遙感調(diào)查方法在河北省省級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境變化評(píng)估方面的應(yīng)用研究

付素靜 馮海波 萬(wàn)寶春

（河北省環(huán)境科學(xué)研究院，石家莊 050037）

遙感調(diào)查方法在河北省省級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境變化評(píng)估方面的應(yīng)用研究

付素靜 馮海波 萬(wàn)寶春

（河北省環(huán)境科學(xué)研究院，石家莊 050037）

河北省省級(jí)自然保護(hù)區(qū)以自然生態(tài)系統(tǒng)類型為主，人類活動(dòng)較為頻繁，將遙感評(píng)估方法應(yīng)用于河北省省級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境變化評(píng)估具有重要意義。本文通過(guò)分析高分辨率遙感衛(wèi)星影像的特點(diǎn)，結(jié)合河北省省級(jí)自然保護(hù)區(qū)的實(shí)際情況，優(yōu)先選取分辨率為2m的民用衛(wèi)星，提出了遙感調(diào)查方法在自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)和開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)中自動(dòng)監(jiān)測(cè)、生態(tài)系統(tǒng)格局變化、生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量變化以及人類活動(dòng)干擾程度四方面的評(píng)估應(yīng)用。

自然保護(hù)區(qū)；遙感；生態(tài)環(huán)境；生態(tài)評(píng)估

1．研究意義

目前，遙感技術(shù)在自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)狀況評(píng)估和監(jiān)管等方面應(yīng)用日漸成熟。衛(wèi)星遙感技術(shù)具有觀測(cè)范圍廣、獲取信息快、信息含量大、更新周期短并可進(jìn)行歷史對(duì)比等特點(diǎn)，利用遙感技術(shù)可以更好地掌握自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)格局及質(zhì)量的現(xiàn)狀和變化特征，綜合評(píng)估自然保護(hù)區(qū)生態(tài)質(zhì)量狀況，利用不同時(shí)間序列的影像還可以對(duì)自然保護(hù)區(qū)的人類活動(dòng)和開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)進(jìn)行遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為自然保護(hù)區(qū)的管理和保護(hù)成效評(píng)估提供有力的技術(shù)支撐。河北省作為生物多樣性資源較豐富的省份之一，需加快自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)步伐，提高自然保護(hù)區(qū)管理水平和保護(hù)效果，充分發(fā)揮好自然保護(hù)區(qū)在河北省生態(tài)安全方面的作用，為建設(shè)“生態(tài)河北”、“和諧河北”的目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

2．河北省自然保護(hù)區(qū)分布

截至2012年底[1]，河北省自然保護(hù)區(qū)共計(jì)45個(gè)，見(jiàn)圖1，其中國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)13個(gè)、省級(jí)自然保護(hù)區(qū)25個(gè)、市級(jí)自然保護(hù)區(qū)2個(gè)，縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)5個(gè)。保護(hù)區(qū)總面積705 906公頃，占河北省總面積的3.76%。

表1 河北省自然保護(hù)區(qū)情況一覽表

圖1 河北省自然保護(hù)區(qū)分布示意圖

從自然保護(hù)區(qū)類型來(lái)看，根據(jù)我國(guó)的自然保護(hù)區(qū)分類標(biāo)準(zhǔn)《自然保護(hù)區(qū)類型與級(jí)別劃分原則》（GB/T 14529-93），自然保護(hù)區(qū)共分為3個(gè)類別9個(gè)類型。從表2中可看出，河北省自然保護(hù)區(qū)以自然生態(tài)系統(tǒng)類型為主。

3．河北省省級(jí)自然保護(hù)區(qū)遙感調(diào)查與評(píng)估方法

3.1 高分辨率遙感衛(wèi)星影像的選取

近年來(lái)，隨著國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星的迅速發(fā)展，迅速提升了我國(guó)高分辨率遙感衛(wèi)星影像的自主供給能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。2007年發(fā)射遙感衛(wèi)星二號(hào)，分辨率為2m，2011年12月發(fā)射資源一號(hào)02C衛(wèi)星，分辨率達(dá)2.36m；2012年發(fā)射資源三號(hào)衛(wèi)星，全色影響分辨率達(dá)到2m。在滿足應(yīng)用需求的條件下，應(yīng)盡量?jī)?yōu)先選用國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星[2]。

河北省省級(jí)自然保護(hù)區(qū)的面積大多在100km2以上，可以選用分辨率在2m的民用衛(wèi)星，如資源三號(hào)衛(wèi)星或高分一號(hào)衛(wèi)星；面積在50km2以下的自然保護(hù)區(qū)且變化劇烈或有重大科研價(jià)值的自然保護(hù)區(qū)可以采用更高分辨率的影像數(shù)據(jù)，如IKONOS（分辨率1m）和Quick-Bird(分辨率0.6m)，組合利用分析。

