基于RS与GIS技术的保定市生态保护环境规划研究.docx
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基于RS与GIS技术的保定市生态保护环境规划研究
分类号密级
中国地质大学（北京）
本科毕业论文
题目基于RS与GIS技术的保
定市生态环境保护区划
英文题目Theecologicalenvironment
regionalizationofbaodingcity
basedonRSandGIStechnology
学生姓名王金星院（系）土地科学技术学院
专业测绘工程学号1304228
指导教师侯敏职称副教授
二OO八年五月
中国地质大学（北京）本科毕业论文任务书
学生姓名
王金星
班级
13042
专业
测绘工程
导师姓名
侯敏
职称
副教授
单位
中国地质大学（北京）
毕业设论文题目
基于RS与GIS技术的保定市生态环境保护区划
毕业论文主要内容和要求：
论文内容为结合保定市生态环境保护的实际问题，利用遥感和地理信息系统的技术支持，针对生态环境保护区划的需要对大量信息进行提取、综合分析。
同时根据保定市的实际情况，建立生态环境评价体系和适当的遥感、GIS信息模型对保定市域进行生态环境保护区划并提出规划建议。
要求对遥感影像进行处理，并提取足够的信息，最后完成保定市生态环境保护区划的成果。
毕业设计（论文）主要参考资料：
[1]李书娟、曾辉.遥感技术在景观生态学研究中的应用.遥感学报.2002，6（3）：
233-239．
[2]保定市环境保护局编．保定市城乡总体规划调整（2007-2020年），2006．
[3]梅安新、秦其明等．遥感导论．北京：
高等教育出版社，2001．
[4]丰茂森．遥感数字图象处理．北京：
高等教育出版社，2001．
[5]傅伯杰、刘国华、陈利顶等.中国生态区划方案.生态学报.2001，21
（1）：
1-6．
[6]刘国华、傅伯杰.生态区划的原则及其特征.环境科学进展.1998，6（6）：
67-72．
[7]汤国安、杨昕等．ARCGIS地理信息系统空间分析试验教程．北京：
科学出版社，2006．
[8]黄杏元、汤勤．地理信息系统概论．北京：
高等教育出版社，1989.
毕业设计（论文）应完成的主要工作：
1、卫星影像预处理。
对保定市域范围的卫星影像进行辐射校正、拼接、裁减和突现增强，并进行监督分类和专题信息的提取。
2、自然系统分区，利用遥感影像确定保定市域生态结构如下：
西部林草生态系统、中部作物生态系统、湿地生态系统和连接各生态系统的生态廊道四个自然生态系统。
3、建立评价体系。
综合选取自然生态因素和社会人文因素，并对各个因素的生态环境影响权重附值，建立生态环境区划的评价体系。
4、进行生态环境保护分区，根据评价体系，运用采用GIS手段，对保定市域划分为：
建成区、生态低限区、生态敏感区和生态限制区四区。
5、提出生态环境保护建议。
在生态环境分区的基础上提出了保定市生态环境保护建议。
毕业设计（论文）进度安排：
序号
毕业设计（论文）各阶段内容
时间安排
备注
1
确定论文题目
2007.12.31前
2
查阅相关资料，完成资料数据准备，选定具体题材，并进行相关调查。
2008.1.1-2008.2.18
3
准备开题相关内容，进行开题
2008.2.19-2008.3.3
4
撰写论文框架，确定论文结构
2008.3.4-2008.4.15
5
中期检查，进行资料补充，和相关的补充调查并撰写论文
2008.4.16-2008.4.30
6
撰写完善论文
2008.4.30-2008.5.1
7
最后修改论文
2008.5.1-2008.5.29
课题信息：
课题性质：
设计论文
课题来源：
教学科研生产其它
发出任务书日期：
指导教师签名：
年月日
教研室意见：
教研室主任签名：
年月日
学生签名：
摘要
由于社会经济的发展和人口的急剧增加，使得全球和区域性的生态环境问题日益尖锐。
如何协调发展与环境保护之间的矛盾，维护区域经济的可持续发展，是当前亚待解决的问题。
这就要求对区域生态环境问题进行深入的研究，进而划分不同的区域，提出各区域生态环境的整治方案，这正是生态环境保护区划的研究内容。
生态环境保护区划是指按照一定的理论方法体系，将区域按照自然特点、环境现状、社会发展需要和保护与恢复生态功能要求的不同划分为不同的生态限制区。
生态环境保护区划的提出从生态学的角度，为科学合理、可持续性的保护和利用生态环境及自然资源提供了依据和方向。
