基于衛(wèi)星遙感影像的森林病蟲害監(jiān)測研究進展

岳彩會 喬潤喜

摘要：森林病蟲害的災害問題對森林資源的保護與安全造成了嚴重的影響，需要及時的開展森林病蟲害監(jiān)測作業(yè)，保障此項作業(yè)在實施階段的快速性和準確性，從而加大對病蟲害問題的防治力度?，F(xiàn)階段需要利用衛(wèi)星遙感影像技術，為森林病蟲害監(jiān)測作業(yè)的順利開展奠定良好的基礎，通過對此類技術的應用方法和操作要點加以分析，基于系統(tǒng)化的總結和完善加深對衛(wèi)星遙感影像森林病蟲害監(jiān)測系統(tǒng)的研究和開發(fā)力度，充分的發(fā)揮衛(wèi)星遙感影像系統(tǒng)在森林病蟲害監(jiān)測作業(yè)當中的實用價值。

關鍵詞：衛(wèi)星遙感影像;森林病蟲害;監(jiān)測措施

當森林出現(xiàn)嚴重的病蟲害問題時，不僅不利于樹木的正常生長，還會降低森林的整體質(zhì)量，從而導致大量的森林資源遭到破壞，進一步演變成了更為嚴重的生態(tài)環(huán)境失衡和造成更大的經(jīng)濟損失。在使用衛(wèi)星遙感監(jiān)測方法的過程中，可以擴大實際的監(jiān)測區(qū)域，并對受害林木的實際情況予以客觀的評估，采取有針對性的控制措施，抑制森林病蟲害的發(fā)生和蔓延;基于精準化的預測，實現(xiàn)對森林病蟲害災害問題的進行有效地防控。

1 分析基于衛(wèi)星遙感影像監(jiān)測森林病蟲害實際情況

通過對遙感影像的記錄狀況加以分析，利用識別圖像處理等計算機信息提取技術和功能，再結合其他類型的輔助類材料，實現(xiàn)對森林病蟲害問題的全面檢測。當森林受到病蟲害的嚴重危害時，則會引起失葉等方面的問題，在開展監(jiān)測作業(yè)的過程中，需要針對森林區(qū)域的病蟲害發(fā)生、發(fā)展和造成的損失等情況加以評估，且這方面的評估內(nèi)容在森林病蟲害監(jiān)測階段具有重要作用。當森林遭受到病蟲害問題的危害之后，林木的外觀、樹冠形態(tài)變化以及內(nèi)部生理都產(chǎn)生了一定程度的變化，并且對植物的反射率造成了相應的影響，植物反射率的變化情況能夠引起光譜特性等方面的變動，而這些特性可以利用衛(wèi)星遙感傳感器進行捕捉，通過分析遙感影像光譜值的整體變化狀況，進一步掌握林木的內(nèi)部結構異常變化情況。植被指數(shù)屬于較為常用的監(jiān)測方法，并且具有有效特性，利用比值植被指數(shù)監(jiān)測森林病蟲害的實際狀況，能夠獲得較為良好的監(jiān)測效果。首先，可以利用多種不同類型的圖像處理措施，及時的消除在波普產(chǎn)生階段的差異化情況，避免對整體的監(jiān)測精準程度造成不良影響，接著提取兩期不同類型的影像比值植被指數(shù)，在最后將兩期影像的AVI相減，從而獲得植被的指數(shù)差，以定量分析的形式掌握森林的失葉情況，從而制作出清晰的圖紙等內(nèi)容。失葉檢測屬于森林生態(tài)學在研究階段的關鍵組成部分，在受到失葉等方面問題的影響時，則會造成林木的林冠產(chǎn)生變化，需要將這些的內(nèi)容納入到森林經(jīng)營管理項目當中，采用衛(wèi)星遙感技術擴大實際的監(jiān)測空間和監(jiān)測范圍，以實時化的監(jiān)測措施掌握林冠的動態(tài)變化情況，利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術明確森林病蟲害問題的發(fā)生趨勢。

