遙感技術(shù)在遼中區(qū)森林資源變化監(jiān)測中的應(yīng)用研究

梁 丹

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃監(jiān)測院，遼寧 沈陽 110122)

1 研究區(qū)域

遼中區(qū)地處遼寧省中部，地理位置東經(jīng)122°28′～123°6′，北緯41°12′～41°47′，距省會沈陽52km，南界臺安，東靠遼陽，西交黑山，北接新民。區(qū)域面積1460km2。屬遼河、渾河沖積平原，其東部茨榆坨一帶有少量沙丘，整體地勢平坦，西南稍低洼。

2 研究原理

2.1 收集數(shù)據(jù)

收集遼中區(qū)同源、同時像、圖幅一致、效果清晰的影像，選擇地形地貌、植被類型全面地區(qū)。并對實驗數(shù)據(jù)進行前期輻射定標(biāo)、大氣校正、圖像融合、圖像鑲嵌和裁剪等處理。

2.2 遙感自動判讀

利用遙感動態(tài)監(jiān)測技術(shù)，從不同時間獲取同一地區(qū)的遙感圖像中，識別并量化地表變化的類型、空間分布情況和變化量。采用圖像直接比較法，對經(jīng)過配準(zhǔn)的兩個時相遙感圖像中像元直接進行運算、變換處理，找出變化區(qū)域并對輸入的兩個時相的圖像進行圖像變換，提取并導(dǎo)出變化信息。利用植被在紅光波段(0.55～0.68μm)強吸收，在NIR近紅外(0.725～1.1μm)高反射和高透射的特征，根據(jù)歸一化差分植被指數(shù)Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)來識別影像變化區(qū)域。利用主成分分析法(PCA)增強圖像，從變化信息檢測結(jié)果中提取變化信息。采取直方圖形狀的方法，基于判別分析法，利用直方圖的零階和一階累計矩陣來劃分閾值。去除椒鹽噪聲和“小碎塊”后輸出變化信息[1]。

2.3 人工判讀

人工遙感判讀區(qū)劃采取背靠背判讀，1人判讀區(qū)劃后，由另1人結(jié)合第1人的判讀結(jié)果再次判讀。兩人判讀結(jié)果不一致的，根據(jù)遙感影像變化特征共同商定，最終形成遙感判讀區(qū)劃矢量圖層。

2.4 現(xiàn)地驗證

現(xiàn)地驗證采取每斑核驗，對常規(guī)人工判讀圖斑和動態(tài)監(jiān)測自動提取圖斑逐個樣地驗證實際地類，判斷遙感影像特征與現(xiàn)地地表覆蓋是否相符：若遙感判讀地類與現(xiàn)地驗證地類相符，則通過驗證，說明判讀結(jié)果為真；反之，則驗證失敗，說明判讀結(jié)果為假。并依據(jù)此結(jié)果填寫《現(xiàn)地驗證表》。

2.5 對比分析

將現(xiàn)地驗證結(jié)果分別與實驗結(jié)果和人工判讀結(jié)果進行對比，通過計算得出正判比率來認(rèn)定利用動態(tài)監(jiān)測來進行變化信息提取的方法是否可行。

3 統(tǒng)計結(jié)果與分析

通過對遼中縣森林資源監(jiān)測結(jié)果的分析，經(jīng)實驗方法判讀出54個變化圖斑，森林植被面積87.9407hm2；經(jīng)現(xiàn)地驗證共48個圖斑通過驗證，森林植被面積77.8885hm2。經(jīng)人工判讀判讀出77個變化圖斑，森林植被面積77.6403hm2，重疊面積68.7655hm2；經(jīng)現(xiàn)地驗證共68個圖斑通過驗證，森林植被面積63.8167hm2(表1)。

表1 森林資源變化斑塊判讀統(tǒng)計

根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果可知，應(yīng)用實驗方法對遼中縣森林植被變化斑塊提取的正確率個數(shù)比為88.89%，正確率面積比為88.57%；人工判讀方法提取的森林植被變化斑塊正確率個數(shù)比為88.31%，正確率面積比為82.20%。采用實驗方法對遼中縣森林植被變化斑塊提取的正確率高于人工判讀方法3.2個百分點(表2)。

表2 遼中區(qū)森林資源變化斑塊判讀

通過對應(yīng)用動態(tài)監(jiān)測與人工判讀方法所得出的數(shù)據(jù)分析表明，應(yīng)用實驗方法得到的地類判讀結(jié)果更加準(zhǔn)確，即應(yīng)用動態(tài)監(jiān)測的方法可以更加快速、更加準(zhǔn)確的獲取兩年森林資源的變化數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

1)通過對Landsat 8影像中光譜波段的提取，自動獲取森林面積的動態(tài)變化結(jié)果，實現(xiàn)結(jié)果數(shù)據(jù)多樣化，使森林資源數(shù)據(jù)的動態(tài)變化更直觀，方便后期統(tǒng)計分析和資源管理應(yīng)用。相對比傳統(tǒng)人工判讀，森林資源面積變化監(jiān)測準(zhǔn)確率平均提高約3%；縮短了遙感判讀的工作時間及強度，工作效率平均提高8倍以上。本技術(shù)改進了過去傳統(tǒng)人工目視判讀方法，實現(xiàn)了監(jiān)測過程中最大程度的自動化、智能化、規(guī)范化、科學(xué)化，節(jié)省了大量的人力、物力，同時提高了工作的效率及精度，減少了人工誤差，間接的創(chuàng)造了經(jīng)濟、社會、生態(tài)價值。

2)本研究方法依舊存在某些問題：第一，對影像預(yù)處理的要求較高。本研究基于直接比較法識別、提取變化斑塊，因此，選好基準(zhǔn)點配準(zhǔn)、完成好大氣校正等直接影響輸出結(jié)果。第二，存在漏劃地塊。本項目對地塊自動區(qū)劃進行了有益嘗試，對區(qū)劃中的參數(shù)設(shè)置還沒有定量指標(biāo)，需工作人員根據(jù)經(jīng)驗完成，目前要依靠計算機進行標(biāo)準(zhǔn)化、批處理具有一定困難。面積較小或分布較少的地塊容易漏掉，如本次外業(yè)驗證發(fā)現(xiàn)小面積造林未成林地塊被漏掉的現(xiàn)象，必須依靠人機交互判讀。