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自然资源遥感  2023, Vol. 35 Issue (2): 42-49    DOI: 10.6046/zrzyyg.2022235
  海岸带空间资源及生态健康遥感监测专栏 本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
基于LandTrendr算法海南东寨港红树林扰动研究
于森1,2(), 贾明明2(), 陈高2, 鲁莹莹2,3, 李毅1,2, 张博淳1,2, 路春燕4, 李慧颖5
1.吉林建筑大学测绘与勘查工程学院,长春 130118
2.中国科学院东北地理与农业生态研究所湿地生态与环境重点实验室,长春 130102
3.长春新区北湖英才学校,长春 130000
4.福建农林大学计算机与信息学院,福州 350002
5.青岛理工大学环境与市政工程学院,青岛 266520
A study of the disturbance to mangrove forests in Dongzhaigang, Hainan based on LandTrendr
YU Sen1,2(), JIA Mingming2(), CHEN Gao2, LU Yingying2,3, LI Yi1,2, ZHANG Bochun1,2, LU Chunyan4, LI Huiying5
1. School of Surveying, Mapping and Exploration Engineering, Jilin Jianzhu University, Changchun 130118, China
2. Key Laboratory of Wetland Ecology and Environment, Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchuan 130102, China
3. Changchun New District Beihu Yingcai School, Changchun 130000, China
4. College of Computer and Information Sciences, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China
5. School of Environmental and Municipal Engineering, Qingdao University of Technology, Qingdao 266520, China
全文: PDF(3351 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

随着我国社会经济的快速发展和对自然资源需求的日益增加,自然保护区面临的压力越来越重。在对于红树林扰动和恢复的监测当中,应用时间序列分析法对其进行遥感研究还处于起步阶段,并且时间序列算法本身都十分复杂。文章基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine, GEE)云平台的LandTrendr时间分割算法和Landsat影像时序数据,研究了东寨港红树林自然保护区1990—2020年期间红树林的扰动情况。研究结果表明: 1990—2020年间,共有42.39 hm2的红树林发生了扰动,其中2014年保护区内红树林扰动面积最大,为12.78 hm2; 1990—2020年间,轻微扰动和中度扰动所占比例较大,分别为65.39%和30.78%,严重扰动所占比例最少,只有3.83%; 红树林变化像元的总体识别精度为89.50%,对扰动年份检测的总体精度为88%,Kappa系数为0.79。本研究基于LandTrendr算法解析了30 a间东寨港保护区内红树林发生扰动的年份和面积,结合实际情况分析了导致扰动的因素,认为人类活动是红树林扰动的主要原因,自然因素(如病虫害和极端天气等)是导致扰动的次要原因。研究结果能够为红树林保护区的管理提供科学依据和决策参考。

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于森
贾明明
陈高
鲁莹莹
李毅
张博淳
路春燕
李慧颖
关键词 东寨港红树林谷歌地球引擎(Google Earth Engine, GEE)LandTrendrLandsat    
Abstract

With the rapid socio-economic development and the increasing demand for natural resources in China, the protection of natural reserves is facing increasing difficulties. The remote sensing-based research on monitoring the disturbance and the restoration of mangrove forests through time series analysis is still in its initial stage. Moreover, time series algorithms are highly complex. Based on the LandTrendr time segmentation algorithm of Google Earth Engine (GEE) and the Landsat image time-series data, this study investigated the disturbance to mangrove forests in the Dongzhaigang Mangrove Nature Reserve during 1990—2020. The results are as follows: ① A total of 42.39 hm2 of mangrove forests were disturbed during 1990—2020, among which the largest disturbance area of 12.78 hm2 occurred in 2014; ② During 1990—2020, minor, moderate, and severe disturbances accounted for 65.39%, 30.78%, and 3.83%, respectively; ③ The overall identification accuracy of the pixels of mangrove forests subject to changes was 89.50%, and the overall detection accuracy of years witnessing disturbance was 88%, with a Kappa coefficient of 0.79. This study analyzed the years and areas of the disturbance to mangrove forests in the Dongzhaigang Mangrove Nature Reserve over 30 years based on LandTrendr. Moreover, this study analyzed the disturbance factors according to the actual situation and concluded that human activities are the main disturbance factor, followed by natural factors, such as diseases, pests, and extreme weather events. This study will provide a scientific basis and a decision reference for the management of the mangrove forest reserve.

