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浅谈SPOT5卫星影像在森林资源调查中的应用

2016-05-24 15:35:24来源:网络 编辑:ToMe浏览:

传统的森林资源调查是以地形图为工作图,对坡勾绘小班,并深入小班现地进行各项因子调查。这种工作方式存在参加人员多,工作周期长,劳动强度大,效率低等问题,已经不能适应现在市场经济下的森林资源调查工作。因此,必须寻找出一种新的调查方法。正是在这种环境下,利用高分辨率卫星影像进行森林资源调查的方法开始得到广泛应用,而由于Spot5卫星影像分辨率高,多光谱影像能反映植被信息等特点,在森林资源调查中得到林业工作者的青睐。

一、Spot5卫星影像的特点

Spot5卫星是由法国于2002年5月发射升空的。其传感器类型为HRG,幅宽为60km,其轨道循环周期26d。为了保证卫星在1个周期内将全球完整覆盖1次,Spot5采用了“双垂直”的视场配置模式,2个高分辨率成像装置沿地面轨迹获取两条数据带,这个宽度大于相邻两地面轨迹间的距离。

分辨率短波红外影像:20m

多光谱影像(绿、红和近红外):10m

全色影像:5m

超模式全色影像:2.5m

波谱范围为:P:0.48~0.71μm

B1:0.50-0.59μm

B2:0.61-0.68μm

B3:0.78-0.89μm

二、处理方法

2.1影像配准

由于卫星在扫描地面时,除星下点外都有一个倾斜角,而且由于地面的起伏、地球曲率、扫描误差等因素,卫星影像的原始数据都存在一定的几何变形,用这样的数据是不可靠的,因此必需对卫星影像进行几何校正。几何校正能消除各种系统误差,生成平面无变形的正射影像才能用于生产中。几何校正一般是以1:5万地形图为基准,加数字高程模型进行。而1:5万地形图又是通过扫描仪输入计算机,这个过程中不可避免地存在一些误差,并且这种图是没有任何空间信息的,所以要先对其校正并叠加投影模型,消除其误差并使其具有空间坐标。

在校正后的地形图上寻找明显的同名地物点作为卫星影像配准的控制点,在调查中发现在两条河流的汇合处、主要公路的交叉点、公路与河流的交叉点等类型的地物点比较好找。但是,地形图的成较长时间往往比卫星影像的成图时间要早几十年,这中间就有可能发生公路、河流的改道,因此要认真分析影像上的点和地形图上的点是否为相同地物点。不同软件和不同的配准模型要求的控制点数是不一样的,通常一幅影像要10~30个控制点,要求均匀分布在影像内。

2.2分辨率融合

虽然Spot5卫星的全色片精度可以达到2.5m,但全色片对地物的反映只是一个灰度值,而多光谱影像虽能反映地物的光谱信息,但分辨率又只有10m~30m,为了解决这一问题,需要运用分辨率融合技术,使得融合后的影像即有较高的空间分辨率,又有多光谱的特征。因此,融合模型的好坏直接影响到影像融合后的效果,一个好的模型融和出来的影像应该既有全色片的纹理特征,又不损失多光谱信息,同时合成的假彩色又比较接近自然色。融合的影像在色彩上能正确地反映出地面上各主要地类及植被信息,在空间上也能分辨出各种地物,为外业调查提供了可靠的依据。

另外,由于两幅影像相接处在配准时会存在一定的误差,直接拼接出来的影像会有一条明显的接图线,影响外业人员的使用。为消除这种情况,通常的方法是绘制一条弯曲的接图线,并且将影像的重合部分进行羽化处理,以使影像相接部分能够平滑地过渡。

三、SPOT5 卫星影像获取的内容

小班因子包括自然属性和社会属性,通过SPOT5 卫星影像仅能获取地物的部分自然属性。现地调查、访问调查、历史资料的参考利用是遥感调查的重要的、不可或缺的补充。只有多种方法并用,结合技术人员的专业知识,才能正确区划小班并获取小班因子的属性值。通过试验研究,对各项小班调查因子可分别采用如下方法获取: 地类、优势树种组、龄组、郁闭度等小班因子主要通过卫星影像判读; 空间位置在基础地理信息数据中确定: 工程类别、权属、森林类别、事权、保护等级、起源、林种等因子主要通过参考资料、现地状况、当地林业总体布局要求等确定; 平均树高、平均胸径通过判读人员专业知识、访问调查、参考资料的应用等来解决; 小班蓄积通过样地数据建立数学模型估测; 立地类型、经营措施类型根据专业调查成果确定; 下木、地被物、土壤等因子通过整理专业调查成果,建立植被因子等与森林类型、地形地势等的专家知识数据库,估测小班的植被、土壤状况; 地形地势因子通过数字高程模型(DEM) 自动提取。

四、SPOT5 卫星影像的技术应用

(1)SPOT5 卫星影像清晰、信息量丰富地类、优势树种、龄组、郁闭度等小班因子的判读结果能符合精度要求,在区划精度上较 TM 方法和传统方法有大幅度的提高,区划定位准确,提高了面积精度。利用 SPOT5 卫星影像只能够解决森林资源调查中的部分问题。在调查过程中需要现地调查、当地林业部门业务人员参与式访问调查、应用历史资料等多种方法加上 GIS、RS、GPS、数据库等先进技术的集成应用,才能综合解决调查中的所有问题。

(2)SPOT5 卫星影像在可视性、易读性、经济性上优于 TM 影像在 SPOT5 影像上大小道路、河流、沟渠、村寨清晰可见,小地形也较为明显,使得地方林业站工作人员、护林员等知情人员可以很好地参与调查,充分发挥其熟悉地块的优势,提供地类、优势树种、龄组、平均高、平均胸径、起源等确切的信息,从而提高调查精度和效率。旗县在 SPOT5 卫星数据上的投入较传统方法能够节省费用。SPOT5 方法提高了森林资源调查特别是面积调查的精度,一次采购可以多用途重复利用,整体来看,效益是增加的。随着社会、经济、技术的发展和进步,应用高分辨率的卫星数据开展森林资源调查是不可逆转的发展潮流。

五、在今后二类调查应用中的建议

根据调查目的要求以及技术经济指标,对小班调查因子进行适当筛选,部分技术标准如纯林、混交林、优势树种组等宜根据实际情况作适当调整;采用计算机屏幕判读,能够大大节省工作量,同时便于利用参考资料,在硬件条件许可时值得在生产中推广应用; 进一步开展小班蓄积估测研究,提高小班蓄积估测精度,开发基于 SPOT5等高分辨率卫星数据的定量估测软件,实现小班蓄积估测方法智能化、操作傻瓜化; 根据森林经营管理的目的对森林资源调查方法和要求进行适当调整,生态公益林区以面积调查为主,商品林区面积、蓄积并重。二是部分调查地区现在仅有的可作为几何精校正参考的1:50000地形图比较陈旧,现势性差、选择校正控制点较为困难,费时费力。

Spot5影像在森林资源调查中发挥了极大作用,比起传统调查方法,工作效率、区划精度等得到明显提高。但是受到地面天气及卫星运行周期影响,在短期内收集齐一个地区的卫星影像比较困难。影像配准是以地形图控制的,但地形图的成图时间比较早,许多地物已发生了变迁,增加了控制点的寻找难度。建议逐步推广采用差分 GPS 采集地面控制点,建立数据库,保持地面控制点的一致性和延续性,应用于多时相、多种卫星数据源,提高其几何校正精度和匹配精度,为森林资源动态监测奠定良好的基础。使用GPS到现地采集控制点,以保证控制点的精度。

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