基于GF-1數(shù)據(jù)的南京江北新區(qū)植被覆蓋度遙感估算

高 磊， 盧 剛

(江蘇省測繪工程院，江蘇南京 210013)

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基于GF-1數(shù)據(jù)的南京江北新區(qū)植被覆蓋度遙感估算

高 磊， 盧 剛

(江蘇省測繪工程院，江蘇南京 210013)

摘要以南京江北新區(qū)為研究區(qū)，選用GF-1 16 m分辨率的MFV4多光譜傳感器數(shù)據(jù)，基于像元二分模型對研究區(qū)進(jìn)行植被覆蓋度遙感估算。結(jié)果表明，GF-1數(shù)據(jù)可以快速有效地反映地表植被的空間分布狀況。對結(jié)果的分級統(tǒng)計顯示，江北新區(qū)植被覆蓋較高，生態(tài)環(huán)境良好，適宜打造綠色宜居區(qū)域。

關(guān)鍵詞GF-1；江北新區(qū)；植被覆蓋度

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在全球和區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化中發(fā)揮著舉足輕重的作用。植被覆蓋度是指植被在地面的垂直投影面積占地表統(tǒng)計區(qū)面積的百分比，是描述陸地表面植被生長和分布的重要參數(shù)，對揭示地表變化規(guī)律及驅(qū)動因子、評價區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要意義[1]，在農(nóng)業(yè)、資源、環(huán)境、生態(tài)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的植被覆蓋度估算方法主要是進(jìn)行地面測量，包括目估法、采樣法、儀器法等[2]，只適合于小范圍的應(yīng)用。遙感數(shù)據(jù)具有多尺度分辨率、大覆蓋范圍、長持續(xù)時間、獲取方便等優(yōu)勢，目前已成為區(qū)域植被覆蓋度估算的主要技術(shù)手段，如程苗苗等[3]利用Landsat MSS、TM、ETM+數(shù)據(jù)，對新疆和田地區(qū)植被覆蓋狀況進(jìn)行研究；潘桂行等[4]基于MODIS NDVI數(shù)據(jù)研究海流兔河流域2000～2014年植被覆蓋度的變化規(guī)律，確定其變化的影響因素；盧鑫等[5]選用環(huán)境星CCD數(shù)據(jù)，估算了雅礱江流域的區(qū)域植被覆蓋度，這些研究都證明了具有豐富光譜信息的遙感影像能滿足區(qū)域尺度的植被覆蓋度調(diào)查要求，在植被覆蓋度動態(tài)監(jiān)測中有著較好的應(yīng)用前景。

GF-1是中國高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項的第一顆衛(wèi)星，配置了2臺2 m分辨率全色/8 m分辨率多光譜相機(jī)(PMS1、2)，4臺16 m分辨率多光譜寬幅相機(jī)(WFV1、2、3、4)，重訪周期2 d。該研究采用GF-1衛(wèi)星上WFV4傳感器所拍攝的16 m多光譜數(shù)據(jù)，包括藍(lán)、綠、紅及近紅外4個波段，基于像元二分模型估算江北新區(qū)植被覆蓋度，為區(qū)域生態(tài)功能規(guī)劃和地理國情監(jiān)測提供植被覆蓋現(xiàn)狀的參考。

1數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)南京江北新區(qū)是江蘇省首個國家級新區(qū)，位于南京市長江以北，規(guī)劃范圍包括浦口區(qū)、六合區(qū)和棲霞區(qū)的八卦洲街道，總面積約2 451 km2，占南京市域面積的37%。該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，溫暖濕潤，除八卦洲為江中沙洲型平原外，境內(nèi)地貌以低山丘陵、平原崗地為主，整體植被覆蓋良好。

研究選取2015年7月30日GF-1 WFV4數(shù)據(jù)(來源于“遙感集市”網(wǎng)站www.rscloudmart.com)，對研究區(qū)進(jìn)行區(qū)域植被覆蓋度估算。該時段正值盛夏，綠色植被枝葉茂盛，農(nóng)作物處于生長期，可真實地反映區(qū)域植被覆蓋狀況。研究區(qū)GF-1 WF4真彩色遙感影像見圖1。

圖1　江北新區(qū)GF-1 WFV4真彩色影像Fig.1　GF-1 WFV4 true color image in Jiangbei District

1.2植被覆蓋度遙感估算方法

1.2.1光譜輻射校正。遙感影像輻射校正主要包括輻射定標(biāo)和大氣校正[6]。輻射定標(biāo)是將傳感器記錄的原始像素值(DN)轉(zhuǎn)換為真實的物理量，如輻射亮度等，大氣校正是要消除大氣散射、吸收、反射引起的誤差，將輻射定標(biāo)得到的輻射亮度進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為地表反射率。該研究利用ENVI 5.3軟件提供的Radiometric Calibration工具進(jìn)行輻射定標(biāo)，定標(biāo)參數(shù)(增益和偏移)參照表1，來源于中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心網(wǎng)站(http：//www.cresda.com/CN/Downloads/dbcs/6709.shtml)，再用Flaash工具對獲取的輻射亮度影像進(jìn)行大氣校正，其中氣溶膠參數(shù)根據(jù)研究時段和地域位置選擇中緯度夏季(Mid-Latitude Summer)，鄉(xiāng)村型氣溶膠(Rural)，光譜響應(yīng)文件也來源于中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心網(wǎng)站(http：//www.cresda.com/CN/Downloads/gpxyhs/5850.shtml)。圖2為GF-1 WFV4的光譜響應(yīng)函數(shù)。

