淺談SPOT5 衛(wèi)星影像在森林資源調查中的應用

傳統(tǒng)的森林資源調查是以地形圖為工作圖，對坡勾繪小班，并深入小班現(xiàn)地進行各項因子調查。這種工作方式存在參加人員多，工作周期長，勞動強度大，效率低等問題，已經不能適應現(xiàn)在市場經濟下的森林資源調查工作。因此，必須尋找出一種新的調查方法。正是在這種環(huán)境下，利用高分辨率衛(wèi)星影像進行森林資源調查的方法開始得到廣泛應用，而由于Spot5衛(wèi)星影像分辨率高，多光譜影像能反映植被信息等特點，在森林資源調查中得到林業(yè)工作者的青睞。

1.Spot5衛(wèi)星影像的特點

Spot5衛(wèi)星是由法國于2002年5月發(fā)射升空的。其傳感器類型為HRG，幅寬為60km，其軌道循環(huán)周期26d。為了保證衛(wèi)星在1個周期內將全球完整覆蓋1次，Spot5采用了“雙垂直”的視場配置模式，2個高分辨率成像裝置沿地面軌跡獲取兩條數(shù)據(jù)帶，這個寬度大于相鄰兩地面軌跡間的距離。分辨率短波紅外影像：20m；多光譜影像（綠、紅和近紅外）：10m；全色影像：5m；超模式全色影像：2.5m。波譜范圍為P：0.48～0.71μm；B1：0.50～0.59μm；B2：0.61～0.68μm；B3：0.78～0.89μm。

2.處理方法

2.1影像配準

由于衛(wèi)星在掃描地面時，除星下點外都有一個傾斜角，而且由于地面的起伏、地球曲率、掃描誤差等因素，衛(wèi)星影像的原始數(shù)據(jù)都存在一定的幾何變形，用這樣的數(shù)據(jù)是不可靠的，因此必需對衛(wèi)星影像進行幾何校正。幾何校正能消除各種系統(tǒng)誤差，生成平面無變形的正射影像才能用于生產中。幾何校正一般是以1：5萬地形圖為基準，加數(shù)字高程模型進行。而1：5萬地形圖又是通過掃描儀輸入計算機，這個過程中不可避免地存在一些誤差，并且這種圖是沒有任何空間信息的，所以要先對其校正并疊加投影模型，消除其誤差并使其具有空間坐標。

在校正后的地形圖上尋找明顯的同名地物點作為衛(wèi)星影像配準的控制點，在調查中發(fā)現(xiàn)在兩條河流的匯合處、主要公路的交叉點、公路與河流的交叉點等類型的地物點比較好找。但是，地形圖的成較長時間往往比衛(wèi)星影像的成圖時間要早幾十年，這中間就有可能發(fā)生公路、河流的改道，因此要認真分析影像上的點和地形圖上的點是否為相同地物點。不同軟件和不同的配準模型要求的控制點數(shù)是不一樣的，通常一幅影像要10～30個控制點，要求均勻分布在影像內。

2.2分辨率融合

雖然Spot5衛(wèi)星的全色片精度可以達到2.5m，但全色片對地物的反映只是一個灰度值，而多光譜影像雖能反映地物的光譜信息，但分辨率又只有10m～30m，為了解決這一問題，需要運用分辨率融合技術，使得融合后的影像即有較高的空間分辨率，又有多光譜的特征。因此，融合模型的好壞直接影響到影像融合后的效果，一個好的模型融和出來的影像應該既有全色片的紋理特征，又不損失多光譜信息，同時合成的假彩色又比較接近自然色。融合的影像在色彩上能正確地反映出地面上各主要地類及植被信息，在空間上也能分辨出各種地物，為外業(yè)調查提供了可靠的依據(jù)。

另外，由于兩幅影像相接處在配準時會存在一定的誤差，直接拼接出來的影像會有一條明顯的接圖線，影響外業(yè)人員的使用。為消除這種情況，通常的方法是繪制一條彎曲的接圖線，并且將影像的重合部分進行羽化處理，以使影像相接部分能夠平滑地過渡。