遥感（RS）、地理信息系统（GIS）技术是生态环境保护区划不可或缺的重要工具。
遥感技术以其多平台、多波段、多时相宏观综合的特点，能便捷地完成常规方法很难实现的大、中尺度的生态调查研究和进行不同时期的生态环境信息的对比分析；地理信息系统作为一个极为有效的计算机工具，则在收集、存储、提取、转换、显示和分析这些容量庞大的空间数据时起到了非常重要的作用。
本论文以保定为例，完成了基于RS和GIS的保定市生态环境保护区划。
关键词：
生态环境保护区划；遥感；地理信息系统
ABSTRACT
Withthedevelopmentofeconomyandsharplyincreasingofpopulation,theglobalandregionaleco-environmentalproblemsaregettingincreasinglyacute.Therefore,theproblemsdemandingpromptsolutionarehowwecoordinatethecontradictionbetweendevelopmentandenvironmentalconservationandkeepsustainabledevelopmentofregionaleconomy.It'srequiredtostudyontheregionaleco-environmentalproblems,regionalizedefferentecologicalregionandputforwardaplantoharnessregionaleco-environment.Allofaboveareresearchcontentsofeco-functionalregionalization.Soitisveryimportantforeco-functionalregionalizationinregionaleconomicdevelopmentandenvironmentalconservation.
Theecologicalenvironmentregionalizationrefertoamethodologywhichdividethewholeareaintosub-regionsaccordingtonaturalcharacteristic,environmentsituation,societydevelopmentneedsandthedifferencerequirementofrecoveringecology.Theecologicalenvironmentregionalization，hasprovidedbasisanddirectionforscienceprotectionreasonableandsustainabledevelopmentofecosystem.
Remotesensing（RS）andGeographyinformationsystem（GIS）technologyisanindispensabletooloftheecologicalenvironmentregionalization.UsingRScanrapidlyfinishtheecologicalinvestigationindifferentscalesandanalysistheecologicalenvironmentinformationindifferentperiodthatit’sdifficultywithgeneralinvestigation,withitscharactersofmultiplatform,multiband,multitemporalanditsmacroscopicandintegrality.Andwhencollecting,saving,drawing,changing,showingandanalyzingthehugespatialdata,theGISacttheveryimportantfunctionasaveryeffectivecomputertool.
ItakebaodingCityasthecase,accomplishtheecologicalenvironmentregionalizationofbaodingCitybasedonRSandGIS.
Keywords:
