結(jié)合高分辨率航空影像定量評(píng)估胡楊生長狀況

楊青山，范彬彬

(巴音郭楞蒙古自治州國土資源勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)院，新疆 庫爾勒 841000)

中央環(huán)境保護(hù)督察是黨中央、國務(wù)院推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)境保護(hù)工作的一項(xiàng)重大制度安排和重要?jiǎng)?chuàng)新舉措[1-2]。森林是重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)類型，也是人類社會(huì)生存和發(fā)展的支持系統(tǒng)，它不僅以其物質(zhì)豐富滿足人們物質(zhì)發(fā)展的需要，同時(shí)又以其景觀和環(huán)境為人類提供生存和發(fā)展的空間[3-5]。新疆塔里木河流域胡楊廣布，是保障塔里木盆地綠洲經(jīng)濟(jì)、自然生態(tài)和各族人民生活的生命線，因此，塔里木河在新疆乃至全國都有非常重要的作用[6]，新疆胡楊的分布格局和生長趨勢是新疆中央環(huán)境保護(hù)督察的重要內(nèi)容。

航攝影像具有高空間分辨率、覆蓋更新較快的優(yōu)勢[7-8]，針對(duì)大面積胡楊分布區(qū)植被監(jiān)測，高效準(zhǔn)確地獲取地面覆蓋植被的空間分布及生長狀態(tài)，做到“天上統(tǒng)一看，地上少量干，網(wǎng)上統(tǒng)一管”[9]，本次調(diào)查以胡楊衰敗嚴(yán)重的孔雀河床兩塊區(qū)域作為標(biāo)靶研究區(qū)，分別通過對(duì)該區(qū)域2016年7月航拍獲取的0.2 m分辨率影像及2017年8月25日無人機(jī)航拍獲取的0.07 m分辨率影像進(jìn)行解譯。該區(qū)域內(nèi)的地類分為水系、裸地、建筑用地、耕地、灌木、胡楊。在影像上選擇地類特征豐富的區(qū)域作為樣本區(qū)，實(shí)地調(diào)查樣本區(qū)的地物類型，建立解譯標(biāo)志，進(jìn)一步根據(jù)胡楊的長勢將胡楊劃分為長勢良好、衰敗、枯萎三類，其中“良好胡楊”為生長良好，樹冠綠葉多，少枯枝的胡楊；“枯萎胡楊”為胡楊已死亡，樹枝完全枯萎的胡楊；“衰敗胡楊”為混合了“枯萎胡楊”和多枯頂、枯梢和枯枝，及時(shí)恢復(fù)水源能夠恢復(fù)為生長狀況良好的“可恢復(fù)胡楊”[10]的胡楊區(qū)域。根據(jù)解譯標(biāo)志室內(nèi)在影像上判別結(jié)合實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)這8種地類所占比例，定量評(píng)估孔雀河床胡楊林分布格局及生長趨勢。

1 研究區(qū)概況

本次調(diào)查以孔雀河床胡楊衰敗極端嚴(yán)重的兩塊區(qū)域作為標(biāo)靶研究區(qū)，該區(qū)域自2012年8月20日河水?dāng)嗔鳎鷹羁菸找鎳?yán)重，研究區(qū)分為南北兩個(gè)區(qū)域，以下簡稱“北區(qū)”“南區(qū)”。研究區(qū)分布于孔雀河兩側(cè)約200 m范圍內(nèi)，總面積約為25 km2。

1.1 北 區(qū)

圖1為北部區(qū)域，面積16.47 km2，測區(qū)長約8.5 km，寬約2 km，黑線范圍內(nèi)為北區(qū)調(diào)查范圍線，灰色區(qū)域?yàn)榭兹负铀担辽珔^(qū)域?yàn)閷?shí)地采樣區(qū)域。

圖1 北部研究區(qū)胡楊分布格局及生長趨勢調(diào)查區(qū)域

1.2 南 區(qū)

圖2為南部區(qū)塊，面積11.57 km2，測區(qū)長約15 km，最窄0.2 km，最寬1.5 km，黑線范圍內(nèi)為南區(qū)調(diào)查范圍線，灰色區(qū)域?yàn)榭兹负铀担辽珔^(qū)域?yàn)閷?shí)地采樣區(qū)域。

圖2 南部研究區(qū)胡楊分布格局及生長趨勢調(diào)查區(qū)域

2 數(shù)據(jù)來源及方法

首先利用2016年7月直升機(jī)航飛的0.2 m分辨率航飛影像，結(jié)合實(shí)地調(diào)查，內(nèi)業(yè)矢量化成圖，對(duì)調(diào)查區(qū)域進(jìn)行了分析，為了進(jìn)一步分析近一年來胡楊林的變化趨勢，于2017年8月25日及時(shí)采用無人機(jī)對(duì)調(diào)查區(qū)進(jìn)行了航拍。由于此次作業(yè)區(qū)距離機(jī)場的范圍較近，無人機(jī)須降低飛行高度，航飛高度約400 m，加大了飛行的難度和飛行的工作量，此次調(diào)查投入機(jī)組2個(gè)，無人機(jī)4架，累計(jì)航飛10個(gè)架次，采集地面分辨率0.07 m的無人機(jī)影像40余平方千米。

3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

北區(qū)通過2016年7月航攝影像及2017年8月無人機(jī)航攝影像解譯與實(shí)地調(diào)查，區(qū)域內(nèi)8種地類面積統(tǒng)計(jì)見表1。

