70000字论文范文遥感技术在灌区监测中的应用

论文类型：论文范文

论文字数：70000字

论点：灌区,灌溉,遥感

论文概述：

本文以内蒙古河套灌区及其具体研究区磴口县东风干渠控制区域为例，应用HJ1A\\1B CCD影像、LandsatTM影像，提出运用三种干旱指数的方法来进行灌溉面积范围的监测，为灌溉管理提供影像数据的支

论文正文：

第一章导言

1.1研究的问题和意义
1.1.1灌区监测研究的意义
目前，世界上灌溉面积为2.7X108hm2，仅占世界总耕地面积的17%，但作物产量却占世界粮食的三分之一，因此灌溉技术对世界粮食有着重大影响。在我国，大多数地区的农业依赖于灌溉。全国灌溉面积占耕地总量的不到40%，但粮食产量占74%以上。特别是大中型灌区在我国农业中发挥着重要作用，这也符合世界形势。中国是一个严重缺水的国家，人均水资源只有世界平均水平的1/4。然而，农业用水的短缺和浪费并存，自然降水和灌溉水的利用效率低。区域缺水问题突出。灌溉方案对灌区土壤水分平衡、植被和浅层地下水有很大影响。灌溉效率低也意味着大量灌溉水将回流到河流和含水层。过度灌溉计划将集中在一些地区，进一步导致积水和盐碱化。
随着人口的增长，对粮食和其他农产品的总需求也将继续增长。据估计，到2030年，中国粮食总需求将达到7亿吨，灌溉面积必须达到9亿亩才能满足农业生产的需求。按照目前的用水水平，农业用水将短缺600-700亿立方米。从我国严重缺水的实际情况来看，单纯增加新的水源是不可能缓解农业用水短缺的。从经济角度来看，全国只有少数地区能够适当开发新水源，开发新水源的成本远远高于节约用水的成本，依靠跨流域调水解决农业用水是不可能的。因此，绝大多数地区必须通过节约潜力和提高灌溉管理水平来满足新的用水需求。灌区监测是灌区管理的重要环节，是评价灌溉效率的基本指标，也是区域水资源管理的重要指标。通过实时有效的动态监测，可以定量掌握灌溉水的去向，为灌溉水的合理配置、调度和管理提供数据支持，通过科学有效的管理提高用水效率，保证作物正常生长，提高产量。因此，从提高灌区管理信息化水平入手，运用遥感等先进技术手段开展灌区监测技术研究，对提高灌区管理水平和提高灌区用水效率具有重要意义。
1.1.2现有方法及其局限性
灌溉区的基本要素主要是作物和水土资源。就作物而言，应及时准确地了解灌区作物的生长、物种分布和灾害情况。就水土资源而言，有必要及时了解[灌区土地利用格局、灌溉渠系分布和土壤水分信息。这些信息对灌区水资源的合理配置、灌区管理的优化和产业结构的调整具有重要作用。特别是在干旱半干旱地区，由于水资源短缺，必须实施合理的灌溉管理制度，以提高水资源的利用效率，更好地促进灌区的长期发展。对于灌区来说，最基本的问题是在保证高效用水和节水灌溉的同时提高作物产量，并掌握灌区本身水土资源的利用和变化[4]。一般灌区用水数据有两种来源:一种是基于灌区或作物类型，由农民直接提供给灌溉机构，通常很难确定这些数据的准确性；第二，数据来自农业普查。尽管这种方法相对可靠，但需要花费大量时间，并且不能及时更新。在灌区监测方面:目前，灌区主要依靠管理者的经验，灌溉后监测面积变化的方法较为传统。这些方法主要包括现场调查和称重法测定灌区土壤含水量，不能适应气候、降雨条件、作物类型等因素的变化。
此外，监测周期长，进展缓慢，因此不可能进行及时有效的动态监测。就灌区管理体制而言，大中型灌区主要通过分级管理:灌区管理部门只负责骨干工程，以下田间工程和作物种植情况一般由[5]相关地方部门管理。这种管理系统使得灌区难以掌握作物种植情况和实际灌溉面积，也难以掌握灌区的实际灌溉用水情况。目前，我国灌区的水管理和信息化水平还处于较低水平，主要包括以下几个方面:(1)大多数地区仍然采用传统的灌溉经验进行灌溉，不能适应气候、降雨量、作物类型等因素的变化。(2)基础信息采集点少，方法落后，作物生长、土壤水分和水质监测水平相对落后。(3)灌区配套骨干工程不完善，损坏老化现象突出，造成水土资源浪费等后果。(4)灌区水利信息化专业技术实力和管理水平亟待提高。(5)与发达国家相比，我国灌区灌溉管理系统软件和测控设备的开发和应用存在较大差距。
1.1.3遥感技术在灌溉管理中的优势
遥感的技术术语出现于20世纪60年代。遥感是一门获取物体、区域或现象的信息科学。该信息主要通过分析不直接接触研究对象的传感器获得。从远处记录并分析目标的电磁波特性，以揭示目标的特性及其变化的综合特征。遥感技术的最大特点是提供实时、宏观、连续的动态中高分辨率地球观测。灌区利用遥感技术进行定期统计，有助于准确确定水资源的位置、分布和应用，从而提高水资源的利用效率。
遥感数据分辨率包括空之间的分辨率和时间分辨率。空之间的分辨率是指遥感图像的每个像素所覆盖的地面的长度和宽度，即卫星扫描图像中可以分辨的最小面积。一般来说，中低分辨率卫星数据用于大面积的地面监测。常用的中低分辨率遥感卫星包括MODIS、LandsatTM、HJ1A/1BCCD卫星等。高分辨率数据为河流和运河系统提取提供精确的数据。常见的高分辨率卫星包括世界观、快鸟和高芬资源卫星。

