時(shí)間：2024-01-11 11:52:08
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【關(guān)鍵詞】林業(yè)；遙感；森林資源
0 引言
遙感（Remote Sensing，RS）是20世紀(jì)60年展起來的一門集地學(xué)、生物學(xué)、航空航天、電磁波傳輸和圖像處理等多學(xué)科交叉融合的新興學(xué)科。遙感技術(shù)具有周期性觀測和大面積覆蓋獲取地面信息的特點(diǎn)，可以提供一種實(shí)時(shí)、動態(tài)、綜合性強(qiáng)的環(huán)境資源信息。遙感技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用被稱為林業(yè)遙感技術(shù)，是指通過衛(wèi)星和飛機(jī)對林業(yè)資源進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)地監(jiān)測，形成各種數(shù)據(jù)和信息，并通過綜合分析處理為林業(yè)決策和發(fā)展提供服務(wù)。我國應(yīng)用林業(yè)遙感技術(shù)已有二十多年的歷史，取得了可喜的成績，充分展現(xiàn)了遙感技術(shù)在林業(yè)中的巨大生命力[1]。
1 遙感技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀
遙感技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，主要包括以下幾個(gè)方面：森林資源遙感調(diào)查、森林火災(zāi)遙感監(jiān)測、森林病蟲災(zāi)害遙感監(jiān)測及林業(yè)資源遙感動態(tài)監(jiān)測等。遙感技術(shù)在空間分辨率和光譜分辨率方面的提高，以及雷達(dá)遙感、航空遙感和無人遙感飛機(jī)的發(fā)展，為林業(yè)遙感提供了豐富的信息源，拓寬了林業(yè)遙感應(yīng)用的深度和廣度，給森林資源清查和監(jiān)測工作帶來了新的契機(jī)，為“數(shù)字林業(yè)”的順利推廣提供了強(qiáng)大的信息保證[2]。
1.1 林業(yè)遙感數(shù)據(jù)源
1.1.1 高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)
林業(yè)遙感應(yīng)用的主要數(shù)據(jù)源是光學(xué)遙感數(shù)據(jù)，如TM和SPOT等。TM數(shù)據(jù)具有較高的空間分辨率和光譜分辨率，且數(shù)據(jù)量大、信息豐富、成本較低，一直是林業(yè)遙感的主要信息源，但其30m的空間分辨率的應(yīng)用精度并不令人滿意。進(jìn)行宏觀森林資源監(jiān)測時(shí)通常采用NOAA等中低分辨率數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼈兘?jīng)濟(jì)、實(shí)惠、待處理的信息量少，而且來源有保證，但隨之而來的問題是在使用這種信息源時(shí)如何保持其精度。高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，給林業(yè)遙感監(jiān)測帶來了希望，目前多用以IKONOS為代表的高分辨率的衛(wèi)星影像展開對監(jiān)測森林資源、工程造林質(zhì)量、退耕還林效益等方面的研究。
1.1.2 高光譜遙感數(shù)據(jù)
高光譜遙感能夠探測到具有細(xì)微光譜差異的各種物體，大大地改善了對植被的識別和分類精度。利用高光譜數(shù)據(jù)實(shí)行的混合光譜分解方法可以將森林郁閉度這個(gè)最終光譜單元信息提取出來，合理而真實(shí)地反映其在空間上的分布[3]，對于掌握森林結(jié)構(gòu)與森林環(huán)境、加強(qiáng)森林生態(tài)系統(tǒng)管理具有重要意義。此外，高光譜遙感數(shù)據(jù)憑借大量的光譜信息，在森林分類與調(diào)查、森林資源變化信息提取、森林火災(zāi)監(jiān)測、森林病蟲害評估等方面起到了舉足輕重的作用，為實(shí)時(shí)而科學(xué)的森林經(jīng)營管理增添了一種新技術(shù)手段。
1.1.3 雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)
一般情況下，地球有60%～70%被云層覆蓋，可見光、紅外技術(shù)在這種天氣下難以獲得有效數(shù)據(jù)，不能及時(shí)為林業(yè)行業(yè)提供數(shù)據(jù)支持。而合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar， SAR）具有全天時(shí)、全天候以及能夠穿透掩蓋物、較好反映地表結(jié)構(gòu)信息的能力，為林業(yè)遙感提供了新的數(shù)據(jù)源，有效解決了上述問題。SAR遙感通過獲取各種森林生物物理參數(shù)，被廣泛用于識別森林類型、森林密度、年齡和監(jiān)測森林生長、再生狀況、森林砍伐、森林災(zāi)害以及估算森林的生物量、蓄積量，特別是對熱帶雨林砍伐監(jiān)測，雷達(dá)幾乎是唯一可以依賴的信息源[4]，這些信息有效提高了人們對森林資源的認(rèn)識。
1.2 應(yīng)用現(xiàn)狀
1.2.1 森林資源遙感調(diào)查
森林資源遙感調(diào)查主要是通過野外調(diào)查和衛(wèi)星圖像的對照判讀，進(jìn)行森林類型判別，并用遙感數(shù)據(jù)與地面各種因子建立模型的定量表達(dá)，估計(jì)森林蓄積量和森林面積，利用多時(shí)相遙感影像監(jiān)測森林覆蓋率等。早在1954年，我國就創(chuàng)建了“森林航空測量調(diào)查大隊(duì)”，首次建立了森林航空攝影、森林航空調(diào)查和地面綜合調(diào)查相結(jié)合的森林調(diào)查技術(shù)體系[5]。
