基于遥感和GIS的泰安市生态环境评价及动态监测探讨

　　引言
　　人类社会生产力的飞速发展带来全球气候变暖、酸雨蔓延、生物多样性丧失等环境问题，对人类的生存发展构成了极大威胁。区域生态环境综合评价是协调区域经济发展与环境保护之间关系，实现区域可持续发展的重要手段。国外环境质量评估始于上世纪 60 年代中期，70 年代蓬勃发展，20 世纪 80 年代以来一些先进技术尤其是遥感、全球定位系统和地理信息系统开始应用于环境科学领域。90 年代以来环境质量评价无论是方法还是技术上都取得了飞速发展,而且针对评价结果进行的环境方面改造、治理，使得生态环境尤其是城市生态环境质量彻底改善。中国的生态评价始于 20 世纪 70 年代的城市环境污染现状调查和评价，80年代转向工程建设项目的影响评价,80 年代末以来国内在城市环境质量综合评价和农村从村级到县级区域生态环境质量综合评价方面进行了大量的工作。近几年来结合新一轮的国土资源综合调查，各省、市、自治区正在陆续展开省级区域生态环境综合评价工作。国家环境保护部于 2011 年 4 月 8 号发布了《环境影响评价技术导则 生态影响（HJ19-2011）》，为科学合理的环境评价提供了技术支持。结合泰安市 1987 年、2005 年遥感影像资料，运用遥感影像处理软件和地理信息系统，对其区域生态环境状况进行了综合评价，旨在探索运用遥感手段对区域生态环境状况进行综合评价的方法，了解泰安市生态环境状况及其变化趋势。
　　1 研究区概况
　　泰安市是鲁中南山区的代表区域，面积为 7762km2，其中可利用土地为 67.2 万公顷，占总面积的 86.6%。该市地势自东北向西南倾斜，境内拥有多种地貌类型，如山地、丘陵、平原、洼地湖泊等。
　　2 评价指标体系的建立及权重确定
　　2.1 评价指标体系的构建
　　参考《环境影响评价技术导则 生态影响（HJ19-2011）》，按照客观性 、统筹兼顾、主导因素和可操作性等原则，选择反映生态环境的生物丰度、植被覆盖、水系分布、土地质量等方面的综合指标，确定用于计算各指标的土地利用类型权重，构建泰安市生态环境状况评价指标体系。
　　2.2 生态环境评价信息的遥感提取
　　2.2.1 遥感数据及相关资料
　　采用美国陆地卫星(Landsat)TM 影像数据。分辨率为 3030m。时相分别为 1987 年 5 月19 日和 2005 年 4 月 13 日。同时，收集了相关年份土地利用现状图、地形图、地貌图、土壤图、行政区划图以及泰安市历年土地利用类型资料等。
　　2.2.2 遥感图像的纠正与配准
　　应用遥感图像处理和 GIS 软件，利用泰安市 1：50000 地形图，选择高斯-克吕格投影空间为校正空间，选择 21 个地面控制点（GCP）采用控制点校正的方法对 2005 年 4 月 13 日遥感图像进行几何精校正，最终的定位精度控制在 0.5 个象元之内。在此基础上对 1987 年图像进行配准，并进行两副图像的直方图匹配。
　　2.2.3 评价区图像数据提取
　　借助泰安市行政区划图，利用 Mapgis 软件矢量化输入的行政界线，将得到的矢量化边界进行误差校正，把矢量文件转成栅格文件，以此栅格图对遥感图像进行掩膜处理得到了泰安市的遥感数据。为了突出图像中有用信息，使其中感兴趣的特征得以加强，对 TM 图像进行了拉伸处理。
　　对其它土地利用现状图、行政区划图等非遥感数据，进行了图件的数字化、误差校正、投影变换等处理，使其具有与遥感图像相同的投影空间和坐标系统。
　　根据光谱特征曲线，选择各地类的敏感波段，构建其提取模型和规则：
　　（1）水体在 TM5 和 TM7 波段的灰度均值都很小，故确定分类规则为：（TM5 TM7） 20来提取水体信息，河流在遥感影像图上具有明显的几何特征，故借助土地利用现状图直接进行信息提取。
　　（2）林草地在穗帽变换后的 TM3 波段灰度与其他土地利用/覆被类型具有显著差异，因此确定提取林草地的提取规则为：B3 23。（B3 为 TM3 波段灰度穗帽变换后的值）。
　　（3)耕地的 NDVI 值大于 0 且在 TM4 比其他类型的灰度值都大，具有显著差异性，故确定其提取规则为：TM4 80，且 NDVI 0。
　　（4）建设用地在 7、5、2 波段假彩色合成图上具有明显的地物特征，故建设用地信息利用对 7、5、2 波段假彩色合成图进行监督分类得到。
　　（5)未利用地在第五波段灰度值较大，与其它地物相比于有明显的差异性，因此应用密度分割的方法，通过确定阈值，建立提取规则为：TM5 130。
　　综合各土地利用/覆被类型的提取结果，得到泰安市 2005 年土地利用/覆被分类图像。利用软件数据统计功能，对各类土地利用类型进行统计分析得到各类型的面积及所占总面积比例。
　　3 生态环境状况评价
　　3.1 评价方法
　　泰安市生态环境状况评价采用生态环境状况指数法。根据评价的指标体系和权重，构建生态环境状况指数（EI），计算方法为：
　　EI 0.35生物丰度指数 0.25植被覆盖指数 0.2水网密度指数 0.2（100-土地退化指数）
　　3.2 生态环境状况分级
　　根据生态环境状况指数，分别将2005年和1987年泰安市生态环境分为五级，即优、良、一般、较差和差。
　　4 生态环境状况的动态研究
　　4.1 研究方法
　　以同样方法对 1987 年泰安市生态环境状况进行评价，在 GIS 中进行二期评价图的叠加分析，由此检测 EI 的变化情况，并根据其变化幅度进行生态环境状况的动态分级。将生态环境状况变化幅度分为五个等级，即：变差、略微变差、基本不变、略微变好、变好。
　　5 结语
　　生态环境是人类生存和发展的基础，其质量的好坏关系到社会经济生态可持续发展问题。文章证明了采用遥感方法提取生态环境评价指标，并在 GIS 支持下建立生态环境质量评价模型，进行区域生态环境状况评价的可行性，为遥感技术在区域生态环境质量评价中的应用提供了思路和方法。同时，通过对泰安市生态环境质量进行总体评价和空间分析，为泰安市生态环境的保护管理提供了基础信息。针对生态环境的动态及问题，应加快产业结构转型和进行生态环境整治，尤其需要加强对东南部山地的绿化工作，促进泰安市整体生态环境状况的改善。