基于遙感影像的延安植被分類方法分析

高 潔,李婷婷,劉 婷

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,西安 710018）

1 引言

延安地區(qū)處于陜北黃土高原中部，屬大陸性半濕潤半干旱氣候，年降水量500毫米，屬典型的黃土高原溝壑區(qū)，是黃河中游水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一。另外，該區(qū)歷史悠久、開發(fā)程度大，對(duì)自然環(huán)境的改造較大。近些年來該地區(qū)以生態(tài)環(huán)境建設(shè)為主，成績喜人，人類對(duì)于生態(tài)環(huán)境的破壞和改善作用都很顯著。因此，對(duì)該區(qū)域的植被生態(tài)分析意義重大。

遙感作為現(xiàn)代地學(xué)研究的重要手段之一，已發(fā)展成為高精度、大范圍、可實(shí)時(shí)獲取地物信息的重要探測(cè)手段。利用遙感影像可提高對(duì)地物的識(shí)別能力，提高數(shù)據(jù)的利用率，方便數(shù)據(jù)的采集和處理。本文就是基于遙感技術(shù)，利用遙感影像信息，進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換、影像校正、空間配準(zhǔn)、彩色融合、分辨率融合、監(jiān)督分類、非監(jiān)督分類、建立模型等一系列處理將。得出延安地區(qū)植被分類、分布狀況，并對(duì)其植被生態(tài)情況作以評(píng)價(jià)和分析。并在此基礎(chǔ)上對(duì)延安地區(qū)植被生態(tài)建設(shè)和相似區(qū)域的植被分類研究提出幾點(diǎn)建議。

2 植被分類分析

研究延安市植被生態(tài)分布情況，首先要將該地區(qū)土地利用類型、植被覆蓋情況作一個(gè)劃分?？梢愿鶕?jù)已有圖像數(shù)據(jù)的特性確定分類類別，也可以根據(jù)從訓(xùn)練數(shù)據(jù)中提取的圖像數(shù)據(jù)特征確定分類類別。本文就是基于上述兩種方案分別對(duì)研究區(qū)域的土地利用類型和植被覆蓋情況進(jìn)行分類。

2.1 監(jiān)督分類

監(jiān)督分類首先對(duì)圖像中代表給定類別的像元進(jìn)行采樣，再測(cè)定其總體特征。它是通過求出每一個(gè)像素對(duì)于各類別的給屬概率，把該像素分到歸屬概率最大的類別中去的方法最大似然法假定訓(xùn)練區(qū)第五的光譜特征和自然界大部分隨機(jī)現(xiàn)象一樣，近似服從正態(tài)分布，利用訓(xùn)練區(qū)可求出均值、方差以及協(xié)方差等特征參數(shù)，從而可求出總體的先驗(yàn)概率密度函數(shù)[1]。

利益這種方法將遙感影像根據(jù)土地利用情況分為林地、灌木林地、草地、半荒草地、旱地、城市及其他用地六種類型；植被覆蓋情況分為密林地、疏林地、草地、半荒地、耕地、城市及其他用地五種類型。通過監(jiān)督分類得出林地占29%、灌木林地占19%、草地占24%、半荒草地占12%、旱地占11%、城市及其他用地占5%；密林地占20%、疏林地占29%、草地占13%、半荒地、耕地占13%、城市及其他用地占25%。

2.2 非監(jiān)督分類

非監(jiān)督分類方法不必對(duì)影像地物獲取先驗(yàn)知識(shí)，僅靠影像上不同地物光譜特征信息進(jìn)行特征提取，再統(tǒng)計(jì)特征差別來達(dá)到分類目的，最后對(duì)已分出的各個(gè)類別進(jìn)行確認(rèn)[2]。非監(jiān)督分類的常用方法有兩種，分級(jí)集群法和動(dòng)態(tài)聚類法。本次研究就是采用前者進(jìn)行非監(jiān)督分類的。首先確定分類數(shù)為11，再按照?qǐng)D像的統(tǒng)計(jì)值產(chǎn)生自由聚類，最后參考延安土地利用狀況進(jìn)行新類的歸并。