根據(jù)表1，結(jié)合外業(yè)實(shí)地調(diào)查結(jié)果，北區(qū)胡楊的總分布面積為10.50 km2，“衰敗胡楊”中混合著40%的“可恢復(fù)胡楊”和60%已死亡的“枯萎胡楊”。經(jīng)轉(zhuǎn)換統(tǒng)計(jì)，2016年北區(qū)“枯萎胡楊”6.22 km2，占胡楊總面積的59.22%，“良好胡楊”0.84 km2，占胡楊總面積的8.0%，“可恢復(fù)胡楊”3.44 km2，占胡楊總面積的32.7%；2017年北區(qū)“枯萎胡楊”6.48 km2，占胡楊總面積的61.69%，“良好胡楊”1.16 km2，占胡楊總面積的11.04%，，“可恢復(fù)胡楊”2.86 km2，占胡楊總面積的27.26%，詳見表2。

表1北區(qū)胡楊分布格局及生長趨勢調(diào)查地類統(tǒng)計(jì)表

序號(hào)地類名稱地類編碼2016年7月2017年8月面積/km2百分比/(%)面積/km2百分比/(%)1衰敗胡楊SBHY8.5952.197.1643.472耕地GD0.684.140.684.143灌木GM1.177.101.177.104建設(shè)用地JSYD0.110.660.110.665良好胡楊LHHY0.845.131.167.056裸地LD0.543.310.543.317枯萎胡楊KWHY1.066.462.1913.278水系SX3.4621.023.4621.02合計(jì)16.46100.0016.46100.00

通過2016年和2017年兩年的高分辨率影像解譯結(jié)合實(shí)地調(diào)查，北部區(qū)域“枯萎胡楊”占胡楊總面積的60.45%，“良好胡楊”占胡楊總面積的9.52%，“可恢復(fù)胡楊”占胡楊總面積的29.98%。

南區(qū)2016年7月航攝影像及2017年8月無人機(jī)航攝影像解譯面積統(tǒng)計(jì)見表3。

表2 北區(qū)胡楊分布解譯面積及經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ娃D(zhuǎn)換面積統(tǒng)計(jì)

表3 南區(qū)胡楊分布格局及生長趨勢調(diào)查地類統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表3，結(jié)合外業(yè)實(shí)地調(diào)查結(jié)果，南區(qū)胡楊的總分布面積為7.95 km2，“衰敗胡楊”中混合著30%的“可恢復(fù)胡楊”和70%已死亡的“枯萎胡楊”。經(jīng)轉(zhuǎn)換統(tǒng)計(jì)，2016年南區(qū)“枯萎胡楊”5.12 km2，占總面積的64.49%，“良好胡楊”1.32 km2，占總面積的16.65%，“可恢復(fù)胡楊”1.50 km2，占總面積的18.85%；2017年南區(qū)“枯萎胡楊”4.86 km2，占總面積的61.14%，“良好胡楊”2.21 km2，占總面積的27.79%，“可恢復(fù)胡楊”0.88 km2，占總面積的11.05%，詳見表4。

通過2016年和2017年兩年的高分辨率影像解譯結(jié)合實(shí)地調(diào)查，南部區(qū)域“枯萎胡楊”占胡楊總面積的62.81%，“良好胡楊”占胡楊總面積的22.22%，“可恢復(fù)胡楊”占胡楊總面積的14.95%。

表4 南區(qū)胡楊分布解譯面積及經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ娃D(zhuǎn)換面積統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 論

航空航天遙感技術(shù)是區(qū)域環(huán)境資源調(diào)查中有效的方法，可為胡楊林生態(tài)資源的調(diào)查與快速檢測帶來便捷，結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查，對(duì)區(qū)域2016年7月航拍獲取的0.2 m分辨率影像及2017年8月無人機(jī)航拍獲取的0.07 m分辨率影像進(jìn)行解譯，對(duì)解譯結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析結(jié)論如下：

(1) 調(diào)查區(qū)2016年、2017年兩年的胡楊生長趨勢變化不大，因調(diào)查區(qū)僅有2016年、2017年連續(xù)兩年航拍的高分辨率影像，無法判別自2012年8月20日孔雀河斷流后胡楊的生長趨勢。

(2) 分別通過對(duì)2016年和2017年兩年航拍的高分辨率影像進(jìn)行解譯，可以較為準(zhǔn)確地判別“枯萎”“良好”和“可恢復(fù)”三類胡楊的比例。調(diào)查區(qū)域內(nèi)的整體胡楊分布密集，但衰亡嚴(yán)重。南北調(diào)查區(qū)生長狀況良好的胡楊為15.87%，且都分布在靠近人為活動(dòng)的區(qū)域，如耕地邊緣；調(diào)查區(qū)胡楊死亡率61.63%；有22.46%的胡楊瀕臨枯萎，及時(shí)水源恢復(fù)有可能轉(zhuǎn)為生長良好胡楊。

(3) 基于高空間分辨率的無人機(jī)環(huán)保生態(tài)監(jiān)測將成為今后發(fā)展的熱點(diǎn)和新趨勢。無人機(jī)遙感可根據(jù)環(huán)保督察的特點(diǎn)，結(jié)合地面觀察數(shù)據(jù)，迅速準(zhǔn)確地進(jìn)行保護(hù)區(qū)監(jiān)測，針對(duì)性地進(jìn)行大面積航空監(jiān)測及小范圍定點(diǎn)監(jiān)測工作，并對(duì)問題發(fā)生位置進(jìn)行準(zhǔn)確排查并及時(shí)有效解決。

(4) 開展無人機(jī)遙感在胡楊林保護(hù)方面的應(yīng)用試驗(yàn)，建立了航測遙感與地面監(jiān)測、數(shù)據(jù)邏輯關(guān)聯(lián)及解譯模型，形成了航空器低空航測遙感技術(shù)在新疆干旱區(qū)胡楊資源調(diào)查、動(dòng)態(tài)監(jiān)測、資源管理等方面的初步技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，具有重要的推廣應(yīng)用意義。