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基于TM/ETM+数据的水体有机污染空间格局变化分析

作　者: 郭丽峰
导　师: 高小红
学　校: 青海师范大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: TM/ETM+数据湟水干流有机污染空间格局变化
分类号: X52
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

湟水河谷是青海省政治、经济和文化中心,近年来随着城市化、工业化程度的不断加快,大量工业和生活污水不达标排放加重了水体污染,特别是水体的有机污染,已逐渐成为影响人群健康的重要化学物。其中湟水干流西宁—乐都段,是湟水河谷城镇最集中、人口密度最大的地区,同时也是流域水资源开发利用最集中、水体有机污染程度较严重的地区,很具有代表性。利用卫星或航空遥感信息进行大面积范围内水体有机污染情况的空间格局变化分析,对水资源保护和水污染防治具有十分重要的研究和应用价值。本文提出了一套适合于研究区域的TM/ETM+影像处理方法和技术流程,主要包括以下内容:通过比较选用回归分析法进行大气衰减的相对辐射校;用伪不变特特征法(PIF)进行多时相遥感影像的归一化处理,其中在样本点选取过程中尝试把人工直接选取伪不变特征点应用于实践;采用谱间关系法和阈值法的综合运用来提取研究区域的水体信息,最终确定研究区域河流信息提取模型为:本文选取反映水体有机污染程度的DO、COD、BOD5和氨氮为水质典型要素,根据研究区域的实际情况选用单指标评价法,对湟水干流西宁—乐都段水质状况进行了综合分析与评价。根据水体有机污染程度的不同,将水体分为清洁水体、轻度污染、中度污染、重度污染4个等级,并赋予不同的颜色,分别为蓝色、绿色、黄色和红色。分析水质典型要素的波谱特征,最终选取对水体有机污染反应较敏感的TM1、TM2和TM3波段为最佳波段组合,进行遥感信息模型构建。尝试性地将专家分类系统应用于遥感信息模型构建中,通过大量反复的实验和分析,确定较好划分水体有机污染程度的波段阈值。将用专家分类系统构建的遥感信息模型与密度分割法构建的模型进行比较,通过比较发现前者的精度高于后者。最终选取专家分类系统构建的信息模型作为本研究的方法。在ERDAS IMAGINE9.1环境下,用水体有机污染程度分类模型生成水体有机污染空间分布格局图,使水体有机污染程度和分布定量化。分别从空间和时间上对研究区域水体有机污染情况进行分析。结果表明西宁—乐都段水体,清洁水体很少,95%以上的水体都受到不同程度的有机污染,其中轻度污染所占比重较大。这是由于本研究仅针对有机污染,没有考虑其他污染物(如重金属),而研究区域工矿企业较多,重金属污染也很严重。所以这一评价结果与“水资源公报”结果稍有出入。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-18
  1.1 研究背景及意义  11-12
    1.1.1 研究背景  11-12
    1.1.2 研究意义  12
  1.2 国内外研究进展  12-14
  1.3 研究目标和研究内容  14-15
    1.3.1 研究目标  14
    1.3.2 研究内容  14-15
  1.4. 研究方法及技术路线  15-17
    1.4.1 研究方法  15-16
    1.4.2 技术路线  16-17
  1.5 论文选题的研究特色和创新之处  17
  1.6 本研究的理论意义和应用价值  17
  1.7 本章小结  17-18
第二章水体有机污染遥感监测的机理  18-21
  2.1 水体有机污染遥感监测的基本原理  18-19
  2.2 水体有机污染遥感监测方法  19-20
  2.3 本章小结  20-21
第三章研究区域概况及数据获取  21-25
  3.1 研究区域概况  21-22
    3.1.1 社会发展  21
    3.1.2 经济发展  21-22
    3.1.3 土地利用  22
  3.2 研究区域水质监测数据  22-23
  3.3 研究区域遥感数据  23-24
  3.4 本章小结  24-25
第四章遥感数据处理  25-50
  4.1 大气辐射校正  25-34
    4.1.1 进行大气辐射校正的原因分析  25
    4.1.2 研究区域遥感影像的大气辐射校正  25-34
      4.1.2.1 大气衰减相对辐射校正的理论依据  26
      4.1.2.2 直方图调整法  26-29
      4.1.2.3 回归分析法  29-32
      4.1.2.4 校正结果分析  32-34
  4.2 归一化多时相遥感影像  34-44
    4.2.1 进行辐射归一化处理的原因分析  34
    4.2.2 常用的相对辐射归一化方法  34-35
    4.2.3 辐射归一化方法的选取  35-36
      4.2.3.1 研究区特征  35
      4.2.3.2 易操作性  35-36
    4.2.4 研究区遥感影像辐射归一化处理  36-41
      4.2.4.1 参考影像的选择  36-37
      4.2.4.2 样本点选取  37
      4.2.4.3 回归模型建立  37-39
      4.2.4.4 归一化处理  39-41
    4.2.5 结果评价  41-44
      4.2.5.1 均方根误差评价  41-43
      4.2.5.2 主成分分析评价  43-44
  4.3 几何纠正  44-45
    4.3.1 图像裁剪  44-45
    4.3.2 几何精校正  45
  4.4 水体信息提取  45-48
    4.4.2 研究区水体信息的提取  45-46
    4.4.3 精度验证  46-48
      4.4.3.1 目视对比分析  47
      4.4.3.2 统计分析  47-48
  4.5 图像掩膜  48-49
  4.6 本章小结  49-50
第五章水质评价及有机污染遥感信息模型构建  50-70
  5.1 水质评价方法介绍  50-52
    5.1.1 单指标评价法  50-51
    5.1.2 污染指数法  51
    5.1.3 模糊数学评价法  51
    5.1.4 有机污染综合指数法  51-52
  5.2 研究区域水质典型要素筛选  52-54
    5.2.1 水质典型要素介绍  52-53
    5.2.2 分析方法  53-54
  5.3 研究区域水质评价  54-55
    5.3.1 评价方法和评价标准  54
    5.3.2 水质评价及结果分析  54-55
  5.4 监测点DN 值提取  55-56
  5.5 水质典型要素的波谱特征分析和敏感波段选择  56-59
  5.6 遥感信息模型的构建  59-69
    5.6.1 专家分类系统简介  60-62
    5.6.2 密度分割法简介  62-63
    5.6.3 研究区分类模型建立  63-67
      5.6.3.1 专家分类系统  63-66
      5.6.3.2 密度分割法  66-67
    5.6.4 模型可行性分析  67-69
  5.7 本章小结  69-70
第六章水体有机污染空间格局分布图及空间格局变化分析  70-84
  6.1 水体有机污染空间分布图  70-78
  6.2 研究区域水体有机污染空间格局变化分析  78-81
    6.2.1 空间变化分析  78-79
    6.2.2 时间变化分析  79-81
    6.2.3 水污染原因分析  81
  6.3 水资源保护和水污染防治措施  81-83
    6.3.1 建立健全水功能区管理机制  81-82
    6.3.2 完善水资源保护法规体系  82
    6.3.3 加大治理工业污染力度  82
    6.3.4 城镇污水集中处理  82-83
    6.3.5 生态保护和面源治理工程  83
  6.4 本章小结  83-84
第七章结论与展望  84-86
  7.1 结论  84-85
  7.2 展望  85-86
参考文献  86-91
致谢  91-92
个人简历  92

基于TM/ETM+数据的水体有机污染空间格局变化分析

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