科技惠民项目实施方案

项目受理编号：河南省科技惠民计划项目实施方案（格式）项目实施方案名称：生态水遥感定量研究项目牵头承担单位（公章）：基层科技主管部门：联系人：联系电话：省辖市、省直管试点县科技主管部门：（以下简称省辖市县）联系人：联系电话：河南省科学技术厅、河南省财政厅编制填写说明1．项目实施方案由基层组织单位组织，由项目牵头承担单位会同其他承担单位具体编写。2．编写提纲（1）本区域存在的相关民生问题是指，本项目实施覆盖范围内，通过项目实施所要改善的民生问题；科技需求是指成熟、先进科技成果应用的需求。（2）项目目标应明确具体；主要任务应明确清晰；考核指标应可量化、可考核。（3）成果应用示范实施范围是指成果应用示范的实施点或区域，应阐述选取的理由及工作基础。成果应用示范工作任务应阐述所采用的先进科技成果来源、示范措施及其预期效果，应有具体的量化指标。（4）项目经费筹措方案。经费构成及来源应具体明确，并提供相应的证明材料。（5）项目组织管理。①管理机制应明确项目实施领导小组及各成员权利与责任；各层级项目组织机构构成，以及各自权利与任务；②实施机制应明确项目牵头承担单位与其他承担单位、科技成果提供方、资金接受方与使用方之间的利益关系；③项目经费管理应阐明项目单独建立台账、经费使用管理等措施；④公众参与机制应提出社会宣传、公众参与、舆论监督等措施；⑤项目实施成果推广措施应描述项目实施成果应用示范成功后，在本地区推广应用的具体措施。（6）基层组织单位项目可行性论证意见，应对项目所选取科技成果的先进性、成熟性、适宜性、可行性等方面做出评价；对项目管理机制、实施机制是否符合实际做出评价；应附论证专家签字表复印件。省辖市县组织单位项目评审论证意见，应对项目方案的典型性、代表性、可推广性以及所设计项目管理规范性等方面做出评价，应附评审专家签字表复印件。（7）有关附件包括科技成果应用协议书等资质证明性材料。3．县（区）科技部门、财政部门作为基层组织单位时，省辖市科技部门、财政部门应在第八项盖章并准备相关资料；省辖市、省直管试点县科技部门、财政部门作为基层组织单位时，应同时在第七项、第八项盖章并准备相关资料。4．文本格式要求。（1）项目实施方案应按规范用语表达，涉及到外文缩写要注明全称。（2）本项目实施方案文本采用A4幅面纸，4号宋体字打印，标题用4号黑体字打印。（3）电子文件保存格式请选用.doc形式。项目信息表项目名称生态水遥感定量研究项目编号所属领域□人口健康□生态环境□公共安全□其他项目牵头承担单位信息单位名称郑州大学组织机构代码10459通讯地址河南省郑州市科学大道100号邮政编码450001单位法人姓名身份证件号码项目负责人姓名张成才职务/职称教授办公电话[phone]移动电话[phone]电子信箱[e-mail]传真/项目联系人姓名李健职务/职称讲师办公电话[phone]移动电话[phone]电子邮箱[e-mail]传真/项目其他承担单位郑州市水务局///主要目标主要任务考核指标（300字以内）主要目标：利用定量遥感技术,根据生态学、水文学、土壤学、植物学以及遥感空间信息技术等基本原理和理论,建立生态水信息指标体系(植被水分含量指数、土壤水饱和系数、土壤含水率等),探索计算生态水的模型与方法,提出生态水遥感调查与定量研究的方法，为洪水与干旱的预报预警提供定量化的参考。主要任务：（1）生态水信息指标体系的建立；（2）生态水信息指标体系中相关参数的遥感图像解译标志的建立；（3）生态水的遥感量化技术方法研究；考核指标：（1）生态水指标测算模型精度评价；（2）生态水指标测算模型推广应用评价编写提纲一、本项目针对的相关民生问题及其科技需求水作为生态系统的重要组成部分，是生态系统当中最活跃、且最有影响的因素，是人类生存和发展的重要物质基础。联合国教科文组织(UNESCO)在1998年(世界科学报告)中指出:在面临全球环境日益恶化的前提下,保障淡水资源的可持续性是科学研究的首要目标。