中高分辨率遥感影像在林业中的应用现状及存在的问题

摘 要：遥感影像可以应用在林业的多个环节中，但是其中也存在一定的弊端，亟待解决。本文针对中高分辨率遥感影像在林业中的应用现状及存在的问题进行深入分析，并提出相关解决方法。

关键词：遥感影像;中高分辨率;林业

现如今，遥感影像已经应用于多个领域中，成为一种获取信息的重要方式。碍于以前遥感影像分辨率较低，所以获取的图像并不是十分清晰。但是，由于信息技术与传感器技术的不断进步，图像分辨率大大提升。在采集地物特征时，与低分辨率的遥感影像相比，中高分辨率的遥感影像可以提供更为多样的空间信息，其所显现的地表纹理及空间结构也更为清晰，极大地提高了地物的分类准确度。通常所应用的中高分辨率遥感影像主要包括航天、TM、SPOT等[1]。

在我国林业研究中，主要将遥感影像应用于研究森林资源的相关情况。虽然当前这项研究尚处于起步阶段，但是却拥有惊人的发展速度。

一、中高分辨率遥感影像在林业中的应用现状

（一）调查森林资源

早在20世纪90年代，国际上已经注意到遥感技术对于调查与监测林业资源的重要性，我国正是在联合国开发计划署的帮助下，成立了中国森林资源调查技术现代化项目。此项目的主要实施目标在于借助航天遥感技术，使用中等空间分辨率的卫星遥感数据，建立一套针对全国范围的森林资源监测体系。在其后开展的第6次至第8次全国范围的森林资源连续调查中，该监测体系发挥了重要的作用。

自2003年开始，我国一些省市被选取为试点，在进行森林资源规划设计调查时，使用了SPOT5数据，并获得了良好的效果。目前，遥感技术在二类调查中的应用范围主要是林相图区划[2]。但是，对于小班属性因子，包括树木种类、树木高度的平均值等，估测时依旧需要依靠外业现地验证。

（二）监测动态森林资源

依据在相同地区的不同时间段所拍摄的遥感影像资料，将其与地面调查数据相融合，并在其他技术的帮助下，对比森林资源，就可以对其进行动态监测。

（三）土地荒漠化与沙化监测

为了预防我国土地出现大量的荒漠化与沙化现象，在早些时候，通常是将不同时间段内所拍摄的航空相片进行对比，由此观测土地资源损害程度。但是，这种手段存在弊端，如花费金额较多、拍摄时间不固定、数据更新不及时等。随着航天遥感技术的进步，借用该技术可以在较短时间内获得所需的遥感数据。在我国，为了可以及时掌握沙尘暴的发展趋势，当前主要使用FY、NOAA等低分辨率遥感数据对沙尘暴进行实时的动态观测。凭借FY-2C卫星所反馈的数据不仅可以直接了解我国的降雨情况和土壤湿度等，还可以持续监测土地荒漠化与沙化的变化情况，并分析其成因。

（四）监测与评价林业生态工程

2004年，“国家林业生态工程重点区遥感监测评价项目”由国家发改委批准实施。并以2003年为起始，以后的8年间，相关部门借助TM、SPOT5等卫星遥感数据，对4个天然林、8个退耕还林地区分别进行了3次与5次的动态监测评估评价。在“十一五”期间，又依据遥感监测技术开展了重点防护林工程及京津风沙源治理工程，且开发出了相关的监测与管理系统。

二、中高分辨率遥感影像在林业中应用存在的问题

（一）数据信息成本高昂

采集卫星影像数据会花费大量的金钱，因此，在林业领域中较难得到大范围的推广。以占地面积高达118.3万km2的内蒙古自治区为例，购买不同的高分辨率遥感影像所需花费如下：SPOT5需花费1 468.9万元、Quick Bird需花费

