高分一號提取植被信息方法對比

高桂勝　楊斌　王磊

摘 要：針對高分一號WFV傳感器的參數特點，選取歸一化植被指數（NDVI）、增強型植被指數（EVI）和土壤調整植被指數（SAVI）3種植被指數，采用不同時期的數據對四川省茂縣地區進行植被信息提取，計算分析不同植被指數提取植被信息的差異性。結果表明：高分一號數據提取的NDVI植被效果最好，其中2013年分類總精度為94.55%，Kappa系數為0.88；2015年分類總精度為90.47%，Kappa系數為0.85。根據統計指標分析表明：在高原山區地形環境下，利用植被指數提取植被信息，高分一號衛星采用NDVI比較合適。

關鍵詞：植被指數；高分一號；差異性

中圖分類號：Q948.15+6 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170332016

引言

植被信息是生態環境領域中重要的組成因子，在氣候、水文和生化循環中起著重要的作用，也是反映區域生態環境質量的重要標志。因此，對植被分布及其時空演化規律的研究一直是各國政府和科研機構的關注熱點[1]。遙感技術是植被生態調查的重要手段，相比常規的調查方法，遙感具有感測范圍大、獲取速度快、花費成本低、干擾因素少等優點，利用遙感技術進行植被信息提取可以為環境監測、生物多樣性保護及農業、林業等相關部門提供數據支持和信息服務[2，3]。

1 研究區與數據源

1.1 研究區概況

茂縣位于四川省西北部，地勢西北高、東南低。所處經緯度為E10256'～ 10410'，N3125'～ 3216'，岷江、涪江上游貫穿其間，東西全程116.62km，南北橫跨93.73km，所轄面積3903.28km2。地形表現主要為高山溝谷，平均海拔約2000m，相對高度1500～2500m。截至2012年，茂縣國土總面積3903.28km2，其中耕地占2.61%，林地占67.5%，草地21.6%，森林覆蓋率為31.3%。

1.2 數據源簡介

高分一號衛星于2013年4月 26日在酒泉衛星發射中心成功發射，搭載2臺2m全色/8m多光譜PMS相機，4臺16m分辨率多光譜WFV相機。衛星側擺條件下重訪周期4d，其中2/8m分辨率PMS相機覆蓋周期需要41d，而16m分辨率多光譜WFV相機覆蓋周期4d，幅寬800km [4]。由于高分一號影像數據可免費獲取，因此在生態環境領域應用前景廣泛。

2 植被信息提取

2.1 植被指數選取

利用植被指數來反演植被信息是一種廣泛應用的方法，結合前人研究成果和研究區植被分布特點選用3種植被指數，分別是：歸一化植被指數（NDVI）、增強型植被指數（EVI）、和土壤調整植被指數（SAVI）。

對各植被指數影像進行統計分析，獲得它們的直方圖和相關統計參數，然后在直方圖上通過目視判讀和人工調試獲得最佳閾值。對各植被增強影像進行閾值分割提取，獲得植被信息的二值影像。其中，植被像元賦值為1，非植被像元賦值為0。研究區植被提取的二值影像如圖1和圖2所示。

3 結果分析

對所提取的植被信息做進一步精度驗證。將同期的SPOT 2.5m全色影像與多光譜影像進行融合，獲得的2.5m彩色融合影像作為參考影像進行精度驗證。應用隨機采樣法，在研究區選取200～300個驗證點，建立各指數影像的混淆矩陣，獲取3種不同植被指數植被提取的總精度和Kappa系數。

從表2的統計結果可知，高分一號的總體精度都在80%以上，提取效果理想。其中高分一號數據，2013年5種植被指數的提取精度依次為NDVI>SAVI>EVI，2015年5種植被指數的提取精度依次為NDVI >EVI> SAVI，分析原因是茂縣地處川西高原，加上實驗采用的數據獲取時間是12月份，植被覆蓋度不高，植被指數未達到飽和值，所以NDVI的提取效果最好。綜合研究對比得出，高原山區地形環境下利用5種植被指數提取植被信息，高分一號數據的提取精度差別較大，高分一號數據提取精度2013年NDVI比EVI高5.37%，2015年NDVI比SAVI高8.65%。

4 結論

針對茂縣地區，利用5種植被指數進行植被信息提取，高分一號采用NDVI的提取效果最好，分類總精度分別為94.55%（2013年數據）、90.47%（2015年數據），對應的Kappa系數分別為0.88、0.85。

植被指數作為一種簡單實用的植被信息提取方法，在茂縣地區的提取精度較高，因此適用于茂縣地區的植被信息提取。但是提取時分割閾值的選取是個難題，其置信度選擇不夠明確，人工干擾較大。在下一步的研究中將結合地理地形、影像采集時間等背景信息，充分考慮區域地形、采集時間等背景因子對植被指數的影響，以此提高植被提取的精度。

參考文獻

[1]賈海峰， 劉雪華. 環境遙感原理與應用[M]. 北京：清華大學出版社，2006：169-181.

[2]王文杰， 蔣衛國， 王維， 侯鵬. 環境遙感監測與應用[M]. 北京：中國環境科學出版社，2011：163-173.

[3]Jensen，J.R.Remote Sensing of the Environment： An Earth Resource Perspective[M].2E， Prentice Hall， 2011：355-400.

[4]陸春玲，王瑞，尹歡. “高分一號”衛星遙感成像特性[J]. 航天返回與遙感， 2014， 35（4）：67-73.

作者簡介：高桂勝（1979-），男，西南科技大學環境與資源學院在讀研究生，研究方向為遙感技術與應用；楊斌（1979-），男，博士，副教授，碩士研究生導師，主要從事遙感科學技術與應用。