桂林岩溶峰丛区定域时空变化研究

１ 研 究 区 背 景
桂 林 地处南 岭 纬 向构 造 带 中段 的广 西 山 字 型构
信 息提取 。图 １和 图 ２分 别 为 包含 ８个 峰 丛 区的 桂
林 市综 合地 质 图和 ＴＭ 影像 图 。
表 ｌ 研 究 区 信 息 表
Ｔａ ｂ．１ Ｔａ ｂｌ ｅ ｏｆ ｉ ｎｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏｎ ｏｆ ｔ ｈｅ ｓ ｔ ｕｄ ｙ ａ ｒ ｅ ａ
＞ Ｎｏ． １。
关键词 ： 岩溶 峰 丛 ； 生 态环 境 ； 时空变化 ； 遥 感 中圈分类号 ： Ｓ ７ １ ８ ． ５ ： Ｔ Ｐ ７ ５ 文献标识码 ： Ａ
０ 引 言
由 于岩溶 峰丛 区 特殊 的双 层 结 构 地 貌形 态 和半 开放 式岩 溶水 文地 质动 力学 过程 机制 ， 使得 它成 为 了
式中： ＮＩ Ｒ为 近红 外 波 段 （ 即 ＴＭ 数 据 的第 ４波段 ）
的亮 度值 ； Ｒ 为 可 见 光红 光 波段 （ 即 ＴＭ 数 据 的第 ３ 波段 ） 的亮 度 值 。生 态 环 境 越 好 ， 植被覆盖度 越高，
ＮＤｗ 值也 就越 大 。 另一 个重 要 的生 态环境 指示 指 数～… 绿 度 ， 它是
峰 丛 区 的 ＮＤＶ Ｉ 和Ｔ Ｃ 最高， 生 态环 境 最 好 ， ｌ ９ ８ ６年 次 之 ， １ ９ ９ １ 年 最差 ， 表 明在 ２ Ｏ
世纪８ Ｏ年 代 朱 ９ Ｏ年 代 初 这 一 阶段 里 。 由于 桂 林 市 经 济 高 速 发 展 而 忽 视 环 保 ， 岩 溶 峰 丛 区的 生境 曾受 到 较 不 良 影 响 ， 但进入 本世 纪 以来 已经得到 了明显 改善； 在 空 间 上 各 峰 丛 区 ＮＤＶ Ｉ大 于 ４ ． ０和 Ｔ Ｃ 大于 ２ Ｏ的地 块 呈 现 斑 状 或 条 带状 分 布 ，
弱［ １ ４ ３ 。本研 究选 定 的 ８大岩溶 峰 丛 区断 裂 构造 大 多
体生 态环 境状 态 的影 响 ， 本 文 对 漓 江 沿 四塘 乡 区 、 对
江 一寨江 区 、 临桂 ～旗 山 区 、 田心 村 一太 和上村 区 、 刘 村 一陶陂 洲 区、 奇峰 镇 一苏 家 区 、 东 宅 坪 一 老 村 ～ 兴 坪镇 区和 街底 一大 村 一 上龙 区 ８个 主要 的岩 溶 峰 丛 区（ 相应 的编 号 为 Ｎｏ ． １至 Ｎｏ ． ８ ） 开 展 了定 域 ＮＤ ＶＩ
际意 义 。运 用遥 感影 像 提 取 岩 溶 区 的生 态 环 境 信 息
境信 息 提取 ， 根 据李新 程 和贾 志强 最 近研 究 ＿ 】 。 ］ ， 利
用 这种 方式 提取 生 态环境 遥感 信 息 ， 会 导致 生态 环境
是一种 行之 有效 的技 术 方法 。前 人 在这 方 面做 过 较 多 工作 ， 如杨 奇 勇等基 于地 统 计学 的方法 很好 地估 计 了阴影 区石 漠化 指数 的“ 缺失 ” 信息 ， 为 岩溶 区石漠 化
基 金项 目： 广 西空 间 信息 与测 绘 重 点 宓 验 室 主 任 基 金 项 目“ 岩 溶 峰 丛 区 生 态 环境 遥感 定 城动 力学 模 型” （ 桂空测［ ２ ０ １ １ ］ ０ ３ ）
第一作者简介 ： 刘超（ １ ９ ８ ７ ） ， 男． 在读硕十研究生 ， 研究方向 ： 定壁 遥 感 。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｌ ｉ ｕ ０ １ ２ ５ ｃ ｈ ａ ｏ ＠１ ６ ３ ． ｔ ｏ ｍ。 通讯作者 ： 吴虹 ， 教授 ， 博 士 生 导 师 。Ｅ ｍａ ｉ ｌ ：ｗｕ ｈ ｏ ｎ ｇ ＠ｇ ｌ ｕ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 。
ＮＤ Ｖ Ｉ 一（ ＮＪ Ｒ—Ｒ ） ／ （ Ｎ Ｒ ＋Ｒ）
一 （ ＴＭ ４一 ＴＭ ３） ／ （ Ｔ Ｍ ４十 Ｉ ’ Ｍ ３）
