基于多源数据的石漠化信息提取及地质驱动因素研究

发布时间：2020-04-20 18:30

【摘要】：石漠化一直是影响贵州可持续发展的重要生态问题,贵州黔南岩溶石漠化的区域面积广,地形陡峭、奇特,石漠化等级齐全、程度深且危害重。现代遥感技术、计算机技术和人工智能等方面的快速发展,为精确、快速的调查研究岩溶区域石漠化现状、分布面积、分布规律及统计分析石漠化发生的内在因素等提供了有力的支撑和可能。目前,尚未利用较新的深度信念网络(DBN)模型进行石漠化信息的提取,以及将地质驱动因素作为切入点深入量化地研究地质因素与石漠化发生发展的关系。本文基于《贵州省生态学一流学科建设》项目,以2000年、2010年和2017年三个时相的遥感数据为影像数据源,以数字高程模型为地形数据源,并矢量化黔南地质图获得岩性分布数据,建立黔南石漠化等级划分标准,采用综合分析法、决策树法和深度信念网络(DBN)模型法对黔南石漠化信息进行提取。在此基础上,对黔南研究区运用差值法进行动态演变分析,统计得到了黔南石漠化在2000~2010年间和2010~2017年间的变化规律,借助GIS平台对黔南石漠化的地质驱动因素进行了较为深入的分析。地质因素是石漠化发生的根本,研究岩组、岩溶地貌及地质构造等因素与石漠化发生发展的关系,其结果表明长期在薄弱地质背景区域开展不当的人为活动加剧了石漠化的发生。由此,为黔南地区及贵州省岩溶山区的石漠化监测及治理提供了合理的参考依据。论文主要成果如下。(1)针对遥感影像的去噪,在matlab编程的基础上提出了基于二维EMD和自适应高斯滤波相结合的遥感影像去噪算法,具有创新性和实用性,获得较好的去噪效果,并利用该算法处理了黔南三个时相的遥感影像。(2)根据制定的黔南石漠化等级划分标准,分别采用多指标综合分析法、基于知识的决策树法和深度信念网络(DBN)模型法等三种方法,对研究区石漠化信息进行提取,重点研究深度信念网络(DBN)模型法提取遥感影像的石漠化信息,即探讨人工智能的信息提取方法。根据野外实地调查数据及Google地图进行精度验证,综合分析法提取的石漠化信息总体分类精度为71.05%,Kappa系数为63.34%;决策树法提取的石漠化信息总体分类精度为54%,Kappa系数为41.74%;深度信念网络(DBN)模型提取的石漠化信息总体分类精度为77.17%,Kappa系数为71.20%。深度信念网络(DBN)模型法效果最好,达到预期目的,对于推动人工智能在遥感中的应用具有积极的作用。(3)在对石漠化信息提取的过程中,通过Landsat-8遥感影像深入分析了石灰岩、白云岩和石灰岩与白云岩互层三种碳酸盐岩的遥感影像特征;不同构造发育区域三种碳酸盐岩的遥感影像特点。通过对这些影像特征的研究不仅为岩溶地貌的研究提供了参考,也为基础地质与应用地质工作的开展提供了相关借鉴资料和数据。(4)利用深度信念网络(DBN)模型法提取2000年、2010年和2017年的石漠化信息,并差值运算获取研究区2000~2010年间和2010~2017年间的石漠化变化程度分布图,借助GIS手段统计发现研究区在2000~2010年间石漠化表现为加剧恶化,但其加剧恶化的速率逐年降低且局部地区石漠化情况得到了改善;在2010~2017年间石漠化大幅度得到了改善且石漠化改善的面积远远大于加剧恶化的面积。(5)根据三个时相的遥感影像石漠化提取结果,对研究区石漠化的分级分布与地质驱动因素(岩组、岩溶地貌及地质构造)进行相关性分析,结果表明石漠化在石灰岩地区的发生率最高且石漠化情况严重,在碳酸盐岩与碎屑岩二者互层地区最低;石漠化在岩溶地貌中的发生率从高到低依次为溶蚀地貌,溶蚀—侵蚀、剥蚀地貌,侵蚀、剥蚀地貌;石漠化在层间节理型构造—岩溶区中的发生率大于共轭节理型构造—岩溶区,但是黔南石漠化在层间节理型构造—岩溶区中的分布面积为5836.25平方公里,远小于石漠化在共轭节理型构造—岩溶区中的分布面积20374.83平方公里。(6)黔南喀斯特地区石漠化发生的地质背景因素是不会改变的,并且在相当长的时期还会保持一个稳定的状态。各种地质背景因素的分布特征及其与石漠化发生发展的联系和规律及其在空间上的分布和表现非常明确,有助于研究区有针对性地开展石漠化的重点监测和指导防治。
【图文】：

黔南,位置图

第二章研究区概况1 自然地理概况.1 地理位置本文所称的黔南，泛指贵州南部地区，地理坐标范围是：5°29 30 ~108°17 46 ，北纬 25°51 20 ~26°41 9 ，黔南研究区南北距2.23km，东西距离为 271.56km，形状较为规整，涉及面积 366872km ，占州省总面积的 20.8%。行政区划主要归黔南布依族苗族自治州管辖，西北及东部部分地区则分属安顺专区、贵阳市及黔东南苗族侗族自治州。区内充沛的平坦地区，农业兴旺，村寨稠密，反之则人烟稀少。湘黔、滇黔铁北部，沪昆铁路贯穿东西，黔桂铁路直通南北，市、州、县之间有公路连属各乡镇亦有农村公路可通，总体交通较为方便。黔南在贵州省所处的位图所示。

黔南,数字高程模型

学硕士学位论文基于多源数据的石漠化信息提取及地质驱动因等地地势逐步下降，总体来说地势由西北方向东南方呈阶梯状偏斜见图地势特征为由贵州高原向广西丘陵地貌的过渡。研究区南部地形切割发育，相对高差百米以上者比比皆是，平均高程为 1150 米。黔南大部喀斯特山区，，碳酸盐岩地层和特殊气候给石漠化发育创造了基础物质受到新构造运动的影响，时代较老的地层被抬高，并被后来的造貌运动故地貌种类繁多、形态齐全，多以峰丛浅洼或深洼、溶丘沟谷或谷地、或深洼及大型溶蚀洼地为主。黔南南部地区多为峰丛中山、洼地及低山大的河流、溪流星罗棋布；研究区中部多为溶丘中山、峰丛浅洼和峰丛中地区多为糟谷、溶丘谷地和峰林谷地。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X171.4;P208;P237;P931.3

【参考文献】