1.2国内外研究现状及发展趋势..............................12-16
1.2.1外国研究概述..............................12-13
1.2.2国内研究概述..............................13-16 [/BR/] 1.2.3发展趋势..............................16 [/BR/] 1.3主要研究内容和技术路线..............................16-18
1.3.1研究内容..............................16-18
第二章基于干旱指数的遥感灌区监测方法研究..............................18-26 [/BR/] 2.1遥感灌溉监测干旱指数原则..............................18-21[/溴/] 2.1.1近红外-红色光谱特征空..............................18-20[/溴/] 2.1.2近红外光谱特性的构建空..............................20-21
2.2干旱指数建模..............................21-24[/比尔/]2 . 2 . 1 PDI垂直干旱指数..............................21-22[/比尔/] 2.2.2修订的MPDI垂直干旱指数..............................基于干旱指数差阈值的22-24[/ Br/] 2.3遥感灌区监测模型……24-25
2.4本章概述..............................25-26
第三章研究领域概述和研究方案..............................26-35
3.1内蒙古河套灌区简介..............................26-31
3.2总体技术路线..............................31-32
3.3卫星介绍的选择..............................32-34
3.3.1 HJ-1A/1 BCCD卫星简介..............................32-33 [/BR/] 3.3.2陆地卫星TM卫星简介..............................33-34
3.4本章概述..............................34-35
第四章数据选择和预处理..............................35-49
4.1原始遥感图像数据源的选择..............................35-36
4.2几何精度校正和图像裁剪..............................36-37[/比尔/] 4.3大气校正..............................37-48[/溴/] 4.3.1辐射校准..............................37-38
4.3.2运行6S大气校正模型..............................38-42[/溴/] 4.3.3运行环境大气校正的火焰原子吸收模块……42-46
4.3.4两种大气校正方法的比较分析..............................46-48
4.4本章概述..............................48-49
第五章基于HJ1A/1BCCD影像的磴口县灌区监测...................49-63
5.1 HJ1A/1 BCCD影像光谱特征分析..............................49-52 [/BR/] 5.2遥感干旱指数模型..............................52-58
5 . 2 . 1 ERdas PDI模型中的建模和计算..............................52-53
5 . 2 . 2 ERdas MPDI模型中的建模和计算..............................53-56
5.2.3结果验证..............................基于干旱指数差值阈值的56-58 [/BR/] 5.3遥感灌区监测模型……58-62[/比尔/] 5.3.1差异阈值选择分析..............................59-61[/ Br/] 5.3.2灌区分析和结果验证..............................61-62
第六章基于陆地卫星TM的河套灌区干旱指数监测……63-68
6.1陆地卫星TM卫星图像光谱特征分析..............................63-64 [/BR/] 6.2遥感干旱指数模型..............................64-67 [/BR/] 6.3本章概述..............................67-68
[/ Br/]结论
[/ Br/]以内蒙古河套灌区东风干渠控制区及其具体研究区磴口县为例，利用HJ1A1B CCD图像和LandsatTM图像，提出三种干旱指标方法监测灌区范围，为灌溉管理提供图像数据支持。本文的主要结论如下:
(1)在数据预处理的大气校正方面，利用基于大气辐射传输理论的6S模型和伊恩FLAASH模块(基于MODTRAN模型)对HJ-1A/1BCCD图像进行大气校正。通过对比校正前后的图像、地物光谱反射率和归一化植被指数NDVI差值，评价校正结果。结果表明，6S模型对HJ-1A/1BCCD图像的大气校正效果较好，因此采用6S模型对HJ-1A/1BCCD图像进行大气校正。
(2)以河套灌区磴口县为具体研究区域，结合2011年干渠启闭时间表，选取灌溉前后的HJ-1A/1BCCD影像，模拟计算该区域的垂直干旱指数PDI和修正后的垂直干旱指数MPDI。通过比较，我们可以看出MPDI图像比PDI图像对地表土壤含水量更敏感，特别是在植被覆盖度较高的地区。通过干旱分类图，我们可以看出MPDI具有较高的辨别力。
(3)通过MPDI灌溉前后的差异变化设置相应的差异阈值ⅰ，其中ⅰ代表受灌溉影响的面积范围。我越小，灌溉的可能性就越小。当它小到某个阈值时，可以认为该地区没有灌溉。差异阈值的大小由试验算法确定，从而突出灌溉面积。