草原植被覆盖时空动态变化的遥感定量监测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于植被NDVI数据的草原植被覆盖时空动态变化的遥感定量监测方法，属于植被覆盖动态遥感监测技术领域。为了解决草原植被覆盖动态变化遥感监测定量研究较少的现状，本发明专利技术所提供的定量监测方法具体为：利用NDVI时序文件计算获得反映草原植被覆盖状况的NDVI年均值、年最大值、年最小值、年最大值出现日期、年最小值出现日期和季节动态性等六个NDVI指标，通过对一定时期内上述NDVI指标进行年际动态变化率计算和Mann-Kendall趋势分析，定量监测草原植被覆盖的时空动态变化过程、物候特征及动态变化趋势。本发明专利技术适用于所有的植被NDVI数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及植被覆盖动态遥感监测
，特别是涉及一种基于植被NDVI数据的草原植被覆盖时空动态变化的遥感定量监测方法。
技术介绍
植被是陆地表面最突出的土地覆盖类型，具有明显的季节变化与年际变化特征，其时空变化在全球能量循环及物质的生物化学循环中具有重要的影响，植被覆盖的变化研究在生态环境调查、水土保持研究、蒸散量研究等领域都有广泛的应用，同时，开展植被时空演变动态监测与评价，是评估生态保护措施、环境管理政策和全球变化研究的重要基础。近年来，随着全球气候变化及人为因素干扰，我国北方的草原荒漠化、草地退化现象严重，利用遥感手段监测草原植被时空动态变化特征，认识草原植被变化规律，对于草原植被生态系统保护及治理具有重要意义。遥感技术作为一种技术手段可以长时间序列、大范围的获取地面植被覆盖信息。其中，归一化植被指数(Normalized DifferenceVegetation Index，NDVI)是目前应用较广泛的一种植被覆盖状况监测指标，它消除了大部分大气、仪器定标和地形等对指数的影响，增强了对植被的响应能力。经研究，植被NDVI数据与植被覆盖具有很高的正相关性，NDVI值越大，植被覆盖越高，因此，植被NDVI数据在一定程度上能够反映草原植被的覆盖状况，通过研究植被NDVI数据的动态变化，进而实现植被覆盖的时空动态研究。而目前国内利用植被NDVI数据监测草原植被覆盖时空动态变化主要分析NDVI平均值变化情况，而未建立多指标的定量评价方法，这方面研究仍还有限，不能全面、深入、定量地支撑草原植被动态变化特征研究；而国外开展草原植被覆盖时空动态变化指标监测较少，研究缺少系统性，未能得到很好地应用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是如何提高利用植被NDVI数据进行草原植被覆盖时空动态变化研究的有效性，克服现有技术中的定量研究的不足，形成基于植被NDVI数据的草原植被覆盖动态变化遥感定量监测方法。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利提供一种草原植被覆盖时空动态变化的遥感定量监测方法，所述方法包括如下步骤：步骤S1：预先设定统计年份的起始年份作为定量监测草原植被覆盖时空动态变化的时间范围；步骤S2：利用植被的归一化植被指数NDVI数据制作预设定统计年份内每年的NDVI时序文件，然后消除NDVI时序文件的噪声干扰；步骤S3：在所述消除噪声干扰后的时序NDVI文件中，计算得出植被NDVI数据中-->关于草原植被覆盖时空动态变化的若干个指标；步骤S4：分别计算所述若干个指标各自在预设定统计年份内的年际动态变化率；步骤S5：在预设定统计年份内，根据Mann-Kendall方法对所述若干个指标进行趋势分析，获取各指标在预设定统计年份内的统计检验值，获得各指标在预设定统计年份内的动态变化趋势；步骤S6：基于所述若干个指标在预设定统计年份内的年际动态变化率及统计检验值，来定量研究草原植被覆盖的动态变化趋势。