３ 技 术 实 施
（ １ ） 图像 预处 理 ： 主要是 辐射 校正 、 几何 校正 和裁
剪处理， 采 用 软件 中 Ｅ Ｎ ＶＩ 固定 功 能模块 完成 。 （ ２ ） 基 于 ＲＯＩ的定 域 峰 丛 区圈 定 ： 结合地质图 ， 运用 Ｅ ＮＶＩ的 ＲＯＩ ＴＯＯＬ模 块 ， 通 过 目视 解 译 ， 在
一
遥感 图像 的本 底值 建立 了遥感 自动提 取模 型 ， 该 模 型
有效 地提 取 出 了峰 林 、 峰丛及孤峰信息 ， 并 可 进 一 步
提取 出岩溶洼 地信 息口 ； 梁福 源 等利 用 Ａ Ｓ ＴＥ Ｒ卫 星
提取 出了广西 大化 地 区 的 Ｄ ＥＭ＿ １ 。 ； 林 俊 清通 过 假 彩 色合 成 的卫 星遥感 影 像 对 喀 斯 特地 貌 和水 系进 行 了 目视解译 ， 并 建立 了解 译标 志ｌ ｌ 。 但 以往 的岩 溶生 态 环 境 定 量遥 感 研 究 多 采 用 矩 形 全域 对有 限范 围 的规 则 形 态 目标 区 域进 行 生 态 环
１ ９ ８ ６ ， １ ９ ９ １ ， ２ ０ ０ ６ 年Ｔ Ｍ 数据
山
辐 射 校 正 、 几何 校 Ｌ Ｅ
图 ３ 研 究 方 案框 图
Ｆｉ ｇ． ３ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐｌ ａｎ ｂ ｌ ｏｃ ｋ ｄｉ ａ ｇｒ ａｍ
遥感 归一 化植 被指 数 的计算 公 式为 ；
收稿 Ｉ ＝ ｔ 期： ２ ０ １ ２ —０ ８ —０ ３
第３ ２卷
第 １ 期
刘 超等 ： 桂 林 岩 溶 峰 丛 区 定 域 时 空 变 化 研究
１ ０ｌ
感 分 析方 法 。为探 索 局 域 生 态环 境 变化 对 桂 林 市 整
造东翼 内倾 ４ ， 属 桂东 南北 向构 造带 的桂 林弧 形构 造亚 带 。地壳 构造 运动 以广 西运 动 （ 加 里东 运动 ） 、 印支运 动和燕 山运动最 为 强烈 ， 海西 运动 和喜 山运 动相 对较
被 指数 ） 和 ＴＣ （ Ｔ ａ ｓ ｓ ｅ ｌ ｅ ｄ Ｃ ａ ｐ缨 帽变 换 中的 绿 度 分
量） 时 空变 化研 究 ， 并取 得 了有实 用意 义 的研究 结果 。
２ ０ ０ ｋ ｍ 不等（ 表 １ ） 。影 响 植 被 生 长 因 素 较 多 ， 如 土
壤、 地形 、 水 分等 ， 本研 究仅 以植 被 反射 波谱特 征 为依 据 采用 遥感 手 段 对 Ｔ Ｍ 影像 图 （ 图 ２ ） 进 行 地 表 植 被
种 独 特 的局 域 生态环 境 区域 ， 对 桂林 市整 体 生态环
境起 着 控制影 响 作 用［ ｝ 。桂 林 市 的地 表 岩 溶 地 貌 主要 为岩 溶峰 丛 和 峰林 。研 究桂 林 岩 溶 峰 丛 区 生 态
环境 状 态及 变化 对桂 林 市 生 态 环境 综 合 治 理 具 有 实
趣 区） 对 ８个 主要 岩 溶 峰丛 区进 行 定 域 ， 进 而 开 Ｖ 了和 绿度 Ｔ Ｃ 两 个 生态 环境 遥感
指数 信息 提取 ｌ ＿ ｌ
， 并 对这 些参 数 开展纵 向（ 时 问变
化） 和横 向 （ 空 间变 化 ） 定量 比较 分 析 ， 探 寻 其 时 空变
第 ３ ２卷
第 １期
中 国 岩 溶
ＣＡ ＲＳ（ ） Ｉ （ ） Ｇｌ ＣＡ ＳＩ ＮＩ ＣＡ
Ｖｏ Ｉ ． ３ ２ ＮＯ ． １
Ｍａ ｒ ． ２ Ｏ １ ３
２ ０ １ ３年 ３月
文章编号 ： １ ０ ０ １ —４ ８ １ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ —０ １ ０ ０ —０ ８
评 价产 生误 差 。桂林 市岩 溶 峰 丛 区 具 有 十 分典 型 的
定域、 边界 形态 不规 则和 分 片断续 分布 的特 征 ， 因此 ，
监控 、 评估 提供 了新 的 思路 与方 法 ； 杨 树 文等 基 于
其生 态环 境遥 感研 究 必 须 采取 定 域 定 量 生 态 环 境遥
