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基于SPOT 6影像的渔沟地区桢被覆盖度定植估算

2017-06-23 11:33:05来源:河北北方学院学报 编辑:乌冬喵浏览:

方刚,郭文浩,陈真,金成武

(宿州学院环境与 测绘工程学院 , 安徽 宿州 234000)

摘要: 以 SPOT 6 卫星影像为数据源,以安徽省灵璧县渔沟地区为研究区,利用植被指数模型和像元二分法计算渔沟地区的植被覆盖度,按照等差级数将研究区植被覆盖度密度分割为无植被覆盖区 (0-0. 2) 、较低植被覆盖区 (0. 2-0. 4) 、中植被覆盖区 (0. 4-0. 6) 、较高植被覆盖区 (0. 6-0. 8) 和高植被覆盖区 (0. 8-1) 5 个等级,并统计不同植被覆盖区的植被面积。研究成果对磐云山灵璧石国家地质公园的生态环境建设和保护起到一定促进作用。

关键词:植被覆盖度; SPOT 6 卫星; 渔沟地区; NDVI; 遥感定量反演

植被覆盖度是指植被的枝叶 、冠层在生长区地面的垂直投影面积与研究区总面积的百分比 。植被覆盖度是衡量一个地区地表植被状况的重要指标之一,对其进行定量研究和分析,是政府管理部门进行区域规划的重要决策依据之一。

植被指数是植被覆盖度的最佳指示因子,能有效提取植被信息,并且可以提高植被信息解译的可靠度和准确度。大量研究成果表明 ,归一化植被指数 ( normalized difference vegetat ion index, NDVI) 能很好地反映植被类型和植被长势状况,与植被覆盖度呈正相关关系。

本文以SPOT 6卫星影像为数据源,以安徽省灵璧县渔沟地区为研究区, 利用 NDVI 和像元二分法构建植被覆盖度模型,对渔沟地区植被覆盖度进行定量反演和分级,并对渔沟地区植被覆盖情况进行定量分析,研究成果可为磐云山灵璧石国家地质公园的生态环境建设与保护研究提供基础信息。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

渔沟地区 (117°33′8. 93"-117°43′2.87" E, 33°48′43.04"-33°57′12.41" N) 位于宿州市灵壁县北部,交通优越,研究区内灵璧石资源丰富,是“天下第一石”灵璧石发源地及主产区,被评为“中国观赏石之乡”和“磐石之乡”。本文研究区主要包括童山、渔沟镇、磐云山、狼窝山、九顶山、乌鸦山、朝阳集等在内的渔沟地区 ,面积为 239. 616 km²。

1.2 数据源及图像预处理

以 SPOT 6 卫星影像为数据源,成像时间为2013年8 月8日,轨道号为137/ 055 , 含 4 波段 ,云量为0% 。在 ENVI 5.1中,将渔沟地区 SPOT 6 多光谱影像首先进行辐射定标 ,再进行正射校正和大气校正, 最后按指定经纬度对其进行裁剪,获取渔沟地区影像图,影像大小为 2560 X 2600 像元(空间分辨率为6 m),其标准假彩色图见图1。

图1 研究区标准假彩色遥感影像图

2 研究方法

2.1 NDVI 的提取

归一化植被指数是监测植被生长状况和反映植被生态环境的重要指标之一 , 在植被遥感研究中, NDVI 是目前广泛使用的一种植被指数,其对土壤环境的变化比较敏感,在一定程度上它可消除与太阳高度角、卫星观测角、地形、云阴影和大气条件有关的辐照度条件等影响,从而增加植被覆盖度监测的灵敏性。SPOT 6 卫星多光谱影像 由 4 个波段组成: 蓝色波段(0. 455-0. 525 μm)、绿色波段 ( 0. 530-0. 590 μm) 、红色波段(0. 625-0. 695 μm) 和近红外波段 (0. 760-0. 890 μm) 。SPOT6 多光谱影像的 NDVI 计算公式为:

