大尺度土地沙漠化的快速监测方法技术

本发明专利技术公开了一种大尺度土地沙漠化的快速监测方法，旨在挖掘面向大尺度的、基于易获得数据的、更为快捷、精准的沙漠化监测方法。该方法包括以下步骤：选取研究时域，划分时期；选取研究区，并利用LUCC数据得到城镇、水域、森林、农田六个时期的变化；对于各时期NDVI数据定义为临近三年NDVI数据的平均值；采用决策树分类方法，利用NDVI获取草地信息和原生沙漠信息；采用研究区扣除非沙漠化地区和原生沙漠地区，从而得到沙漠化地区；采用辅助DEM数据进行坡度15度的矫正。本发明专利技术的方法采用较易获取的数据，避免了人工解译的庞大工作量，为沙漠化土地治理提供科学依据，对指导沙漠化防治、沙漠化决策具有重要的实践意义。

【技术实现步骤摘要】
大尺度土地沙漠化的快速监测方法
本专利技术涉及生态保护
，具体涉及一种大尺度土地沙漠化的快速监测方法。
技术介绍
我国内蒙古、新疆等部分地区深受沙漠化困扰，沙漠化对我国的影响主要包括以下几个方面：一是危害农业发展，沙漠化对农业的危害主要体现在土壤沙质化，禾苗干旱致死或被风沙掩埋，同时农民收入无法得到保障；二是危害草场，沙漠化引起的草场退化，使适于牲畜食用的优势草种逐渐减少，甚至完全丧失，草场载畜能力大为下降；三是危害水资源，沙漠化造成河流、水库、水渠堵塞，黄河年均输沙16亿吨，其中就有12亿吨来自沙漠化地区；四是妨碍交通，沙漠化在一些地区造成铁路路基、桥梁、涵洞损坏，使公路路基、路面积沙，迫使公路交通中断，影响飞机正常起飞和降落；五是威胁人体健康，根据监测，我国城市空气污染物主要是微小颗粒物，这与沙漠化密切相关，沙尘污染着广大地区人民的生产生活环境，影响了人民健康；六是导致贫困，据调查，全国农村人口的1/4生活在沙漠化地区，其人均农业产值仅为全国平均水平的34.2％，是东部地区的1/5。据统计，我国每年因为土地沙漠化造成的经济损失高达540亿元，沙漠化使地区贫困程度加剧。因此，监测沙漠化动态，特别是在国家尺度快速监测沙漠化动态变化特征，并在此基础上研究驱动因素及预测其未来发展趋势，对于沙漠化土地治理、改善沙区生态环境与农牧民可持续生计具有重要的意义和现实价值。近年来，我国高度重视对沙漠化地区的治理，实施了一系列措施，沙漠化总体面积得到控制，沙漠化的格局与严重程度在地区间也发生了较大变化。为掌握沙漠化的这种实施动态变化，学者们在不同的时间试图对我国沙漠化的某些地区进行监测，所利用的方法大都是采用“3S技术”，以遥感影像作为数据获取信息源：如王涛等利用1977、1986两年的沙漠化数据以及2000、2005两年的遥感影像为数据源，对毛乌素沙地及周边地区近30年来沙漠化动态变化过程进行分析与研究（郭坚等，2008）；樊亚辉等利用RS与GIS技术，以TM、ETM+影响为信息源，对近30年来艾比湖地区土地沙漠化进行遥感动态监测（樊亚辉等，2011）；段英杰等基于遥感技术，以LandsatTM/ETM影像为数据源，采用目视解译的方法，对西藏自治区土地沙漠化进行监测与分析研究（段英杰等，2014）。综观上述沙漠化动态监测方法，多集中在区域尺度方面，虽然结果较为准确，但是若应用到大尺度的监测过程中往往要目视解译大量的影像，后续数据处理的过程也较为复杂，耗时又耗力。因此，面向大尺度的、基于易获得数据的、更为快捷、精准的沙漠化监测方法急需被研究发现并开展实际应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种大尺度土地沙漠化的快速监测方法，以达到能够及时掌握沙漠化时空变化信息，进而有效地实施宏观管理，为沙漠化土地治理提供科学依据之目的。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术思路如下：采用较易获取的数据，通过简单的SPSS、ArcGIS处理，避免人工解译的庞大工作量为目的，对快速沙漠化监测方法进行探索。沙漠化过程并非一朝一夕，长时间序列的监测能够获得沙漠化动态演变过程，考虑到数据的可获取性，例如，选取1981-2010年作为研究时域，同时由于相近时期沙漠化侵蚀过程并不明显，因此将研究时间划分为1980、1990、1995、2000、2005、2010六个时期。基础地理数据、土地利用/覆被（LUCC）数据、NDVI数据均为较易获取的数据，因此选取全国行政区划图来获得研究区，并利用LUCC数据得到城镇、水域、森林、农田六个时期的变化；对于各时期NDVI数据定义为临近三年NDVI数据的平均值，例如1980时期所用LUCC数据为1981、1982、1983年三年数据的平均值；由于研究区大都畜牧业发达，草场较多，草地面积较大且易退化，利用LUCC信息并不能较好的获取其实时变化趋势，而NDVI能够较好反映植被变化从而得到非沙漠化地区的时空变化趋势，因此本研究采用决策树分类方法，利用NDVI获取草地信息以及原生沙漠信息，采用研究区扣除非沙漠化地区和原生沙漠地区，从而得到沙漠化地区。本专利技术详细技术方案如下：设计一种大尺度土地沙漠化的快速监测方法，包括以下步骤：（1）选取研究时域，划分时期；（2）选取研究区，并利用LUCC数据得到城镇、水域、森林、农田六个时期的变化；（3）采用决策树分类方法，利用NDVI获取草地信息和原生沙漠信息；对于各时期NDVI数据定义为临近三年NDVI数据的平均值；（4）采用研究区扣除非沙漠化地区和原生沙漠地区，从而得到沙漠化地区。经实地考察发现，监测区坡度较大地区植被覆盖情况良好，因此可进一步的采用辅助DEM数据进行坡度15度的矫正，即可扣除大于15度的陡坡区域。进一步的，所述草地信息和/或原生沙漠信息提取时阈值的确定包括以下步骤：（1）利用ArcGIS转换工具中面转线功能将沙漠化监测地理单元矢量图转换为地理单元线性文件；（2）利用GoogleEarth在每个地理单元选取一定数量的（例如100个）草地和/或原生沙漠样点；（3）通过GIS中转换工具将含有上步选取得到的样点信息kml文件转换为图层文件；（4）运用栅格计算器提取对应点的年均NDVI均值；（5）通过Excel打开对应的样点NDVI均值的dbf文件并保存；（6）用SPSS打开保存的Excel表格，并进行频率分析；（7）得到草地和/或原生沙漠生物NDVI值频率分布表，结合实际情况将草地和/或原生沙漠的阈值定为频率80%处的NDVI值；（8）统计各地理单元草地和/或原生沙漠的阈值并生成草地和/或原生沙漠阈值表。进一步的，所述草地和/或原生沙漠提取包括以下步骤：（1）数据源为中国北方沙漠化监测地理单元栅格图，利用空间分析工具重分类功能，将目标地理单元赋值为1，其余赋值为0；（2）将不同时期NDVI栅格图在栅格计算器中与步骤（1）操作所得栅格图相乘，获得一个地理单元NDVI信息；（3）利用重分类功能，根据草地和/或原生沙漠阈值进行重分类，草地和/或原生沙漠赋值为1，其它赋值0，获得目标地理单元草地信息；（4）将20个地理单元草地和/或原生沙漠信息拼接，得到研究区草地和/或原生沙漠数据。优选的，所述沙漠化地区分成轻度沙漠化、中度沙漠化、重度沙漠化、极重度沙漠化四个等级。进一步的，所述沙漠化地区的分级标准为：根据获得的草地阈值表和原生沙漠阈值表信息分析后，将二值差值的25%处NDVI值定为极重度沙漠化地区与重度沙漠化地区的临界值；50%处NDVI值定为中度沙漠化地区与重度沙漠化地区的临界值；75%处NDVI值定为轻度沙漠化地区与中度沙漠化地区的临界值。优选的，所有栅格、矢量数据统一重采样或转换为分辨率为8km×8km的空间数据。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果在于：1.本专利技术的方法采用较易获取的数据，通过简单的SPSS、ArcGIS处理，避免了人工解译的庞大工作量，对快速沙漠化监测方法进行探索。2.本专利技术提供了一种快速、简单、准确的大尺度沙漠化监测方法，并通过典型区域的应用，精准探索了面向大尺度的中国北方沙漠化地区沙化的动态变化。3.本专利技术提供的大尺度土地沙漠化的快速监测方法能够及时掌握沙漠化时空变化信息，进而有效地实施宏观管理，为沙漠化土地治理提供科学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大尺度土地沙漠化的快速监测方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）选取研究时域，划分时期；（2）选取研究区，并利用LUCC数据得到城镇、水域、森林、农田六个时期的变化；（3）采用决策树分类方法，利用NDVI获取草地信息和原生沙漠信息；对于各时期NDVI数据定义为临近三年NDVI数据的平均值；（4）采用研究区扣除非沙漠化地区和原生沙漠地区，从而得到沙漠化地区。

