基于多源遥感数据的林地类型精细识别与变化监测研究

发布时间：2020-08-21 19:55

【摘要】：林业是生态建设的主体,在维护生态平衡中起决定性作用。近年来,随着遥感技术的发展和遥感技术在林业的深入应用,其成为国家获取林地资源信息的一种有效的手段。但相关研究表明,林地类型信息获取中仍存在精度欠佳、新方法应用少、自动化程度低、详细度和可信度差等技术难点。本文主要探讨在大面积复杂林区,基于红边波段卫星数据,高空间分辨率遥感影像开展林地类型精细识别和变化监测技术,以促进具有红边波段卫星数据在林地类型调查与监测方面的深入应用,更为拥有自主产权且具有红边波段的GF-6卫星数据在林业中的应用打下坚实基础。具体研究内容与结果如下:(1)以内蒙古根河市根河生态站为重点研究区,基于2016年7月的RapidEye、GF-1 PMS和Landsat 8 OLI遥感影像,综合利用影像的光谱特征、纹理特征与根河森林资源小班数据以及2016年林地类型外业调查样本数据,分别对三种遥感数据源采用最大似然法(MLC)和支持向量机(SVM)、基于EnMAP-Box的支持向量机(ImageSVM)和随机森林(ImageRF)分类方法、归一化红边指数(NDRE)参与下支持向量机分类和基于样本的面向对象分类法进行林地类型精细识别。最后以外业调查数据和根河森林资源小班数据作为检验样本对不同方法的林地类型分类结果进行精度验证,通过精度验证混淆矩阵进行分类结果评价。结果表明:1)ImageRF和ImageSVM分类法获得的林地类型分类信息精度最高。基于高分辨率的RapidEye和GF-1PMS遥感影像效果更明显,ImageRF和ImageSVM的总体分类进度相对于传统的SVM和MLC均提高了6%以上;基于中分辨率的OLI遥感影像,总体分类精度也均提高了 1%左右;2)在林地类型精细识别中,携带红边波段信息的RapidEye影像比无红边波段信息的Landsat OLI和GF-1 PMS影像具有更高的识别精度和可分离性;3)在相同条件(影像类型相同、数据范围相同、运行环境相同)下,ImageRF与ImageSVM分类法精度基本一致,但ImageRF方法费时少、效率高;(2)针对携带红边波段信息的RapidEye遥感影像,包含归一化红边指数NDRE的SVM分类与传统的SVM分类的精度由84.08%增长到91.69%。由此可知林地类型信息对红边波段较为敏感,可极大的提高林地类型的识别精度;基于样本的面向对象分类法分类精度可满足林地类型精细分类要求,但是其自动化程度低、费时费力、受人为因素影响较大,不适合大区域林地类型精细识别研究。(3)以内蒙古大兴安岭地区为整体研究区,基于2008～2015年夏季的Landsat TM/OLI遥感影像、辅助数据和外业实地样本点,开展EnMap-Box的随机森林分类后林地类型变化监测技术研究。结果表明:EnMap-Box支持下的随机森林分类后比较法精度较高。总体而言,研究期间内蒙古大兴安岭林地面积从2008年的73.19%增加到2016年的74.08%,生态状况不断改善。2008～2015年间,疏林地向阔叶林和针叶分别转换了2.13%和1.27%;1.01%和9.43%的草地转换为阔叶林和针叶林;有2.72%和2.11%的未利用地分别转换为阔叶林和针叶林。天然林资源保护工程的实施,是内蒙古大兴安岭林地面积增加的重要原因之一。(4)以江西省吉水县为验证研究区,利用2008年Landsat TM和2016年GF-1多光谱遥感影像,结合2016年7月林地类型野外调查数据,对本文研究的变化监测技术的适用性进行验证。结果表明:2008和2016的总体分类精度分别为81.43%、83.89%,分类结果可靠性高;森林覆盖率由62.83%提高到63.86%,与实际森林增加量相符合,同时各地物类型所占百分比也均与吉水县实际相符合,故该方法在中国中部地区同样具有很好地适用性。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P237
【图文】：

技术路线图,章节,遥感数据,论文

7图 1.1 技术路线图1.3.2 章节安排论文正文部分按六个章节展开，各章节具体内容如下：第一章绪论。阐述了论文的研究背景与意义，总结分析了国内外林地类型精细识别和林地类型变化检测方面的研究现状和发展趋势，在此基础上确定了本文的研究内容、技术路线以及章节安排。第二章试验区与数据。介绍了本文的重点研究区和整体研究区的基本概况及研究所需的遥感数据、辅助数据和外业实测数据等数据来源情况，并详细介绍了遥感数据预处理的各个流程，尤其是图像融合部分，为“第四章”和“第五章”的研究奠定了基础第三章基本原理与方法。对本文涉及相关专业术语及参考标准做了简要说明，重

地理位置

2 试验区与数据2.1 重点研究区概况根河市是内蒙古自治区呼伦贝尔市北部的一个县级市[35]，地处大兴安岭北段。地理坐标为 E120°12′～122°55′，N50°20′～52°30′，是中国纬度最高的城市之一，更是中国平均气温最低的旗市。全市总面积 20,012km2。根河市资源主要以森林资源为主体，森林覆盖率为 91.7%，森林面积达 174.5 万公顷[36]，兴安落叶松（Larix spp.)、樟子松（Pinus sylvestris L. var. mongholica Litv.）和白桦（Betula platyphylla Suk.）等是该区域的主要树种。境内地势起伏较大，纵观全市总体地形地貌，东北高、西南低，平均海拔在 1000 米以上。境内地表水资源丰富且分布均衡。2013 年末，根河市是共有 19 个民族，其中仅有 179 人的敖鲁古雅驯鹿鄂温克族被称为中国最后的狩猎部落[37]。重点研究区的核心研究区域为包含内蒙古首个森林生态观测站——“大兴安岭森林气候生态观测站”所在的矩形区域（E121°23′～121°43′，N51°00′～51°45′），位于根河市的南部（如图 2.1）。

江西省,吉安市,赣江,林区

西安科技大学全日制工程硕士学位论文（1）内蒙古大兴安岭地区位于内蒙古自治区东北部[38]，地理坐标为E119°36′20"~125°19′50"，N47°03′40" ~53°20′00"，东西、南北各跨跨 6 个经纬度，地域辽阔（图 2.2）。内蒙古大兴安岭地区拥有完备的自然生态系统（森林生态系统、草原生态系统和湿地生态系统）[37]，其生态地位和作用不言而喻（即：无法代替和复制）。呈东北—西南走向的大兴安岭山脉纵贯整个林区，构成林区的山地丘陵地形。其中，中低山与丘陵各占 96.2%、3.5%，15°以下坡地约占 80%。林区地势起伏不大，海拔高度在 400~1500 米之间。林区属于寒温带大陆性季风气候（冬季：漫长、严寒，夏季：短暂、炎热），年平均气温低（-2.5 C），四季温差较大（冬季极端最低气温可达-52.3℃），昼夜温差升降急剧。林区降水量主要集中于夏季时期的7、8月份，约占全年的80%~90%。林区树种主要有樟子松（Pinus sylvestris L. var. mongholica Litv.）、兴安落叶松（Larixgmelinii）、山杨（Populus davidiana）和白桦（Betula platyphylla Suk）等，兴安落叶松是内蒙古大兴安岭林区中占绝对优势的树种[37,38]。

【参考文献】