3.2 在自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境方面的應(yīng)用

（1）人類活動(dòng)和開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)

河北省省級(jí)自然保護(hù)區(qū)大多人類活動(dòng)較為頻繁，每年可進(jìn)行一次重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，基于影像直接對(duì)比法的變化信息提取的方法，對(duì)自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)和開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)[3]。

數(shù)據(jù)處理流程為：

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備主要包括：遙感數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、自然保護(hù)區(qū)基礎(chǔ)資料。

數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括：大氣校正、幾何校正、正射影像、輻射匹配、數(shù)據(jù)融合等。

地物信息提取：自動(dòng)提取保護(hù)區(qū)內(nèi)土地覆蓋、人類活動(dòng)信息和區(qū)內(nèi)的開(kāi)發(fā)建設(shè)用地信息。

成果表達(dá)：提取自然保護(hù)區(qū)變化信息后，結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查結(jié)果，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果分類，總結(jié)不同算法在不同自然保護(hù)區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中準(zhǔn)確性的分布規(guī)律，進(jìn)而指導(dǎo)下一步監(jiān)測(cè)技術(shù)的改進(jìn)；結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)制作自然保護(hù)區(qū)變化監(jiān)測(cè)成果圖，包括自然保護(hù)區(qū)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查圖、自然保護(hù)區(qū)環(huán)境變化監(jiān)測(cè)圖兩部分；統(tǒng)計(jì)報(bào)表并整理形成遙感監(jiān)測(cè)成果報(bào)告。

（2）省級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局及變化評(píng)估

在結(jié)合遙感解譯數(shù)據(jù)構(gòu)建河北省自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型空間數(shù)據(jù)集的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)土地覆被分類體系，結(jié)合河北省自然保護(hù)區(qū)植被圖、總體規(guī)劃圖、科考報(bào)告以及生態(tài)環(huán)境等相關(guān)資料[4]，對(duì)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型進(jìn)行識(shí)別、判定和分析，可劃分為6大生態(tài)系統(tǒng)類型，見(jiàn)表3。

表2 河北省自然保護(hù)區(qū)類型結(jié)構(gòu)

表3 自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型分類表

將自然保護(hù)區(qū)遙感數(shù)據(jù)按照上述生態(tài)系統(tǒng)分類體系解譯，遙感解譯數(shù)據(jù)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核查、數(shù)據(jù)校正后，精度應(yīng)達(dá)95%以上。利用解譯數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型、分布、比例、空間格局、景觀格局及變化，分析各類型生態(tài)系統(tǒng)的相互轉(zhuǎn)化特征。制作專題圖，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)整理形成生態(tài)系統(tǒng)格局評(píng)估報(bào)告。

（3）省級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量及變化評(píng)估

自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)價(jià)是自然保護(hù)區(qū)生態(tài)保護(hù)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，利用遙感數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量具有經(jīng)濟(jì)高效、準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)。利用MODIS、NDVI數(shù)據(jù)結(jié)合植被覆蓋度地面調(diào)查數(shù)據(jù)、地面LAI測(cè)量數(shù)據(jù)以及農(nóng)田、森林、草地的生物量可分別得到自然保護(hù)區(qū)的植被覆蓋度、葉面積指數(shù)以及生物量數(shù)據(jù)[5]。從上述三個(gè)指標(biāo)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的基本特征和健康狀態(tài)，反映自然生態(tài)系統(tǒng)維持現(xiàn)有服務(wù)功能的持續(xù)性和穩(wěn)定性，明確自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的現(xiàn)狀、變化趨勢(shì)、變化程度及空間差異。制作專題圖，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)整理形成生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)估報(bào)告。

（4）省級(jí)自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)遙感評(píng)價(jià)

從自然保護(hù)區(qū)長(zhǎng)期變化過(guò)程分析，自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境受到自然因素和人為干擾的不同程度的影響。人為干擾會(huì)使具有原始自然特性的景觀不斷改變。以環(huán)境衛(wèi)星CCD影像和資源三號(hào)高分遙感影像為基礎(chǔ)，采用目視解譯的方法，提取自然保護(hù)區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地、住宅用地、工業(yè)用地、采礦用地、旅游用地、交通運(yùn)輸用地等人類活動(dòng)信息，將自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)圖層和保護(hù)區(qū)功能分區(qū)圖層疊加，得到自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)人類活動(dòng)斑塊的空間分布、面積及其比例。

