淺談SPOT5 衛星影像在森林資源調查中的應用

傳統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。正是在這種環境下，利用高分辨率衛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工作者的青睞。

1.Spot5衛星影像的特點

Spot5衛星是由法國于2002年5月發射升空的。其傳感器類型為HRG，幅寬為60km，其軌道循環周期26d。為了保證衛星在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據帶，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，衛星影像的原始數據都存在一定的幾何變形，用這樣的數據是不可靠的，因此必需對衛星影像進行幾何校正。幾何校正能消除各種系統誤差，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星影像配準的控制點，在調查中發現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星影像的成圖時間要早幾十年，這中間就有可能發生公路、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，為外業調查提供了可靠的依據。

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 衛星影像僅能獲取地物的部分自然屬性。現地調查、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知識，才能正確區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、優勢樹種組、齡組、郁閉度等小班因子主要通過衛星影像判讀； 空間位置在基礎地理信息數據中確定： 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、現地狀況、當地林業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據建立數學模型估測； 立地類型、經營措施類型根據專業調查成果確定； 下木、地被物、土壤等因子通過整理專業調查成果，建立植被因子等與森林類型、地形地勢等的專家知識數據庫，估測小班的植被、土壤狀況； 地形地勢因子通過數字高程模型（ DEM） 自動提取。

4.SPOT5 衛星影像的技術應用

（1）SPOT5 衛星影像清晰、信息量豐富地類、優勢樹種、齡組、郁閉度等小班因子的判讀結果能符合精度要求，在區劃精度上較 TM 方法和傳統方法有大幅度的提高，區劃定位準確，提高了面積精度。利用 SPOT5 衛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地調查、當地林業部門業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、數據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 衛星影像在可視性、易讀性、經濟性上優于 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，充分發揮其熟悉地塊的優勢，提供地類、優勢樹種、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 衛星數據上的投入較傳統方法能夠節省費用。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、技術的發展和進步，應用高分辨率的衛星數據開展森林資源調查是不可逆轉的發展潮流。

5.在今后二類調查應用中的建議

根據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、優勢樹種組等宜根據實際情況作適當調整；采用計算機屏幕判讀，能夠大大節省工作量，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，開發基于 SPOT5等高分辨率衛星數據的定量估測軟件，實現小班蓄積估測方法智能化、操作傻瓜化； 根據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，生態公益林區以面積調查為主，商品林區面積、蓄積并重。二是部分調查地區現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揮了極大作用，比起傳統調查方法，工作效率、區劃精度等得到明顯提高。但是受到地面天氣及衛星運行周期影響，在短期內收集齊一個地區的衛星影像比較困難。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，建立數據庫，保持地面控制點的一致性和延續性，應用于多時相、多種衛星數據源，提高其幾何校正精度和匹配精度，為森林資源動態監測奠定良好的基礎。使用GPS到現地采集控制點，以保證控制點的精度。