提取林分郁闭度信息的几种遥感方法

林 业界 利用航 片进行森 林测量 提取森林 信息巳久 ， 既使今天 的森林调查也不例外 ， 利用 航片进行森林测量主要是测量有关森林 调查 中 的各项数量化因子 ， 主要包括二个方面： 一是林 分ｆ、 因子 ， ， 班） Ｊ 包括林分 面积 、 郁闭度 、 林分平均 高度 、 林分 生长量 、 林木株数 和林 分蓄积等 ， 二 是单个立木因子 ， 包括立木高度 、 冠幅、 胸径 、 立 木高度生长量 、 幅生长量等。 冠 引入数 字摄影测 量 的光束法空 中三角测 量理论 ， 一方面可 以对航片进行正射纠正 ， 进而 生成影像地图 ， 另一方面 ， 以对前面所说的各 可 项数量化因子进行测量 。对于我国 目前进行 的 蠢林调查工作而言， 外业工作量很大 ， 大部分调 查数据要 经过地面调查得到 ， 浪费人力 ， 物力 ， 财力 ， 利用空中三 角测量理论与技术、 ３ ” “ ｓ理论 与技术和其它相关精密仪器等对林业调查 中的 些因子进行测量 ，是解决这些矛盾 的有效途 径之一 ， 充分发挥航 片的作用 ， 特别是航 片的测 树作用 ， 使大部分调查数据从航片上取得 ， 少量 的地面调查作 补充和验证 ，则可大幅度减少外 业工作量和调查费用 ， 提高调查速度 ， 降低调查 成本 ， 发展“ 是 精准林业” 的有 效方法之一 。 目 前 。西方大多数发达 国家利用航片在林业制 图 和林 业测量方 面应 用摄影 测量 理论与技 术和 “Ｓ 等技术 ， ３” 取得 了很好 的效果。 林分郁 闭度是林 分树冠 投影面 积对林 地 总面积的 比 。 值 它不仅是一个经济指标， 更多地 表现为一个林业综合评价指标， 一个生态指标 。 具体的说 ，对郁 闭度的测量即可以方便森林经 济效益 、 生态效益 的评价 ， 叉可以有效控制森林 火灾。随着社会的进步． 人们认识到森林是陆地 最大的生态系统 。森林效益不仅表现在经济方 面 ，而且 更 重 要 地 表 现 在 生 态方 面 和社 会 方 面 ， 人们对森林郁 闭度的重视程度越来越 高了 ， 因 此 ，如何简洁且高效的提取林 分郁闭度 日渐成 为学术界及林业部门所关心的技 术。 下面我 们从常规方 法和 高光谱遥感方 法 简要介绍郁闭度 的提取方法。 首 先 ， 们 可 以通 过 航 片 影 像 的 灰 度 变 化 我 提取林分郁闭度 的信息 ，林分中有林地和无林 地 的灰度值从总体上讲是有明显 区别 的，特别 是 在东北 地区受 纬度 和太 阳高度角 的影 响 ， 小 面积 的 林 中空 地 总 是 较 树 冠部 分 暗 ，大 面 积 的 林 中空地总是较树冠部分亮。根据影像光学特 征 ，常用的方法是通过边缘提取技术提取出林 木的树冠外围轮廓或者林中空地 的轮廓 。从林 分 的直方图信息里 ， 我们可以确定一个阈值 ， 阈 值的确定应处 于灰度变化 比较明显 的地方 ， 即 有林地与无林地 的亮度值区分的地方 。不同的 林 地 其 阈 值也 不 相 同 。 较 合 理 的 确定 方 法 是 确 定 图像 中无林 地中像 元亮度值的变化范 围 ， 以 确定 一 个 平均 阈值 ，进 而 按 照像 元所 占的 比 重 来估｛琳 分郁闭度。假定有林地像元数为 ｎ ， １ １
一
２ — ６０
一
无林地 像元数 为 ｎ ，则 林分 的郁 闭 度 Ｐ为 ： ２ Ｐ ｎ ／ ｌｎ ）此方法较为合 理 ， ＝２ｎ＋２， （ 排除 了 目视测 量的误差 ，但个别有林 地和无林地带 的灰度值 并无显著差别 ， 甚至会出现交叉 ， 是造成结果有 误 的一 个 重要 因素 。 而 对 于一 定 面 积 的 林 分 ，只要 提 取 出林 木 的冠幅的边缘 ， 或者提取 出林 中空地 的边缘 ， 我 们都能计算出林分的郁闭度。这是从林分真实 面积的基础上提取。 假设林分面积为， 林分 中立 木冠幅所 占面积为 ， 林中空地面积 为， 则林分郁 闭度为假设林分面积为 Ｓ ， 分中立木冠幅所 １林 占面积为 ｓ ， 中空地 面积为 ｓ ， ２林 ３ 则林 分郁闭
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宋宝祥
农 林科 研 ｌ Ｉ
孙 春胜
提 取林 分郁 闭度信 息 的几种遥感 方法
（ 河 市保 安林 场 ， 龙 江 讷 河 １ １０） 讷 黑 ６３ ０
摘 要： 结合 实 际 ， 谈提 取 林 分 郁 闭度 信 息 的 几种 遥 感 方 法 。 谈 关键 词 ： ； 感 方 法 ； 量 林分 遥 测
