基于多尺度遥感影像纹理特征的森林蓄积量反演

以国产"高分一号"卫星(以下简称GF-1)获取的遥感影像数据与少量研究区样地数据为数据源,构建以光谱信息与多尺度纹理特征为特征变量的森林蓄积量反演模型,探讨不同尺度下提取的纹理特征对森林蓄积量估测模型准确度的影响,通过对特征变量的优选,寻求一种提高森林蓄积量反演模型的准确度的方法。首先,对覆盖研究区域的GF-1遥感影像进行重采样,得到覆盖研究区域的不同分辨率的影像序列,基于不同窗口大小的灰度共生矩阵提取影像序列的纹理特征,与遥感影像光谱信息共同作为特征变量;然后,使用随机森林(random forest,RF)算法构建森林蓄积量反演模型,对研究区域的森林蓄积量进行估测,分析不同特征变量与窗口大小对森林蓄积量反演模型准确度的影响;最后,通过比较特征变量重要性,确定森林蓄积量反演模型的最佳特征变量与窗口大小选择,对研究区进行森林蓄积量反演,得到研究区域的森林蓄积量分布图。当使用从8m分辨率遥感影像提取的纹理特征与光谱信息作为特征变量时,森林蓄积量反演模型准确度明显优于使用其他特征变量。其中,当灰度共生矩阵窗口大小设置为9×9时,森林蓄积量反演模型准确度最高,为R~2=0.70,RMSE=6.317。在根据重要性对从多尺度遥感影像提取的纹理特征进行选择后,所构建的森林蓄积量反演模型的准确度为R~2=0.74,RMSE=6.439。使用较高分辨率遥感影像提取的纹理特征作为特征变量,可以有效的提升森林蓄积量反演模型的准确度。将基于不同分辨率遥感影像提取到的纹理特征作为特征变量,其模型准确度优于使用单一分辨率遥感影像所提取的纹理特征。     

卫星遥感数据在森林采伐监测中的应用

分别采用SPOT5、TM5影像前后两期多光谱遥感影像的波谱特征变化,检测森林资源变化信息,确定变化类型,以计算机自动识别对森林资源变化(减少)的区域(伐区)进行信息提取,并在此基础上进行室内人工预判读;结合采伐证、伐区作业设计、二类调查材料,进行补充判读,得出森林采伐图斑。古丈TM5(30 m分辨率)的面积正判率为96.3%;古丈SPOT5(10 m分辨率)的面积正判率为96.9%。实证分析表明,使用中、高分辨率卫星遥感数据能对森林采伐进行监测,结合辅助材料后能显著提高森林采伐监测精度。     

采伐限额计算方法的研究

在对浙江省编制“八五”期间采伐限额的有关资料和采伐量计算公式进行广泛研究的基础上,采用技术创造中的经验方法——组合法,综合了常用的采伐量计算公式,即成熟度公式、第一林龄公式、第二林龄公式和面积轮伐公式,形成了新的采伐量计算公式,称采伐量计算通式。采伐量计算通式适合于不同林龄结构的森林经营单位计算合理的森林年伐量(或称采伐限额),保证计算得到的森林采伐量,既保持各龄级期森林采伐的均衡,又可实现森林结构的逐步调整,以达到永续利用的目的。计算通式使计算和判断一体化,解决了采伐量论证中,人为判断决策时可能存在的失误,确保了数据的合理性和准确性。亦可利用框图进行计算程序运算。     

面向对象分类方法在森林采伐遥感监测中的应用

利用多尺度分割技术和面向对象分类方法对SPOT5遥感数据进行土地的分类及森林采伐信息提取。在面向对象的图像分析中,采用图像分割——基于规则的分类——基于分类的分割的多尺度分割方法,在综合最优分割尺度下,用最邻近分类器对SPOT5影像进行分类;采用两期图像特征比较,提取森林采伐区信息,并结合二类调查成果和伐区设计资料,使用交互式补充判读和修正。结果显示:研究区各地类的分类精度都在85%以上,对森林采伐图斑判读的加权综合正判率达到90.8%,其中皆伐图斑个数正判率92.8%,非皆伐图斑个数正判率83.3%。利用多期高分辨率遥感图像可以进行森林采伐监测,研究结果为提高森林采伐限额监测效率、采伐区识别准确度和面积估算精度提供了有效途径。     

