基于高分與Landsat衛星的磴口縣林地面積變化監測

于亮亮

巴彥淖爾市氣象局

基于高分與Landsat衛星的磴口縣林地面積變化監測

于亮亮

巴彥淖爾市氣象局

林業資源的開發、利用和保護應緊跟經濟發展的步伐，掌握資源的動態變化、及時做出可靠決策顯得尤為重要，遙感以其獨特的優勢成為林地監測的重要手段。本文應用多期國產高分辨率衛星高分1號和LandsatTM、OLI影像對磴口縣林地及行道樹面積進行分析。結果顯示：磴口縣2012～2015年林地以及行道樹面積均明顯增加，其中林地覆蓋率提升至15.47%；行道樹增幅為35.31%。監測結果充分反映了近年來磴口縣生態工程的開展情況。

林地 行道樹 遙感 面積

磴口縣屬溫帶大陸性季風氣候干旱半干旱氣候區，氣候干燥，降水量稀少，蒸發量大，蒸發量是降水量的16倍。屬荒漠與草原的過渡植被區，天然植被中荒漠植物占據主要地位，以早生、超早生小灌木和半灌木為主，喬木林地主要以楊樹等耐旱速生豐產林為主。此外，磴口縣的水土流失現狀較為嚴重，其水土流失面積達31.82公頃，占全縣總面積的76%，水土流失類型主要為風力侵蝕、水力侵蝕以及風水復合侵蝕。由于植被覆蓋率低，品種單一，水資源較少，土壤以沙質為主，結構松散，粘聚力低，總體上，風力是造成土壤侵蝕的主要營力，占全縣土壤侵蝕總面積的54.76%，多為中度以上侵蝕，水力侵蝕占總面積的45.24%，多為輕微度侵蝕[1]。政府圍繞這一問題陸續開展了天然林保護、退耕還林、“三北”防護林及韓國援建項目造林、歐元貸款造林項目等一系列重點生態建設工程，并積極發展治沙產業。尤其是近年來，依托“十個全覆蓋”工程，大力推進鄉村農田林網及道路兩側綠化，改善了脆弱生態環境的同時提高了林地覆蓋率[2]。

目前，林業遙感主要包括5個方面：森林地類和樹種的分類與識別、森林生物量和森林蓄積的提取與反演、森林覆蓋度郁閉度高光譜提取、林木養分元素高光譜監測與診斷、森林災害監測[3-5]。文章利用磴口縣2012年與2015年的遙感影像，得到林地與行道樹空間分布和面積的變化情況。

一、數據來源與研究對象

該文以2012年和2015年研究區的多期GF1及Landsat TM、OLI影像為主要數據源，輔第二次全國土地調查等數據。以道路兩旁綠化樹木、溝渠兩側護渠樹木、農田防護林網以及灌木林地為研究對象。

表1 磴口縣林地面積變化遙感監測分析數據來源

二、NDVI介紹

NDVI（Normalized Difference Vegetation Index,歸一化差分植被指數,標準差異植被指數)，也稱為生物量指標變化，可使植被從水和土中分離出來。

NIR和R分別為近紅外波段和紅波段處的反射率值。

NDVI是遙感估算植被信息中最常用的方法，NDVI的時序曲線對植被生長特征具備良好的表現能力，其數據與植被的許多參數密切相關，如光合有效吸收率、葉綠素密度、葉面積指數、植被覆蓋度和植被郁閉度，因此適用于植被變化檢測和林地覆被變化監測［6，7］。

三、研究方法及處理過程

通過圖像圖形處理理論及數據模型，對前后兩個年份多期衛星遙感影像進行分析，采用NDVI閾值法提取和目視解譯相結合的方法監測林地的動態變化情況，繪制林地資源變化監測圖，確定和分析研究區域林地面積的變化。最后通過現地實測和有代表性抽樣調查相結合的方法對監測的結果進行實地驗證，反映出研究區域林地資源動態變化情況[8]。