2 利用衛(wèi)星遙感影像監(jiān)測森林病蟲害的相關技術和主要方法

對于森林的病蟲害問題來說，實際上所涉及到的種類具有多樣化的特點，且不同的森林所受到的危害狀況具有差異性。與此同時，所選用的遙感數(shù)據(jù)類型各不相同，最終所選用的監(jiān)測方法也有所不同，從而保障了技術方法的多樣性和豐富性。在開展森林病蟲害衛(wèi)星遙感監(jiān)測應用研究項目的過程中，嚴格執(zhí)行早發(fā)現(xiàn)、早監(jiān)測的病蟲害防控理念，及時的選取有針對性的防控措施，控制病蟲害的發(fā)生和蔓延，通過對森林的整體受害情況加以評估，在嚴格防控的基礎上進一步減少災害造成損失等問題的出現(xiàn)，從而確保早發(fā)現(xiàn)、早預防、早除治等方面的森林病蟲害治理工作目標能夠順利實現(xiàn)。

2.1 植被指數(shù)法

結合地表植被的實際狀況，可以選用植被指數(shù)的方法對森林現(xiàn)階段所遭受的病蟲害危害加以度量，通過對葉生物量所發(fā)生的變化加以分析，充分的將此方面的數(shù)據(jù)信息反映在影像當中，使專業(yè)技術人員能夠及時的掌握植被指數(shù)的變化狀況。另外，在收集植被指數(shù)等信息的過程中，還可以確保此類指數(shù)能夠?qū)Σ∠x害的發(fā)生和發(fā)展情況進行標示，以此來分析植被指數(shù)的變化情況，從而實現(xiàn)對病蟲害災害的有效和及時監(jiān)測。

2.2 傳統(tǒng)影像模式識別方法

2.2.1 影像差值法或影像比值法

通過將多時相影像與單時相影像進行比較可以看出，在使用前者檢測方法的過程中，不僅能夠獲得更加精準的分類程度，還可以對多種不同類型的病害進行監(jiān)測。影像差值法主要是指兩個小時以內(nèi)所獲得的影像，且此類影像在相減的同時，從而衍生成為了新的影像。如果尚未發(fā)生病蟲害災害的區(qū)域，那么其影像值為零，而對于受到病蟲害危害的森林區(qū)域，此時的影像值不為零。比值法主要是指在兩個小時以內(nèi)的影像，對其進行相除之后從而獲得的新型影像資料。當森林區(qū)域尚未受到病蟲害的危害時，那么影像的數(shù)值較為近似，若受到了病蟲害的嚴重危害時，那么其影像數(shù)值處于大于1或者小于1的狀態(tài)。在使用此類方法的過程中，主要是針對監(jiān)測光譜變化上的呈現(xiàn)出具有明顯失葉程度的區(qū)域，且此類區(qū)域的面積相對較大，并且失業(yè)情況過于嚴重。

2.2.2 影像分類法

在多光譜影像監(jiān)測技術的使用過程中，為影像分類法的操作提供了充足的空間，并且使影像分類法呈現(xiàn)出了良好的適應性，在受到病蟲害危害時，林木冠層光譜區(qū)域可以使用影像分類法，從而明顯的掌握冠層光譜的變化狀況，并為檢測作業(yè)的開展奠定良好的基礎。單時像影像以及多時相影像屬于影像分類方法當中的關鍵組成部分，其中，在使用多時相影像方法的過程中，能夠獲得較為精準的分類程度。當林木受到舞毒蛾等害蟲的危害時，則會引起失葉等狀況，可以在TM與SPOT等影像的共同作用下，對此類病蟲害問題進行分類實驗，可以基于監(jiān)督和非監(jiān)督等兩種不同類型的分類實驗，將最終的監(jiān)測精準程度保持在80%左右。例如：在檢測落葉松等森林區(qū)域的過程中，若落葉松受到了早落病的危害時，那么樹冠的針葉部分呈現(xiàn)出了黃色的狀態(tài)，并且不斷形成以自上而下的形式出現(xiàn)了失葉的情況，最后導致葉片死亡最終演變成為深灰色的狀態(tài)。通過對樹冠的變化進行識別和分析可以看出，可以引起影像光譜變化狀況，從而呈現(xiàn)出了差異化的特點，可以利用影像分類的方法，對于受到損害的落葉公等樹木進行檢測。