【技术特征摘要】
1.一种大尺度土地沙漠化的快速监测方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）选取研究时域，划分时期；（2）选取研究区，并利用LUCC数据得到城镇、水域、森林、农田六个时期的变化；（3）采用决策树分类方法，利用NDVI获取草地信息和原生沙漠信息；对于各时期NDVI数据定义为临近三年NDVI数据的平均值；（4）采用研究区扣除非沙漠化地区和原生沙漠地区，从而得到沙漠化地区。2.根据权利要求1所述的大尺度土地沙漠化的快速监测方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，采用辅助DEM数据对所得结果进行坡度15度的矫正。3.根据权利要求1所述的大尺度土地沙漠化的快速监测方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，所述草地信息和/或原生沙漠信息提取时阈值的确定包括以下步骤：a.利用ArcGIS转换工具中面转线功能将沙漠化监测地理单元矢量图转换为地理单元线性文件；b.利用GoogleEarth在每个地理单元选取一定数量的草地和/或原生沙漠样点；c.通过GIS中转换工具将得到的含有该数量样点的信息kml文件转换为图层文件；d.运用栅格计算器提取对应点的年均NDVI均值；e.通过Excel打开对应的样点NDVI均值的dbf文件并保存；f.用SPSS打开保存的Excel表格，并进行频率分析；g.得到草地和/或原生沙漠生物NDVI值频率分布表，结合实际情况将草地和/或原生沙漠的阈值定为频率80%处的NDVI值；h.统计各地理单元草地和/或原生沙漠的阈...

【专利技术属性】
技术研发人员：许端阳，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11