摘 要

武汉市湿地发达、湖泊数量世界罕见，被人们称为“百湖之市”。近几十年，尤其是改革开放以来，武汉市的发展日新月异。城市发展的同时，湖泊面积不断缩小。已有的研究主要停留在文字表述所得的研究结论，而没有实现时空信息的动态可视化。本文通过数据的收集、整理和分析，提取武汉市湖泊水面信息实现动态可视化。笔者以武汉市1975年到2015年之间的遥感影像序列为依据，通过人机交互目视解译建立湖泊水域时空变化图像模型，利用主成分分析探寻人为社会因素对武汉市湖泊水域面积变化的影响，最终对湖泊保护提出建议。实践证明：本文实现了水面时空信息的动态可视化，为武汉市湖泊的保护和治理提供了明确的数据和技术支撑。

关键字：遥感影像；时间序列；湖泊；主成分分析

Abstract

Wuhan is famous for its water system and a large number of lakes. It is called “City of a hundred lakes”. In recent decades, Wuhan has developed rapidly to become an important economic development circle of "Rise of the Central China". At the same time, lake area reduction has become the most intuitive environment problem. Existing researches mainly focus on the conclusions of the study, and do not realize the dynamic visualization of temporal and spatial information. In this paper, by collecting、collating、analysising data，the author extract the water surfaces information and achieve dynamic visualization of them.Based on the remote sensing image sequence from 1975 to 2015 in Wuhan City, The author established the spatial and temporal variation model of lake water by interaction visual interpretation. Using principal component analysis，the author explore the influence of human social factors on the change of the area of the lake water in Wuhan City and acquired suggestion finally. Practice has proved that: This paper realized the dynamic visualization of water surfaces temporal information, which provides technical support for the protection and management of lakes in Wuhan city.

Key Words：remote sensing image；time series；lakes；principal component analysis

目录

第一章 绪论 1

1.1研究目的 1

1.2研究意义 1

1.2.1 国内外相关研究现状 1

1.2.2可行性分析 2

1.3研究内容 3

1.4本文组织结构 3

第二章 研究区域及数据获取 4

2.1研究区域概况 4

2.2文本数据的来源 4

2.3遥感影像的来源 7

第三章 武汉市湖泊水域时空变化特征分析 9

3.1湖泊水域时空数据预处理 9

3.2湖泊水域面积缩小比例分析 10

3.2.1湖泊水域面积缩小比例的计算方法 10

3.3.2.基于湖泊水域面积缩小比例的分析结果 11

3.3湖泊萎缩强度指数（ILLI）分析 12

3.3.1湖泊萎缩强度指数（ILLI）的计算方法 12

3.2.2基于湖泊萎缩强度指数（ILLI）的分析结果 12

第四章 武汉市湖泊水域时空变化影响因子分析 15

4.1主成分分析方法概述 15

4.1.1主成分分析的概念和目的 15

4.1.2主成分分析的操作方法 15

4.2湖泊水域时空变化主成分分析 16

第五章 总结与展望 19

5.1总结 19

5.2展望 22

致谢 23

中外文参考文献 23

第一章 绪论

1.1研究目的

湖泊是重要的湿地资源，具有提供生产生活水源，调节局部地区气温，为水生动物提供栖息地，特殊时期蓄洪减灾等多种功能。史料记载，在新中国成立之初，相关部门统计武汉市市内湖泊数目超过120个。一座城市仅城区内就包含一百多个湖泊，可以说在世界范围内都是独一无二的。

伴随着武汉市的高速发展和扩张，湖泊不断面临侵蚀和污染。水质越来越差的同时，有些湖泊甚至遭遇灭顶之灾，被填埋成为养殖和城市开发用地，自此从地图上消失。武汉市水务局曾对外公布统计数据，在最近的四十年里，武汉市湖泊面积总共减少了228.9平方公里， 100余个湖泊从此消失在人们的视野中。时至2015年，武汉市中心城区仅仅剩下大小湖泊38个，徒留下地图上遍地与湖泊有关的地名。

本研究的目的是利用遥感影像时间序列，借助模型构造和数学分析的方法对武汉市湖泊水域时空变化情况进行了解，对其变化原因进行分析。

图1.1 武汉市清朝末年手绘地图

1.2研究意义

1.2.1 国内外相关研究现状

利用遥感影像时间序列对湖泊进行研究国内外早已有之。国外学者曾利用遥感影像时间序列对撒哈拉沙漠以南非洲地区临时地表水的面积和体量做过分析，详细指出了临时地表水随时间变化的规律。国内学者在此方面也有尝试，遥感影像时间序列分析曾广泛被应用于分析洞庭湖、艾比湖、太湖、青海湖和新疆众湖泊群面积的变迁。

遥感影像时间序列对湖泊的研究并不只局限于对湖泊水域面积的观测。随着相关科学技术的发展，遥感影像数据的质量越来越高，人们不断发掘其潜能，发现遥感影像数据能为越来越多的科学研究提供辅助支持。时至今日，利用遥感影像分析湖泊水质变得可行。无论是水质污染造成的富营养化，还是突发事件造成的严重污染扩散情况都可以通过遥感影像有所反映。这些数据对各行各业的科学研究者们而言都具有重要的参考价值。

遥感影像时间序列研究不仅仅应用于湖泊方面的相关研究，还应用于分析沙漠、森林、山火、城市、污染等的扩张情况。在自然地理和人文地理方面遥感影像时间序列的重要研究成果不断涌现。加拿大的自然地理学家就曾利用这项技术研究加拿大森林山火的蔓延规律和趋势。应用遥感影像时间序列分析美国赌城拉斯维加斯从一个普通小镇逐渐发展为繁华都市的过程则是人文地理学研究中的经典案例之一。

1.2.2可行性分析

事实上，过去就已有多位学者曾尝试对武汉市湖泊进行遥感影像时间序列分析，其研究成果在一定程度上很具有参考价值。武汉市气候四季分明，不存在常年云雾缭绕的情况，在过去的几十年间曾留下了大量可供参考的高分辨率、图像清晰的遥感影像数据。因此本文作者认为对武汉市湖泊应用遥感影像时间序列分析是十分可行的，并且从武汉市湖泊面积缩小严重程度上来看，科学地分析具有重大意义。武汉市湖泊的保护需要科学研究成果的支持和指导，刻不容缓。