基于Landsat影像的勐腊县橡胶遥感识别与种植面积信息提取

韩 雪 贾丽娟

（农业农村部规划设计研究院，北京 100125）

云南省是我国最大的橡胶种植区。据2019年统计数据，云南省橡胶面积为57.13万hm2，居全国首位。云南省橡胶种植区主要分布在西南部，其中勐腊县的橡胶种植面积为14.87万hm2。本研究利用Landsat卫星遥感数据，根据遥感影像的颜色、纹理、形状等信息来提取橡胶种植面积。由于Landsat影像上有时会出现“同谱异物、同物异谱”的现象，并且橡胶在品种、树龄等方面不同，通过实地调查，现场对比分析不同种植区域橡胶在不同类型、不同时期遥感图像上的光谱特征，寻找橡胶遥感识别最佳窗口期，确定橡胶的解译标志，并采用高精度卫星遥感影像进行精度验证。综合分析上述情况，可为研究建立橡胶遥感识别和面积提取技术方法提供第一手资料[1-4]。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区域概况

勐腊县位于云南省最南端，地处北纬21°08'～22°25'、东经 101°06'～100°50'之间，隶属西双版纳傣族自治州。辖区国土面积6 860.84 km2，山地占95.63%，山间盆地（坝子）占4.37%。

自1956年橡胶基地建设以来，西双版纳的橡胶林规模不断扩大。2003年农垦与民营橡胶面积各占50%[1-2]。20世纪末期橡胶价格暴涨（1994—2007年西双版纳傣族自治州的生胶收购价疯涨900%），出现狂热投资橡胶种植的现象。橡胶种植向高纬度、高海拔、陡坡地带蔓延，大量林地、旱地（轮歇地）转变为橡胶林，橡胶林已经成为西双版纳的标志性植被类型。2008年实施的林权改革政策，不仅使橡胶林具有产胶和木材的传统经济内涵，还明确了林权归属关系，因而橡胶林出现了更为快速的扩张，产胶技术要求的一定株间距和种植海拔高度不断被打破。获取橡胶林地的空间分布信息对促进当地的经济发展和生态保护具有重要意义（图1）。

1.2 研究范围的界定

根据最新统计数据并结合研究区内作物种植情况，从方法探讨的角度选择了橡胶种植面积相对较大且其他作物较少、易于区分的勐腊县，以达到方法探讨的目的，同时减少一定的工作量。此外，用GPS进行导航并沿途采集解译标志点，野外调查路线及解译标志点分布见图2。待到达调查点后，通过实时判读图像，建立遥感影像特征与实地地物的对应关系，进而构建地物解译标志认知体系，研究目标作物遥感图像影像特征和空间分布规律。

1.3 数据来源

本文所用影像数据来源于中国科学院遥感与数字地球研究所Landsat 8下载共享系统中2020年的免费中分辨率影像和购自美国的Planet 2020年高分辨率影像。工作平台为ERDAS IMAGINE Classic Interface和 ArcMap 10.2。

表2 Planet数据光谱特征及应用领域

1.4 方法与技术流程

1.4.1 数据预处理。对Landsat 8数据进行波段叠加、投影转换和裁剪；Planet数据为购买的商业数据，无须进行处理，可直接使用。Landsat 8数据和Planet数据源覆盖情况见图3。

1.4.2 解译标志的建立。因为热带雨林地区多云雾，卫星质量易受干扰，所以本研究查询并下载了调查区不同时期的Landsat 8影像。具体时相为2017年10月31日、2018年11月3日、2019年2月23日、2019年4月12日、2019年 12月 8日、2020年1月25日、2020年3月13日、2020年5月16日，共计8景影像。实地调查发现，橡胶树品种、树龄、种植时间、种植地形[4]等因素影响其在遥感图像的色调、纹理特征。经实地考察验证、筛选、对比，选择了影像数据质量相对较好的2020年5月（图4）。

1.4.3 计算方法与流程。利用计算机自动分类与人工目视解译相结合的方法，以实地采集的解译标志为基础，分别提取勐腊县2020年5月Landsat 8数据及高分辨率Planet（3 m）数据中的橡胶种植面积。利用Planet数据的提取结果，评估Landsat 8数据的橡胶面积提取精度。根据Planet数据和Landsat 8数据计算橡胶种植面积的修正系数，修正Landsat 8数据的橡胶种植面积，与统计数据进行比对。监测技术流程见图5。

1.4.4 修正系数计算。利用Planet数据橡胶面积解译结果以及与Planet数据年份相同的Landsat 8影像数据对应区域的橡胶解译结果，计算面积修正系数。修正Landsat 8影像全县解译面积，计算得出勐腊县的橡胶遥感解译面积，与2020年勐腊县橡胶种植面积统计数据进行比对。修正系数的计算方法：修正系数=Planet解译的橡胶面积/Landsat 8解译的橡胶面积。其中，Landsat 8解译的橡胶面积是指与Planet数据覆盖范围相对应区域内的Landsat 8解译结果。

2 结果与分析

云南省第一代橡胶树于1959—1969年种植，平均种植密度为450株/hm2，种植期大约为40年；在2006—2007年完成第二代橡胶树种植，实现橡胶树第一次更新。本文选取2020年5月的研究区域卫星影像进行分类提取，得到结果如下：解译总面积（Landsat）为 173 505.09 hm2，公共区面积（Landsat）为84 602.82 hm2、公共区面积（Planet）为 77 597.18 hm2，修正系数为0.917 2，修正后面积为159 138 hm2。同时，得到勐腊县橡胶种植范围分布情况（图6）。可以清楚地看出，勐腊县橡胶主要分布在西部及东南部，而北部基本未种植，统计后得出2020年勐腊县橡胶种植面积与2020年勐腊县统计面积相比，误差为0.075 3。

3 结论与讨论

遥感技术在作物监测及土地利用调查中具有范围广、速度快、成本较低等优点。通过此次研究，结合不同时期影像分析，初步确定了云南省橡胶林最佳遥感识别窗口期为3—5月，同时掌握了勐腊县橡胶种植面积和分布。此外，利用中高分辨率影像可较为准确地提取出橡胶面积，为日后对橡胶林进行长期动态监测打下了基础。