基于高分与Landsat卫星的磴口县林地面积变化监测

于亮亮

巴彦淖尔市气象局

基于高分与Landsat卫星的磴口县林地面积变化监测

于亮亮

巴彦淖尔市气象局

林业资源的开发、利用和保护应紧跟经济发展的步伐，掌握资源的动态变化、及时做出可靠决策显得尤为重要，遥感以其独特的优势成为林地监测的重要手段。本文应用多期国产高分辨率卫星高分1号和LandsatTM、OLI影像对磴口县林地及行道树面积进行分析。结果显示：磴口县2012～2015年林地以及行道树面积均明显增加，其中林地覆盖率提升至15.47%；行道树增幅为35.31%。监测结果充分反映了近年来磴口县生态工程的开展情况。

林地 行道树 遥感 面积

磴口县属温带大陆性季风气候干旱半干旱气候区，气候干燥，降水量稀少，蒸发量大，蒸发量是降水量的16倍。属荒漠与草原的过渡植被区，天然植被中荒漠植物占据主要地位，以早生、超早生小灌木和半灌木为主，乔木林地主要以杨树等耐旱速生丰产林为主。此外，磴口县的水土流失现状较为严重，其水土流失面积达31.82公顷，占全县总面积的76%，水土流失类型主要为风力侵蚀、水力侵蚀以及风水复合侵蚀。由于植被覆盖率低，品种单一，水资源较少，土壤以沙质为主，结构松散，粘聚力低，总体上，风力是造成土壤侵蚀的主要营力，占全县土壤侵蚀总面积的54.76%，多为中度以上侵蚀，水力侵蚀占总面积的45.24%，多为轻微度侵蚀[1]。政府围绕这一问题陆续开展了天然林保护、退耕还林、“三北”防护林及韩国援建项目造林、欧元贷款造林项目等一系列重点生态建设工程，并积极发展治沙产业。尤其是近年来，依托“十个全覆盖”工程，大力推进乡村农田林网及道路两侧绿化，改善了脆弱生态环境的同时提高了林地覆盖率[2]。

目前，林业遥感主要包括5个方面：森林地类和树种的分类与识别、森林生物量和森林蓄积的提取与反演、森林覆盖度郁闭度高光谱提取、林木养分元素高光谱监测与诊断、森林灾害监测[3-5]。文章利用磴口县2012年与2015年的遥感影像，得到林地与行道树空间分布和面积的变化情况。

一、数据来源与研究对象

该文以2012年和2015年研究区的多期GF1及Landsat TM、OLI影像为主要数据源，辅第二次全国土地调查等数据。以道路两旁绿化树木、沟渠两侧护渠树木、农田防护林网以及灌木林地为研究对象。

表1 磴口县林地面积变化遥感监测分析数据来源

二、NDVI介绍

NDVI（Normalized Difference Vegetation Index,归一化差分植被指数,标准差异植被指数)，也称为生物量指标变化，可使植被从水和土中分离出来。

NIR和R分别为近红外波段和红波段处的反射率值。

NDVI是遥感估算植被信息中最常用的方法，NDVI的时序曲线对植被生长特征具备良好的表现能力，其数据与植被的许多参数密切相关，如光合有效吸收率、叶绿素密度、叶面积指数、植被覆盖度和植被郁闭度，因此适用于植被变化检测和林地覆被变化监测［6，7］。

三、研究方法及处理过程

通过图像图形处理理论及数据模型，对前后两个年份多期卫星遥感影像进行分析，采用NDVI阈值法提取和目视解译相结合的方法监测林地的动态变化情况，绘制林地资源变化监测图，确定和分析研究区域林地面积的变化。最后通过现地实测和有代表性抽样调查相结合的方法对监测的结果进行实地验证，反映出研究区域林地资源动态变化情况[8]。

首先对图像进行预处理，高分一号PMS相机包括2米全色和8米多光谱影像，对十景影像进行拼接裁剪，分别对全色影像和多光谱影像进行辐射校正、大气校正等一系列预处理，流程如图2.1所示。Landsat7 TM传感器由于设备原因，数据出现条带状缺失，对2012年第276天和第283天这两期影像进行合成多波段影像。

图1 高分一号影像预处理流程图

其次进行行道树提取，利用易康eCognition Developer 8.7高分辨率遥感影像处理软件，对影像进行分割生成图像对象分类，最后采用阈值分类法从遥感影像中提取行道树，具体步骤如下：分割。采用多尺度分割算法，分割尺度设置为10，对影像进行分割生成图像对象分类。采用阈值法，选择Asymmetry（不对称性）特征，设置行道树阈值，提取部分结果如图2。

最后进行林地提取，利用ENVI 5.0计算影像的NDVI值，综合磴口县地理位置和影像成像时间，经过多次试验，得出磴口县林地的NDVI阈值，并按照此阈值进行提取。部分影像林地提取结果如图3。

四、提取结果

经过处理分析，最后统计得出，磴口县2012年有林地61788公顷，2015年增加到64491公顷，林地覆盖面积由2012年的11.1%提升至15.47%,增幅为4.37%；其中2012年有行道树8309公顷，2015年增至11243公顷,分别占当年林地总面积的13.45%和17.43%，增幅为35.31%。具体变化情况如表2所示：

图2 部分行道树提取效果

图3 部分林地提取效果

表2 磴口县林地及行道树提取结果

五、结论

1.监测结果显示，新增行道树多呈线性分布，与道路的分布情况相一致。这也与近年来，“十个全覆盖”中，政府不断投入加大道路绿化有关。其中，磴口县境内的道路两侧，行道树面积就增加了35.31%。

2.在磴口县乌兰布和沙漠西北部边缘地带，沙漠有所退化，灌木林面积增加。这一区域也是近年来飞播造林的重点区域。其中哈腾套海苏木新造林面积比例较大。

随着各项生态工程的开展，磴口县林地面积不断增加，在阻止沙漠的侵蚀方面起到了积极作用，更是有效改善了当地的生态环境。这些生态工程有如一道道天然屏障，有效地阻挡了风沙的东侵，往日的“黄沙漫天”被今日的“沙海绿洲”所替代。

[1]邱伟，张晓红.磴口县水土流失现状及防治对策研究[J].内蒙古水利,2010，129（5）：82-84.

[2]张庆琼,李国萍,伊敏等.从磴口县生态环境建设与移民工程看乌兰布和沙漠的治理与开发[J].内蒙古农业大学学报,2001,22(4)∶61-64.

[3]王大勇,刘红润.浅谈遥感在我国林业中的应用[J].林业科技情报,2010,42(3)∶31-33.

[4]史良树.遥感技术现状及其在林业中的应用[J].林业资源管理,2004,4(2)∶50-52,63.

[5]林辉，童显德，黄忠义.遥感技术在我国林业中的应用与展望[J].遥感信息，2002(1)∶39-43.

[6]]NDHI GM,PARTHIBAN S,THUMMALU N,et al.Ndvi∶vegetation change detection using remote sensing and is-a case study of vellore distric[J]. preceedia Computing,Science,2015,57∶1199-1210.

[7]CAMPELL M,HIBABUKI Y,ARAKI Y,et al. Potential of high-resolution satellite imagery fou maping distributin and evaluating ecological characteristics of tree species at the Angkor M onument,Cambodia[J].Journal of Landscape Ecology,2014,7(3)∶49-59.

[8]王小昆，红玉，陆亚刚等．高分辨率遥感影像在森林采伐限额检查中的判读精度探讨[J]．林业资源管理，2010（3）：10-114.