光谱的变化特征 ，而高光谱的每个图像像元均 可近似用一条光谱 曲线描述，高 光谱遥 感具有 高光谱分辨率和波段多等显 著特点 ， 能够提供 连续的、 光谱分辨率高 的光谱波段 ， 因此用它分 解混合像元诸成分光谱分量精度必定很 高，试 验证明从高光谱 图像数据 中用光谱混合模 型方 法提取森林郁闭度信息是 可靠 的。 用高光谱遥感 提取郁 闭度采用主成分分析 法 ，即通过数学变换 的方式将原数据矢 量空间 投影到新的空间 中， 在新 的空 间中， 信息得到再 分配， 聚集在少数几个分量 上， 从而实现降低空 闻维数的 目的 ，特征提取可以在降低光谱维数 度 Ｐ为 ： 的同时得到更为优 化的特征空间 。为建立估测 Ｐ ｓ／ｌ Ｐ Ｉ ｓ／ ＝２ｓ 或 ＝ — ３ｓ ｌ 模型需 从 已有 的森 林 资源 变化 图上 获取 ２ ０ ０ 但此此方法有一定的局限性 ，较适合林分 个样点的实测郁闭度值，３ １０个用于建模， ７ Ｏ个 郁 闭度较小的地方 ，而在林木密集地 区往往无 用 于验 证 。 法直接观测到地面或者常错把偶尔 出现 的空地 首先对图像进行预处理 ，去除影 响效果 的 上 的树阴看成树木 ， 造成郁 闭面积测多。 部分波段 ， 留下质量好 的波段 ， 再对其进行大气 对于前两种方法进行精度评价 的时候都要 校正和几何校正。大气纠正将图像辐射亮度值 以实地的调查数据为基础 ，但实地调查的数据 转换为光谱反射率 ，这是一个消除和减弱包括 并不是真值，因为郁闭度的野外测量 中存在无 大气辐射影响在内的综合影响的处理过 程。对 法避免的人为误差 ， 目前森林调查 中， 对郁闭度 定量遥感的地物参 数反演 ，大气纠正是 十分必 的调查 ， 由于受重视 程度 、 调查人员素质 、 调查 要 的 。图 像 的几 何 校正 采 用 人 机 交互 方 式 选 择 方法 、 应用方法等方面的影 响， 其调查精度不是 地 面控 制 点 ，利 用 二 次 多 项 式 和 双线 性 内插 法 很高 ， 方法 的选择要根据具体 的精度要求、 条件 重采样对 处理后的高光谱 图像进行 几何纠正 ， 而具体分析 。 经重新选点检验 ， 控制误差 。 然后采用逐步回归 目 随着遥感技术 的推广 ，还有一种精 度 技术提取与郁闭度相关性较高的分量 ， 前 建立多 更高更为精密 的方法 ，即利用高光谱数据对大 元回归对郁闭度进行估测 ，最后对精度进行验 尺度的森林郁闭度行估测 ，高光谱遥感是 高 证 。 光谱分辨率遥感 的简称 ， ２ 是 Ｏ世 纪末迅 速发展 以上对于郁 闭度 的提取简要介绍 了 ３种方 起来的一种全新遥感技术，以纳米级 的超 高光 法 ， 前两种方 法用 于常规 的估测 ， 高光谱遥感方 谱分辨率和几十或几百个 波段 同时对地表地 物 法 由于 数 据 获 取 比较 困难 ，国 内开 展 高 光 谱 遥 但其精度高 ， 方法 成像，获得包括森林资源 的地 面物体连续光谱 感森林信息提取 的研究不多， 信息。高光谱遥感的成像 光谱技术将成像技术 先进 ， 随着遥感技术 的进一步普及 ， 这种方法也 与光谱技术相结合，在对 目标地物 的空间特 征 会 凸显其优势 ，而且 目前郁闭度的估测与很多 成像的同时，获取 每个像元数 十至数百 个窄波 综合效益相关 ，相信郁闭度的测量会有很好的 段（ 通常波段宽度 ＜ Ｏｍ 光谱信 息 ， ｌｎ ） 产生一 条 前 景 。 作 者 简 介 ： 宝祥 ， 河市 保 安林 场 工会 主 宋 讷 完整而连续的光谱曲线 ，而这是常规遥感所 不 具备的。常规遥感的传感器多数只有几个或 十 席 。 孙 春 胜 ， 河 市保 安 林 场 场 长 。 讷 几个波段，每个 波段宽度大 于 ｌＯ ｍ Ｏｎ ，更主要 的是这些波段在电磁波谱 上不连续。 而且 ， 当如 果波段过宽 ，将会合并地物的某些细微的光谱 特征， 因此 ， 高光谱遥感能够探测到在宽波段遥 感中不可探测的物质特征 。 郁闭度在遥感图像上是一个 比较容易提取 的参数， 但在空间分辨率低 时（２ ｍ，由于像元 ＞Ｏ ） 光谱混合 的问题 ， 利用宽波段遥感数据提取 的 郁闭度信息精度不会太高 。利用高光谱数据实 行的混合光谱分解方法就可 以将郁闭度这个最 终光谱单 元信 息提取 出来，合理而真实地反 映 其在空 间上的分 布 。如 果利用 宽波段 遥感数 据，实行这种混合像元分解技术效果不会 太好， 其原因是 波段 太宽、太少， 不能代表某 …成分