所述步骤S2中，利用遥感影像处理工具处理植被NDVI数据，生成预设定统计年份内每年的NDVI时序文件；然后在NDVI时序文件噪声处，利用均值法，即计算其前后植被NDVI数据的平均值并以该平均值替换噪声值，来消除噪声干扰。所述步骤S3中，所述若干个指标包括：植被NDVI数据的年平均值AVE、植被NDVI数据的年最大值MAX、植被NDVI数据的年最小值MIN、植被NDVI数据的年最大值出现日期DMAX、植被NDVI数据的年最小值出现日期DMIN以及植被NDVI数据的季节动态值RREL；其中，所述植被NDVI数据的年平均值AVE表示每年草原植被覆盖的平均状况；所述植被NDVI数据的年最大值MAX与植被NDVI数据的年最小值MIN代表草原植被覆盖最高与最低状况；所述植被NDVI数据的年最大值出现日期DMAX以及植被NDVI数据的年最小值出现日期DMIN用旬数表示，分别代表植被覆盖最高值与最低值所对应的日期；所述NDVI季节动态值RREL表示植被的年际变化状况，其计算公式为：RREL＝[DMAX-DMIN]/[AVE]。所述步骤S4中，所述植被NDVI数据的年平均值AVE、所述植被NDVI数据的年最大值MAX、所述植被NDVI数据的年最小值MIN以及所述植被NDVI数据的季节动态值RREL的年际动态变化率以变异系数CVt来表示；所述植被NDVI数据的年最大值出现日期DMAX以及所述植被NDVI数据的年最小值出现日期DMIN的年际动态变化率以标准差SDt来表示；其中，CVt与SDt的计算公式分别为：SDt=Σi=1n(xi-x‾)n-1;]]>CVt=SDtx‾;]]>其中，n为步骤S1中预设定的统计年份内的年度数量，xi分别为所述各指标在各个年度的数值，i＝1，2，3...n，分别为所述各指标在预设定统计年份内的平均值。所述步骤S5中，具体包括如下步骤：步骤501：预设定置信度为95％，趋势检验的显著水平α＝0.05；步骤502：利用下式计算各个指标在预设定统计年份内的统计数据S：-->S=Σk=1n-1Σj=k+1nsgn(xj-xk);]]>其中，xj和xk分别为各个指标在第j年和第k年的数值，j＞k，n为步骤S1中预设定的统计年份内的年度数量；且，步骤503：利用下式获取各指标在预设定统计年份内的统计数据S的均值E(S)和方差Var(S)：E(S)＝0；Var(S)=n(n-1)(2n+5)18;]]>步骤504：利用下式计算得到各个指标在预设定统计年份内的统计检验值ZS：ZS=S-1Var(S)S>0;0S=0;S+1Var(S)S<0.]]>所述步骤S6中，定量研究草原植被覆盖的时空动态变化趋势的过程，具体包括如下步骤：步骤S601：判断所述统计检验值ZS的趋势变化显著性；步骤S602：如果ZS为正数，且ZS＞Z1-α/2，则表明草原植被覆盖有显著的上升趋势，如果Zs为负数，且ZS＞Z1-α/2，则表明草原植被覆盖有显著的下降趋势，如果|ZS|≤Z1-α/2，则表明草原植被覆盖无变化趋势。(三)有益效果上述技术方案通过对若干个植被NDVI数据中关于草原植被覆盖时空动态变化的若干个指标进行定量研究，从而可以实现对草原植被覆盖动态变化的定量研究，真实反映一定时期内草原植被覆盖的动态变化状况、物候特征及变化趋势，弥补当前定性研究的不足。附图说明图1为本专利技术具体实施方式所涉及的草原植被覆盖时空动态变化的遥感定量监测方法的流程图；图2为本专利技术具体实施方式所涉及的草原植被覆盖时空动态变化的遥感定量监测方法中的数据流向的框图；图3-1及图3-2为本专利技术具体实施方式所涉及的草原植被覆盖时空动态变化的遥感定量监测方法中的各NDVI指标年际动态变化率示意图；-->图4-1至图4-6为本专利技术具体实施方式所涉及的草原植被覆盖时空动态变化的遥感定量监测方法中通过Mann-Kendall(曼-肯德尔)方法对各NDVI指标进行趋势分析的结果示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。