NDVI=(NIR-Red)/(NIR+Red) (1)

式中: NIR 指近红外波段的DN 值,Red 指红色波段的 DN 值。经计算, 渔沟地区植被指数图见图 2。

图2 研究区NDVI图

2.2 植被覆盖度(fractional vegetation coverage, FVC) 的提取

为了更好地反映研究区植被的定量信息,更好地量化研究区植被覆盖演变程度,本文选择像元二分法模型来提取研究区的植被覆盖度 ( fractional vegetation coverage, FVC),其计算公式为:

FVC=(NDVI-NDVI soil)/(NDVI veg-NDVI soil) (2)

公式 ( 2 ) 中, NDVI 为研究区内植被指数图中各像元的NDVI值; NDVI soil 为研究区内没有植被覆盖的裸土像元的 NDVI 值,其 理论值应接近于0 ; NDVI veg为研究区内全植被覆盖像元的 NDVI 值, 其理论值应接近于1。

按照 Gutman 、 李苗苗等提出的计算 NDVI soil和 NDVI veg方法, 首先统计研究区植被指数图中 NDVI 值的分布状况,然后分别取 "0. 5% 置信度的 NDVI 值”和" 99. 5% 置信度的NDVI 值”作为 NDVI soil 和 NDVI veg。根据 公式 (1 ) 计算并统计, 本研究中 "NDVI soil"值取 " 0. 014", "NDVI veg" 值取 " 0. 751" 。

为更好地了解和掌握渔沟地区植被生长的空间分布状况, 将 NDVI soil=0.014、 NDVI veg= 0.751 和渔沟地区植被指数图代入公式 ( 2) 中, 经计算后得到渔沟地区植被覆盖度图。根据渔沟地区植被覆盖实际情况,按照等差级数将渔沟地区植被覆盖度图 ( FVC) 密度分割为五个等级:无植被覆盖区 ( 0-0.2)、较低植被覆盖区 ( 0. 2-0. 4)、中植被覆盖区 ( 0. 4-0. 6)、较高植被覆盖区 ( 0. 6-0. 8) 和高植被覆盖区( 0. 8-1), 渔沟地区植被覆盖分布图见图3。在此基础上,利用 ENVI 5. 1软件对渔沟地区植被覆盖分布图中的 5 个等级区分别进行面积统计,统计结果见表 1。

图3 研究区植被覆盖分布图

类型 面积(km²) 百分比(%)
无植被覆盖区 9.895 4.13
低植被覆盖区 13.919 5.81
中植被覆盖区 20.397 8.51
较高植被覆盖区 46.592 19.44
高植被覆盖区 148.813 62.11

表1 渔沟地区植被覆盖度等级区统计

从表1中可知,渔沟地区无植被覆盖区的面积为9. 895 km²,占研究区面积的 4.13%; 低植被覆盖区的面积为 13. 919km²,占研究区面积的5.81% ;中植被覆盖区的面积为 20.397 km²,占研究区面积的 8.51%; 较高植被覆盖区的面积为 46.592 km² ,占研究区面积的19.44%; 高植被覆盖区的面积为 148.813 km², 占研究区面积的62.11% 。

3 结论与讨论

利用像元二分法模型定董研究渔沟地区植被覆盖度的分布状况是切实可行的。

渔沟地区无植被覆盖区和低植被覆盖区主要集中分布在朝阳集、渔沟镇、磐云山、狼窝山、九顶山、 乌鸦山和农村居民点等地。

近年来,随着磐云山国家地质公园的建设和保护,渔沟地区生态环境得到明显的改善,较高植被覆盖 区和高植被覆盖区所占比例很大,主要分布在集镇周边地区、磐云山国家地质公园周边地区和林地地区。

研究成果可为灵璧县国土资源局和有关部门提供磐云山灵璧石国家地质公园的生态环境建设与保护研 究的基础信息,也可为其他地质公园研究植被覆盖情况提供参考和借鉴。

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