我国是一个人口众多的国家,水资源也比较贫乏,人均径流量仅为世界平均值的1/4,并且水资源分配在地域和时间上也极不均匀。与此同时,人口剧增、资源过度消耗、环境污染和生态破坏等经济问题日益突出,严重地阻碍着经济的发展和人民生活质量的提高,而这些问题都直接或间接与水资源问题相关。生态水(层)是杨武年教授、万新南教授等在2001年承担完成的国家863-308课题研究中提出的新概念,生态水包含三大部分:以植物为主体的植被层(叶面、根系、腐殖层)在不同形式的降水中所能截留的水;以植被宿体一松散孔隙裂隙地球表部土壤包气带层所能滞留的非饱和水(有的也称土壤水)；以植物体本身所拥有各种形式的生物水。生态水层不但能直接储积降水的一部分,更主要的是它能对小气候环境起到缓冲调剂作用，如对暴雨截流缓冲,避免形成洪水与洪峰；在干旱季节能补充地表水与地下水,避免土地、河谷迅速干涸或断流,并维系植被本身的生存。生态水发育良好区,水资源则较为丰富,生态环境则运转良好,相反,则生态环境运转较差,因而生态水层在水环境系统中占有重要地位。虽然过去几十年来对水资源遥感提取及定量遥感的研究很多,也取得了许多重要的成果,推动了水资源遥感定量研究的发展。但由于生态水的特殊性,利用遥感技术对生态水进行研究有许多关键问题需要解决。由于生态水层中的生态水不易测量且在研究尺度上有一定的要求,本研究拟采用定量遥感的方法来进行生态水的测量。定量遥感或者说遥感的定量研究是根据电磁波与地表特征间的相互作用,将经典的数学物理理论与遥感实践相结合建立遥感数据的定量反演模型。生态水特性在不同波段有不同的反应,可以依据地球表面植被层的物理特性和辐射理论及其遥感成像机理出发,利用可见光——近红外——热红外——微波等不同类型遥感资料、通过地物波谱特征分析、地物点反射率或波谱亮度值与环境因素(地貌、植被等)的相关分析等方法来检测、计算生态水资源量。本研究利用遥感技术，反演众多生态水参数指标，定量分析生态水资源情况，旨在对研究区生态环境的保护与重建，水资源循环，水源涵养计算与价值估算等众多领域提供量化支持，这对社会经济可持续发展，具备重要科学意义。二、本项目目标与主要任务1．项目目标(1)生态水信息指标体系的建立由前所述,生态水的量算涉及到叶面、根系、腐殖层、森林土壤层(表层土壤层)中及植物体本身等所能截留(滞留)或涵养的水量。由于各部分所截留或涵养的水量有很大差异,对生物群落的影响有大有小,为简化模型,需要舍弃影响较小的参数,建立实用并且便于计算的生态水信息指标体系。(2)生态水信息指标体系中相关参数的遥感图像解译标志的建立生态水是保证生态环境发挥正常功能的水体,难以量化。表征生态水层特征的五大指标用传统方法难以获得,一般从遥感图像也不能直接判读。实践表明,生态水特征标识性信息在多波段遥感图像上有所反映,通过遥感图像处理和信息提取可以获得。因为遥感图像是地面景观物体按一定比例缩小了的立体模型,地物的总体和个体的地表几何形态(纹理结构等)和物理特征(电磁波辐射特征)被真实、客观、连续、全面地记录,具有高度的概括性。而且,多波段遥感图像信息特征中除可见光波谱部分外,许多波段的信息特征位于人肉眼光敏区以外,揭示了大量肉眼看不见的地物信息特征,大大增加了鉴别地物属性特征的信息量。因而利用多波段遥感对植被信息敏感的特性,通过多时相、多类型不同波段遥感图像的数字处理和信息提取,以及相关信息的有机融合处理,可以提取生态水标志性信息和建立相关指标数据库。(3)生态水的遥感量化技术方法定量遥感的核心是利用遥感器接收到的目标物信号重建应用模型,也就是遥感反演模型建立的问题。各种遥感反演模型都要确定一些参数,通过遥感手段获得起决定作用的关键参数。然而遥感信息的有限性、相关性和地表状况的复杂多变,使得在遥感实践中往往只能得到少量观测数据,却要估计复杂多变地表系统的当前状态，也就是说遥感反演的信息量通常是不足的,互不关联的信息更少。