本文摘要：摘要：以西藏自治區(qū)林芝市巴宜區(qū)2005年ETM遙感影像為基礎，利用3S技術，借助于ERDAS9.2和ArcGIS10.5軟件，結合野外調查研究，對研究區(qū)的森林覆蓋率進行統計分析，并與該地區(qū)地貌類型圖、土地利用類型圖的分類結果進行比較分析。研究了ETM遙感影像應用于巴宜
摘要：以西藏自治區(qū)林芝市巴宜區(qū)2005年ETM遙感影像為基礎，利用“3S”技術，借助于ERDAS9.2和ArcGIS10.5軟件，結合野外調查研究，對研究區(qū)的森林覆蓋率進行統計分析，并與該地區(qū)地貌類型圖、土地利用類型圖的分類結果進行比較分析。研究了ETM遙感影像應用于巴宜區(qū)森林覆蓋統計監(jiān)測的最佳波段組合和融合處理技術，采用監(jiān)督分類的方法提取森林覆蓋信息，并對分類結果與相應研究區(qū)的土地利用類型相比較。結果表明，監(jiān)督分類校正結果顯示2005年巴宜區(qū)的森林覆蓋率約為42.61%，監(jiān)督分類對林地統計結果與土地利用類型圖統計結果相比較，兩者僅相差3.83百分點，分類精度達89.27%。利用遙感技術及地理信息系技術對森林資源的統計分析，可為森林信息化建設提供技術支持。
關鍵詞：森林覆蓋率;遙感;林芝市巴宜區(qū);土地利用;監(jiān)督分類;最佳波段;融合處理
森林工程師論文投稿刊物：《森林與環(huán)境學報》是福建農林大學主辦的與林有關的綜合性學術類期刊，刊載全科林學的科研報告、學術論文、文獻綜述、專題討論等文章，1960年創(chuàng)刊，國內外公開發(fā)行。長期以來被確定為國家科技部中國科技論文統計源期刊、中國科學引文數據庫源期刊、中國學術期刊綜合評價數據庫源期刊、中國自然科學核心期刊。
森林覆蓋率是反映一個國家或地區(qū)森林資源的一項重要的內容，也是各地反映綠化程度、考核各級政府政績的重要指標[1]。根據國家林業(yè)局2014年頒布的《國家森林資源連續(xù)清查技術規(guī)定》[2]中的現行森林覆蓋率的計算方法：森林覆蓋率=(喬木林地面積+竹林地面積+特殊灌木林地面積)/土地總面積×100%。傳統的森林覆蓋率多采用標準地調查[3]、人工目測以及查閱歷史資料等方法[4]，傳統的森林覆蓋率估算方法[5]存在主觀性強、精度低、尺度小、野外調查任務重、效率低、成本高等缺點[6]。
隨著3S(RS、GIS、GPS)技術的發(fā)展，遙感技術的廣泛應用使大區(qū)域的森林覆蓋率的快速提取與監(jiān)測成為可能，森林覆蓋率估算方法朝著精準化、快速化、多樣化方向發(fā)展。楊丹等利用Landsat/ETM+影像數據分析北京市及各縣區(qū)的森林覆蓋率，整體精度較高，誤差小[7]。沈明霞等以遙感影像為基礎，利用Brovey變換將TM3、4、5與PAN波段融合，用融合后的波段作歸一化植被指數，將融合影像和歸一化植被指數采用監(jiān)督分類的最大似然算法進行分類，得到南京市的森林覆蓋率及主要的森林植被信息[8-9]。
王海賓利用多源多尺度遙感數據，結合基礎地理數據，進行基于森林相關參數的多源遙感影像的尺度轉換研究以及地類圖斑區(qū)劃方法研究[10]。隨著3S技術的發(fā)展，利用遙感技術對森林資源進行調查監(jiān)測，科學、快速、高效地獲取森林資源分布[11]狀態(tài)及其動態(tài)變化信息，為政府部門規(guī)劃、決策提供有效的數據支撐，為森林資源經營管理工作提供技術支持，是森林資源管理的重要的發(fā)展方向。
1研究區(qū)概況
