林地變化監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

劉昆鵬

摘 要：林地變化監(jiān)測既可以實現(xiàn)森林資源保護(hù)，也可以有效增強(qiáng)林地管理水平。文章對現(xiàn)階段林地變化監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)行分析，明確各類技術(shù)應(yīng)用中存在的問題，闡述深度學(xué)習(xí)的林地信息提取技術(shù)，提出多源遙感與深度學(xué)習(xí)的林地變化監(jiān)測技術(shù)，利于更好提升我國林地變化監(jiān)測水平，以此保證林地環(huán)境的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：林地；變化監(jiān)測；技術(shù)現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

1 林地變化監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1 光學(xué)遙感技術(shù)的應(yīng)用

光學(xué)遙感技術(shù)在應(yīng)用中，能夠體現(xiàn)出應(yīng)用范圍廣、精確度高、采集速度快等優(yōu)點，在林地變化監(jiān)測中得到有效應(yīng)用?；谠诰唧w使用過程中，依托不同階段獲取的光學(xué)遙感影像對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)林地變化情況進(jìn)行分析，主要實施流程包括圖像預(yù)處理和林地變化監(jiān)測兩個環(huán)節(jié)。

第一，在圖像預(yù)處理中，一般情況下在光學(xué)遙感技術(shù)中使用的圖像非常多，如TM、SPOT、ALOS衛(wèi)星遙感影像，其中TM影像相對于其他影像而言，能免費使用、分辨率非常高，還可以實現(xiàn)多光譜特點，促使其在林地變化監(jiān)測中廣泛使用[1]。在預(yù)處理過程中，主要包括幾何校正、地形效驗、輻射效驗、影像編輯四個部分。

第二，在林地變化監(jiān)測中，在圖像預(yù)處理后，需要使用分類法和算術(shù)運算分析法對林地變化情況進(jìn)行明確。其中，分類法在應(yīng)用中，包括林地變化情況特點提取、圖像差異分析、分離采集林地圖像、圖像融合增強(qiáng)等；算術(shù)運算分析法在應(yīng)用中，包括影像構(gòu)成分析、計算植被覆蓋等。

1.2 SAR影像技術(shù)的應(yīng)用

SAR影像技術(shù)也可以稱為合成孔徑雷達(dá)技術(shù)，主要在土地利用變化監(jiān)測中有著廣泛使用，有著遠(yuǎn)程監(jiān)控、穿透力強(qiáng)、界限明確、干擾因素少、全天候工作等特點，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化監(jiān)測[2]。這種監(jiān)測技術(shù)在使用包括圖像預(yù)處理和林地變化分析兩個部分。

第一，在影像預(yù)處理中，雖然涉及流程眾多，但是最主要的是幾何校正和影像去噪?，F(xiàn)階段格國內(nèi)外對影像校正的方式有很多，如多項式法、距離-多普勒法、RPC校正法等，其中距離—多普勒法主要從SAR圖像形成的幾何角度對成像區(qū)域和地上物體的關(guān)系進(jìn)行分析，所實現(xiàn)的精度系數(shù)更多需要受到星歷限制，促使幾何校正在SAR影像技術(shù)中應(yīng)用普遍。基于SAR影像在形成過程中，很容易存在較多的版噪聲[3]。一旦沒有進(jìn)行有效處理，直接會造成影響可視度低下、林地特點消失等，這就需要實施模型濾波去噪，有效保障圖像質(zhì)量。

第二，在林地變化信息分析中，通過對預(yù)處理后的圖像信息進(jìn)行分析，使用邊緣骨架和隨機(jī)模型兩種方法對其中存在的特點進(jìn)行提取，前者主要借助自動矢量工具完成，后者需要利用軟件的隨機(jī)選擇功能，對影像進(jìn)行分類，以此呈現(xiàn)出林地變化趨勢。

1.3 多源遙感技術(shù)的應(yīng)用

光學(xué)遙感技術(shù)雖然優(yōu)點眾多，能夠?qū)嵤┐蠓秶O(jiān)測，數(shù)據(jù)精確度高，采集速度快，光譜信息含量大等特點，但是非常容易受到天氣原因限制，也沒有較強(qiáng)穿透力；SAR影像技術(shù)雖然穿透力非常強(qiáng)，實現(xiàn)全天候自動化作業(yè)，受到外界影響小，但是解譯工作難度大，數(shù)據(jù)資料精確性不高。

