GF-2影像浑善达克沙地榆树疏林信息提取技术研究

发布时间：2019-09-17 09:25

【摘要】：浑善达克沙地分布的榆树(Ulmus pumila L.)疏林是一种特殊的植被类型,它是沙地生态系统的重要组成部分,在防风固沙、调节气候和维持草原生态系统等方面都扮演着重要的角色。然而过去它并没有引起人们足够的重视,即使到目前为止,能查询到的有关榆树疏林的研究也很少,并且研究内容多局限于对其群落结构、物种组成以及人为干扰对榆树疏林的影响等方面,对其具体的分布范围、密度、空间格局等研究几乎没有。而研究方法多是采用样地调查、实地走访和查阅历史文献等传统方法,花费人力、财力很大,并且调查周期长、更新困难,也难以满足获取大范围榆树空间信息的需求,因此,运用遥感技术提取榆树疏林的空间分布信息很有必要。随着遥感技术的发展,在高分辨率遥感影像上可以清晰看到每株树木的树冠,根据树冠在影像上表现出的几何形状、尺寸、空间格局等特征可以较为准确地估计树木冠幅信息。准确的榆树疏林树冠信息是其他科学合理研究的前提条件,是管理决策者重要的参考依据,对评价该地区的生态环境也具有重要的现实意义。本文以国产GF-2高分辨率遥感卫星为数据源,以内蒙古锡林郭勒盟正蓝旗为研究区,采用分层提取法对研究区榆树疏林进行单木树冠的提取,首先根据研究区榆树多分布在沙地上并且分布稀疏的特性,结合NDVI阈值及GEOBIA影像分析技术提取榆树分布区,然后,在提取的榆树分布区内采用局部最大值滤波及区域增长法提取单木树冠,并以单木为尺度分析榆树疏林覆盖度及林分密度。最后,结合外业实测数据对提取结果进行精度评价。主要结论如下:(1)国产GF-2数据具有高空间分辨率、高定位精度等特性,利用GF-2全色和多光谱融合数据结合NDVI阈值及GEOBIA影像分析技术能够很好地提取榆树树冠区域,NDVI阈值可快速有效掩膜大多数的非榆树区,减少后续的榆树树冠区域准确提取的工作量,适用于疏林区榆树的提取,提取总体精度达92%,Kappa系数为0.84。(2)在探测榆树树冠位置时,本文提出先以4个像元为单位进行局部最大值滤波,为防止遗漏小冠幅榆树,再以单个像元为单位进行第二次滤波,减少同一个树冠可能探测到多个极值点的可能性,经验证,单木株树识别平均用户精度为0.72,平均生产者精度为0.47,树冠范围描绘的平均绝对误差MAE是24.4 m2,平均相对误差MRE是0.44,均值偏移误差MBE是9.2 m2,实测树冠面积与估测树冠面积之间R2为0.6。(3)经统计,研究区榆树单木共2284950株,榆树树冠总覆盖面积为224.76 km2,占整个研究区的2.86%,大部分区域榆树疏林覆盖度都低于5%,大部分榆树疏林密度都小于10株/hm2。结果显示,研究区榆树疏林密集区主要分布于正蓝旗中部及东北部,其他均为零星分布。
【图文】：

分布图,正蓝旗,分布图,位置图

研究区分布图

榆树,样地,胸径,冠幅

图 2-2 样地分布图Fig.2-2 Distribution of sampling points in Zhenglan Banner, Inner Mongolia外业调查前，首先在研究区随机生成若干点，然后结合 GF-2 融合后的影像目视点是否分布有榆树，，选取有榆树的具有代表性的地区作为样地的选点，样地选分布均匀且能够覆盖研究区的中部和北部大部分范围，这是因为正蓝旗南部主、人工林地及居民区，几乎没有天然榆树分布。榆树样地大小设为 50 m×50 m查内容包括样地内每株榆树的准确地理位置、胸径、冠幅（包括东西、南北两和树高等，胸径是胸高直径的简称，在榆树离地面约 1.2 m 处使用胸径尺测量的胸径，使用皮尺分别测量榆树树冠在东西、南北不同方向垂直投影在地面的位树单木东西、南北方向的冠幅，并对样地内的每株榆树进行编号，绘制其相对同时拍摄样地照片作为补充，外业样地调查照片如图 2-3 所示。
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S771

【引证文献】