通過(guò)人為影響強(qiáng)度可以反映自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)參與、管理、改造的強(qiáng)度屬性。目前研究方法有很多，黃領(lǐng)梅等通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)干旱區(qū)人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度定量評(píng)估研究，史培軍等提出基于土地利用/覆被類型的研究方法來(lái)確定人類活動(dòng)干擾指數(shù)等[6-9]。本研究中采用的方法是采用《全國(guó)生態(tài)環(huán)境十年變化（2000—2010年）遙感調(diào)查與評(píng)估項(xiàng)目技術(shù)指南》中推薦的評(píng)價(jià)模型[10]，根據(jù)自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，計(jì)算各自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)干擾指數(shù)，并進(jìn)行分級(jí)，對(duì)自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)干擾程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)模型如下：

其中，HAI為自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)干擾指數(shù)，Si為人類活動(dòng)類型的面積，S為自然保護(hù)區(qū)的總面積。ai和bi為權(quán)重。其中，ai根據(jù)每一類人類活動(dòng)斑塊所在的功能區(qū)來(lái)確定，bi根據(jù)不同人類活動(dòng)類型對(duì)自然保護(hù)區(qū)的干擾程度來(lái)確定。

核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)的人類活動(dòng)干擾權(quán)重依次確定為0.6、0.3、0.1。

不同人類活動(dòng)類型對(duì)自然保護(hù)區(qū)的干擾權(quán)重見(jiàn)表4。

表4 不同人類活動(dòng)類型對(duì)自然保護(hù)區(qū)的干擾權(quán)重表

4．結(jié)論

河北省省級(jí)自然保護(hù)區(qū)以自然生態(tài)系統(tǒng)類型為主，人類活動(dòng)較為頻繁，將遙感評(píng)估方法應(yīng)用于河北省省級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境變化評(píng)估具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)遙感調(diào)查評(píng)估可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)和開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)強(qiáng)度；對(duì)河北省級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局、質(zhì)量及變化進(jìn)行全面評(píng)估；對(duì)省級(jí)自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)進(jìn)行遙感評(píng)價(jià)，確定自然保護(hù)區(qū)不能功能分區(qū)受到人類活動(dòng)的干擾程度。通過(guò)以上評(píng)估，可以針對(duì)不同自然保護(hù)區(qū)的特點(diǎn)，提出切實(shí)有效的生態(tài)管理、恢復(fù)措施，為管理部門制訂自然保護(hù)區(qū)管理政策提供依據(jù)。

[1] 河北省自然保護(hù)區(qū)基礎(chǔ)調(diào)查與評(píng)價(jià)報(bào)告. 2012.

[2] 李芬. 資源三號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)在土地利用遙感監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[D]. 長(zhǎng)春: 吉林大學(xué), 2013.

[3] 姜艷輝. 礦山環(huán)境遙感自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法與應(yīng)用研究[D]. 北京: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué), 2012.

[4] 徐新良, 劉紀(jì)遠(yuǎn), 邵全琴等. 30年來(lái)青海三江源生態(tài)系統(tǒng)格局和空間結(jié)構(gòu)動(dòng)變化[J]. 地理研究，2008, 27（04）：829-839.

[5] 吳見(jiàn), 劉民士, 李偉濤. 自然保護(hù)區(qū)遙感信息提取技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 世界林業(yè)研究，2013，26（01）：53-58.

[6] 黃領(lǐng)梅, 沈冰. 干旱區(qū)人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度定量評(píng)估研究[J]， 2009, 25（4）：425-429.

[7] 康相武, 劉雪華, 張爽等. 北京西南地區(qū)區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2007（12）：2846-2852.

[8] 石斌. 基于GIS與RS的蘭州新區(qū)生態(tài)安全評(píng)價(jià)[D]. 甘肅:甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué), 2012.

[9] 劉紀(jì)遠(yuǎn). 中國(guó)資源環(huán)境遙感宏觀調(diào)查與動(dòng)態(tài)研究. 北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社, 1996.

[10] 全國(guó)生態(tài)環(huán)境十年變化（2000—2010年）遙感調(diào)查與評(píng)估項(xiàng)目技術(shù)指南. 2012.

Research of Remote Sensing Surveying Method on Ecological Environment Change assessment in Hebei Provincial Nature Reserves

Fu Sujing Feng Haibo Wan Baochun
(1.Hebei Provincial Environmental Scientifc Research，Shi Jiazhuang 050037)

The provincial nature reserve in Hebei province are mainly natural ecosystems, frequently interfere with human activities. Remote sensing surveying method can be used to evaluate the ecological environment change in Hebei provincial nature reserves, which is entirely feasible and very important. Considering the characteristics of high resolution remote sensing images and the actual situation in Hebei, civil satellites with 2 meters resolution were priority selected. Four aspects, automatic monitoring of human activities and construction development, ecosystem pattern change, ecosystem quality change and intensity of human activities, were applied with remote sensing in nature reserves for biodiversity conservation.

nature reserves；remote sensing；ecological environment；ecological assessment

X171

A

1674-6252（2014）04-0034-04

付素靜（1987—），女，碩士研究生，主要從事環(huán)境規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境方面的研究.