林業(yè)應(yīng)用中高分辨率遙感影像存在的問題

摘 要：近年來，高分辨率遙感影像技術(shù)如雨后春筍嶄露頭角，同時(shí)它的出現(xiàn)給林業(yè)遙感方面帶來了革命性的改變。但是，諸多問題也隨之而來，隨著遙感技術(shù)的應(yīng)用，諸多問題慢慢開始浮出水面，如遙感技術(shù)的核心——數(shù)據(jù)源的市場價(jià)格比較昂貴、無法出去產(chǎn)生圖像的伴隨的陰影、樹種的識別困難和森林儲蓄量估測準(zhǔn)確度低等問題。提出了人為創(chuàng)立重要樹種的波譜數(shù)據(jù)庫、采用分類技術(shù)、提高高分辨率遙感技術(shù)影像在林業(yè)應(yīng)用中的水平等建議。

關(guān)鍵詞：遙感；圖像識別；高光譜；定量估測

中圖分類號：TP79 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）35-0201-02

引 言

我國在林業(yè)方面應(yīng)用高分辨率遙感影像技術(shù)主要是為了研究森林資源的調(diào)查及其監(jiān)測，雖然相比國外起步較晚，但是它的發(fā)展確實(shí)十分迅速的。我國為了能夠大規(guī)模的對森林資源進(jìn)行調(diào)查和監(jiān)測，相關(guān)研究人員從解放初期就開始應(yīng)用航空像片技術(shù)，現(xiàn)在采用航空航天遙感及其它信息技術(shù)，這些都為此奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代至今，我國的遙感技術(shù)在許多行業(yè)都得到迅速的發(fā)展。商業(yè)衛(wèi)星影像的空間分辨率大幅度提高，如Quick Bird、IKNOS、Spot-5等，達(dá)到了非常關(guān)鍵的米級，甚至亞米級。高光譜遙感的迅速崛起，使光譜分辨率達(dá)到了驚人的納米級；另外，機(jī)載星載SAR的日益普及，提供了全天候至天時(shí)的觀測能力。由此形成了高中、低軌道結(jié)合，大小微型衛(wèi)星配合，高低分辨率互補(bǔ)，全天候掌控的遙感網(wǎng)絡(luò)，為遙感在林業(yè)中的應(yīng)用提供了空前未有的機(jī)會[1]。

雖然遙感技術(shù)在我國發(fā)展比較迅速，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用方面也比較廣泛，但并非高分辨衛(wèi)星影像圖能解決林業(yè)領(lǐng)域中的所有問題，它的一些問題急需國內(nèi)研究者進(jìn)行攻克。

1 衛(wèi)星數(shù)據(jù)源的價(jià)格昂貴

物以稀為貴，在我國，由于遙感技術(shù)是引進(jìn)的技術(shù)，其核心東西——衛(wèi)星數(shù)據(jù)源的價(jià)格是非常昂貴的，這也是制約遙感成像技術(shù)在林業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的瓶頸，以最近幾年幾種高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)價(jià)格作為參考。以湖南省為例，其面積為21.18萬km2，分別采用上述三種衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行森林資源連續(xù)清查，購買衛(wèi)星捆綁數(shù)據(jù)其費(fèi)用依次為254.16萬元4871.4萬元3600.6萬元。數(shù)據(jù)購買和數(shù)據(jù)處理及實(shí)地驗(yàn)證調(diào)查等費(fèi)用對全國經(jīng)濟(jì)水平中等的湖南省來說無疑是一個(gè)難以接受的事實(shí)。

2 圖像校正中地面控制點(diǎn)精度難以保證

目前市面上的Quick Bird、IKNOS、Spot-5等三種衛(wèi)星影像全色波段分辨率高，能真實(shí)地反映地形地貌，線性地物尤為突出。現(xiàn)存地形圖多為20世紀(jì)70年代的舊版本，幾乎全是小比例尺，因此有些小地形不能真實(shí)地表達(dá)出來，有時(shí)候還可能缺少一些必要的地理因素[2]（例如河道馬路已改道，新修公路建筑物等沒有調(diào)繪上）。其結(jié)果是影像上清楚的地物點(diǎn)，地形圖上不清楚或沒有；地形圖上清楚的地物點(diǎn)，遙感技術(shù)成像不清楚，二者很難進(jìn)行對比，想要準(zhǔn)確的找到地面上的已知的控制點(diǎn)是非常困難的[2]。因此如果先在在圖像上選擇好控制點(diǎn)，然后用GPS到實(shí)地采點(diǎn)確定控制點(diǎn)的地理坐標(biāo)。在交通相對方便的地區(qū)采用GPS定位能獲得較高的精度，可達(dá)到亞米級。但是在交通相對落后的山區(qū)，進(jìn)行準(zhǔn)確的遙感技術(shù)成像工作則是非常困難的事情。而且在比較落后的偏遠(yuǎn)山區(qū)等地工作時(shí)接收到的GPS的信號也不穩(wěn)定，這對坐標(biāo)的精度計(jì)算會產(chǎn)生很大干擾，如精度偏低或測得的數(shù)據(jù)無法解算結(jié)果，將直接影響圖像的校正精度。

