GF-2號衛星數據在森林資源調查中的應用

李新平

(黑龍江省林業監測規劃院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 調查意義

森林與濕地、海洋并稱為全球三大生態系統，是人類賴以生存的基礎，它能為人類提供物質資源，具有維護生態安全、保護生物多樣性以及維持生態平衡的重要作用。

2 任務和內容

森林資源調查的主要任務是查清森林的分布、數量以及林地和林木的種類和質量，同時能夠反映出調查單位的勞動、科技、自然等方面的社會條件，分析森林資源相關信息管理現狀，提出相對應的資源經營、保護與利用合理化建議[1]。調查內容為確定調查單位的界線，確定各地類屬性，計算各類林木蓄積，同時查清與森林資源相關的生態和環境因素。

3 遙感技術在林業方面的應用

我國早在20世紀70年代就引進了美國國家航空航天局的陸地衛星“Landsat”作為數據源，從20世紀90年代末開始，根據國家林業局的要求各省以Landsat7數據作為基礎數據源，到2003年左右，全面更新為法國“spot”系列高分辨率衛星數據作為森林資源調查的主要數據源。近10年以來，我省二類調查主要以SPOT5數據為主，同時也嘗試了一些其他的衛星數據，例如：日本alos、資源二號、資源三號、天繪一號、高分一號、高分二號以及一些航空照片等。隨著近年來搭載高分辨率傳感器的國產衛星發射升空，我們得以獲得更高質量的數據，將其應用到調查工作當中，提高判讀精度和工作效率。

4 調查方法

4.1 調查數據準備

外業調查前應提前準備適用當地的活立木材積表、林木形高表、標準表、地位指數表、立地類型表、生物量表、林木生長率等林業數表。

4.2 調查資料準備

4.2.1 地形圖 采用國家最新出版或1∶50 000放大到1∶10 000或1∶25 000地形圖調查。

4.2.2 遙感影像 使用近期拍攝(2年內)、比例尺為1∶25 000或1∶50 000放大到1∶25 000的航空照片，調查或者使用近期(1年內)比例尺為1∶25 000空間分辨率5 m以內、經幾何精校正影像增強的衛星遙感圖像調查。

5 衛星數據應用

5.1 數據簡介

高分衛星系列由中國航天科技集團公司所屬空間技術研究院研制，目前高分衛星已發射了亞米全色、1米雷達、寬幅、同步凝視等多顆衛星，數據源不斷豐富，涵蓋了不同的覆蓋寬度、不同的重訪周期、不同的空間分辨率的高分數據體系。高分二號衛星是中國高分專項工程計劃研制的新型民用遙感衛星，它具有空間分辨率高、觀測幅面寬大以及使用周期長的特點。[2]

表1 高分2號衛星參數

5.2 處理方法

5.2.1 融合的基本原理 過程描述：影像預處理主要是影像降噪。空間配準，重采樣，內容融合，本文僅介紹內容融合方面的內容。

影像融合的基本原理是將同一地區的不同分辨率遙感影像數據進行空間配準后，然后利用一定的算法將兩幅影像結合起來，形成一幅信息更為豐富的新影像。目前針對多光譜與全色影像的融合方法比較多，評價較高的融合方法主要有PanSharp、GS 變換、小波變換法等融合方法，而在實際操作中：PCA、Brovey、IHS、HPF應用的也比較多。PCA 方法的優點是能較強地保持圖像多光譜特性并且融合波段數可以根據實際情況自由決定，但該方法容易存在信息損壞并且較難掌握色彩。Brovey變換融合法使用起來比較簡單，它的優點是既能保持影像的原始光譜信息，又能起到銳化影像的作用。但該方法也存在一定的光譜扭曲。IHS 融合方法的優點是能保留大部分高分辨影像的信息，但融合后相同顏色缺少層次感，處理后只能保留三個波段。HPF融合方法的優點是，具有高分辨空間信息和低分辨率的光譜信息，同時利用濾波方法增強了影像的空間細節, 但該方法也限制了一部分重要結構信息,容易造成一些影像波譜的扭曲。

此次工作操作平臺為Erdas Imagine 2013，對數據進行了配準等預處理工作。為了保證融合的最佳效果，將配準誤差控制在0.5個像元以內，然后在進行影像融合前提高了全色影像的亮度和飽和度，為了增強影像局部反差，突出紋理細節等，又對多光譜影像進行了彩色增強，以區分不同地類之間的顏色反差。[3]

5.2.2 處理方法 選擇柵格(Raster)菜單下幾何校正(Geometric Calibration)選項,選擇正射校正(Orthorectify without GCP),選擇文件類型為多波段彩色影像(后綴名為.mss)或單波段黑白影像(后輟名為.pan)的tiff格式文件,修改projection屬性為UTM，修改custom菜單欄spheroid name屬性為WGS84,修改Datum name屬性為WGS84,修改Utm zone屬性為52,保存。選擇柵格(Raster)菜單(Pan Sharpen)選項，選擇融合(Resolution Merge)選項，融合方法選擇比值變換法 Brovery Transform，重采樣方式選擇鄰近像元法(Nearest Neighbor)，波段組合選擇4,3,2,執行該操作得到融合數據。[4]

5.3 小結

從傳感器方面來看，全色傳感器成像一般具有高分辨率，紋路顯示清晰，能夠充分體現地形地貌，但無法顯示地物色彩的特點；而多光譜影像的特點是空間分辨率不高，但光譜信息顯示豐富，能夠明顯判斷出植被與其他類型地物，因此將這兩種影像相互融合能夠獲取色彩豐富且分辨率較高的影像。在選擇波段組合時不同的波段組合會得到不同的影像，在融合過程中，通過4，3，2組合出來的標準假彩色圖像更加突出植被，適合判斷出林地與非林地，便于進行圖斑區劃使用。在地理信息軟件中加入融合后的影像作為底圖、同時加入上期調查矢量化數據，等高線，各級行政界線等對林斑、小班進行重新區劃，形成新一期外業調查數據。通過高分辨率影像的使用，不僅提高了圖斑區劃精度，而且節省了工作時間，同時也提高了工作效率。

隨著我國國家重大戰略的實施和國防現代化建設投入加大，近年來，國產衛星不斷發射升空，截至2018年末高分十一號衛星已成功發射，另外，由19顆北斗導航衛星組成的基本系統即將開通運行，預計到2020年底，將完成北斗全球衛星導航系統的建設，從此將具備為全球各國提供服務的能力。