巴宜區(qū)是西藏林芝地區(qū)的下轄縣，位于29°21′～30°15′N，93°27′～95°17′E，地處西藏東南部、雅魯藏布江北岸、尼洋曲下游，雅魯藏布江與尼洋河流經境內并在此相匯。巴宜區(qū)南部為岡底斯山余脈，北部屬念青唐古拉山支脈高山地段。境內平均海拔約為3000m，素有“西藏江南”之美譽。該區(qū)域受印度洋暖濕氣流的影響，境內屬溫帶濕潤季風氣候，適宜的氣候條件孕育了該地區(qū)豐富的植物資源，植物資源呈垂直分帶，從亞熱帶到寒帶都有生長，素有“綠色寶庫”之稱。主要樹種資源有林芝云杉(Picealikiangensisvar.linzhiensisChengetL.K.Fu)、冷衫[Abiesfabri(Mast.)Craib]、樺樹(Betula)、川滇高山櫟(QuercusaquifolioidesRehd.etWils)、藏川楊(PopulusszechuanicaSchneid.var.tibeticaSchneid)、高山松(Pinusdensata)、落葉松[Larixgmelinii(Rupr.)Kuzen.]等數十種，開發(fā)利用價值巨大。
2研究材料與方法
2.1數據來源
本研究以巴宜區(qū)2005年11月份的ETM影像數據為基本信息源(數據來源為USGS共享數據的2005年Landsat7的TM影像，圖像空間分辨率為30m)，影像獲取時間為2005年11月18日。該影像上無大塊云層覆蓋，影像清晰。主要輔助數據為各縣區(qū)行政界線圖、西藏土地利用類型圖[數據來源于中國科學院資源環(huán)境科學數據中心]以及數字化地形圖。借助遙感軟件ERDAS9.2和地理信息系統軟件ArcGIS10.5，研究了ETM遙感影像應用于巴宜區(qū)森林覆蓋統計監(jiān)測的最佳波段組合和融合處理技術，采用監(jiān)督分類的方法提取森林覆蓋信息、位置和面積信息，利用研究區(qū)域地貌類型圖選取典型地物進行實地考察，攜帶GPS、望遠鏡等野外調查工具，對典型地物定點標注，確定訓練樣本，并對分類結果與該地區(qū)土地利用分類圖進行對比分析，對分類精度進行評價。
2.2數據預處理
遙感影像的預處理包括幾何校正、波段選擇、影像鑲嵌、影像裁剪、光譜增強、影像融合等內容。原始遙感數據通常包含嚴重的幾何變形，幾何變形是由系統或非系統因素引起的，幾何校正就是將遙感影像數據投影到平面上，使其符合地圖投影系統的過程[9]。根據不同的應用方向和信息提取目的有多種不同的組合方式[10]，利用多波段圖像之間的差異進行特征提取，可獲得較多的信息量，對于森林資源監(jiān)測來說，由于其地域廣闊、植被豐富等特點，使得多光譜影像在林業(yè)上發(fā)揮了巨大的作用。對遙感影像進行增強處理，主要進行輻射增強、空間增強以及光譜增強等方式，具體進行直方圖均衡化、去霾處理以及銳化處理等形式[11]。
遙感影像的光譜增強是基于多波段的遙感數據對波段進行變換以達到遙感影像增強處理的目的，主要方法有主成分變換、歸一化植被指數、色彩空間變換、纓帽變換、代數運算、色彩增強等。在遙感影像的實際處理工作中，通過各種途徑得到的遙感影像覆蓋范圍大，影像多為規(guī)則的四方形。然而應用遙感技術處理實際問題時，多針對特定區(qū)域來進行。本研究主要研究西藏林芝市巴宜區(qū)的遙感影像，不在研究區(qū)范圍內的須要裁剪，本研究用巴宜區(qū)行政界線，利用ArcGIS軟件完成巴宜區(qū)遙感影像的裁剪。
3結果及分析
3.1影像預處理
本研究經多次試驗，并借鑒其他學者的經驗得出，ETM3、4、5組合是進行森林植被解譯的最佳波段組合方案，也是目前全國森林資源清查所采用的波段組合。利用遙感軟件ERDAS9.2對研究區(qū)原始影像進行影像鑲嵌，對遙感影像進行鑲嵌處理后，借助地理信息系統軟件ArcGIS工具箱中的按掩膜提取工具，以中國縣級區(qū)劃圖中的巴宜區(qū)地圖為提取模板對已經鑲嵌的遙感影像進行提取。得到研究區(qū)的遙感影像后，需對遙感影像進行輻射增強、空間增強、光譜增強等一系列的增強處理，以改善遙感影像的質量，突出所需信息，增強遙感影像的可辨識度、可讀性，以改善視覺效果，便于對遙感影像的分析和解譯。
3.2監(jiān)督分類
基于遙感影像的預處理結果，在遙感軟件ERDAS9.2的支持下，對影像進行監(jiān)督分類，獲得該影像的監(jiān)督分類結果[12]，獲取各地類的相關信息。本研究所涉及的區(qū)域對于研究者而言相對熟悉，并進行實地調查，將影像地物與現實地物對比，選用監(jiān)督分類方法，采用最大似然算法進行分類。結合研究區(qū)域實際情況及該地區(qū)的土地利用分類。對影像進行監(jiān)督分類，獲得該影像的監(jiān)督分類結果，獲取各地類的相關信息監(jiān)督分類不同地物類型主要有林地、草地、荒漠等7種類型，其中林地面積最大，占巴宜區(qū)總面積的39.13%，居民點次之，冰川最少，占巴宜區(qū)總面積的4.41%。
