遙感影像在二類調查中應用的前景與限制因素

李春光,楊軍元,劉書勝,李曉光,于紅偉,崔著信

(1.吉林省林業調查規劃院,吉林 長春 130022;2.吉林省安圖縣林業局,吉林 安圖 133600)

1 引言

二類調查是以國有林業局(場)、自然保護區、森林公園等森林經營單位或縣級行政區域為調查單位,以滿足森林經營方案、總體設計、林業區劃與規劃設計需要而進行的森林資源調查[1～8]。其主要任務是查清森林、林地和林木資源的種類、數量、分布及動態變化,客觀反映調查區域自然、社會經濟條件,綜合分析與評價森林資源與經營管理現狀,提出對森林資源培育、保護與利用意見。二類調查成果是建立或更新森林資源檔案,制定森林采伐限額,進行林業工程規劃設計和森林資源管理的基礎,也是制定區域國民經濟發展規劃和林業發展規劃,實行森林生態效益補償和森林資源資產化管理,指導和規范森林科學經營的重要依據[2～9]。

二類調查外業工作環境艱苦、時間緊、任務重,技術質量要求高。森林經營區劃是否標準,衛星影像圖的判讀正確與否關系到整個二類調查工作能否保質保量按期完成。只有正確掌握遙感影像圖的判讀技術,并按《森林資源規劃設計調查技術操作細則》的區劃要求認真區劃,才能順利完成二類調查工作。為了提高森林經營區劃的精度和速度,在開展二類調查工作時,必須仔細分析和掌握遙感影像圖的圖像特征及成像特征[1,3,4],現在所能夠獲得的遙感影像,均是具有較高分辨率,并且具有多波段影像信息,可以大大提高我們進行野外調繪的效率。

2 二類調查的現狀

目前吉林省森林資源規劃設計調查采用3S+PDA相結合的方式進行野外調繪工作,即將遙感(RS)影像、數字高程模型(DEM)、移動GIS、GPS集成到掌上電腦中。利用RS影像和DEM進行野外小班界線、林分、儲量等信息的核實、判讀,并在移動GIS中進行數據的錄入及小班界線的編輯與修改;GPS可以實時的將工作人員的位置信息顯示在RS影像和移動GIS中。大大提高了工作人員的工作效率,減小了勞動強度,又不會因為地形圖的誤判而走錯道路。但是,目前在林業調查中所應用的遙感影像,只是進行了較為簡單的輻射校正和幾何校正,而沒有更進一步的對遙感影像進行處理,如圖像增強、空間濾波、卷積等。遙感影像在二類調查中應用的限制因素包括以下兩點。

(1)正射校正過程中采集控制點。現在各個調查單位都具有高分辨率的遙感影像和DEM數據,但是,在校正的過程中如何提高控制點的精度仍是一個影響正射校正精度的問題。目前,已經具有了高精度的實時動態差分GPS設備,理論上獲取高精度的坐標數據已經不是問題,但是,由于我們工作區域的特征(林內)和差分GPS的使用特點(要求上空不能有遮擋)使我們還不能在調繪地區廣泛的應用差分GPS。因此如何獲取高精度的地面控制點是影響到遙感影像在二類調查中的因素之一。

(2)遙感影像中地物識別。在遙感影像地物識別過程中,存在“同物異譜,異物同譜”現像,因此,如何高效進行地物識別也是一個重要的課題。另外,由于工作的區域面積較大,不同區域的地物特征及光譜特征都有一定的差別,所以如何對每一個區域的地物信息進行準確的提取,也是我們所面臨的一個重要課題。

3 遙感影像的優點

3.1 記錄地面真實景觀

遙感影像能夠完整的記錄所覆蓋區域內各要素的反射光譜信息,并生成可見影像,其影像特征包括地物的形狀,大小,色調,陰影,紋理,質感和位置布局等多方面的特征及規律。

3.2 遙感影像的高分辨率特征

目前用于商業用途的遙感衛星數據已經達到了較高的空間分辨率。如Spot5遙感衛星影像的空間分辨率達2.5m,快鳥(Quick Bird)遙感衛星空間分辨率為0.61m,World View遙感衛星的空間分辨率為0.5m。同時也具有較高的時間分辨率,現在在軌運行的衛星一般的回訪周期為7～10d,我國的風云氣象衛星平均2h左右就可獲得一張衛星云圖。

3.3 遙感影像的多光譜特征

目前的遙感衛星多都具有多個多光譜波段和一個全色波段。多光譜波段可以記錄肉眼所不能識別的地物光譜信息,利用多光譜信息可以將具有特殊光譜特征的地物很精確有效的劃分出來。不同波段的影像疊加可以提高我們對地物的分辨能力,將多光譜影像與全色波段影像進行融合,獲得的影像即具有高分辨率又具有多光譜特征,對地物信息的提取有很大的幫助。

4 遙感影像在二類調查中應用前景

目前在林業二類調查中應用的遙感影像只是進行了相對比較簡單的輻射較正和幾何校正,多數影像都沒有進行正射校正和影像分類。這樣在實際調繪的工作過程中就會給調繪工作帶來一定的困難,降低調繪的精度。

4.1 對遙感影像進行正射校正處理

遙感影像能夠完整的記錄所覆蓋區域內各要素的反射光譜信息,并生成可見影像,便于的獲取宏觀區域的地物信息。然而,由于地形起伏和遙感設備成像原理的不同,我們所獲得的影像存在一定程度的地理位置偏移的現象。采用正射校正的方法對遙感影像進行校正可以很大程度的糾正這種偏移。可以提高調繪工作的準確度,減輕工作強度。因為在各個林業調繪單位都有所調繪地區的DEM,所以對所調查地區的遙感影像是可行的。

4.2 對遙感影像進行地物分類處理

傳統方式的野外調繪工作都是依照遙感影像上的一些顏色、形狀、大小、色調、陰影、紋理等特征對物進行識別,要求工作人員有熟練的經驗才能夠提高分類的精確度,花費的時間也較長;另外,由于遙感影像中存在“同物異譜和異物同譜”現象,對工作人員劃分小班也是十分不利的,很容易落掉重要的地物信息。

目前獲得的遙感影像都具有高分辨率,多光譜特征。如果只對影像進行輻射校正和幾何校正,很顯然不能將手中的遙感影像充分的利用。利用遙感影像處理軟件對影像進行圖像增強,不同波段疊加,影像融合,監督分類和非監督分類等處理。然后,與原有的數字林相圖相對比,對小班進行內業的劃分。對地物信息可以容易確認部分直接勾繪出小班邊界線,對不能確定的區域進行標注,進行野外實地調查,現地區劃小班。這樣可以大大減輕外業工作量,而且能夠提高外業工作的準確程度。

5 結語

如果能夠充分地利用遙感影像的高分辨率、多光譜的特征來對影像進行處理分析,可以很大程度的提高二類調查的野外工作部分的效率與精度。雖然,遙感影像在二類調查中的深入應用仍有一些問題,但是隨著遙感影像獲取技術及地物識別技術的發展,這些問題都將逐步的解決,二類調查工作將步入數字化的時代。

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