ecologicalenvironmentregionalization；Remotesensing；Geographyinformationsystem
目录
1绪论1
1.1研究意义1
1.2遥感及地理信息系统技术在生态研究中的应用1
1.3研究内容及技术路线2
1.3.1主要研究内容2
1.3.2保定市生态环境区划技术流程2
2保定概况4
2、1保定自然地理概况4
2.1.1地势地貌4
2.1.2气候4
2.1.3土壤植被5
2.1.4生物资源5
2.1.5河流湖泊5
2.1.6矿产资源5
2.2保定生态环境的宏观地位与作用5
2.3保定生态可持续性分析6
2.3.1生态足迹法介绍6
2.3.2保定生态可持续性分析6
3数据的采集和准备9
3.1数据来源及工作平台9
3.1.1数据来源9
3.1.2工作平台9
3.2卫星遥感图像预处理9
3.2.1几何校正9
3.2.2辐射校正9
3.2.3图像拼接与切割10
3.2.4图像增强处理11
4信息提取13
4.1监督分类13
4.2利用模型进行专题信息提取15
4.3目视解译16
5生态环境保护区划19
5.1生态环境保护区划基础知识19
5.1.1生态环境保护区划含义19
5.1.2生态环境保护区划的原则19
5.1.3保定市生态环境保护区划指标体系20
5.2自然生态系统分区21
5.3生态环境保护分区23
5.3.1生态限制因素23
5.3.2ARCGIS下的生态环境保护分区25
6保定市生态环境保护规划建议30
6.1指导思想30
6.2生态环境保护规划建议30
6.2.1生态限制区30
6.2.2生态敏感区31
6.2.3生态低限区31
6.2.4建成区31
6.2.5市域整体31
结论32
致谢33
参考文献34
1绪论
高速发展的中国随着社会经济迅速发展和人口的增加，生态环境问题日益突出，具体表现为水土流失日益加重，土地荒漠化面积不断扩大，植被破坏越来越严重，湖泊、湿地面积萎缩，资源破坏加剧。
生态环境的不断破坏，不仅造成了区域环境质量的降低，而且加速了自然灾害发生的频率与危害强度，对国民经济和社会发展产生了严重制约作用，生态环境恶化成为中国成为现代化强国的巨大障碍。
保持生态平衡和可持续发展已成为未来发展的基本任务和提高综合国力的基本内容。
保定市生态环境保护区划研究正是在上述的背景下，针对保定市的自然生态环境系统进行调查，并在此基础上进行生态环境保护区划分区，在规划层面上建立量化的环境保护模型，并提出生态环境保护建议。
1.1研究意义
保定市地处华北平原上部，同时又作为大北京地区的重要屏障之一，其地理位置决定了保定市的生态环境在整个华北平原与大北京地区都具有重要作用。
保定西部山区是京津冀西部山地区的重要组成部分，保定西部山地森林、草地是孕育白洋淀以及保定大平原的基础，可以说西部山地森林、草地既是河北平原以及保定等众多城市的天然屏障，又是河北平原、白洋淀、海河流域的汇水源头，具有十分重要的战略地位。
白洋淀作为华北平原最大的淡水湖泊，也是本地区重要的湿地生态系统，其生态系统服务功能不仅为当地社会经济发展提供生态保障，而且为华北平原以及更大的宏观尺度上的社会福利及社会生产提供保障在“大北京”区域中扮演着重要角色。
但是近年来，随着保定市城市化进程的推进，城市建设与生态环境之间的矛盾日益突出，城市空间扩展不断地寻找各类建设用地，而新增的建设用地必然会占用耕地和草地林地等其它类型的用地。
从而导致植被退化，水土流失现象严重，西部山区对保定都市核心区和大北京地区的生态屏蔽作用越来越弱，白洋淀蓄水位严重下降，水质污染严重，生态保护功能明显弱化，保定市域整体生态环境日益恶化，直接影响了保定的了持续发展并进而影响到了“大北京”区域的生态环境保护系统的安全。
因此必须采取一定的措施对保定市的生态环境进行保护。
本文根据建设部主持审定的“大北京”规划——《京津冀北地区城乡空间发展规划研究》中针对生态环境保护提出的“建立生态功能分区，因地制宜地解决不同分区的生态环境问题”的指导思想对保定市域进行了生态环境区划，并根据各个分区的生态环境现状提出生态保护建议，对保定市的生态环境保护进行了有意义的探索，并希望能为解决保定市生态环境危机提供帮助为保定市高速的可持续发展提供动力。
1.2遥感及地理信息系统技术在生态研究中的应用
生态环境治理与恢复的首要前提是对生态环境破坏的范围与程度有一个明确、清楚的了解，但停留在旧的手段是不可能实现对生态环境实时、准确的监测的。
我国有关部门虽在过去对我国不同区域的生态环境作过调查了解，但由于我国幅员辽阔，面积大，对全国生态环境本底状况的了解还远远不够。
