■韓婷婷

（遼寧省攝影測量與遙感院遼寧沈陽110034）

遙感技術(shù)在沙化動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

■韓婷婷

（遼寧省攝影測量與遙感院遼寧沈陽110034）

本文基于地理國情普查數(shù)據(jù)和不同傳感器的影像數(shù)據(jù)，以遙感技術(shù)為手段，進(jìn)行2003年、2008年和2013年監(jiān)測區(qū)沙化信息提取，并進(jìn)行沙化監(jiān)測成果統(tǒng)計分析。結(jié)果表明：監(jiān)測區(qū)近10年來，中度沙化和重度沙化面積顯著減少，輕度沙化面積逐漸增加，說明監(jiān)測區(qū)輕度沙化占據(jù)主導(dǎo)地位，呈現(xiàn)較好的態(tài)勢?；谶b感技術(shù)的沙化信息提取，與傳統(tǒng)方法相比，在精度和效率上均有明顯提高，可推廣應(yīng)用到大范圍的沙化監(jiān)測中。

遙感技術(shù) 地理國情普查 沙化動態(tài)監(jiān)測

1 引言

沙化土地是指在各種氣候條件下，由于各種因素形成的地表呈現(xiàn)以沙物質(zhì)為主要標(biāo)志的退化土地，包括已經(jīng)沙化的土地和具有明顯沙化趨勢的土地[1]。土地沙化的大面積蔓延就是荒漠化，是最嚴(yán)重的全球環(huán)境問題之一。

沙化調(diào)查和監(jiān)測是沙化防治的基礎(chǔ)性工作。傳統(tǒng)的沙化監(jiān)測是在已往沙化調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行人工野外實地調(diào)查與勾繪，此方法工效低、質(zhì)量差，對于獲取大范圍的沙化土地變化周期比較長[2]。遙感技術(shù)具有信息量大、觀測范圍廣、精度高、速度快、實時性以及動態(tài)性等特點(diǎn)[3]，使開展大范圍沙化土地監(jiān)測和評估成為了可能，已逐漸替代了傳統(tǒng)沙化監(jiān)測方法。

地理國情是一項重要的國情國力調(diào)查，地表覆蓋信息獲取是地理國情監(jiān)測的首要任務(wù)，也是地理國情監(jiān)測的基礎(chǔ)。目前，基于地理國情普查成果基礎(chǔ)上進(jìn)行沙化監(jiān)測研究的成功案例相對較少，因此本文可為相關(guān)研究提供科學(xué)的理論依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)

2.1 野外數(shù)據(jù)

2015年7月末至8月初，相關(guān)人員到監(jiān)測區(qū)進(jìn)行實地調(diào)查，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測區(qū)土地類型均為沙化土地，用地類型主要以耕地和林地為主，其中耕地種植作物的種類相對單一，玉米、花生、大豆以及三者的間作為主要農(nóng)作物。

通過外業(yè)樣本采集，我們共采集了274個有效樣本數(shù)據(jù)，這些樣本數(shù)據(jù)均勻覆蓋于整個監(jiān)測區(qū)域中不同的用地類型以及不同程度的沙化地類。隨機(jī)選取不同沙化等級的50個樣本數(shù)據(jù)作為沙化信息提取樣本，其他224個作為精度檢驗樣本。

2.2 影像數(shù)據(jù)

遙感影像的選取直接影響沙化信息提取結(jié)果，通過多次試驗，選取植被長勢最為茂盛時期的遙感影像提取沙化信息可達(dá)到最優(yōu)的效果，因此我們選取了2003年6月份30米分辨率多光譜Landsat5/TM影像，2008年6月份30米分辨率多光譜Landsat7/ETM影像，2013年6月份30米分辨率的多光譜Landsat8/OLI影像和同期的監(jiān)測區(qū)2米分辨率的高分一號/PMS1影像，為了后期沙化信息提取的準(zhǔn)確性，需要對影像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理工作主要包括：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、輻射定標(biāo)、幾何校正、圖像增強(qiáng)、圖像裁剪、拼接以及2013年多光譜影像和高分影像融合處理。

3 技術(shù)方法

本文根據(jù)野外調(diào)查數(shù)據(jù)，參照《第四次全國荒漠化和沙化監(jiān)測技術(shù)規(guī)定》，結(jié)合第一次全國地理國情普查內(nèi)容，建立符合監(jiān)測區(qū)的沙化分類體系。選取合適的遙感指標(biāo)，建立監(jiān)測區(qū)不同沙化等級的解譯標(biāo)志，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)監(jiān)測區(qū)2003年、2008年和2013年沙化信息提取，并進(jìn)行成果分析與精度驗證。