基于這種情況下，將兩種技術(shù)融合使用，能夠讓光學(xué)遙感影像體現(xiàn)出更強(qiáng)大的功能，充分體現(xiàn)出空間范圍大、細(xì)致程度高、光譜性強(qiáng)等特點，有效增強(qiáng)林地變化監(jiān)測精確度[4]。在兩種技術(shù)融合后，形成多源遙感技術(shù)，主要操作步驟包括影像預(yù)處理、影像融合、林地變化信息分析三個步驟。其中，影像預(yù)處理和單個技術(shù)使用過程是相同的處理流程，只是在SAR影像預(yù)處理中，應(yīng)當(dāng)對影像進(jìn)行再次采集，有利于確保各類圖像分辨率保持一致；林地變化信息分析也和單個技術(shù)應(yīng)用流程是相同的。在圖像融合過程中，可以使用的融合方法有多種，如HIS變換法、PAC變換法、brovey變換法、小波變換法。

在光學(xué)遙感影響技術(shù)和SAR影像技術(shù)融合后，所采用的融合技術(shù)方法都是單一算法，融合后往往會造成圖像存在各種問題，有的研究者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)將PCA和小波變換進(jìn)行融合，通過對光學(xué)影像資料進(jìn)行PAC變換后得到最大主分量，與小波變換中的SAR影像進(jìn)行融合，再使用PCA逆變換后得到融合影像，這種方式在應(yīng)用上，很大程度上消除以往存在的光譜失真問題，并且也對方塊效應(yīng)進(jìn)行有效改善[5]。

因此，從當(dāng)前各項林地監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用情況而言，還存在諸多問題，難以為林業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供有效幫助。不管是哪種監(jiān)測技術(shù)在使用中，都會存在效率低下、精確性不足等問題，甚至需要受到監(jiān)測人員素質(zhì)的限制，導(dǎo)致林地變化特點難以確定，直接影響到我國林業(yè)發(fā)展。基于這種情況下，在林地變化監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用中，還需要加大各方面的資源投入，推動監(jiān)測技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，更好滿足我國林業(yè)發(fā)展的需求。

2 林地變化監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢

2.1 深度學(xué)習(xí)林地信息提取技術(shù)

從林地變化監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用分析，多源遙感影像林地變化信息分析中，需要使用到人工解譯、監(jiān)督分離及非監(jiān)督分類。但是，這些操作過程都與分析效率、人員素質(zhì)等方面存在關(guān)系。而深度學(xué)習(xí)在數(shù)據(jù)特點分析上，有較強(qiáng)的自我學(xué)習(xí)能力，高效提取到圖像數(shù)據(jù)特點，能夠在多源遙感數(shù)據(jù)中得到有效應(yīng)用。在這種技術(shù)應(yīng)用上，主要包括數(shù)據(jù)庫構(gòu)建和學(xué)習(xí)模塊構(gòu)建[6]。

第一，在利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)中，應(yīng)當(dāng)先構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，保障后續(xù)學(xué)習(xí)模型能夠?qū)α值馗鞣矫嫣攸c進(jìn)行正確學(xué)習(xí)。在林地數(shù)據(jù)庫構(gòu)建中，主要包括影像檢查和圖像預(yù)處理、林地特點提取、數(shù)據(jù)庫形成。

第二，深度學(xué)習(xí)基于人腦運行機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)描述，如文本、圖像等，都是使用模擬人腦運行過程實現(xiàn)分析的，這需要構(gòu)建相應(yīng)的學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

在構(gòu)建過程中，主要使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，能夠?qū)⑺杏跋駝澐殖刹煌瑔卧獦颖竞?，使用卷積算法選擇具體樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，最終可以對所有林地圖像特點進(jìn)行識別[7]。因此，通過兩個環(huán)節(jié)作用后，能夠讓深度學(xué)習(xí)林地信息提取技術(shù)得到有效形成，更好對監(jiān)測過程采集的影像資料分析，有利于提升分析效率和質(zhì)量，更好增強(qiáng)林業(yè)管理水平。

