[发明专利]一种植被生态环境突变监测方法及其系统

说明书

本申请公开了一种植被生态环境突变监测方法及其系统，其中，植被生态环境突变监测方法，包括如下步骤：获取原始长时间归一化植被指数序列，并对原始长时间归一化植被指数序列进行重建，获得重建后长时间归一化植被指数序列；对原始长时间归一化植被指数序列进行训练，提取典型植被的归一化植被指数序列模板，建立植被类型模板库；按照预设周期对重建后长时间归一化植被指数序列进行归一化植被指数短时序分段检测，并生成突变结果，其中，突变结果包括：突变和无突变；当突变结果为突变时，利用植被类型模板库对突变结果中的突变年份的归一化植被指数时间序列进行分析，获得突变原因。本申请能及时判断监测地区是否发生植被突变情况以便及时应对。

技术领域

本申请涉及生态环境监测技术领域，尤其涉及一种植被生态环境突变监测方法及其系统。

背景技术

植被是连接大气、水体、土壤的纽带，是地表生态系统的核心组成部分，同时，也是生态安全的天然屏障，在水土保持、气候调节、维持生态系统稳定方面具有十分重要的作用。植被生态环境的变化一般情况下是一个渐变的过程，随着人类社会经济的发展，由于人类活动的加剧，局部生态环境可能出现段时间的剧烈变化，对局部生态环境产生巨大影响。对环保监管部门而言，植被生态环境重点监测的对象为植被生态突变区域。但是目前各环保部门生态监管范围大，特别是高山山脉、自然风景区等区域，自然环境条件复杂，人力资源不足，给生态环境保护工作带来了较大的困难。此外，当前环保部门对于生态环境的监管手段主要还是人工监管，比如通过定期的点穴执法以及环境监察大队的巡逻等方式进行监管，人工成本较高，而且巡查时间频率不够。对于生态损害比较严重的情况，大部分是依靠群众举报，接到举报的执法人员抵达现场核查时，一般植被生态已受到严重损害。且对于新疆、青藏等幅员辽阔且地多人少的区域，人工监管难度非常大。

目前，市场上也有利用无人机做生态监测的，但是受限于航空管制和成本，一般是利用无人机技术对生态损害地区重点地块进行重点监测，开展针对违章采矿挖玉、挖沙等破坏环境的违法违规行为的拍摄取证工作，为管理执法部门提供数据支撑。

NDVI(Normalized Difference Vegetation Index，归一化植被指数)是反映植被覆盖特征的重要指标。一般而言，基于长时间序列的植被覆盖变化趋势分析是监测植被生长和荒漠化状况的主要手段之一。运用长时间NDVI序列数据对植被覆盖变化进行分析，能够更直观准确地反映研究区域的生态环境，了解植被覆盖的时空变化。利用长时间NDVI序列同期对比可以得到植被生态变化趋势，而短时间NDVI序列可以反映植被在短期的变化特征。将短时间NDVI序列逐窗口进行对比，可以检测到发生植被生态突变的位置和时间。将长时间的NDVI序列进行特征训练，提取不同植被类型的模板，将短时间NDVI序列与经过训练后的模板进行匹配，可以精确确定突变前后地物类型。而近期高精度遥感影像可以为该地区突变前后的变化做验证。

目前，使用NDVI时间序列研究植被变化的方案主要有：

(1)基于时序突变检测植被空间变化特征。该技术取最大NDVI值代表该地区当年植被生长情况，建立多年NDVI序列曲线，利用最小二乘拟合计算突变拐点前后变化趋势，然后将NDVI变化趋势与气象因子作相关性分析，最后对研究区内进行统计，得到研究区植被改善和退化的空间分布情况。该方法首先从时间尺度上，不能满足监管部门的及时监管需求；其次，该方法的主要目的是为了分析研究区内植被变化趋势，反映植被变化的空间分布情况，但无法定量检测变化前后的地物类型。

(2)利用不同年份的土地覆盖数据和NDVI时序分析，代入生境评估分析公式，分析研究区内生境的质量变化；或者结合植被NDVI的变化曲线以及相同年份土地覆盖类型动态变化，从整体上对研究区内植被空间变化情况和驱动因素进行分析。该方法取年度NDVI最大值分析研究区内NDVI年际变化趋势，利用土地数据直接确定当年的土地利用情况，无法精细地确定植被短期内的突变情况；其次，该方法无法精确地获取变化区域的变化特征和过程。