3.1 建立分類體系

本文建立了符合監(jiān)測區(qū)的沙化分類體系，其中植被蓋度是指植被群落總體或各個體的地上部分的垂直投影面積與樣方面積之比的百分?jǐn)?shù)。

3.2 建立不同沙化等級解譯標(biāo)志

根據(jù)《第四次全國荒漠化和沙化監(jiān)測技術(shù)規(guī)定》，在沙化分類體系中的植被蓋度這一指標(biāo)很難通過遙感手段獲得，而植被蓋度和植被覆蓋度之間存在一定的關(guān)系。

根據(jù)野外采集的樣本數(shù)據(jù)，通過人工判讀覆蓋監(jiān)測區(qū)遙感影像，從而計算出每個樣本數(shù)據(jù)的植被蓋度值，并與利用二分法反演的植被覆蓋度值建立回歸關(guān)系，確定植被蓋度和反演植被覆蓋度之間的轉(zhuǎn)換規(guī)則，從而計算出監(jiān)測區(qū)2013年植被蓋度。依據(jù)該轉(zhuǎn)換規(guī)則對2003年和2008年的反演植被蓋度進(jìn)行修正，從而確定2003年和2008年的沙化等級。

3.3 沙化信息提取

從樣本數(shù)據(jù)中隨機(jī)選取50個樣本數(shù)據(jù)參與沙化信息提取，其余224個樣本數(shù)據(jù)參與精度驗證。根據(jù)不同沙化程度典型樣本數(shù)據(jù)以及植被指數(shù)，繪制各樣本數(shù)據(jù)的光譜特征曲線，并以此選擇最佳經(jīng)驗閾值以確定不同沙化等級的光譜分離節(jié)點(diǎn)。建立符合監(jiān)測區(qū)的決策樹模型，對2003年、2008年多光譜影像進(jìn)行沙化信息提取。將2013年的多光譜影像和2013年融合影像，以及整合的地理國情數(shù)據(jù)一級地類成果，參與計算機(jī)自動分類，提取監(jiān)測區(qū)更加準(zhǔn)確的沙化信息。對沙化信息提取后的噪聲問題，采用窗口進(jìn)行中值濾波，主要根據(jù)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的閉運(yùn)算濾除噪聲影響。

4 成果分析

4.1 沙化信息統(tǒng)計分析

對監(jiān)測區(qū)2003年、2008年和2013年沙化信息提取成果進(jìn)行了不同等級的沙化面積統(tǒng)計，從2003年、2008年和2013年不同沙化等級面積比例圖可以看出，2003年-2013年，輕度沙化面積逐漸增加，中度沙化和重度沙化面積逐漸減少，監(jiān)測區(qū)輕度沙化占據(jù)主導(dǎo)地位。

4.2 精度驗證

根據(jù)外業(yè)采集的274個樣本數(shù)據(jù)，選取224個樣本數(shù)據(jù)，采用留一交叉驗證法對2013年融合影像沙化信息提取成果進(jìn)行精度驗證，由于時間問題無法實現(xiàn)2003年和2008年成果的精度驗證。結(jié)果表明，在監(jiān)測區(qū)正確率達(dá)到84.8%，進(jìn)一步說明，基于遙感技術(shù)方法的沙化信息提取，其精度和效率要高于傳統(tǒng)作業(yè)方式。

4.3 與林業(yè)部門現(xiàn)有成果進(jìn)行對比分析

本文研究成果與林業(yè)相關(guān)部門現(xiàn)有成果進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明：監(jiān)測區(qū)近10年，重度沙化和中度沙化面積逐年減小，輕度沙化面積逐年增大，整體沙化趨勢與林業(yè)部門現(xiàn)有成果相同，達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

總之，本文在地理國情普查成果的基礎(chǔ)上，研究遙感技術(shù)在沙化動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用，其精度和效率均高于傳統(tǒng)作業(yè)方式，可將該方法推廣到大范圍沙化監(jiān)測中，可以我省土地沙化防治提供數(shù)據(jù)支持，意義重大。隨著地理國情普查數(shù)據(jù)的時點(diǎn)更新，可將本次數(shù)據(jù)作為本底數(shù)據(jù)，為相關(guān)部門提供準(zhǔn)確的沙化變化分析數(shù)據(jù)。

[1]莊晨輝,陳銘潮,李崢.遙感技術(shù)在土地沙化監(jiān)測中的應(yīng)用 [J].福建林學(xué)院學(xué)報, 2006,26(4):324-327.

[2]王曉慧，李增元，高志海等.沙化土地信息提取研究 [J]，林業(yè)科學(xué)，2005,41(3): 82-87.

[3]劉琳,姚波.基于NDVI象元二分法的植被覆蓋變化監(jiān)測 [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2010,26 (1):230-234.

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-277-1