將遙感影像通過非監(jiān)督分類得出林地占34%、灌木林地占23%、草地占8%、半荒草地占15%、旱地占15%、城市及其他用地占5%。植被覆蓋情況通過非監(jiān)督分類得出密林地占30%、疏林地占17%、草地、耕地占22%、半荒地占14%、城市及其他用地占17%。

3 結(jié)果分析

綜上所述不難看出利用監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類兩種方法對(duì)同一區(qū)域、相同的分類類型，分類結(jié)果也會(huì)有很大差別。兩種分類方法對(duì)研究區(qū)各類別要素分類的結(jié)果作一比較，我們發(fā)現(xiàn)遙感影像中草地的差異比較大，只有半荒地、耕地比較接近。

3.1 相似分析

在REDAS中的建模工具建立模型，計(jì)算監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類兩種分類方法對(duì)同一影像，按照相同的類別進(jìn)行分類的相似程度。

根據(jù)公式：T=U*10+S

式中U為非監(jiān)督分類的等級(jí)；S為監(jiān)督分類的等級(jí)；當(dāng)T個(gè)位與十位的數(shù)值相同時(shí)就說明該像元所在位置無論是利用監(jiān)督分類還是非監(jiān)督分類的方法，分類的結(jié)果都是相同的。因此，可以將兩個(gè)分類結(jié)果均看作為真實(shí)情況。

將兩種分類方法比較，發(fā)現(xiàn)在林地、旱地、城市及其他用地中兩種分類的疊加分類結(jié)果與實(shí)際情況比較接近；疏林地在植被覆蓋類型也基本上與實(shí)際情況一致。這就說明這兩種不同的分類方法在某些區(qū)域中的分類結(jié)果是一致的。

3.2 差異分析

通過對(duì)該整個(gè)區(qū)域的分析發(fā)現(xiàn)，差異區(qū)出現(xiàn)在兩種或多種分類類型相鄰的區(qū)域，如林地與灌木林的交接處；就光譜特征而言，這種差異區(qū)多出現(xiàn)在“同譜異物”的區(qū)域，如旱地的某些區(qū)域的光譜特征就與草地、半荒草地、荒地的光譜特征相似。在植被覆蓋種類法上植被指數(shù)變化不大的區(qū)域多為分類差異區(qū)域，如密林地和旱地。

4 結(jié)論

遙感影像的監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類從內(nèi)涵、過程以及具體的分類方法上都不相同，它們?cè)诜诸愃悸飞嫌兄举|(zhì)的差別。但作為影像分類的方法，二者有著相同的目的和功效。因此這兩種方法并不能夠完全割裂開來，而應(yīng)該根據(jù)實(shí)際分類的需要，合理科學(xué)靈活的運(yùn)用這兩種方法，甚至混合使用監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類，以使影像分類達(dá)到預(yù)期的目的要求。對(duì)于諸如延安這樣大范圍的區(qū)域，在遙感影像中對(duì)光譜特征明顯且與其它地理要素差異比較大的地區(qū)可以用非監(jiān)督分類方法分類，如林地、城市、荒地等。利用非監(jiān)督分類方法分類的區(qū)域不要超過分類級(jí)別的1/3，這樣既可以保證分類精度又可以提高分類和影像處理速度，從而更好為應(yīng)用服務(wù)。

[1]曹慧.基于RS與GIS的土地利用與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)性分析——以云南新平縣為例[D].成都理工大學(xué),2007:29-37.

[2]魏姍.武漢城市圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究[D].華中師范大學(xué),2009:17-23.

[3]黨安榮,王曉東,陳曉峰.遙感圖像處理方法[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004:107-115.