表1　GF-1 WFV4傳感器定標(biāo)參數(shù)(偏移均為0)

圖2　GF-1FV4傳感器光譜響應(yīng)函數(shù)Fig.2　GF-1 WFV4 sensor spectral response function

1.2.2植被覆蓋度計算。由于空間分辨率有限，遙感影像中普遍存在大量的混合像元，像元二分模型是最常用的混合像元分解模型，其假設(shè)通過遙感傳感器所觀測到的信息可以表達(dá)為由綠色植被部分所貢獻(xiàn)的信息和由無植被覆蓋(裸土)部分所貢獻(xiàn)的信息兩部分組成[7]。歸一化植被指數(shù)(NDVI)作為植被信息的最佳指示因子，可以消除大部分和大氣條件有關(guān)輻射度的變化，增強了對植被的響應(yīng)，是監(jiān)測地區(qū)或全球植被和環(huán)境變化的最有效指標(biāo)。NDVI由式(1)計算得到：

(1)

式中，ρred、ρnir分別代表像元在紅波段和近紅外波段的地表反射率。

由式(2)估算植被覆蓋度：

(2)

式中，NDVIsoil為無植被覆蓋像元的NDVI值;NDVIveg為完全植被覆蓋像元的NDVI值。這2個參數(shù)是影響植被覆蓋度估算精度的決定性因子，結(jié)合研究區(qū)實際情況，依據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，分別取置信區(qū)間[2%，98%]的最大值0.70、最小值0.02作為完全植被覆蓋和無植被覆蓋像元的NDVI值。

2結(jié)果與分析

根據(jù)GF-1WFV4數(shù)據(jù)，利用公式(1)、(2)計算得到江北新區(qū)地表植被覆蓋度分級結(jié)果(圖3)。由圖3可知，從空間分布看，老山國家森林公園、浦口南部、六合西北部植被覆蓋度最高，浦口北部、六合南部、大廠地區(qū)以及濱江港口地帶由于開發(fā)時間早，城市化水平高，工業(yè)區(qū)密集，植被覆蓋度相對較低。對研究區(qū)植被覆蓋度進(jìn)行分級面積統(tǒng)計，結(jié)果見表2。從表2可以看出，江北新區(qū)中、中高和高植被覆蓋度面積分別占到區(qū)域總面積的25.70%、29.40%和6.15%，顯示區(qū)域總體植被覆蓋度較高，水土保持和生態(tài)環(huán)境狀況良好。

圖3　江北新區(qū)植被覆蓋度分級結(jié)果Fig.3　Classification results of vegetation coverage degree in Jiangbei District

Table 2Statistics of vegetation cover classification in Jiangbei District

植被覆蓋分級Vegetationcoverclassification植被覆蓋度Vegetationcover占區(qū)域面積比例Proportion∥%低Low[0,0.2)10.63中低Mediumlow[0.2,0.4)16.22中Medium[0.4,0.6)25.70中高M(jìn)ediumhigh[0.6,0.8)29.42高High[0.8,1.0]6.15

3結(jié)語

隨著GF系列衛(wèi)星的發(fā)射和投入使用，國產(chǎn)高分辨率多光譜衛(wèi)星在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方面發(fā)揮了越來越重要的作用。該研究采用基于像元二分模型的方法對南京江北新區(qū)的植被覆蓋度進(jìn)行了定量估算，結(jié)果表明，GF-1 WFV影像數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域植被覆蓋度的快速有效反演，為江北新區(qū)開展生

態(tài)監(jiān)測和規(guī)劃、打造綠色宜居城市副中心提供了重要的依據(jù)和參考。

參考文獻(xiàn)

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Estimating Vegetation Coverage of Nanjing Jiangbei District Based on the GF-1 Data

GAO Lei,LU Gang

(Surverying and Mapping Engineering Institute of Jiangsu Province,Nanjing,Jiangsu 210013)

AbstractWith Jiangbei District in Nanjing City as study area,using MFV4 multispectral remote sensing data with 16 m spatial resolution in GF-1 satellite and based on dimidiate pixel model,vegetation coverage in study area was estimated.The results showed that the GF-1 data can reflect the spatial distribution of surface vegetation effectively,the high vegetation coverage in Jiangbei District is good for ecological environment and green livable area constructing.

Key wordsGF-1; Jiangbei District; Vegetation coverage

作者簡介高磊(1982- )，男，浙江杭州人，工程師，碩士，從事測繪與地理信息數(shù)據(jù)處理、地理國情監(jiān)測、衛(wèi)星遙感應(yīng)用等研究。

收稿日期2016-03-13

中圖分類號S 127

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)10-246-02