3 森林蓄積量估測精度不高

地球上的資源和環(huán)境是人類生存和發(fā)展進(jìn)步的必需物質(zhì)基礎(chǔ)。森林在生態(tài)系統(tǒng)中是主體地位，能有效的改善我們生存的環(huán)境，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的全面進(jìn)步和發(fā)展。實(shí)施林業(yè)可持續(xù)發(fā)展是社會可持續(xù)發(fā)展的重要措施，能夠及時(shí)和準(zhǔn)確地得到地球上森林資源的現(xiàn)狀和變化信息對森林資源的保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。傳統(tǒng)的調(diào)查方法因其局限性難于滿足新世紀(jì)林業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人類對資源和環(huán)境的需求越來越高，用先進(jìn)的技術(shù)加強(qiáng)森林資源及其環(huán)境的監(jiān)測已成為迫切需要。高分辨率遙感影像技術(shù)在林業(yè)中應(yīng)用的終極目的就是改變傳統(tǒng)的林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營模式，由定性到定量估測，有效的去結(jié)合GIS和GPS兩種技術(shù)，對大地上的森林資源進(jìn)行及時(shí)有效的觀測，由于現(xiàn)代科技的進(jìn)步，高分辨率衛(wèi)星快速發(fā)展變化，對森林資源定量精度以及遙感圖像中對林木的高和胸徑的估測要求越來越高。我國林業(yè)遙感工作者在森林資源定量估測中做了許多富有成效的工作，趙光交、李崇貴利用TM圖像為數(shù)據(jù)源結(jié)合3S技術(shù)對森林資源的面積、郁閉度及森林儲蓄量進(jìn)行了定量估測。為林業(yè)遙感定量估測奠定了基礎(chǔ)。優(yōu)勢樹種組的蓄積量定量研究是廣大林業(yè)遙感工作者下一步要解決的重點(diǎn)問題。尤其是南方集體林區(qū)樹種復(fù)雜繁多，開展優(yōu)勢樹種組的定量研究工作變得尤為重要，解決了這一難題可以節(jié)省大量的人力物力。當(dāng)然定量估測精度的高低與圖像處理有著重要的關(guān)聯(lián)，圖像的處理技術(shù)仍舊不成熟，這也是目前國內(nèi)比較頭疼的問題，這又回到了上面所提出的問題當(dāng)中。

4 優(yōu)勢樹種識別困難及分類精度偏低

遙感圖像的類別區(qū)分是對地球表面上和其環(huán)境在遙感成像時(shí)的信息進(jìn)行識別和區(qū)分類別，根據(jù)遙感成像時(shí)所對應(yīng)的實(shí)際地面上的物體，找出我們需要的地理信息[4]。遙感圖像的分類是遙感圖像處理過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，一直被遙感圖像廣大科技者所重視。其分類方法有統(tǒng)計(jì)模式識別，句法模式識別，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，遺傳算法及目前比較流行的支持矢量機(jī)等分類方法。上述分類方法在國土資源調(diào)查的精度較高，基本符合國土資源調(diào)查的要求。而在林業(yè)領(lǐng)城中，過去二三十年里，大面積的應(yīng)用數(shù)學(xué)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行的樹種識別實(shí)踐只能分到樹種組或簡單地將樹種分為針葉和闊葉兩大類。現(xiàn)在出現(xiàn)了空間分辨率更高的Quick Bird和IKNOS也無法將樹種進(jìn)行區(qū)分，其主要原因：①光譜分辨率低，因?yàn)椴煌臉浞N經(jīng)常有相差不多的光譜特性，他們之間細(xì)微的光譜差別沒有辦法用寬波段遙感數(shù)據(jù)是探測；②光學(xué)遙感所依賴的光照條件不固定。很有可能引發(fā)相同的樹種具有顯著不同的光譜特性[4]，而高光譜遙感能夠探測到具有非常小的光譜差異的各種物休，能極大地改善和提高對植被的識別和分類精度。如果在現(xiàn)有的技術(shù)的基礎(chǔ)上區(qū)分開來優(yōu)勢樹種組，勢必給林業(yè)遙感帶來革命性的變化。

5 圖像陰影無法去除

圖像的陰影主要表現(xiàn)在三個(gè)方面，即云層的覆蓋、山體陰影及城市建筑物的陰影。云層覆蓋所帶來的陰影是自然因素，具有不可抗拒性。山體的陰影是由于衛(wèi)星在太空運(yùn)行與地面成一定的夾角。相對高度較高的實(shí)體因探測器掃描不到完全的實(shí)體圖像造成的建筑物陰影形成的原因與山體陰影形成的原因相近，很多學(xué)者對陰影去除進(jìn)行了大量的研究。

6 結(jié)束語

高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，預(yù)示著著遙感新時(shí)代的到來。目前的圖像處理水平，在遙感圖像上區(qū)分優(yōu)勢樹種及林木齡組有一定的難度。同時(shí)也無法直接從圖像上讀取[2]，森林儲蓄量的估測受到限制。亟待提高對圖像的處理和分類技術(shù)，基于多特征的面向?qū)ο蟮挠跋穹治龇椒▽⑹且淮笸黄瓶凇?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]史立峰，趙 龍.吉林省林業(yè)遙感技術(shù)應(yīng)用存在的問題及對策[J].林業(yè)科技情報(bào)，2016，48（03）：30～31.

[2]張 芳，烏蘭娜，康海峰.中高分辨率遙感影像在林業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及其存在的問題[J].內(nèi)蒙古林業(yè)調(diào)查設(shè)計(jì)，2015，38（03）：132～134.

[3]孟春林.影像陰影消除的探討[J].云南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)，2001（3）：36～39.

[4]朱 煒，李 東，沈 飛，湯根云，吳建明，陳繼民，劉 政，王志輝.高光譜遙感森林樹種分類研究進(jìn)展[J].浙江林業(yè)科技，2013，33（02）：84～90.

收稿日期：2018-11-10