Key wordsDongzhaigang    mangrove forest    Google Earth Engine (GEE)    LandTrendr    Landsat
收稿日期: 2022-06-10      出版日期: 2023-07-07
ZTFLH:  TP79  
基金资助:国家自然科学基金项目“基于Sentinel密集时序数据和云平台的红树林扰动与恢复研究”(42171372);“遥感大数据支持下的中国湿地逐年动态信息智能提取研究”(42171379);“集成多时相无人机高光谱和LiDAR数据与面向对象—深度学习的红树林树种分类研究”(42101392);中国科学院青年创新促进会项目“中国滨海生态系统遥感”(2021227);吉林省科技发展计划项目(20200301014RQ)
通讯作者: 贾明明(1986-),女,副研究员,研究方向为滨海湿地遥感。Email: jiamingming@iga.ac.cn
作者简介: 于 森(2001-),男,本科,研究方向为滨海湿地遥感。Email: yusen1594352@163.com
引用本文:   
于森, 贾明明, 陈高, 鲁莹莹, 李毅, 张博淳, 路春燕, 李慧颖. 基于LandTrendr算法海南东寨港红树林扰动研究[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 42-49.
YU Sen, JIA Mingming, CHEN Gao, LU Yingying, LI Yi, ZHANG Bochun, LU Chunyan, LI Huiying. A study of the disturbance to mangrove forests in Dongzhaigang, Hainan based on LandTrendr. Remote Sensing for Natural Resources, 2023, 35(2): 42-49.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2022235      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2023/V35/I2/42
Fig.1  东寨港保护区地理位置
Fig.2  1990—2020东寨港保护区红树林生长区域示意图
Fig.3  LandTrendr变化检测算法的概念示意图
参数 参数描述 数值
Max Segments 最大分割段数 6
Spike Threshold 去除峰值的阈值 0.9
Vertex Count Overshoot 基于初始回归函数的潜在顶点可以超过的顶点数 3
Prevent One Year Recovery 是否阻止1 a后恢复的情况 TRUE
Recovery Threshold 如果某个分割段的恢复率大于该值的倒数,则该舍弃分割段 0.25
Pval Threshold 回归分析中F检验的P,超过该值的话,则认为该像元没有发生变化 0.05
Best Model Proportion 最佳比例模型,如果超过该值,则被选中 0.75
Min Observations
Needed
进行拟合中需要的最少观测个数 6
Tab.1  LandTrendr的参数设置
Fig.4  不同指数对红树林扰动监测轨迹曲线示意图
Fig.5  不同扰动等级示意图
类别 变化像元 稳定像元 像元总数 用户精度/%
变化像元/个 84 16 100 84.00
稳定像元/个 5 95 100 95.00
像元总数/个 89 111 200
生产者精度/% 94.38 85.59
Tab.2  红树林扰动精度评估
年份 生产者
精度
用户
精度
年份 生产者
精度
用户
精度
年份 生产者
精度
用户
精度
1991年 95 72 2000年 95 100 2012年 85 92
1995年 100 80 2001年 80 95 2013年 80 95
1996年 92 85 2002年 100 75 2014年 96 82
1997年 75 95 2003年 88 100 2015年 95 100
1999年 100 100 2005年 100 95 2019年 100 100
Tab.3  红树林扰动年份精度评估
Fig.6  东寨港保护区红树林扰动时空分布
年份 面积 年份 面积 年份 面积 年份 面积 年份 面积
1991年 8.79 1997年 7.86 2001年 2.52 2005年 0.03 2014年 12.78
1995年 1.35 1999年 0.06 2002年 0.54 2012年 0.09 2015年 1.98
1996年 4.98 2000年 0.06 2003年 0.09 2013年 0.51 2019年 0.75
Tab.4  1990—2020年东寨港保护区红树林扰动面积
Fig.7  东寨港保护区扰动幅度时空分布
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