特别是对一些重要的生态敏感地区的了解不够。
为此，迫切需要解决如何及时、准确地测定全国范围内的生态环境变化状况，分析其变化原因和发展趋势的手段和方法问题。
遥感和地理信息系统是70年代蓬勃发展起来的新兴技术领域。
它集中了空间、电子、光学、计算机、通讯和地球科学、生物学等学科的最新成就，在地球系统科学、资源与环境科学以及农业、林业、地质、水文、城市与区域开发、海洋、气象、测绘等科学和国民经济的重大领域，发挥着越来越大的作用。
遥感技术以其多平台、多波段、多时相宏观综合的特点，广泛用于资源、环境、生态研究的众多领域。
借助遥感技术不仅真实、客观地认识地表及地下一定深度环境信息的综合特征，而且可以便捷地完成常规方法很难实现的大、中尺度的生态调查研究和进行不同时期的生态环境信息的对比分析。
尤其在大的空间尺度上，景观生态学研究所需要的许多数据往往是通过遥感手段来获取的。
而在收集、存储、提取、转换、显示和分析这些容量庞大的空间数据时，地理信息系统作为一个极为有效的计算机工具常常是是不可缺少的。
”当今，遥感技术（尤其是航空和航天遥感）显然成为了监测生态系统在不同尺度上格局与过程变化的极为重要的、不可获缺的工具。
基于遥感（RS）和地理信息系统（GIS）手段的生态功能区划准确、全面的反映了生态环境间的差异，揭示了不同区域主导的生态功能，将会更为有效的为社会建设服务[1]。
1.3研究内容及技术路线
1.3.1主要研究内容
综合以上生态学及遥感、地理信息系统等学科发展的现状，本文的研究内容确定为基于遥感和地理信息系统的生态环境保护区划研究。
利用遥感和地理信息系统的技术支持，针对生态环境保护区划的需要对大量信息进行提取、综合分析。
同时根据保定市的实际情况，建立生态环境评价体系和适当的遥感、GIS信息模型对保定市域进行生态环境保护区划以解决保定市环境保护的问题。
本文采用的技术方法即为遥感与地理信息系统技术。
利用遥感技术提取研究区的土地覆被状况、空间分布特征及其它相关生态环境质量因子，利用GIS技术进行生态环境各因子的空间综合分析，定量的划分生态功能区域，为的主体规划服务。
1.3.2保定市生态环境区划技术流程
本次研究，综合遥感技术和地理信息系统技术的多种模型与方法，实现了指标体系各指标因子的数据收集和信息提取，并建立了生态环境保护区划评价体系，利用GIS技术支持定量反映区域生态环境现状，并进行了保定市市域生态环境保护区划。
技术流程见图1-1。
图1-1：
保定市生态环境保护区划技术流程图
2保定概况
保定是河北省省辖市，介于东经113°40′～116°20′，北纬38°10′～40°之间。
西界山西省，北邻北京市、张家口市，东临廊坊市、沧州市，南接石家庄市、衡水市。
辖区总面积2.2万平方公里，其中市区面积312平方公里。
保定历史悠久，具有三千多年历史，是全国历史文化名城。
区位条件十分优越，距北京、天津约140公里。
京广铁路、京深高速纵贯南北，神黄铁路、津保高速横跨东西。
随着“大北京经济圈”战略构想的提出，保定市社会经济正逐步快速融入其中。
2、1保定自然地理概况
2.1.1地势地貌
保定市地势由西北向东南倾斜，全市地貌可分为山区和平原两大类。
山区按高程及地貌划分为中山区、低山区及丘陵三类。
西部为中山区，海拔高程一般在1000米以上。
中山区东南部是低山区和丘陵区，呈条带形，一般在500至1000米之间。
丘陵区海拔一般在100至500米之间，地形低缓起伏，向东南渐为平原。
平原区是由大小不等的冲积扇构成，按其成因分洪积平原、冲积平原及洼淀区三部分。
京广铁路两侧为山前洪积平原，约占总面积的26%；冲积平原系河流冲积扇前部相连接而成，河流交叉处多分布有大小不等的洼地。
该区含市区全部，雄县、高阳县、清苑县大部，容城县、徐水县、定兴县、高碑店市、博野县、蠡县的一部分，约占全市总面积的21%；洼淀区位于平原东部，为白洋淀和周边低洼易涝区。
含安新县全部，高阳县、清苑县部分地区，约为总面积的3.3%。
2.1.2气候
保定市大部属于暖温带大陆性季风气候，极少部分地区属于温带大陆性季风气候。
受季风的影响，冬半年在蒙古冷高压的控制下，气候寒冷干燥，多寒潮大风天气。
夏半年在印度热低压的控制下，气候炎热潮湿，多暴雨、冰雹天气。
总的气候特点是：
太阳辐射的季节性变化显著，地面的高低压活动频繁，四季分明，寒暑悬殊，雨量集中，冬季长，春秋季短。
2.1.3土壤植被
土壤种类繁多，分13个土类，28个亚类，118个土属，301个土种。
