遙感技術(shù)在沙化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

■韓婷婷

（遼寧省攝影測(cè)量與遙感院遼寧沈陽(yáng)110034）

遙感技術(shù)在沙化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

■韓婷婷

（遼寧省攝影測(cè)量與遙感院遼寧沈陽(yáng)110034）

本文基于地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)和不同傳感器的影像數(shù)據(jù)，以遙感技術(shù)為手段，進(jìn)行2003年、2008年和2013年監(jiān)測(cè)區(qū)沙化信息提取，并進(jìn)行沙化監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明：監(jiān)測(cè)區(qū)近10年來(lái)，中度沙化和重度沙化面積顯著減少，輕度沙化面積逐漸增加，說(shuō)明監(jiān)測(cè)區(qū)輕度沙化占據(jù)主導(dǎo)地位，呈現(xiàn)較好的態(tài)勢(shì)。基于遙感技術(shù)的沙化信息提取，與傳統(tǒng)方法相比，在精度和效率上均有明顯提高，可推廣應(yīng)用到大范圍的沙化監(jiān)測(cè)中。

遙感技術(shù) 地理國(guó)情普查 沙化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

1 引言

沙化土地是指在各種氣候條件下，由于各種因素形成的地表呈現(xiàn)以沙物質(zhì)為主要標(biāo)志的退化土地，包括已經(jīng)沙化的土地和具有明顯沙化趨勢(shì)的土地[1]。土地沙化的大面積蔓延就是荒漠化，是最嚴(yán)重的全球環(huán)境問(wèn)題之一。

沙化調(diào)查和監(jiān)測(cè)是沙化防治的基礎(chǔ)性工作。傳統(tǒng)的沙化監(jiān)測(cè)是在已往沙化調(diào)查監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行人工野外實(shí)地調(diào)查與勾繪，此方法工效低、質(zhì)量差，對(duì)于獲取大范圍的沙化土地變化周期比較長(zhǎng)[2]。遙感技術(shù)具有信息量大、觀測(cè)范圍廣、精度高、速度快、實(shí)時(shí)性以及動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)[3]，使開(kāi)展大范圍沙化土地監(jiān)測(cè)和評(píng)估成為了可能，已逐漸替代了傳統(tǒng)沙化監(jiān)測(cè)方法。

地理國(guó)情是一項(xiàng)重要的國(guó)情國(guó)力調(diào)查，地表覆蓋信息獲取是地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的首要任務(wù)，也是地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。目前，基于地理國(guó)情普查成果基礎(chǔ)上進(jìn)行沙化監(jiān)測(cè)研究的成功案例相對(duì)較少，因此本文可為相關(guān)研究提供科學(xué)的理論依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)

2.1 野外數(shù)據(jù)

2015年7月末至8月初，相關(guān)人員到監(jiān)測(cè)區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)區(qū)土地類(lèi)型均為沙化土地，用地類(lèi)型主要以耕地和林地為主，其中耕地種植作物的種類(lèi)相對(duì)單一，玉米、花生、大豆以及三者的間作為主要農(nóng)作物。

通過(guò)外業(yè)樣本采集，我們共采集了274個(gè)有效樣本數(shù)據(jù)，這些樣本數(shù)據(jù)均勻覆蓋于整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域中不同的用地類(lèi)型以及不同程度的沙化地類(lèi)。隨機(jī)選取不同沙化等級(jí)的50個(gè)樣本數(shù)據(jù)作為沙化信息提取樣本，其他224個(gè)作為精度檢驗(yàn)樣本。

2.2 影像數(shù)據(jù)

遙感影像的選取直接影響沙化信息提取結(jié)果，通過(guò)多次試驗(yàn)，選取植被長(zhǎng)勢(shì)最為茂盛時(shí)期的遙感影像提取沙化信息可達(dá)到最優(yōu)的效果，因此我們選取了2003年6月份30米分辨率多光譜Landsat5/TM影像，2008年6月份30米分辨率多光譜Landsat7/ETM影像，2013年6月份30米分辨率的多光譜Landsat8/OLI影像和同期的監(jiān)測(cè)區(qū)2米分辨率的高分一號(hào)/PMS1影像，為了后期沙化信息提取的準(zhǔn)確性，需要對(duì)影像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理工作主要包括：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、輻射定標(biāo)、幾何校正、圖像增強(qiáng)、圖像裁剪、拼接以及2013年多光譜影像和高分影像融合處理。

3 技術(shù)方法

本文根據(jù)野外調(diào)查數(shù)據(jù)，參照《第四次全國(guó)荒漠化和沙化監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定》，結(jié)合第一次全國(guó)地理國(guó)情普查內(nèi)容，建立符合監(jiān)測(cè)區(qū)的沙化分類(lèi)體系。選取合適的遙感指標(biāo)，建立監(jiān)測(cè)區(qū)不同沙化等級(jí)的解譯標(biāo)志，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)區(qū)2003年、2008年和2013年沙化信息提取，并進(jìn)行成果分析與精度驗(yàn)證。