17 271.8万元等。而此项花费仅仅只是购买数据的费用，并未包括对其进行处理以及实地验证所需的开销。

（二）难以保证图像校正中的地面控制点正确度

现今，我国所使用的地形图通常是20世纪70年代所绘制的版本，难以准确地反映真实地形，甚至由于某些因素的影响，导致一些地理要素并未得到如实反映。但是，由于现如今采集到的卫星影像数据较为清晰，可以正确反映出现实的地理样貌，最终造成影像上显示清晰的地物，而在地形图中尚未得到呈现;或是在地形图上有所标注的地物在影像上显示不清晰。这就对明确地面控制点的坐标造成了极大的不便。以此为背景，应先在影像中选择适宜的控制点，而后借用GPS技术，前往实地，以确定控制点的实际坐标。但是，这种方法也存在一定缺陷，如在信号相对发达的地区，使用GPS可以获取到亚米级的精度。反之，在信号不稳定的地区，GPS在进行坐标计算时精度会受到严重影响，出现精确度下降或是难以测算出正确数据的情况。

（三）难以去除图像阴影

遥感技术所拍摄的数据图像中存在3种阴影：（1）云层覆盖，由于自然因素造成，无法改变;（2）山体阴影，卫星在太空中运行时与地面会形成一定的角度，导致高度较高的山体不能被扫描器全部扫描，从而产生阴影;（3）建筑物阴影，成因可参照山体阴影。

（四）难以识别优势树种及较低的分类精度

遥感图像的分类方法在于，借助先进的计算机技术，对位于地球表面及环境所反映在遥感图像中的各类信息进行智能化辨识，从而达到对图像中所对照的实际地物信息进行识别并提取所需信息的目的。但是，该技术应用于树种识别时，只能识别出针叶林与阔叶林。造成这种现象的原因在于由于一天内的光照条件不同，所以同样品种的树木可以呈现出不同的光谱特性，即便是具有较高分辨率的Quick Bird等也难以准确区分树木种类。

三、中高分辨率遥感影像在林业中的应用建议

（一）构建统一的林业遥感影像数据库

因为获取遥感影像的成本过于高昂，且数据量庞大，所以，构建统一的林业遥感影像数据库可以实现对数据的集中管理，以避免出现获取难度较大、管理散乱等问题，而且可以保证数据信息的安全性，便于将数据进行对比分析，加快数据的编辑速度。

（二）确立控制点坐标

依据相关研究表明，针对ASTER与ETM影像数据而言，借助手持GPS仪器获取地面控制点后，进行校正的点位的误差精度与利用地形图进行控制点几何校正的精度相比误差范围较小，而SPOT遥感影像最好使用地形图控制点。

（三）改善图像阴影问题

对于在遥感影像中出现的阴影部分，虽然很难在拍摄时予以改善，但仍可通过一些方式进行弥补。例如，在某一固定区域设置现地观测点，使用现地相机进行拍摄，从而尽力规避阴影对于图像信息造成影响。此外，学者对图像阴影成因的研究在不断深入，如谈及TM影像中的阴影去除时，孟春林认为可以将阴阳坡归一化[3]。

（四）建立多样化树种的波普数据库

不同树种处于同一时间与树龄时，所呈现的特征各不相同，因此，可借助光谱仪对树种进行监测，并以监测结果为依据，构建树种所对应的波谱曲线模型。其后，通过处理软件对遥感影像上所反映的数据进行估算，从而推测出图像与真实地物的关系模型，以区分不同树种在遥感影像上的显示特征。

（五）提高树种识别精度

为了提高遥感数据中的树种识别精度，可以借助高光谱遥感数据。其最大的特点在于结合了成像与光谱探测技术的优势，针对目标空间的特征进行成像时，可以将经过色散后的任意空间像元变成几十乃至上百个窄波段，以期实现连续的光谱覆盖。在遥感影像中，信息可以充分体现地物的外部特征，而光谱信息则可以分析出地物的内部特质，以此增加树种的识别精度。

综上所述，中高分辨率遥感影像在林业中的用途十分广泛，虽然目前仍存出一些不足，但未来具有较大的提升空间。

参考文献：

[1]孙华，林辉，莫登奎，等.高分辨率遥感影像在林业应用中存在的问题与思考[J].株洲师范高等专科学校学报，2005（5）：24-27.

[2]陶万成，张永彬.控制点精度对遥感影像几何校正的影像[J].华北理工大学学报（自然科学版），2017（4）：7-14.

[3]孟春林，喻庆国，华朝朗，等.卫星TM影像阴影消除方法的探讨[J].地球信息科学学报，2001（4）：66-70.