第三次国土调查中草地数据分析研究

摘要：以富蕴县县域为研究对象，利用高空间分辨率、高光谱分辨率的多源遥感数据、无人机影像等先进技术为手段，辅以地面监测数据，开展全县范围内草原植被信息特征提取及不同草地类型空间分布变化。

关键词：多源遥感数据;无人机影像;地面监测;草地类型

中图分类号：TU986

如何快速、有效、客观地大面积调查监测获取草原资源现状，解决林草重叠问题，是第三次全国国土资源调查亟需解决的问题之一，也是今后开展自然资源专项调查的重点。长期以来，牧民放养牲畜的草场不仅包括纯草地、林区部分的林地、疏林地和大部分的灌木林地也是牧民的传统放牧区域，历次划分草场时，这部分有林地和灌木林地都划归牧民使用，发放了草原承包经营权证是造成林草“一地两证”，林地、草原矛盾的主要原因。利用高空间分辨率、高光谱分辨率的多源遥感数据、无人机等先进技术为手段，依据国土调查统一的分类标准，查清我区草地资源家底和变化情况;破解草原资源的数量、质量台账不清、林草重叠矛盾等问题，与全国土地调查工作有机衔接，形成统一的国土地类區划数据，推进森林、草原等自然资源确权工作，解决地类重叠的问题，夯实推进草地生态文明体质改革基础[1]。

一、研究区概况

富蕴县草地资源辽阔，自然条件极为复杂， 境内山体较高，由东北部山脊即蒙古国境线向西南以明显的四级阶梯下降，自北向南有山地、丘陵、河谷、平原及沙漠等多种地形，草场类型也随之多种多样，既有水平分布特征，又有垂直带状差异。据中国草地资源分类体系，富蕴县草地资源划分为温性草甸草原，温性草原，温性荒漠草原，高寒草原，温性草原化荒漠，温性荒漠，低地草甸，山地草甸，高寒草甸，沼泽类草原10个草地大类[2]。最新研究成果表明，富蕴县天然草地资源面积为2636851公顷，合3955.28万亩。相较于80年代资料数据，面积减少约20.56%。

二、数据源

1.选用GF1 WFV宽幅数据来对研究区富蕴县的草地资源分布情况进行监测，其空间分辨率为16m，可满足草地资源监测的需求。

2.使用多光谱无人机数据获取，监测内容为样方（含小样区）区域的五波段多光谱反射率影像[3]。

3.草地野外实测数据：草原基本特征信息、土壤地质相关信息、草地类、草地型、植被盖度、生物量[4]。

4.辅助数据：富蕴县行政区划数据，格式为.shp矢量、数字高程影像、标准参考影像、分类样本依据。

三、研究内容

1.面积监测

基于深度学习影像自动分类的方法快速提取试点县的草地资源分布情况，获取草地资源类型信息，形成草原资源数据库，制作草原资源分布图。在此基础上，根据室内的判读与解译，结合外业调查成果，进行结果的验证。

2.草原综合植被盖度

作者简介：靳发兰（1981—），女，青海互助县，高级工程师，研究生，研究方向为自然资源调查 15999193690 547425092@qq.com

基金项目：全国第三次国土调查项目

参考草地资源调查资料和草地资源图及近期遥感影像，选取区域内各草原类型代表性强

的一定样区，在牧草生长旺盛期开展各类型草原植被盖度监测，根据各草原类型面积权重计算该区域草原综合植被盖度并与历史数据比较，分析变化原因。通过高分辨率影像结合地面监测数据反演形成草原植被盖度分布图。

3.草原生产力监测

利用地面样地监测获取草地生产力数据，利用监测区域内遥感影像数据，建立植被指数估产模型，估算草原生产力。

四、研究方法

本文采用深度学习法、遥感定量反演法对富蕴县的草地进行分类，后期对分类的结果采用混淆矩阵来记录验证正确性。采用kappa系数对分类结果一致性进行衡量，其计算公式如下：

其中，p0为总体分类精度，即每一类正确分类的样本数量之和除以总样本数n，a1，a2，…an为每一类的真实样本个数，b1，b2，…bn为预测出来的样本个数。

Kappa系数含义：0.0～0.20极低的一致性、0.21～0.40一般的一致性、0.41～0.60 中等的一致性、0.61～0.80 高度的一致性、0.81～1几乎完全一致。