2.2 多源遙感和深度學(xué)習(xí)林地變化監(jiān)測技術(shù)

多源遙感數(shù)據(jù)本身是兩種監(jiān)測技術(shù)融合后形成的，既可以體現(xiàn)出光學(xué)遙感影像特點，也可以體現(xiàn)出SAR影像數(shù)據(jù)的全面性特點，并且在深度學(xué)習(xí)技術(shù)支撐下，全面轉(zhuǎn)變以往人工識別的效率低下問題，是現(xiàn)階段遙感信息提取和分析中最先進(jìn)的技術(shù)之一。

當(dāng)前，通過對多源遙感技術(shù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)有機(jī)結(jié)合應(yīng)用到林地變化監(jiān)測中，成為當(dāng)前林地變化監(jiān)測的趨勢，也可以充分提升監(jiān)測信息獲取的及時性、精確性等，有效滿足我國林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需求。

在多源遙感和深度學(xué)習(xí)林地變化監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用中，需要形成新的工程流程，能夠所有影像數(shù)據(jù)接收、自動化處理、智能解譯、分類等，不斷提升林地監(jiān)管效率和質(zhì)量，有效提升林業(yè)部門工作效率。在這種工作過程中，應(yīng)當(dāng)包括遙感自動化處理技術(shù)和深度學(xué)習(xí)林地變化信息提取技術(shù)兩個內(nèi)容。在應(yīng)用體系中，應(yīng)當(dāng)包括影像融合模塊、影像解譯模塊、影像存儲模塊、差異計算模塊四個部分。其中，在影響融合模塊中，根據(jù)超算系統(tǒng)設(shè)計的要求，能夠?qū)Ω黝愑绊憯?shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，充分發(fā)揮模塊中的自動化融合技術(shù)，有效對不同等級圖像進(jìn)行處理。

在影像解譯模塊中，應(yīng)當(dāng)先大量收集林地變化的各類數(shù)據(jù)資料，使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型算法，對影像中的特點進(jìn)行全面分析，逐步對各類遙感影像賦予新的語義化特點。在圖像存儲模塊中，應(yīng)當(dāng)在系統(tǒng)中，設(shè)計出存儲區(qū)域，能夠?qū)⒔庾g后的各類圖像信息資料提供永久性的存儲支持，并且對存儲時間進(jìn)行記錄。在該模塊中，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)分析和云計算的作用，能夠?qū)⒏黝悢?shù)據(jù)資料進(jìn)行儲存和運算。

在差異計算模塊中，通過對林地變化信息分析后，能夠?qū)⒉煌瑓^(qū)域林地變化特點顯示出來，也可以從存儲模塊中找到對應(yīng)性的圖像，將其納入到差異計算模塊軸徑，最終計算出林地區(qū)域的變化差異。

3 結(jié)束語

林地變化監(jiān)測是我國實現(xiàn)林地資源科學(xué)合理管理的有效方法，能夠充分提升林業(yè)管理水平，更好保障林業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。現(xiàn)階段林地變化監(jiān)測中主要使用光學(xué)遙感影像技術(shù)、SAR影像技術(shù)、多源遙感影像技術(shù)等，在變化特點分析中使用人工解譯、監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類。

從整體層面而言，當(dāng)前階段所使用的林地變化監(jiān)測技術(shù)是無法符合我國林業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要，需要加快研發(fā)新的監(jiān)測技術(shù)。這需要加快使用深度學(xué)習(xí)林地變化信息提取技術(shù)，能夠有效解決監(jiān)測效率低下和精確性不足的問題，也是現(xiàn)階段遙感技術(shù)中最先進(jìn)的技術(shù)之一。并且，多源遙感影像技術(shù)和深度學(xué)習(xí)信息提取技術(shù)有機(jī)結(jié)合是林地變化監(jiān)測技術(shù)未來的發(fā)展趨勢，有利于充分提升監(jiān)測效率和質(zhì)量，以此推動我國林業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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