吉林一號衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在林業(yè)中的應用

·文|長光衛(wèi)星技術(shù)有限公司 楊勇帥

吉林一號衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在林業(yè)中的應用

·文|長光衛(wèi)星技術(shù)有限公司 楊勇帥

一、應用背景

衛(wèi)星遙感技術(shù)可以實現(xiàn)傳感器頻繁而持續(xù)的觀測地表信息，遙感數(shù)據(jù)已廣泛應用在林業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利、氣象、資源環(huán)境等領(lǐng)域。自1972年Landsat-1衛(wèi)星成功發(fā)射以來，以美國為首的許多航天大國陸續(xù)發(fā)射了多顆遙感衛(wèi)星，遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率從公里級覆蓋到亞米級，至今已積累了海量遙感數(shù)據(jù)，為相關(guān)領(lǐng)域應用提供了豐富的數(shù)據(jù)源。森林為人類的生存和發(fā)展提供寶貴物質(zhì)資源，同時在維持生態(tài)平衡、保護稀缺資源方面具有不可替代的作用。森林資源調(diào)查可以詳細掌握森林資源現(xiàn)狀及其消長變化規(guī)律、提高森林資源管理水平，并為林業(yè)管理提供正確的決策支持。目前利用衛(wèi)星遙感技術(shù)進行森林資源普查和監(jiān)測已取得較大進展，遙感數(shù)據(jù)在林業(yè)方面的應用具有廣闊前景。選取典型樣區(qū)，利用吉林一號衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，調(diào)查樣區(qū)2016年林地現(xiàn)狀，并結(jié)合2013年其他衛(wèi)星歷史遙感影像，分析林地動態(tài)變化信息。

二、數(shù)據(jù)介紹及數(shù)據(jù)預處理

吉林一號是由長光衛(wèi)星技術(shù)有限公司自主研制的高空間分辨率衛(wèi)星星座，包括一顆光學衛(wèi)星、兩顆視頻星和一顆靈巧驗證星。吉林一號光學衛(wèi)星設置三個可見光和一個全色共四個波段，全色和可見光波段的空間分辨率分別為0.72m和2.88m。吉林一號遙感數(shù)據(jù)的高空間分辨率特點，使其可以應用于森林資源調(diào)查和監(jiān)測工作中。

樣區(qū)為一個南北長8km、東西寬4.5km的矩形，樣區(qū)內(nèi)主要土地覆被類型為森林和農(nóng)田，適宜進行基于遙感數(shù)據(jù)的林地資源調(diào)查和變更分析。獲取樣區(qū)內(nèi)一景2016年7月27日吉林一號遙感影像，為1級標準產(chǎn)品，經(jīng)過了輻射校正和系統(tǒng)幾何校正。對吉林一號衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行正射校正處理，以消除地形起伏、地球曲率等因素對衛(wèi)星遙感成像的影響。為了使遙感數(shù)據(jù)同時具有可見光波段的多光譜信息和全色波段的高空間分辨率信息，對吉林一號衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行融合處理，得到空間分辨率為0.72m的紅、綠和藍光波段的多光譜數(shù)據(jù)。然后根據(jù)樣區(qū)矢量邊界對影像進行裁剪，獲取樣區(qū)范圍內(nèi)的吉林一號多光譜遙感數(shù)據(jù)。

表1 地物分類依據(jù)及其影像特征

三、調(diào)查方法

對經(jīng)過預處理后的吉林一號衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，根據(jù)不同地物類型在色調(diào)、形狀、紋理等方面的差異，結(jié)合專家經(jīng)驗知識，采用人機交互的方法，對樣區(qū)內(nèi)土地利用類型進行解譯分類。不同地物的分類依據(jù)和影像特征如表1所示。為分析樣區(qū)內(nèi)的林地變更信息，使用了相同地區(qū)一景2013年9月30日其他衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進行了相同的預處理，并對兩景影像進行地理配準處理。

四、結(jié)果分析

為了便于重點分析林地現(xiàn)狀和變更信息，應用過程中將草地、農(nóng)田和城鎮(zhèn)等類型合并為非林地。分別對吉林一號衛(wèi)星和輔助衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行遙感解譯，得到樣區(qū)2016年和2013年兩期林地空間分布和面積信息。為突出林地變更信息，以林地、非林地、砍伐林地和新增林地表示林地變化情況。其中，新增林地為人工林成長且能從高空間分辨率遙感影像識別。

2016年樣區(qū)內(nèi)林地面積為23.394km2，占樣區(qū)總面積比例為64.98%，其中，新增林地面積0.084km2，占樣區(qū)總面積比例約0.23%；非林地面積為12.605km2，占樣區(qū)總面積比例為35.01%，其中，砍伐林地面積0.645km2，占樣區(qū)總面積比例為1.79%。

圖2為林地及林地變更區(qū)域空間分布特征，可見農(nóng)田、城鎮(zhèn)等非林地主要分布在海拔較低且地勢平緩的地區(qū)，林地則主要分布在山峰和山脊處，海拔較高且地形較為復雜?？撤е铝值販p少的區(qū)域和人工林則主要位于農(nóng)田和林地的過渡區(qū)域。

林地變更面積信息統(tǒng)計如表2所示，新增林地面積為0.084km2，因砍伐導致林地面積減少0.645km2，樣區(qū)內(nèi)2013-2016年間林地凈減少了0.561km2，變化率為2.34%。林地砍伐后多開墾利用為農(nóng)作物、經(jīng)濟作物種植。在該應用的基礎上，結(jié)合DEM、社會經(jīng)濟等數(shù)據(jù)，可對吉林一號衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的應用領(lǐng)域推廣，進行大區(qū)域土地覆被數(shù)據(jù)制圖、特征分析及動態(tài)變化驅(qū)動因素分析。

表2 樣區(qū)林地變更信息統(tǒng)計（單位：km2）

圖2 樣區(qū)內(nèi)2013-2016年林地變更信息（底圖為吉林一號真彩色合成影像）

五、總結(jié)

衛(wèi)星遙感技術(shù)能為森林資源管理和監(jiān)測提供有效的數(shù)據(jù)支持，使得林地管理工作更加高效、快捷。吉林一號衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)具有高空間分辨率特點且光譜包括了可見光波段，能夠為林地調(diào)查提供可靠、及時的真彩色合成影像，將來可廣泛應用在林地資源調(diào)查和監(jiān)測工作中。遙感數(shù)據(jù)在林業(yè)資源管理中的應用不僅需要綜合使用不同數(shù)據(jù)源的遙感數(shù)據(jù)，更需要遙感理論和方法上的創(chuàng)新，使衛(wèi)星遙感技術(shù)更好的服務于林業(yè)領(lǐng)域。