基于Landsat8 OLl影像的礦區植被覆蓋情況分析

鄭 潔，孫姣姣，舒 欣，周 濤

（西南科技大學城市學院，四川 綿陽 621000）

礦區周邊植被覆蓋情況調查的目的在于掌握植被覆蓋的實時數量變化、質量好壞等情況對礦區周邊的生態環境和自然經濟發展的影響。同時挖掘出地質資源潛在生產力，能夠實現對礦產資源合理開采，幫助礦業管理部門分析規劃礦區建設，有效促進區域內生態環境可持續發展與合理保護[1]。

1 研究區概況及數據預處理

1.1 研究區概況

重慶市石柱縣位于長江上游地區，地處東經107°59′～108°34′、北緯29°39′～30°33′之間。屬中亞熱帶濕潤季風區，年平均溫度16.5℃，年均降雨量1126.6mm以上?？h區總面積為3012平方公里，全境多山，主要為夷平面與侵蝕溝谷的組合，同時有山原、丘陵的地形特征[2]。

本文使用的數據為重慶市石柱縣的Landsat8 OLI遙感影像數據，影像數據參數如表1所示。因為受到早春氣候影響，此時間段內大多數植被都會出現早綠的現象，在光譜曲線信息中更加易于判讀出植被信息[3]。數據包含了11個單波段影像和1個真彩色圖片以及1個＊MTL元數據和1個＊ANG質量評估數據，通過這些數據可以知道傳感器的運行環境參數、拍攝時間、太陽高度角、經緯度等信息來評估文件質量。

表1 影像數據參數

1.2 礦區植被覆蓋情況的數據預處理

首先利用已校正的衛星數據對Landsat8 OLI遙感影像數據進行幾何校正，利用Google Earth工具或者SPOT衛星數據實現校正精度驗證。然后通過輻射定標將影像數據的DN值轉化為數字值，以便進行物理量計算和不同遙感圖像對比，描述出該圖像的物理特征。再通過大氣校正，消除大氣對影像數據的影響。最后利用圖像裁剪保留研究區域。

2 植被覆蓋的信息建模與紋理信息提取

數據的預處理后，利用三色疊加原理對圖像進行不同形式的波段組合。通過相關分析可知最佳原始波段組合為456波段，其地物信息反應效果最好。由于Landsat8數據的不同波段之間波譜區域存在重疊現象，因此利用主成分分析方法將波段進行重新組合，以減少數據量，達到圖像信息增強的效果。之后利用衍生計算后保留綠度指數和植被覆蓋指數與主成分PC1合成圖像。通過模型建立與分析，各個地物目標間的不同特性更突出，植被的地物信息顯示更加準確。

本文采用二階概率統計濾波的方法對紋理信息進行提取。二階矩陣工具進行數據計算，以相異性、同質性、信息熵三者之間相互組合、對比的方式來完成礦區遙感影像的紋理提取工作[4]。在地質調查中只需要考慮到完成礦區植被覆蓋情況的信息提取工作，因此應選擇植被在光譜輻射中反射度更高的近紅外波段遙感影像作為提取數據，對每個提取像元之間的距離、灰度量化級別進行分析便可實現紋理信息提取。

圖1 植被覆蓋信息提取結果

3 實驗分析

經過對重慶市礦區周邊實地勘查后，本文利用監督分類法將研究區土地利用情況進行類別劃分，采用目視判讀和模型分析來對影像中的地物樣本特征進行識別與離散型計算。如圖1所示為信息提取的結果，通過對數據的觀察和分析可以發現：如圖（1-b）所示為主成分組合的數據分析結果，其地類解譯結果與其它兩種方式差異明顯，其他植被覆蓋情況信息最多，對地物信息的分離效果不太明顯；如圖（1-a）所示為原始波段組合的數據分析結果，該方法相對于主成分組合的圖像能夠更準確的顯示出地物信息；如圖（1-c）所示為衍生波段組合的數據分析結果，與前兩種方法相比，效果最佳，各種地類層次分明，更真實的反映出了礦區周邊的地物信息結果。

將遙感與GIS相結合，對樣本地類進行屬性劃分與篩選，并對重慶市2018年1月中旬的礦區周邊植被覆蓋量、覆蓋面積、植被類別、植被覆蓋度等重要信息進行統計，如表2所示為2018年1月中旬植被覆蓋面積統計表。

與以往的植被覆蓋情況數據進行對比可知石柱縣植被覆蓋面積較大，主要分布在石柱縣的西南角、中部和東北地區，其中灌木地和植被幼苗地的類型較少，有林地成分居多，整體自然資源豐富。全縣的灌木林地如玫瑰、薔薇等植被面積有434.69km2；其他跡地、幼苗地等植被的面積有125.72km2；有林地如喬木、松柏等大高樹種的面積為1221.02km2。總體植被覆蓋度達到了53.96%。

表2 2018年1月中旬重慶礦區周邊植被覆蓋面積統計表

表3 2015-2018年礦區植被覆蓋度變化情況

對相關數據進行統計后，與已有的調查資料植被信息對比后發現，在這3年間重慶市對礦區周邊地質開發進行了一定的投入，植被種植面積也有一定的增加。而總體的植被面積減少了156.25km2，考慮到該地區今后的發展需求，在經濟發展的同時可合理利用環境資源的各種功能性，同時也降低了在經濟發展的需求對生態系統的破壞力，科學、有效的保護了礦區周邊的自然環境。

4 結論

本次礦區植被覆蓋情況調查以重慶市石柱縣為為例，首先對Landsat8 OLI遙感影像數據預處理，然后通過波段組合增強圖像的信息顯示效果，接著利用監督分類的方法解譯出該研究區的地物信息數據，得到如植被覆蓋面積、植被種類、覆蓋度等重要信息，最后與往年的數據進行比對發現重慶市礦區周邊地質環境優越，有利與其境內的生物生存繁衍，但礦區整體植被覆蓋面積有所減少，因此在保證經濟發展的同時，需要發掘出其自然資源的潛力，盡量減少對資源隨意開采，保護生態環境可持續發展。