本专利技术具体实施方式所涉及的草原植被覆盖时空动态变化的遥感定量监测方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种草原植被覆盖时空动态变化的遥感定量监测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤Ｓ１：预先设定统计年份的起始年份作为定量监测草原植被覆盖时空动态变化的时间范围；步骤Ｓ２：利用植被的归一化植被指数ＮＤＶＩ数据制作预设定统计年份内每年的ＮＤＶＩ时序文件，然后消除ＮＤＶＩ时序文件的噪声干扰；步骤Ｓ３：在所述消除噪声干扰后的时序ＮＤＶＩ文件中，计算得出植被ＮＤＶＩ数据中关于草原植被覆盖时空动态变化的若干个指标；步骤Ｓ４：分别计算所述若干个指标各自在预设定统计年份内的年际动态变化率；步骤Ｓ５：在预设定统计年份内，根据Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ方法对所述若干个指标进行趋势分析，获取各指标在预设定统计年份内的统计检验值，获得各指标在预设定统计年份内的动态变化趋势；步骤Ｓ６：基于所述若干个指标在预设定统计年份内的年际动态变化率及统计检验值，来定量研究草原植被覆盖的动态变化趋势。

【技术特征摘要】
1.一种草原植被覆盖时空动态变化的遥感定量监测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1：预先设定统计年份的起始年份作为定量监测草原植被覆盖时空动态变化的时间范围；步骤S2：利用植被的归一化植被指数NDVI数据制作预设定统计年份内每年的NDVI时序文件，然后消除NDVI时序文件的噪声干扰；步骤S3：在所述消除噪声干扰后的时序NDVI文件中，计算得出植被NDVI数据中关于草原植被覆盖时空动态变化的若干个指标；步骤S4：分别计算所述若干个指标各自在预设定统计年份内的年际动态变化率；步骤S5：在预设定统计年份内，根据Mann-Kendall方法对所述若干个指标进行趋势分析，获取各指标在预设定统计年份内的统计检验值，获得各指标在预设定统计年份内的动态变化趋势；步骤S6：基于所述若干个指标在预设定统计年份内的年际动态变化率及统计检验值，来定量研究草原植被覆盖的动态变化趋势。2.如权利要求1所述的草原植被覆盖时空动态变化的遥感定量监测方法，其特征在于，所述步骤S2中，利用遥感影像处理工具处理植被NDVI数据，生成预设定统计年份内每年的NDVI时序文件；然后在NDVI时序文件噪声处，利用均值法，即计算其前后植被NDVI数据的平均值并以该平均值替换噪声值，来消除噪声干扰。3.如权利要求1所述的草原植被覆盖时空动态变化的遥感定量监测方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述若干个指标包括：植被NDVI数据的年平均值AVE、植被NDVI数据的年最大值MAX、植被NDVI数据的年最小值MIN、植被NDVI数据的年最大值出现日期DMAX、植被NDVI数据的年最小值出现日期DMIN以及植被NDVI数据的季节动态值RREL；其中，所述植被NDVI数据的年平均值AVE表示每年草原植被覆盖的平均状况；所述植被NDVI数据的年最大值MAX与植被NDVI数据的年最小值MIN代表草原植被覆盖最高与最低状况；所述植被NDVI数据的年最大值出现日期DMAX以及植被NDVI数据的年最小值出现日期DMIN用旬数表示，分别代表植被覆盖最高值与最低值所对应的日期；所述NDVI季节动态值RREL表示植被的年际变化状况，其计算公式为：RREL＝[DMAX-DMIN]/[AVE]。4.如权利要求3所述的草原植...

【专利技术属性】
技术研发人员：王桥，李营，
申请(专利权)人：环境保护部卫星环境应用中心，
类型：发明
国别省市：11