基于Landsat影像的勐臘縣橡膠遙感識別與種植面積信息提取

韓 雪 賈麗娟

（農業農村部規劃設計研究院，北京 100125）

云南省是我國最大的橡膠種植區。據2019年統計數據，云南省橡膠面積為57.13萬hm2，居全國首位。云南省橡膠種植區主要分布在西南部，其中勐臘縣的橡膠種植面積為14.87萬hm2。本研究利用Landsat衛星遙感數據，根據遙感影像的顏色、紋理、形狀等信息來提取橡膠種植面積。由于Landsat影像上有時會出現“同譜異物、同物異譜”的現象，并且橡膠在品種、樹齡等方面不同，通過實地調查，現場對比分析不同種植區域橡膠在不同類型、不同時期遙感圖像上的光譜特征，尋找橡膠遙感識別最佳窗口期，確定橡膠的解譯標志，并采用高精度衛星遙感影像進行精度驗證。綜合分析上述情況，可為研究建立橡膠遙感識別和面積提取技術方法提供第一手資料[1-4]。

1 數據來源與研究方法

1.1 研究區域概況

勐臘縣位于云南省最南端，地處北緯21°08'～22°25'、東經 101°06'～100°50'之間，隸屬西雙版納傣族自治州。轄區國土面積6 860.84 km2，山地占95.63%，山間盆地（壩子）占4.37%。

自1956年橡膠基地建設以來，西雙版納的橡膠林規模不斷擴大。2003年農墾與民營橡膠面積各占50%[1-2]。20世紀末期橡膠價格暴漲（1994—2007年西雙版納傣族自治州的生膠收購價瘋漲900%），出現狂熱投資橡膠種植的現象。橡膠種植向高緯度、高海拔、陡坡地帶蔓延，大量林地、旱地（輪歇地）轉變為橡膠林，橡膠林已經成為西雙版納的標志性植被類型。2008年實施的林權改革政策，不僅使橡膠林具有產膠和木材的傳統經濟內涵，還明確了林權歸屬關系，因而橡膠林出現了更為快速的擴張，產膠技術要求的一定株間距和種植海拔高度不斷被打破。獲取橡膠林地的空間分布信息對促進當地的經濟發展和生態保護具有重要意義（圖1）。

1.2 研究范圍的界定

根據最新統計數據并結合研究區內作物種植情況，從方法探討的角度選擇了橡膠種植面積相對較大且其他作物較少、易于區分的勐臘縣，以達到方法探討的目的，同時減少一定的工作量。此外，用GPS進行導航并沿途采集解譯標志點，野外調查路線及解譯標志點分布見圖2。待到達調查點后，通過實時判讀圖像，建立遙感影像特征與實地地物的對應關系，進而構建地物解譯標志認知體系，研究目標作物遙感圖像影像特征和空間分布規律。

1.3 數據來源

本文所用影像數據來源于中國科學院遙感與數字地球研究所Landsat 8下載共享系統中2020年的免費中分辨率影像和購自美國的Planet 2020年高分辨率影像。工作平臺為ERDAS IMAGINE Classic Interface和 ArcMap 10.2。

表2 Planet數據光譜特征及應用領域

1.4 方法與技術流程

1.4.1 數據預處理。對Landsat 8數據進行波段疊加、投影轉換和裁剪；Planet數據為購買的商業數據，無須進行處理，可直接使用。Landsat 8數據和Planet數據源覆蓋情況見圖3。

1.4.2 解譯標志的建立。因為熱帶雨林地區多云霧，衛星質量易受干擾，所以本研究查詢并下載了調查區不同時期的Landsat 8影像。具體時相為2017年10月31日、2018年11月3日、2019年2月23日、2019年4月12日、2019年 12月 8日、2020年1月25日、2020年3月13日、2020年5月16日，共計8景影像。實地調查發現，橡膠樹品種、樹齡、種植時間、種植地形[4]等因素影響其在遙感圖像的色調、紋理特征。經實地考察驗證、篩選、對比，選擇了影像數據質量相對較好的2020年5月（圖4）。

1.4.3 計算方法與流程。利用計算機自動分類與人工目視解譯相結合的方法，以實地采集的解譯標志為基礎，分別提取勐臘縣2020年5月Landsat 8數據及高分辨率Planet（3 m）數據中的橡膠種植面積。利用Planet數據的提取結果，評估Landsat 8數據的橡膠面積提取精度。根據Planet數據和Landsat 8數據計算橡膠種植面積的修正系數，修正Landsat 8數據的橡膠種植面積，與統計數據進行比對。監測技術流程見圖5。

1.4.4 修正系數計算。利用Planet數據橡膠面積解譯結果以及與Planet數據年份相同的Landsat 8影像數據對應區域的橡膠解譯結果，計算面積修正系數。修正Landsat 8影像全縣解譯面積，計算得出勐臘縣的橡膠遙感解譯面積，與2020年勐臘縣橡膠種植面積統計數據進行比對。修正系數的計算方法：修正系數=Planet解譯的橡膠面積/Landsat 8解譯的橡膠面積。其中，Landsat 8解譯的橡膠面積是指與Planet數據覆蓋范圍相對應區域內的Landsat 8解譯結果。

2 結果與分析

云南省第一代橡膠樹于1959—1969年種植，平均種植密度為450株/hm2，種植期大約為40年；在2006—2007年完成第二代橡膠樹種植，實現橡膠樹第一次更新。本文選取2020年5月的研究區域衛星影像進行分類提取，得到結果如下：解譯總面積（Landsat）為 173 505.09 hm2，公共區面積（Landsat）為84 602.82 hm2、公共區面積（Planet）為 77 597.18 hm2，修正系數為0.917 2，修正后面積為159 138 hm2。同時，得到勐臘縣橡膠種植范圍分布情況（圖6）。可以清楚地看出，勐臘縣橡膠主要分布在西部及東南部，而北部基本未種植，統計后得出2020年勐臘縣橡膠種植面積與2020年勐臘縣統計面積相比，誤差為0.075 3。

3 結論與討論

遙感技術在作物監測及土地利用調查中具有范圍廣、速度快、成本較低等優點。通過此次研究，結合不同時期影像分析，初步確定了云南省橡膠林最佳遙感識別窗口期為3—5月，同時掌握了勐臘縣橡膠種植面積和分布。此外，利用中高分辨率影像可較為準確地提取出橡膠面積，為日后對橡膠林進行長期動態監測打下了基礎。