3.1 建立分類(lèi)體系

本文建立了符合監(jiān)測(cè)區(qū)的沙化分類(lèi)體系，其中植被蓋度是指植被群落總體或各個(gè)體的地上部分的垂直投影面積與樣方面積之比的百分?jǐn)?shù)。

3.2 建立不同沙化等級(jí)解譯標(biāo)志

根據(jù)《第四次全國(guó)荒漠化和沙化監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定》，在沙化分類(lèi)體系中的植被蓋度這一指標(biāo)很難通過(guò)遙感手段獲得，而植被蓋度和植被覆蓋度之間存在一定的關(guān)系。

根據(jù)野外采集的樣本數(shù)據(jù)，通過(guò)人工判讀覆蓋監(jiān)測(cè)區(qū)遙感影像，從而計(jì)算出每個(gè)樣本數(shù)據(jù)的植被蓋度值，并與利用二分法反演的植被覆蓋度值建立回歸關(guān)系，確定植被蓋度和反演植被覆蓋度之間的轉(zhuǎn)換規(guī)則，從而計(jì)算出監(jiān)測(cè)區(qū)2013年植被蓋度。依據(jù)該轉(zhuǎn)換規(guī)則對(duì)2003年和2008年的反演植被蓋度進(jìn)行修正，從而確定2003年和2008年的沙化等級(jí)。

3.3 沙化信息提取

從樣本數(shù)據(jù)中隨機(jī)選取50個(gè)樣本數(shù)據(jù)參與沙化信息提取，其余224個(gè)樣本數(shù)據(jù)參與精度驗(yàn)證。根據(jù)不同沙化程度典型樣本數(shù)據(jù)以及植被指數(shù)，繪制各樣本數(shù)據(jù)的光譜特征曲線，并以此選擇最佳經(jīng)驗(yàn)閾值以確定不同沙化等級(jí)的光譜分離節(jié)點(diǎn)。建立符合監(jiān)測(cè)區(qū)的決策樹(shù)模型，對(duì)2003年、2008年多光譜影像進(jìn)行沙化信息提取。將2013年的多光譜影像和2013年融合影像，以及整合的地理國(guó)情數(shù)據(jù)一級(jí)地類(lèi)成果，參與計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類(lèi)，提取監(jiān)測(cè)區(qū)更加準(zhǔn)確的沙化信息。對(duì)沙化信息提取后的噪聲問(wèn)題，采用窗口進(jìn)行中值濾波，主要根據(jù)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的閉運(yùn)算濾除噪聲影響。

4 成果分析

4.1 沙化信息統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)2003年、2008年和2013年沙化信息提取成果進(jìn)行了不同等級(jí)的沙化面積統(tǒng)計(jì)，從2003年、2008年和2013年不同沙化等級(jí)面積比例圖可以看出，2003年-2013年，輕度沙化面積逐漸增加，中度沙化和重度沙化面積逐漸減少，監(jiān)測(cè)區(qū)輕度沙化占據(jù)主導(dǎo)地位。

4.2 精度驗(yàn)證

根據(jù)外業(yè)采集的274個(gè)樣本數(shù)據(jù)，選取224個(gè)樣本數(shù)據(jù)，采用留一交叉驗(yàn)證法對(duì)2013年融合影像沙化信息提取成果進(jìn)行精度驗(yàn)證，由于時(shí)間問(wèn)題無(wú)法實(shí)現(xiàn)2003年和2008年成果的精度驗(yàn)證。結(jié)果表明，在監(jiān)測(cè)區(qū)正確率達(dá)到84.8%，進(jìn)一步說(shuō)明，基于遙感技術(shù)方法的沙化信息提取，其精度和效率要高于傳統(tǒng)作業(yè)方式。

4.3 與林業(yè)部門(mén)現(xiàn)有成果進(jìn)行對(duì)比分析

本文研究成果與林業(yè)相關(guān)部門(mén)現(xiàn)有成果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：監(jiān)測(cè)區(qū)近10年，重度沙化和中度沙化面積逐年減小，輕度沙化面積逐年增大，整體沙化趨勢(shì)與林業(yè)部門(mén)現(xiàn)有成果相同，達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

總之，本文在地理國(guó)情普查成果的基礎(chǔ)上，研究遙感技術(shù)在沙化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，其精度和效率均高于傳統(tǒng)作業(yè)方式，可將該方法推廣到大范圍沙化監(jiān)測(cè)中，可以我省土地沙化防治提供數(shù)據(jù)支持，意義重大。隨著地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)的時(shí)點(diǎn)更新，可將本次數(shù)據(jù)作為本底數(shù)據(jù)，為相關(guān)部門(mén)提供準(zhǔn)確的沙化變化分析數(shù)據(jù)。

[1]莊晨輝,陳銘潮,李崢.遙感技術(shù)在土地沙化監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 [J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào), 2006,26(4):324-327.

[2]王曉慧，李增元，高志海等.沙化土地信息提取研究 [J]，林業(yè)科學(xué)，2005,41(3): 82-87.

[3]劉琳,姚波.基于NDVI象元二分法的植被覆蓋變化監(jiān)測(cè) [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2010,26 (1):230-234.

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-277-1