3.3監(jiān)督分類結果校正
由于本研究基于ETM影像對研究區(qū)的森林覆蓋率進行統計分析，故在進行誤差分析時側重考慮林地的狀況。在森林資源統計應用中，監(jiān)督分類結果主要有3種情況：原本地物是林地，監(jiān)督分類結果為林地;原本地物為非林地，監(jiān)督分類結果為林地;原本地物為林地，監(jiān)督分類結果為非林地。通過實地調查結果，分析其主要錯誤因素：四景遙感影像原本顏色存在差異;巴宜區(qū)東北區(qū)域及西南區(qū)域主要的氣候類型存在差異，巴宜區(qū)東北區(qū)域主要氣候類型有亞熱帶山地季風氣候、高原溫帶季風濕潤氣候、高原溫帶季風半濕潤氣候、高原亞寒帶季風半濕潤氣候，西南區(qū)域主要的氣候類型為高原溫帶季風半濕潤氣候、高原亞寒帶季風半濕潤氣候[13]，導致兩區(qū)域的主要喬灌木植被類型出現差異。
林地劃分為其他地物占研究區(qū)域面積的13.69%，其他地物劃分為林地占研究區(qū)域面積的10.21%。其中巴宜區(qū)東北部分區(qū)域原本為高覆蓋度草地，監(jiān)督分類結果為林地;巴宜區(qū)沿尼洋河流域兩側，原本為林地區(qū)域，監(jiān)督分類結果顯示為居民點、耕地、水系等地物。根據野外調查結果，對監(jiān)督分類結果進行校正，最后得出巴宜區(qū)林地分布區(qū)域圖巴宜區(qū)主要林地分布在亞熱帶山地季風氣候、高原溫帶季風濕潤氣候、高原溫帶季風半濕潤氣候控制的地區(qū)。在ArcGIS支持下，經軟件統計計算得到該地區(qū)林地所占面積為3479.83km2，林地覆蓋率為42.61%。
3.4精度分析
可以看出，巴宜區(qū)2005年的土地利用類型主要有林地、草地、水體、冰川、雪地、荒漠以及居民建筑用地等。將兩圖層放在同一圖層窗口中，把巴宜區(qū)土地利用分類圖的透視度調為20%。統計得出巴宜區(qū)ETM遙感影像監(jiān)督分類調校正后結果與土地利用類型中林地分布重合面積達89.27%，因此，ETM遙感影像監(jiān)督分類結果可以用來表示該區(qū)域林地覆蓋率。利用ArCGIS軟件對該地區(qū)的土地利用類型進行分析，得出該研究區(qū)的森林覆蓋率約為46.44%。在對遙感影像進行監(jiān)督分類校正之后，計算得到該地區(qū)的森林覆蓋率約為42.61%。利用ETM遙感影像監(jiān)督分類結果與土地利用類型分析相比，兩者僅相差3.83百分點。
4結論
本研究通過ETM影像數據客觀真實地反映森林資源的數量、質量狀況，輔助野外實地調查結合地理信息系統GIS技術科學反映森林資源的分布情況。利用巴宜區(qū)2005年的ETM影像數據與同時間段的土地利用分類圖，對巴宜區(qū)的森林覆蓋率進行估算。研究采用ETM3、4、5波段融合的方法更能突出森林特征，利用監(jiān)督分類的方法進行分類，得到較準確的地物類別劃分結果。經遙感影像提取的結果得出，2005年巴宜區(qū)的森林覆蓋率約為42.61%，對同時間段該地區(qū)的土地利用類型圖統計分析得出的森林覆蓋率為46.44%。
2種圖像估算森林覆蓋率結果較為接近，僅相差3.83百分點，監(jiān)督分類對林地統計結果與土地利用類型圖統計結果相比較，其正確率達89.27%。本研究對研究區(qū)域森林不同林分(具有一定面積的林子，該林分中樹種特征與周圍林分具有顯著區(qū)別)進行監(jiān)督分類，但是由于氣象、地形、植被種類及不同生境條件下植被生長勢差異等因素影響，監(jiān)督分類結果與實際相比，正確率較低，如何提高森林監(jiān)督分類二級、三級植被信息準確率，還需要大量的野外調查。
參考文獻：
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