯一可靠标准,但是由于湿地水文与湿地植被或湿地土壤的耦合性决定了由湿地水文特征界定的湿地边界不能脱离湿地植被边界或湿地土壤边界而独立存在。本文以洪河自然保护区为试验区,围绕湿地水文特征指标,完善了湿地的“淹埋深-历时-频率”阈值研究的理论和方法,并利用植被边界处的“水位-历时”过程线反演了湿地的“淹埋深-历时-频率阈值”,并利用该阈值界定了湿地水文边界。本文的主要工作如下:(1)概述了当前湿地水文的淹埋深-历时-频率阈值研究中存在的问题,结合土壤学,植物生态学、系统论和反演理论等的相关研究原理,系统地阐述了湿地水文的“淹埋深-历时-频率”阈值确定的理论和方法,进一步构建了在湿地三要素(湿地水文、湿地植被和湿地土壤)不齐全的情况下湿地类型的的淹埋深-历时-频率阈值确定的理论和方法,并阐述了检验淹水历时指标的方法和标准。(2)利用极化SAR目标分解理论,提取了沼泽湿地不同波长的极化分解参数,并将其与多光谱波段及其纹理特征整合为多源遥感数据集,利用面向对象的影像分析技术和Random Forest机器学习算法,构建了沼泽湿地植被的遥感识别模型,实现了沼泽湿地植被的高精度分类,并对比分析了不同数据组合在湿地植被识别精度上的差异。(3)探究利用雷达干涉测量技术提取湿地DEM和监测湿地水文变化,对比分析不同波长SAR干涉数据对在提取湿地DEM的精度差异,并在此基础上进一步探究在不同波长的相干系数图中湿地植被的干涉相干性的差异,以及湿地植被在不同的生长阶段干涉相干性的差异。(4)基于构建的湿地水位的“淹埋深-历时-频率”阈值确定的理论,构建了湿地水文边界界定模型,利用植被边界样带的2007-2015年水位-历时数据反演了湿地水文水文边界的淹埋深-历时阈值,并借助InSAR提取的DEM实现了湿地水文边界的空间化表达。(5)研究结果表明:与单一L-band PALSAR或C-band Radarsat-2极化数据集相比,整合ZY-3、PALSAR和Radarsat-2数据集对沼泽湿地植被的识别精度提高了7%~22%,在95%的置信水平上达到了94.15%;基于L-band PALSAR干涉测量提取沼泽湿地DEM的精度高于C-band Sentinel-1A、X-band TerraSAR和SRTM DEM数据产品,在随机111个高程验证点中,85个数据点与1:10000地形图的高程值差异在3米以内;雷达干涉测量技术提取湿地水位的相对变化量与研究区实测年内水位情势一致,测量精度可以达到厘米级;湿地“淹埋深-历时-频率”阈值确定的湿地水文边界高程范围在51.7~52.4 m,由此边界划设的湿地范围与丹顶鹤巢址在空间分布上是吻合的,湿地水文边界处波动的水文情势与调查样方中形成的湿地植被和土壤类型所需要的水文环境是一致的。
[Abstract]:In this paper , the theory and method of wetland hydrology are discussed in this paper , which is based on the characteristics of wetland hydrology and wetland vegetation or wetland soil . ( 4 ) Based on the theory of the " deep - diachronic - frequency " threshold value of the constructed wetland water level , the authors constructed wetland hydrological boundary defining model , and the spatial expression of wetland hydrological boundary was obtained by using the water level - diachronic data from 2007 to 2015 .

【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P237

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