2.3 其他類型的影像處理方法

在使用其他類型影像處理方法的過程中，包含了纓帽變換、變化矢量、主成分變換、光譜混合以及紋理特征等多種不同類型的分析方法，將其全部融入到森林病蟲害問題監(jiān)測作業(yè)的實施階段，有助于進一步提高病蟲害監(jiān)測作業(yè)的實施效果。在開展森林病蟲害問題監(jiān)測作業(yè)的過程中，由于尚未全面的消除相應的成像條件，并且受到了地形、跡象等多方面因素變化狀況的影響。在使用傳統(tǒng)類型的影像分類差值法或者比值法監(jiān)測森林病蟲害問題時，則無法獲得更加優(yōu)質(zhì)的監(jiān)測效果。例如：在分析落葉松毛蟲危害等問題的過程中，可以針對落葉松的紋理特征加以分析，從而構建相應的紋理量。在分析紋理量顯著差異性特點的基礎上，從而獲得了有效的落葉松毛蟲害信息數(shù)據(jù)，為森林病蟲害監(jiān)測工作的順利開展奠定了良好的基礎。

3 光譜分析技術

3.1 紅邊參數(shù)分析

在使用紅邊參數(shù)分析研究方法的過程中可以看出，當植物受到了病蟲害的嚴重危害時，光譜情況則隨著相應的反應程度進行改變，紅邊的拐點位移、紅界光譜的藍移以及藍邊的斜率變化情況較為明顯。在使用紅邊參數(shù)分析方法的過程中，主要涉及到了紅外波段和近紅外波段，且植物的光譜反射率呈現(xiàn)出了由低到高的狀態(tài)，中間的光譜區(qū)域則可以作為宏邊區(qū)進行研究，通過對紅邊特性進行分析，可以及時的探測出病蟲害的實際狀況，進一步監(jiān)測植被的健康情況。

3.2 分析葉綠素的最大吸收深度

當森林區(qū)域受到了病蟲害危害時，林木的葉片葉綠素濃度則會逐漸降低，且光譜的紅邊則會產(chǎn)生相對位移情況，與其相連的光譜吸收則會呈現(xiàn)出變淺的狀態(tài)。此時可以看出植物受到病蟲害的危害狀態(tài)較為嚴重，那么光譜吸收的變淺程度則會逐漸增大。為此，可以通過對葉綠素的最大吸收深度加以分析，并將此方面的數(shù)據(jù)信息作為表中植物健康狀況的重要數(shù)據(jù)，以定量的分析方法掌握植物的光譜變化情況。

4 基于衛(wèi)星遙感影像研究森林病蟲害監(jiān)測工作的發(fā)展趨勢

一方面，綜合運用多種技術和方法，并為圖像的處理和信息的提取提供支持，識別并消除林下植被以及土壤等基礎因素對災害光譜所造成的干擾，從而對偽信息加以剔除。在使用多源遙感數(shù)據(jù)方法的過程中，需要對影像的紋理特征予以高度的重視，從而加大對樹木冠層結構特征的分析力度，進而達到突出災害信息、抑制噪聲的目的。另一方面，實現(xiàn)對多源遙感數(shù)據(jù)的綜合應用。在開展森林病蟲害監(jiān)測作業(yè)的過程中，可以基于高分辨率的影像數(shù)據(jù)，從光譜、空間以及時間等多種不同的角度入手，從而拓展多源遙感數(shù)據(jù)應用空間，基于豐富的數(shù)據(jù)信息提高病蟲害監(jiān)測的精準程度。

5 結論

為了能夠促進森林病蟲害遙感監(jiān)測技術的研究進程，并在開展森林病蟲害防治工作的過程中，為此類工程項目提供充足的數(shù)據(jù)參考依據(jù)，保障數(shù)據(jù)內(nèi)容的科學性、準確性與可靠性，需要實現(xiàn)對衛(wèi)星遙感影像監(jiān)測方法的有效使用，及時地找出在森林病蟲害研究階段的主要問題，從而采取有針對性的改善措施，基于多種不同類型的監(jiān)測技術為森林病蟲害監(jiān)測作業(yè)的順利開展提供良好的技術支撐。

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