西部山区由高到低分布有亚高山草甸土、棕壤、山地褐土。
平原为草甸褐土和潮土。
各河下游及白洋淀周围为盐碱土（得到改良）和沼泽土，大沙河、唐河两侧多为沙土。
2.1.4生物资源
研究区共有生物资源3000多种。
其中植物资源2500多种，动物资源500多种，望都辣椒、安国药材、曲阳鸭梨、阜平大枣、满城雪桃、草莓、白洋淀鱼虾等驰名中外。
2.1.5河流湖泊
境内河流主要为海河流域大清河水系。
永定河流经东北部边界，大清河主要分为南北2支。
南支主要由潴龙河、孟良河、孝义河、唐河、清水河、金线河、界河、府河、漕河、萍河、瀑河等汇入白洋淀。
北支拒马河从铁锁崖分为南、北拒马河。
白洋淀在保定市东部，由白洋淀、藻杂淀、烧车淀、涝王淀等大小99个淀泊（百亩以上）组成，东西长39.5公里，南北宽28.5公里，总面积362.8平方公里，为天然积水区。
2.1.6矿产资源
保定市辖区内成矿地质条件比较优越，已发现各类矿产60余种，经地质勘查工作探明储量的24种；矿产地100余处，其中经地质勘查探明的铜矿床9处，铅矿床4处，锌矿床7处，钼矿床3处，银矿床9处，地热井17处，矿泉水26处。
2.2保定生态环境的宏观地位与作用
保定市地处华北平原上部，同时又作为“大北京”地区的重要屏障，其独特的地理位置和市域范围内西部山区和白洋淀湿地的生态辐射作用决定了保定市生态环境在华北生态区域系统中具有重要的区域地位与作用。
图2-2：
保定市生态地位与作用示意图
1、保定市生态环境是“大北京”地区生态环境体系的重要组成部分，能够为“大北京”地区的经济发展提供必要的生态保障，同时其西部山区是区域生态屏障的组成部分之一，涉及区域重要的生态安全问题。
2、保定西部山区是京津冀北地区的生态环境建设14个类型区域中冀西山地区重要组成部分，具有十分重要的战略地位。
在涵养水源、保持水土、防风固沙、调节气候、保存生物资源、维护生态平衡、保护生态环境等各方面对区域发挥着重大的生态作用。
3、白洋淀作为华北平原最大的淡水湖泊，也是本区域最重要的湿地生态系统，其生态系统服务功能不仅为当地社会经济发展提供生态保障，而且为华北平原以及更大的宏观尺度上的社会福利及社会生产提供保障，在保护生物多样性、维持淡水资源、均化洪水、降解污染物和为人类提供生产、生活资源等方面在“大北京”区域中扮演着重要角色。
2.3保定生态可持续性分析
可持续发展作为衡量城市发展建设的重要指标，其可持续性是可持续发展的重要特征。
可持续发展定量测度的核心是确定人类是否生存在生态系统的承载力范围内。
为定量研究保定市生态可持续性，本文采用了当前一种较新的、对城市生态分析较为完善和合理的生态可持续性评价方法—生态足迹法对保定市的生态可持续性现状进行了分析。
2.3.1生态足迹法介绍
生态足迹方法首先由加拿大生态经济学家William和其博士生WacherNagel于20世纪90年代初提出，用来测算和评估生态可持续发展状况的方法。
生态足迹指标是通过测定现今人类为了维持自身生存而利用自然的量来评估人类对生态系统的影响。
生态足迹的计算是基于以下基本事实：
人类可以确定自身消费的绝大多数资源、能源及其所产生的废弃物的数量；这些资源和废弃物流能折算成生产和消纳这些资源和废弃物流的生物生产面积或生态生产面积。
因此，一个城市的生态足迹就是其占用的生产该城市人口所消费的资源和消纳这些人口所产生的废弃物所需要的生物生产土地和海洋的总面积。
其计算公式为：
公式（2-1）
其中，i为消费商品和投入的类型，pi为i种消费商品的平均生产能力，ci为i种商品的人均消费量。
ai为人均i种交易商品折算的生物生产面积，N为人口数，ef为人均生态足迹，EF为总的生态足迹。
而生态足迹的供给即一个城市所能提供的生产这该城市人口所消费的资源和消纳这些人口所产生的废弃物的生物生产土地和海洋的总面积，也称为生态承载力。
其计算公式为：
公式（2-2）
为人均生态承载力（hm2/人），
为人均生物生产面积，
为均衡因子，
为产量因子，区域生态承载力：
，
为区域总人口的生态承载力（hm2/人），
为人口数。
通过生态足迹和生态承载力的定义和公式我们知道当一个城市的生态足迹大于该城市的生态承载力是该城市的生态环境就会出现问题，即出现生态赤字。
而当一个城市的生态足迹在一个较长的时期内稳定的小于生态承载力时，那么该城市的生态环境则是
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