3.SPOT5 衛(wèi)星影像獲取的內容

小班因子包括自然屬性和社會屬性，通過SPOT5 衛(wèi)星影像僅能獲取地物的部分自然屬性。現(xiàn)地調查、訪問調查、歷史資料的參考利用是遙感調查的重要的、不可或缺的補充。只有多種方法并用，結合技術人員的專業(yè)知識，才能正確區(qū)劃小班并獲取小班因子的屬性值。通過試驗研究，對各項小班調查因子可分別采用如下方法獲取： 地類、優(yōu)勢樹種組、齡組、郁閉度等小班因子主要通過衛(wèi)星影像判讀； 空間位置在基礎地理信息數(shù)據(jù)中確定： 工程類別、權屬、森林類別、事權、保護等級、起源、林種等因子主要通過參考資料、現(xiàn)地狀況、當?shù)亓謽I(yè)總體布局要求等確定； 平均樹高、平均胸徑通過判讀人員專業(yè)知識、訪問調查、參考資料的應用等來解決； 小班蓄積通過樣地數(shù)據(jù)建立數(shù)學模型估測； 立地類型、經營措施類型根據(jù)專業(yè)調查成果確定； 下木、地被物、土壤等因子通過整理專業(yè)調查成果，建立植被因子等與森林類型、地形地勢等的專家知識數(shù)據(jù)庫，估測小班的植被、土壤狀況； 地形地勢因子通過數(shù)字高程模型（ DEM） 自動提取。

4.SPOT5 衛(wèi)星影像的技術應用

（1）SPOT5 衛(wèi)星影像清晰、信息量豐富地類、優(yōu)勢樹種、齡組、郁閉度等小班因子的判讀結果能符合精度要求，在區(qū)劃精度上較 TM 方法和傳統(tǒng)方法有大幅度的提高，區(qū)劃定位準確，提高了面積精度。利用 SPOT5 衛(wèi)星影像只能夠解決森林資源調查中的部分問題。在調查過程中需要現(xiàn)地調查、當?shù)亓謽I(yè)部門業(yè)務人員參與式訪問調查、應用歷史資料等多種方法加上 GIS、RS、GPS、數(shù)據(jù)庫等先進技術的集成應用，才能綜合解決調查中的所有問題。

（2）SPOT5 衛(wèi)星影像在可視性、易讀性、經濟性上優(yōu)于 TM 影像在 SPOT5 影像上大小道路、河流、溝渠、村寨清晰可見，小地形也較為明顯，使得地方林業(yè)站工作人員、護林員等知情人員可以很好地參與調查，充分發(fā)揮其熟悉地塊的優(yōu)勢，提供地類、優(yōu)勢樹種、齡組、平均高、平均胸徑、起源等確切的信息，從而提高調查精度和效率。旗縣在 SPOT5 衛(wèi)星數(shù)據(jù)上的投入較傳統(tǒng)方法能夠節(jié)省費用。SPOT5 方法提高了森林資源調查特別是面積調查的精度，一次采購可以多用途重復利用，整體來看，效益是增加的。隨著社會、經濟、技術的發(fā)展和進步，應用高分辨率的衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展森林資源調查是不可逆轉的發(fā)展潮流。

5.在今后二類調查應用中的建議

根據(jù)調查目的要求以及技術經濟指標，對小班調查因子進行適當篩選，部分技術標準如純林、混交林、優(yōu)勢樹種組等宜根據(jù)實際情況作適當調整；采用計算機屏幕判讀，能夠大大節(jié)省工作量，同時便于利用參考資料，在硬件條件許可時值得在生產中推廣應用； 進一步開展小班蓄積估測研究，提高小班蓄積估測精度，開發(fā)基于 SPOT5等高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)的定量估測軟件，實現(xiàn)小班蓄積估測方法智能化、操作傻瓜化； 根據(jù)森林經營管理的目的對森林資源調查方法和要求進行適當調整，生態(tài)公益林區(qū)以面積調查為主，商品林區(qū)面積、蓄積并重。二是部分調查地區(qū)現(xiàn)在僅有的可作為幾何精校正參考的1：50000地形圖比較陳舊，現(xiàn)勢性差、選擇校正控制點較為困難，費時費力。

Spot5影像在森林資源調查中發(fā)揮了極大作用，比起傳統(tǒng)調查方法，工作效率、區(qū)劃精度等得到明顯提高。但是受到地面天氣及衛(wèi)星運行周期影響，在短期內收集齊一個地區(qū)的衛(wèi)星影像比較困難。影像配準是以地形圖控制的，但地形圖的成圖時間比較早，許多地物已發(fā)生了變遷，增加了控制點的尋找難度。建議逐步推廣采用差分 GPS 采集地面控制點，建立數(shù)據(jù)庫，保持地面控制點的一致性和延續(xù)性，應用于多時相、多種衛(wèi)星數(shù)據(jù)源，提高其幾何校正精度和匹配精度，為森林資源動態(tài)監(jiān)測奠定良好的基礎。使用GPS到現(xiàn)地采集控制點，以保證控制點的精度。