首先對圖像進行預處理，高分一號PMS相機包括2米全色和8米多光譜影像，對十景影像進行拼接裁剪，分別對全色影像和多光譜影像進行輻射校正、大氣校正等一系列預處理，流程如圖2.1所示。Landsat7 TM傳感器由于設備原因，數據出現條帶狀缺失，對2012年第276天和第283天這兩期影像進行合成多波段影像。

圖1 高分一號影像預處理流程圖

其次進行行道樹提取，利用易康eCognition Developer 8.7高分辨率遙感影像處理軟件，對影像進行分割生成圖像對象分類，最后采用閾值分類法從遙感影像中提取行道樹，具體步驟如下：分割。采用多尺度分割算法，分割尺度設置為10，對影像進行分割生成圖像對象分類。采用閾值法，選擇Asymmetry（不對稱性）特征，設置行道樹閾值，提取部分結果如圖2。

最后進行林地提取，利用ENVI 5.0計算影像的NDVI值，綜合磴口縣地理位置和影像成像時間，經過多次試驗，得出磴口縣林地的NDVI閾值，并按照此閾值進行提取。部分影像林地提取結果如圖3。

四、提取結果

經過處理分析，最后統計得出，磴口縣2012年有林地61788公頃，2015年增加到64491公頃，林地覆蓋面積由2012年的11.1%提升至15.47%,增幅為4.37%；其中2012年有行道樹8309公頃，2015年增至11243公頃,分別占當年林地總面積的13.45%和17.43%，增幅為35.31%。具體變化情況如表2所示：

圖2 部分行道樹提取效果

圖3 部分林地提取效果

表2 磴口縣林地及行道樹提取結果

五、結論

1.監測結果顯示，新增行道樹多呈線性分布，與道路的分布情況相一致。這也與近年來，“十個全覆蓋”中，政府不斷投入加大道路綠化有關。其中，磴口縣境內的道路兩側，行道樹面積就增加了35.31%。

2.在磴口縣烏蘭布和沙漠西北部邊緣地帶，沙漠有所退化，灌木林面積增加。這一區域也是近年來飛播造林的重點區域。其中哈騰套海蘇木新造林面積比例較大。

隨著各項生態工程的開展，磴口縣林地面積不斷增加，在阻止沙漠的侵蝕方面起到了積極作用，更是有效改善了當地的生態環境。這些生態工程有如一道道天然屏障，有效地阻擋了風沙的東侵，往日的“黃沙漫天”被今日的“沙海綠洲”所替代。

[1]邱偉，張曉紅.磴口縣水土流失現狀及防治對策研究[J].內蒙古水利,2010，129（5）：82-84.

[2]張慶瓊,李國萍,伊敏等.從磴口縣生態環境建設與移民工程看烏蘭布和沙漠的治理與開發[J].內蒙古農業大學學報,2001,22(4)∶61-64.

[3]王大勇,劉紅潤.淺談遙感在我國林業中的應用[J].林業科技情報,2010,42(3)∶31-33.

[4]史良樹.遙感技術現狀及其在林業中的應用[J].林業資源管理,2004,4(2)∶50-52,63.

[5]林輝，童顯德，黃忠義.遙感技術在我國林業中的應用與展望[J].遙感信息，2002(1)∶39-43.

[6]]NDHI GM,PARTHIBAN S,THUMMALU N,et al.Ndvi∶vegetation change detection using remote sensing and is-a case study of vellore distric[J]. preceedia Computing,Science,2015,57∶1199-1210.

[7]CAMPELL M,HIBABUKI Y,ARAKI Y,et al. Potential of high-resolution satellite imagery fou maping distributin and evaluating ecological characteristics of tree species at the Angkor M onument,Cambodia[J].Journal of Landscape Ecology,2014,7(3)∶49-59.

[8]王小昆，紅玉，陸亞剛等．高分辨率遙感影像在森林采伐限額檢查中的判讀精度探討[J]．林業資源管理，2010（3）：10-114.