五、结语

1.草地资源类型与分布

富蕴县草地资源分布呈现出明显的垂直分带特征。由北往南分布有：高寒草甸、山地草甸、温性草甸草原、温性草原类、温性荒漠草原、温性草原化荒漠和温性荒漠类。低地草甸无明显的南北分布特征，多分布于地表水周边。

温性荒漠类和草原化荒漠类多分布在县城以南平原区域，海拔较低、坡度较小。优势草种包括：梭梭、假木贼、驼绒藜、博洛塔绢蒿等。

温性荒漠草原类和温性草原类多分布于富蕴县城周边，介于南边荒漠和北边山区之间，且彼此间分隔带明显。优势草种包括：白茎绢蒿、博洛塔绢蒿、羊茅、针茅、沙生针茅、具金丝桃叶绣线菊的针茅、苔草、冷蒿、木地肤等。

温性草甸草原类位于山地草原带上部，山地针叶林带下缘，或镶嵌于山地草甸的阳坡和山地干草原的阴坡，呈连续带状分布。优势草种包括：冷蒿、羊茅、苔草等。

山地草甸类集中分布在山地中山和亚高山带，与富蕴县北部山区林地处于同一垂直带内，介于高寒草甸类和温性草甸草原类之间。优势草种包括：羽衣草、羊茅、苔草、早熟禾等。

高寒草甸类位于富蕴县北部山区，所处海拔基本高于2500米，温度寒冷，气候条件温润。优势草种包括：高山黄花茅、高山早熟禾、细果苔草、穗状寒生羊茅等。

低地草甸类和沼泽类多分布于水域周边。优势草种包括：苔草、芦苇、拂子茅等。

各草地大类草原面积如下表：

2.草地植被覆盖度

本项目采用遥感植被指数法来对植被覆盖度进行反演估算[7]。归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index， NDVI）是应用最广，与植被盖度相关性较高的一种植被指数。公式如下：

其值域范围是-1～1，负值表示地面覆盖为云、水、雪等，对可见光高反射;0表示有岩石或裸土等，NIR和R近似相等;正值，表示有植被覆盖，且随覆盖度增大而增大。在本研究中，由于荒漠型草原较为特殊，其在光谱上呈现出以裸地、覆沙为主的光谱特征。因此，对于荒漠型草原类别而言，其NDVI值多介于0-0.1之间。使用NDVI计算植被覆盖度的公式如下：

草原综合植被盖度值介于0-100%之间，按等距法以20%为间隔将结果进行分级，同时，将0-20%分为0-5%和5-20%两个级别，得到草原综合植被盖度分级分布图如下：

植被覆盖度估算精度验证通过与地面调查数据比较进行评价。验证结果如图所示，实际覆盖度与估算覆盖度具有较高一致性，估测均方根误差为9.22%，平均相对误差为7.26%，估算模型决定系数达到0.8055。

3.草地生物量

一定的利用条件下，地上生物量与草原第一性生产力（一段时间内草原植物总的产出）之间有稳定的关系;因地上生物量便于观察和测定，可以通过监测地上生物量去估算第一性生产力;地上生物量也是反映草原生态状况的最根本的特征之一，是维持生态功能的物质基礎。生产实践中，我们更关心草原第一性生产力中可饲用的部分，因而可通过可利用的地上生物量推算可利用的草原生产力。在本研究中，可将八大草原类别按草地植被型组的归纳分为三大类：荒漠草地类、草原草地类、草甸草地类。依照农业行业标准《NY/T 1579 - 2007 天然草原等级评定技术规范》，将生产力估测结果分为8级，得到草原生产力分级专题图如下：

草原生产力估算精度验证通过与地面调查数据比较进行评价。验证结果如下图所示，实际生产力与估算生产力具有较高一致性，估测均方根误差为675.44千克/公顷，平均相对误差为412.63千克/公顷，估算模型决定系数达到0.7254。

参考文献：

[1] 中华人民共和国自然资源部，第三次全国国土调查技术规程[S].北京：地质出版社 ，2019

[2] 中华人民共和国农业部，草地分类[S].北京：中国农业出版社，2016

[3]中华人民共和国国土资源部. 土地利用动态遥感监测规程[S].北京：地质出版社 ，1999;

[4] 中华人民共和国农业部，草地资源与生态监测技术规程[S].北京：中国农业出版社，2006

3879501908203