Ｔ Ｍ 假 彩 色合 成影像 上 ， 以研 究 内的 ８个 主要 的 岩溶
峰丛 区 的边 界 为界线 ， 圈定 出 ８个 Ｒ ０Ｉ ， 即感 兴趣 区 ，
采 用 缨 帽变换 算法 对 Ｔ Ｍ 遥感 数 据 作 多 维 光谱 空 间 的线 性 变换 ， 并通 过光 谱空 间旋 转使 植被 与 土壤 的光 谱 特 征信 息得 以分 离 ， 由此 得到 的缨 帽变 换第 二分 量 的线 性组 合 ， 即Ｔ Ｃ 。 。ＴＣ 。 主要 反 映植 被 的绿 色光 谱
且自１ ９ ９ １年 以来 有 向全 区扩 大 的趋 势 。 同 一 区域 不 同 时 间 ＮＤ ＶＩ 和Ｔ Ｃ 变 化具 有１ ９ ９ １年 低 ， １ ９ ８ ６年 、 ２ ０ ０ ６年 高 的趋 势 ， 而 同一 时 间不 同 区 域 ＮＤＶ Ｉ 和Ｔ Ｃ。 也 存
在 着差异， 由好 到 差 其 关 系 为 ： Ｎ ｏ ． ５ ＞Ｎ ｏ ． ４ ＞ Ｎｏ ． ３ ＞Ｎ ｏ ． ８ ＞ Ｎｏ ． ７ ＞ Ｎｏ ． ６ ＞ Ｎｏ ． ２
摘 要 ： 为 探 索 局域 生 态 环 境 变 化 对 桂 林 市 整 体 生 态 环 境 状 态 的 影 响 ， 选 择 漓 江 沿 岸 北 从 刘 村 南 至街 底 共 ８个 峰丛 地 貌 区 作 为 研 究 对 象 （ 编号 为 Ｎ ｏ ． １ ～ Ｎｏ ． ８ ） ， 并以１ ９ ８ ６ 、 １ ９ ９ １和 ２ ０ ０ ６年 ３个 时 相 的 Ｉ ａ ｎ ｄ ｓ ａ ｔ 一 ５卫 星 影 像 的 ＴＭ 数 据 为 信 息 源， 采用基于 Ｒ （ ） Ｉ 的定 域 定 量遥 感 技 术 ， 结 合 地 理 与 岩溶 地 质 学 资 料 ， 对 这 ８个 岩 溶 峰 丛 区 的遥 感 生 境 指 标 即 归 一 化 植 被 指 数 ＮＤＶ，和 缨 帽 变 换 中 的 绿 度 分 量 丁 （ 作 定 域 提 取 和 纵 、 横 向分 析 （ 时 间和 空 间 变 化 分 析 ） 。 研 究 表 明 ，２ ０ ０ ６年 岩 溶
信息 ， 其 值越 高 ， 表 明植 被 越 发 育 ， 生 态 环 境 也 就 越 好 。缨 帽变换 数学 表达 式 如下 面公 式所示 ｒ ： ｊ
化特 征及 趋势 和规 律 。在此 基础 上 ， 结 合相 关地 质和
环境 资料 ， 对 ８个 峰 丛 区 的生 态 环 境 状况 作 出评 价 。
研究方 案 见 图 ３ 。
第３ ２卷
第 １ 期
刘 超等 ： 栓 林 岩溶 峰 丛 区定 域 时空 变化 研 究
１ Ｏ３
Ｌ ａ ｎ ｄ ｓ ａ ｔ １ ２ ４ ／ ４ ７ ｊ
２ 研 究 方 案
根 据 课 题 研 究 目标 ， 本 次研 究 工作 的 技 术 路 线 为： 以１ ９ ８ ６ 、 １ ９ ９ ｌ和 ２ ０ ０ ６年 ３个 时 间成 像 的 Ｔ Ｍ 遥 感数 据 为信 息源 ， 基于 Ｒ ＯＩ （ Ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ， 感 兴
桂 林 岩 溶 峰 丛 区 定 域 时 空 变 化 研 究
刘 超 ， 吴 虹 。
（ １ ． 桂 林理 工 大 学地 球 科 学 学 院遥 感 应 甩研 究所 ， 广西 桂林 ５ ４ １ ０ ０ ４ ；
２ ． 桂林 理 工 大 学测 绘 学 院／ 广 西 空 间信 息 与 测 绘 重点 实验 室 ， 广西 桂林 ５ ４ １ ０ ０ ４ ）
（ Ｎｏ ｒ ｍａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｖｅ ｇ ｅ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ 归 一 化 植
比较发 育 （ 图１ ） ， 其 中编 号 Ｎｏ ． ４中有 北 东 向 和南 北
向两组 断 裂交汇 。 峰 丛洼 地 地 层 主要 为 上 泥 盆 统 （ Ｄ。 ） ， 岩 性 以具 有 强可 溶性 的碳 酸 盐 岩 为 主 。峰丛 洼 地 面积 从 ４ ～