基于GF-1的森林蓄积量遥感估测

森林蓄积量是评价森林资源数量的一个重要指标。结合遥感影像和地面调查数据估测森林蓄积量受遥感影像、遥感因子、预处理方法、估测方法等多方面的影响。为研究国产GF-1遥感影像估测森林蓄积量的最佳遥感因子组合方式和较优估测方法,并绘制森林蓄积量空间分布图,为我国森林蓄积量的研究提供理论基础和科学依据。为研究GF-1遥感影像估测森林蓄积量的遥感因子和估测方法,以湖南省醴陵市为研究对象,以国产GF-1遥感影像为数据源,通过对遥感图像预处理,获取光谱信息、纹理因子、植被指数作为特征变量,结合同时期的二类调查样地数据,从GF-1遥感影像像元与样地不匹配角度出发,应用移动窗口的方法解决像元与样地的对应关系,采用多元逐步回归、偏最小二乘回归和随机森林模型对研究区森林蓄积量进行估测,采用建模精度和估测精度进行分析评价。实验结果表明:1)3个模型选择的因子都包含了NDVI、 Band2、DI3、CO1和DVI等5个遥感因子,说明其对森林蓄积量的估测比较敏感;2)随机森林模型优于偏最小二乘回归和多元逐步回归,其决定系数R2为0.73、估测精度为83.69%。利用GF-1遥感影像结合随机森林模型应用于森林蓄积量的估测结果趋于真实分布,效果较理想;采用移动窗口法,利用国产GF-1遥感影像并结合随机森林进行森林蓄积量估测具有较好的应用前景。     

高分辨率遥感影像森林覆盖变化检测研究

以天绘一号和资源一号两期遥感影像为研究对象,采用面向对象多尺度分割和基于特征值阈值的方法提取采伐迹地,将研究区分成采伐迹地和非采伐迹地两类,使用分类后比较法检测森林覆盖变化。结果表明:国产的天绘一号和资源一号遥感影像有较好的内部几何一致性,正射校正后的两期影像可以达到1个像元内的校准精度。遥感变化检测的面积精度和重合率与实际变化相比较,分别为93.1%和95.0%,该方法能较好地检测出森林覆盖变化,适合于县域森林资源年度更新。     

崂山林场林分生物量遥感反演估算研究

以Landsat TM影像和高分一号影像为数据源,结合外业实测数据,利用遥感影像和实测数据建立崂山林场生物量多元线性反演模型,比较分析不同数据源下反演出的模型精度,估测了崂山林场森林生物量。研究发现,利TM遥感影像作为数据源的崂山林场森林生物量反演模型平均精度为77.12%。高分一号遥感数据反演的生物量模型平均反演精度达到80.75%,高于TM数据源下的生物量反演模型精度。分别根据TM遥感影像和高分一号遥感影像林分生物量估测模型,估测的崂山林场2009年的林分生物量为401185.62t,2013年的林分生物量为402485.44t。     

基于面向对象的高分辨率影像的森林植被变化信息提取研究

如何利用遥感技术获取森林植被变化信息是遥感应用的重要领域之一。基于ALOS高空间分辨率的遥感影像数据,研究利用面向对象的分类方法,对影像进行多尺度分割,通过隶属度函数,提取森林植被变化信息,并实地验证变化结果。研究表明:利用面向对象的方法对ALOS遥感影像进行森林植被变化信息的提取,个数精度达到80.85%,面积精度达到84.90%。此研究为森林植被变化信息的提取提供了又一有效的方法。     

多尺度遥感技术在“三总量”检查中的应用研究

文章结合"三总量"检查工作的实际,对森林采伐、征收占用林地及乱砍滥伐、违法占地、毁林开垦等不同尺度的遥感检查方法和特点进行了研究,并结合现地验证资料,分析论述了不同分辨率、不同时相在判读区划森林采伐等活动时的一致性、差异性及相互关系,为多尺度遥感技术在"三总量"检查工作的应用提供了技术支撑。     

基于TanDEM-X相干系数的森林高度估测方法

【目的】采用TanDEM-X单极化InSAR数据,研究基于相干系数的SINC模型森林高度估测方法,并分析5 m高分辨率的LiDAR DEM和30 m中等分辨率的SRTM DEM对模型估测精度和稳定性的影响。【方法】首先对观测的相干性进行非体散射失相干校正得到体散射失相干γVol,然后基于SINC模型将γVol的相干系数作为输入估测森林高度。以LiDAR提取的森林高度为验证数据,均匀选取150个检验样本,分别在15 m×15 m、30 m×30 m、50 m×50 m和100 m×100 m大小的样本尺度上进行精度评价,并与DSM-DEM差分法进行对比,分析2种方法的精度和适用性。【结果】5 m和30 m分辨率的参考DEM对SINC模型森林高度估测结果影响较小,随样本尺度增大其影响可逐渐忽略,当样本大小为100 m×100 m时,LiDAR DEM和SRTM DEM估测结果的R~2分别为0.54、0.51,RMSE分别为2.38、2.51 m,精度分别为77.19%、75.99%;相比SINC模型法,DSM-DEM差分法在各样本尺度上的表现更好,但森林高度估测结果存在明显低估现象,必须采用森林高度实测数据进行校正,当样本大小为100 m×100 m时,R2为0.79,校正前后的RMSE分别为2.57、1.63 m,精度分别为75.44%、84.41%。【结论】基于相干系数的SINC模型法估测森林高度,以30 m空间分辨率的SRTM DEM进行地形补偿和地理编码,可以取得较好结果;虽然该方法的精度相比DSM-DEM差分法略有下降,但既不需要实测森林高度数据进行标定,也不需要输入高分辨率的DEM,具有大范围森林高度制图的潜力和更大的实际应用价值。