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基于GEE平台的国家公园土地覆盖变化遥感检测方法构建
毛丽君, 李海涛, 薛晓明, 李建伟, 李明诗
南京林业大学学报（自然科学版） ›› 2022, Vol. 46 ›› Issue (2) : 213-220.
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基于GEE平台的国家公园土地覆盖变化遥感检测方法构建
Developing remote sensing based methods for land cover change detection in national parks from GEE platform: a case study from the Qianjiangyuan National Park pilot area
【目的】高效、可靠地提取土地覆盖动态变化信息对于国家公园保护与管理方案制定具有基础性数据支撑作用。本研究主要目的是构建经济高效的遥感监测方法,提取钱江源国家公园体制试点区2001—2017年的土地覆盖变化信息,评估国家公园保护与管理活动的有效性。【方法】首先定义研究区的土地覆盖分类体系(耕地、森林、草地、水体、人造地表和裸地),并利用增强型目视解译方法选取历史训练样本点;其次综合Landsat多季节复合数据的光谱波段、光谱指数、纹理特征和地形特征,基于Google Earth Engine(GEE)云平台执行随机森林分类算法,生成土地覆盖数据集;最后建立土地覆盖转换规则从而识别主要的土地覆盖变化类型及其空间分布模式。【结果】独立样本集验证结果表明,钱江源国家公园2001年、2009年和2017年土地覆盖总体分类精度分别为83.12%、81.82%和87.35%。造林活动、耕地废弃和开发建设的变化信息体现出保护管理工作取得显著成效。【结论】增强型目视解译能够高效、可靠地选取历史训练样本点,从而支持历史土地覆盖数据集构建。采用基于云计算的变化检测技术可快速评估国家公园管理措施的有效性并发现生态脆弱地带,具有高效、经济及计算资源限制性少等优势,可广泛推广应用。
【Objective】Efficient and reliable extraction of land cover change information plays an important role in formulating management and protection plans for national parks. The primary objective of the current work was to develop an efficient and economical remote sensing detection method to extract land cover change information in the Qianjiangyuan National Park pilot area from 2001 to 2017, and to assess the effectiveness of the adopted protection and management measures. 【Method】A land cover classification scheme, including cropland, forest, grassland, water, artificial surface, and bare land, was first defined, followed by the selection of the historical training dataset using an enhanced visual interpretation method. Next, the original spectral bands, spectral indices, and textural features derived from Landsat multi-season composite data and terrain features were incorporated as input variables for implementing the random forest classification algorithm in the Google Earth Engine (GEE)cloud platform to generate land cover datasets. Finally, the major land cover conversion types and their spatial distributions were mapped by establishing land cover conversion rules. 【Result】The validation results derived from an independent sample set indicated that the overall accuracies for the 2001, 2009 and 2017 classifications were 83.12%, 81.82% and 87.35%, respectively. Afforestation activities, cropland abandonment, and distributions of development and construction projects demonstrated the effectiveness of the protection and management measures adopted in this park. 【Conclusion】The enhanced visual interpretation process helps to identify historical sample points efficiently and reliably to support the creation of historical land cover datasets. With cloud computing-based change detection technology, it is possible to quickly assess the protection and management efficacy and locate ecologically vulnerable zones. Moreover, the method has the advantages of high efficiency, economy, and fewer limitations on computing resources; thus, the GEE-based land cover change detection method proposed in the current work is suitable for an application in other similar scenarios.
钱江源国家公园 / 土地覆盖变化 / 遥感监测 / Google Earth Engine(GEE) / 增强型目视解译
Qianjiangyuan National Park / land cover change / remote sensing monitoring / Google Earth Engine(GEE) / enhanced visual interpretation
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米湘成. 生物多样性监测与研究是国家公园保护的基础[J]. 生物多样性, 2019, 27(1):1-4.
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王子芝, 李玥, 华世明, 等. 基于生态保护加权的普达措国家公园功能分区研究[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2021, 45(6):225-231.
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余建平, 申云逸, 宋小友, 等. 钱江源国家公园体制试点区功能分区对黑麂保护的有效性评估[J]. 生物多样性, 2019, 27(1):5-12.
