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1、尺度轉(zhuǎn)換對NDVI的影響研究作者：胡斌指導(dǎo)教師：韓曉勇摘要：如何用一種向上的尺度轉(zhuǎn)換方法使得一幅高分辨率的遙感圖像經(jīng)向上尺度轉(zhuǎn)換后可以生成一幅低分辨率的遙感圖像,并且使這幅新生成的圖像所描述的地物空間關(guān)系、空間格局及破碎程度等信息與實際情況下該尺度下的信息保持一致,損失的信息量最少。如何找到這樣一種尺度轉(zhuǎn)換的方法是尺度問題中的核心部分,也是遙感中最終要解決的問題。本文一方面結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)中有關(guān)空間分析和尺度轉(zhuǎn)換的方法及最近提出的基于直方變差圖的尺度轉(zhuǎn)換方法,對這些方法加以對比并分析了它們各自的優(yōu)缺點;另一方面在直方變差圖的基礎(chǔ)上結(jié)合分形理論引入了尺
2、度轉(zhuǎn)折點這一概念。通過各個尺度轉(zhuǎn)折點可以確定各個尺度域。本文將結(jié)合以前學(xué)者們對于內(nèi)蒙古草原的NDVI的處理數(shù)據(jù)來進行闡述尺度轉(zhuǎn)換對NDVI的影響研究。關(guān)鍵詞：遙感；尺度轉(zhuǎn)換；NDVI1、引言尺度研究的根本目的在于通過適宜的空間和時間尺度來揭示和把握復(fù)雜事物規(guī)律。為此,科學(xué)有效的尺度選擇和尺度轉(zhuǎn)換方法不可或缺。由于我們面對的自然界和人類社會所具有的多樣性、空間異質(zhì)性和非線性特征,對它們的研究往往要在多級尺度上進行并對不同尺度間信息轉(zhuǎn)換。在景觀生態(tài)研究中人們提出了許多表述綴塊及綴塊間空間關(guān)系的統(tǒng)計參數(shù),描述尺度和進行尺度轉(zhuǎn)換的方法,而且研究也較定量遙感
3、中的尺度轉(zhuǎn)換成熟。它們的表述思想和關(guān)于尺度的研究方法可供地理學(xué)家借鑒。但是,由于它們的提出有較深刻的生態(tài)學(xué)背景(如種群、群落、能量流動的廊道等),難以方便地直接用于定量遙感研究。由于地球系統(tǒng)空間異質(zhì)性的存在,限制了我們在不同尺度上不同傳感器遙感數(shù)據(jù)之間的尺度轉(zhuǎn)換。張顥等提出的直方變差圖法已經(jīng)初步表明在空間分析及多尺度信息融合方面有比較好的應(yīng)用并顯示出很好的前景。本研究在直方變差圖的基礎(chǔ)上結(jié)合分形理論引入了尺度轉(zhuǎn)折點這一概念,提出了基于“尺度轉(zhuǎn)折點”的尺度轉(zhuǎn)換方法的想法,并結(jié)合實際圖像進行了理論驗證。2、研究方法及研究區(qū)域的概述2.1研究方法2.1.
4、1尺度尺度在地學(xué)、生態(tài)、氣象、遙感等不同領(lǐng)域有著不同的定義。從遙感的角度分析,尺度包括空間分辨率、時間分辨率及光譜分辨率。造成遙感問題復(fù)雜化的重要原因之一就是地面測量數(shù)據(jù)、不同遙感測量方式獲取的數(shù)據(jù)和應(yīng)用需要的數(shù)據(jù)在尺度上的不一致。如何在不同尺度的數(shù)據(jù)間相互轉(zhuǎn)換是尺度問題研究的核心之一。2.1.2尺度轉(zhuǎn)換尺度轉(zhuǎn)換是指將某一尺度上所獲得的信息和知識擴展到其他尺度上的過程。目前進行尺度轉(zhuǎn)換的方法很多,按照其轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)劃分為基于像元的尺度轉(zhuǎn)換和基于對象的尺度轉(zhuǎn)換?；谙裨某叨绒D(zhuǎn)換像元包括遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率、時間分辨率、光譜分辨率等信息,早期的遙感數(shù)據(jù)尺
5、度轉(zhuǎn)換工作多是圍繞像元展開。基于像元的尺度轉(zhuǎn)換方法可粗略地分為統(tǒng)計方式、融合轉(zhuǎn)換以及分類轉(zhuǎn)換。基于對象的尺度轉(zhuǎn)換以像元為基本單位的尺度轉(zhuǎn)換方法簡單易行,然而它只考慮了地物的光譜信息,無法兼顧地物的空間結(jié)構(gòu)形態(tài)特征,難以解決同譜異物和同物異譜問題,致使難以得到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換效果。而地物類別的空間結(jié)構(gòu)形態(tài)是根據(jù)類別的屬性差異呈聚集狀分布,因此遙感影像中的地物類別特性不僅表現(xiàn)在單純的光譜信息上,還表現(xiàn)在形狀、紋理等特征上。近年來,隨著對尺度轉(zhuǎn)換的深入研究,不少學(xué)者提出用對象代替像元進行尺度轉(zhuǎn)換。Hay等將對象定義為:在影像上獨立的可分解的實體,可由高分辨率像
6、元集聚產(chǎn)生,具有重復(fù)性、穩(wěn)定性。每個對象有代表其本質(zhì)的尺寸、形狀,與真實世界有著地理聯(lián)系?；趯ο蟮某叨绒D(zhuǎn)換是以對象為基本單元,在高空間分辨率影像上利用影像多尺度分割技術(shù),構(gòu)建不同尺度的影像信息等級結(jié)構(gòu),實現(xiàn)遙感影像信息在不同尺度層之間的傳遞。小尺度層上的影像描述地物細節(jié)的空間結(jié)構(gòu)特征,而大尺度層上的影像表示地物抽象或宏觀的空間結(jié)構(gòu)特征。尺度轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于如何合理地確定對象的分割大小。對象的分割大小由影像空間結(jié)構(gòu)特征所決定。地物的空間結(jié)構(gòu)特征在遙感影像上表現(xiàn)為一定的紋理特征。紋理作為一種局部鄰域信息,具有尺度性、平移不變性和確定與隨機二重性。因此,
7、基于對象的尺度轉(zhuǎn)換實際上是對遙感影像紋理特征的提取及合理分割。所提取的紋理特征應(yīng)能反映紋理的多尺度特征,能夠綜合或表示多尺度上的紋理信息。2.2地理位置概述內(nèi)蒙古草原地處歐亞大陸的腹地,地域遼闊,草原類型豐富多樣,占全國草原總面積的22%,是我國重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地。同時內(nèi)蒙古草原橫跨我國三北地區(qū),是屹立于我國北方的一道天然綠色屏障,對我國的生態(tài)環(huán)境保護和改善發(fā)揮著不可替代的作用。根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)1∶100萬草原類型圖統(tǒng)計的全區(qū)草原總面積794239.00km2,主要由溫性草原、溫性荒漠、低地草甸、溫性荒漠草原、溫性草甸草原、溫性草原化荒漠、山地草
8、甸等7類草原構(gòu)成,面積達781587.10km2,占內(nèi)蒙古草原總面積的98.40%,是構(gòu)成內(nèi)蒙古自治區(qū)草原的主體。2.3數(shù)