所以,在进行生态水资源遥感量化研究时,需要解决定量遥感中所普遍遇到的尺度效应问题、遥感模型反演中的不确定解问题、混合像元的问题、遥感数据获取方向性和波谱间断性以及邻近效应等问题,以便更准确地得到生态水信息。2．项目主要任务2.1本文的研究内容包括以下三个方面:(1)根据生态水定义、生态水本身存在状态等特性,研究并建立生态水信息指标体系。根据杨武年教授、万新南教授等2000年承担完成的863山民江生态环境本底遥感综合调查与评价项目有关生态水资源研究成果及近年来的研究,初步确定生态水信息指标体系主要包括以下五项指标:生态水涵养模数(BSI)——表达地球表面植被层单位面积上所储水总水量;生态水迁流模数(BFFI)——地球表面植被层单位面积单位时间所能给出的水量;植被水分含量指数(BVWCI)——地球表面植被层中植物本身单位面积所含水量,也叫做植被含水率;土壤水饱和系数(SRS)——地球表层土壤单位体积或面积上的含水饱和百分数;土壤含水率(SSI)——地球表层土壤单位体积或面积上的含水量。由于生态水遥感定量研究是一个庞大的系统工程,限于时间和经费,本研究将仅对后三个指标(植被含水率、土壤水饱和系数、土壤含水率)进行研究。(2)研究、查明影响生态水指标体系的主要因素,完善各生态水信息指标体系计算模型,建立生态水信息指标体系有关参数的遥感图像解译标志及数据库。研究中针对不同生态类型的典型训练场,如湿地、人工林区、农田耕耘区等,通过对遥感图像的数字处理和信息提取(判读),结合现场波谱测定与实验室波谱测定,查明影响生态水指标体系的主要因素,完善各生态水信息指标体系计算模型,建立生态水信息指标体系有关参数的遥感图像解译标志及其数据库。(3)研究、探索生态水遥感图像信息提取理论和方法,提出生态水遥感定量研究新方法。研究中针对该地区的自然条件,并结合常规观测数据,建立生态水定量测算模型,从而达到利用遥感技术进行区域生态水定量测算的目的,为区域水资源的可持续利用政策的制定,提供技术支持,并在此基础上提出生态水遥感定量研究与调查新技术新方法。2.2技术路线本文的技术流程图如图1示,分为如下四部分:1)遥感图像的预处理:包括几何校正、辐射校正(辐射定标、地面起伏校正、大气校正),这部分主要是消除位置变化、地面起伏以及大气散射、吸收等引起的误差,为生态水定量测算而对遥感图像做的前期处理。2)实验区植被生物物理参数提取:包括植被指数、土壤亮度、湿度、绿度及地表温度等的提取。3)建立或选取生态水指标遥感测算模型并对实验区遥感数据进行相应指标测算。4)采用实验区生态环境遥感本底调查数据验证测算结果。图1技术流程图几何校正(消除遥感数据位置变的影响)化的影响几何校正(消除遥感数据位置变的影响)化的影响辐射定标（消除遥感数据失真）地面起伏校正(消除由于地面起伏多造成的遥感信息偏差)辐射定标(将测量值变换为绝对亮度或地表反射率、表面温度有关的相对值)大气校正(消除大气散射、吸收等引起遥感信息差)植被生物物理参数估算植被指数提取(包括比值植被指数RVI、归一化植被指数NDVI、调整土壤亮度植被指数SAVI、差值植被指数DVI、穗帽变换中的绿度植被指数GVI、垂直植被指数PVI等)其他指数提取（包括土壤亮度、湿度、地表温度等）确定地物波谱与地物标志并初步判定地物类型生态水指标测算土壤含水率（采用Ts/NDVI遥感测算模型）土壤水饱和系数（建立土壤亮度-湿度关系下的遥感测算模型）植被含水率（建立绿度-湿度关系下的遥感测算模型）查明影响生态水指标体系的主要因素,确定生态水信息指标体系性态水涵养模数、生态水迁流模数、植被含水率、土壤水饱和系数、土壤含水率),选取植被含水率、土壤水饱和系数、土壤含水率作为本次研究指标生态水指标测算验证(采用实验区生态环境遥感本底调查数据对以上三个指标进行验证3．考核指标（1）生态水指标测算模型精度评价指标单位标准值指标属性不合格标准优1植被含水率模型精度%75%75%75%约束性指标2土