功能分区是统一协调国家公园不同保护管理目标的主要措施, 对于国家公园的有效管理有重要意义。钱江源国家公园是我国首批国家公园体制试点区之一, 被分为核心保护区、生态保育区、游憩展示区和传统利用区4个部分, 对应不同的保护管理措施。本研究分析了钱江源国家公园体制试点区现有功能分区与其首要保护对象黑麂(Muntiacus crinifrons)的适宜栖息地之间的空间关系。在红外相机调查获取的94个黑麂分布点的基础上, 结合海拔、地形、植被特征、人为活动干扰等15个环境特征变量, 采用MaxEnt模型预测国家公园内黑麂适宜栖息地的空间分布。结果表明, 黑麂倾向于出现在森林较为原始和道路密度较低的区域, 其适宜栖息地面积42.5 km <sup>2</sup>, 占国家公园总面积的16.9%。其中, 69.3%的黑麂适宜栖息地位于核心保护区, 30.4%位于生态保育区, 表明国家公园现有功能分区能很好地满足黑麂栖息地保护的需求。此结果也证明黑麂可以作为其分布范围内保存较好的亚热带森林生态系统的指示性物种。通过生境恢复、廊道建设和跨省共建促进黑麂栖息地的完整性保护, 是加强该区域黑麂栖息地保护的关键措施。
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李双, 孙孝平, 方彦君, 等. 钱江源国家公园体制试点区农户生计资本评价及其空间特征[J]. 生物多样性, 2019, 27(1):64-75.
本研究以钱江源国家公园体制试点区(以下简称为钱江源国家公园)为例, 基于可持续生计分析框架, 构建农户生计资本评价指标体系, 运用熵权法、聚类分析和空间自相关分析, 开展钱江源国家公园农户生计资本评价, 并对其空间分布和集聚特征进行分析。结果表明: (1)不同农户类型的生计资本均值呈现非农户 > 兼业户 > 纯农户, 非农户的人力资本、社会资本和物质资本远高于兼业户和纯农户; (2)不同农户类型资产等级划分差异显著, 纯农户的中低资产较多, 非农户的高资产较多, 生计资本与生计活动类型密切相关; (3)农户生计资本总量在空间上呈现由西南向东北递增的趋势, 何田乡生计资本较为均衡, 齐溪镇、长虹乡和苏庄镇的生计资本搭配不合理; (4)不同功能区农户生计资本分布与功能定位和管理强度相关; (5)自然资本呈现显著空间自相关性, 其余资本及总量空间自相关性不显著。最后, 为改善钱江源国家公园农户生计状况提出了相关建议。
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杨晓涵, 李雨彤, 王宁, 等. 遥感影像融合方法比较研究[J]. 重庆工商大学学报(自然科学版), 2017, 34(2):90-94.
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徐涵秋. 利用改进的归一化差异水体指数(MNDWI)提取水体信息的研究[J]. 遥感学报, 2005, 9(5):589-595.
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王宇飞, 苏红巧, 赵鑫蕊, 等. 基于保护地役权的自然保护地适应性管理方法探讨:以钱江源国家公园体制试点区为例[J]. 生物多样性, 2019, 27(1):88-96.
我国的自然保护地普遍存在着科学管控难、统一管理难和资金供给难等问题, 即便是国家公园体制试点区也不例外。本文以钱江源国家公园体制试点区为例, 设计了基于细化保护需求的保护地役权制度, 以探索一种能解决上述问题并能体现生态补偿的适应性管理方法, 包括: 细化主要保护对象的管理需求, 结合土地利用类型, 确定实施保护地役权的空间范围; 辨析保护需求和原住民生产、生活之间的关系, 形成正负行为的准则并以行为清单的形式体现; 从生态系统监测指标改善情况、正负行为遵守情况和社区能力建设三个维度制定地役权制度的评价方法; 据此形成地役权合同, 明确供役地人和需役地人的权责利, 形成考虑保护绩效的生态补偿方案。这种方法可以解决自然保护地因为权属不一致造成的生态系统和景观破碎化问题, 缓解社区发展和生态保护之间的矛盾, 在我国南方集体林地占比较高的自然保护地具有适用性。
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