淺析遙感影像植被信息提取方法

張宗海

摘 要：植被信息對于遙感影像的人工或自動解譯都是非常重要的特征量。文章對比了三種主要的植被指數(shù)（Vegetation Index，VI），包括歸一化差分植被指數(shù)（Normalized Differential Vegetation Index，NDVI），增強植被指數(shù)（Enhanced Vegetation Index，EVI），以及歸一化差分枯黃植被指數(shù)（Normalized Differential Scenescent Vegetation Index，NDSVI）。利用EO-1衛(wèi)星的改進型陸地成像儀（Advanced Land Imager，ALI）所獲取的多光譜影像數(shù)據(jù)進行了植被提取實驗，說明了三種VI可以較好地反應(yīng)植被信息。

關(guān)鍵詞：遙感影像；植被指數(shù)；提取方法

1 概述

在眾多的遙感影像解譯算法與應(yīng)用中，植被信息被當做是非常重要的特征變量。在基于遙感的陸地變化監(jiān)測中，植被的季節(jié)或年際變化一般具有較為典型的特征，為遙感影像解譯人員提供了十分關(guān)鍵的陸地類別判定依據(jù)。

例如，在農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測中，不同植被指數(shù)（Vegetation Index，VI）的差異為各種作物的區(qū)分提供了重要的支持。不同VI對于不同種類的作物也存在不一樣的區(qū)分效果，而搞清這些區(qū)分效果上的差異對于提高農(nóng)業(yè)遙感的精度具有非常最重要的意義。另外，森林或草原的遙感監(jiān)測也十分重視VI信息的提取。一些草原退化方面的研究，都是依靠對比VI的變化來確定草原生態(tài)系統(tǒng)的變化規(guī)律。

根據(jù)上文，可見VI信息的提取是非常重要的。文章淺析了三種常用VI的提取計算方法，并利用EO-1改進型光譜成像儀（Advanced Land Imager，ALI）的影像數(shù)據(jù)進行了VI提取實驗，以分析三種VI的差異。

2 三種植被指數(shù)的計算方法

歸一化差分植被指數(shù)（Normalized Differential Vegetation Index，NDVI）是十分常用的一種VI，它考慮了紅光波段（650nm）與近紅外波段（790nm）光譜反射率的信息，其計算式為：

其中ρ表示光譜反射率，腳標NIR表示近紅外波段、R表示紅光波段。

增強植被指數(shù)（Enhanced Vegetation Index，EVI）的計算更加復(fù)雜，因為它在計算中考慮了土壤和大氣對植被光譜的影響。其計算式如下：

由上式可見，除了近紅外與紅光波段，EVI的計算還考慮了藍色波段；（2）式中L是土壤調(diào)節(jié)系數(shù)，其作用是減少土壤對植被的影響，一般被設(shè)置為1.0；C1和C2是氣溶膠校正系數(shù)，在經(jīng)驗上被設(shè)置為6.0和7.5。G是增益系數(shù)，很多文獻都將其設(shè)置為2.0。

歸一化差分枯黃植被指數(shù)（Normalized Differential Scenescent Vegetation Index，NDSVI）的計算考慮了短波近紅外波段的光譜信息，它主要可以反映植被的含水量信息，因此能夠再一定程度上表示植被的枯萎情況。其計算式為：

其中腳標SWIR1表示短波近紅外波段1（1600nm）。

3 植被信息提取實驗

為了對比三種VI對于植被覆蓋信息的反映效果，文章采用了一種中高地面分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)——EO-1改進型陸地成像儀（Advanced Land Imager，ALI）。該遙感衛(wèi)星于2000年升空，它的各項參數(shù)與著名的Landsat7遙感衛(wèi)星相似。美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）官網(wǎng)提供了EO-1 ALI影像數(shù)據(jù)的免費下載，因此用戶能夠以低成本實現(xiàn)ALI影像的應(yīng)用。

文章實驗的ALI影像覆蓋內(nèi)蒙古巴彥淖爾盟地區(qū)，該區(qū)是內(nèi)蒙古重要的商品糧油基地。圖1a顯示了該區(qū)五原縣的假彩色合成影像（R：近紅外波段；G：紅光波段；B：綠光波段），影像獲取時間為2013年7月20日，當時正是該區(qū)小麥接近成熟的時期，因此大部分田地呈現(xiàn)出較高的植被覆蓋。

圖1b、c、d分別顯示了三種VI的提取結(jié)果。由圖可見，NDVI的效果較好，因為大部分田地都具有較高的數(shù)值；而EVI中一些道路也呈現(xiàn)較高的指數(shù)；NDSVI的效果與NDVI相差較小。

4 結(jié)束語

文章列出了三種常用的植被指數(shù)（Vegetation Index，VI）的提取方法，并利用一種中高分辨率的光學遙感影像數(shù)據(jù)進行了VI提取對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NDVI的提取效果較好，而EVI的效果較差，這可能是由于EVI計算式中的參數(shù)設(shè)置具有區(qū)域性，按照默認的設(shè)置方法難以符合內(nèi)蒙古巴盟地區(qū)的情況。