然而，過去我國森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查主要是以航空照片和地形圖為參考，制作外業(yè)調(diào)查手圖，通過現(xiàn)場勾繪等手段完成林相圖區(qū)劃。這種傳統(tǒng)的調(diào)查方式存在調(diào)查間隔期過長、調(diào)查人員投入多、勞動強(qiáng)度大、一次性經(jīng)濟(jì)投入大、出錯機(jī)率大等問題，難以滿足新時(shí)期的調(diào)查需求。自2003年起，高空間分辨率衛(wèi)星影像寫進(jìn)森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查規(guī)程，我國很多省區(qū)相繼應(yīng)用SPOT5數(shù)據(jù)進(jìn)行了森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查試點(diǎn)[6]，有效推動了林業(yè)資源調(diào)查數(shù)字化進(jìn)程，促進(jìn)了高空間分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)的研發(fā)，相關(guān)研究內(nèi)容主要包括蓄積量估測、樹冠信息的提取方法、SPOT5影像用于小班區(qū)劃的方法，并研發(fā)了基于高分辨遙感數(shù)據(jù)的小班區(qū)化系統(tǒng)[7]。高光譜遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，主要開展了星載高光譜遙感數(shù)據(jù)的預(yù)處理、基于統(tǒng)計(jì)模型的森林郁閉度和葉面積指數(shù)估測、森林類型遙感識別方法、森林葉綠素含量的幾何光學(xué)模型反演和機(jī)載高光譜數(shù)據(jù)的優(yōu)勢樹種識別技術(shù)[8]等方面的研究。
1.2.2 森林火災(zāi)遙感監(jiān)測
森林火災(zāi)是自然災(zāi)害中最為嚴(yán)重的一種，森林一旦發(fā)生火災(zāi)，不僅會使辛苦幾十年培育的林木頃刻間化為灰燼，而且會對生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。如果能及時(shí)監(jiān)測、預(yù)報(bào)森林火災(zāi)，其帶來的損失就會大大減小。早在20世紀(jì)50年代，我國林業(yè)行業(yè)就開展了利用航空遙感技術(shù)進(jìn)行森林火災(zāi)監(jiān)測的技術(shù)方法研究。到70年代末80年代初，美國的Landsat TM、NOAA等衛(wèi)星數(shù)據(jù)逐步被我國相關(guān)專家學(xué)者應(yīng)用于森林火災(zāi)監(jiān)測的研究中，并在1987年大興安嶺特大森林火災(zāi)監(jiān)測中發(fā)揮了非常重要的作用。
隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的深入發(fā)展與應(yīng)用，我國科研人員不斷地探討利用遙感技術(shù)進(jìn)行森林防火應(yīng)用的研究，并取得了許多重要成果。尤其是“十五”以來，面對國內(nèi)外不斷面世的新型衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，我國學(xué)者解決了利用這些新型數(shù)據(jù)進(jìn)行森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測的應(yīng)用技術(shù)，如針對新出現(xiàn)的Terra/Aqua MODIS、ENVISAT-AATSR、ENVISAT-MERIS等衛(wèi)星數(shù)據(jù)森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)需求，有效解決了森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測模型中可燃物類型的分類方法、植被因子的估測、小火點(diǎn)自動識別等方面的應(yīng)用技術(shù)[9]；利用MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行了森林火災(zāi)預(yù)警的應(yīng)用方法；針對新型衛(wèi)星數(shù)據(jù)林火信息快速提取的技術(shù)需求，建立完善了利用高性能平臺森林火災(zāi)信息提取的技術(shù)系統(tǒng)。通過近20多年的技術(shù)突破，我國逐步研究形成了基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的森林火災(zāi)監(jiān)測應(yīng)用方法與技術(shù)系統(tǒng)，初步建立了基于航天、航空、望臺（塔）以及與地面巡護(hù)相結(jié)合的森林火災(zāi)監(jiān)測體系[10]；同時(shí)，還將海事衛(wèi)星技術(shù)等應(yīng)用于我國森林火災(zāi)的預(yù)防、監(jiān)測及撲救工作中。我國國家森林防火指揮部衛(wèi)星森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)從1995年應(yīng)用至今，從以前單一的NOAA-AVHRR資料到后來綜合應(yīng)用NOAA、FY、MODIS等資料，逐步發(fā)展成為國家森林防火指揮部和各省市林業(yè)部門防火辦森林火災(zāi)宏觀監(jiān)測的主要手段，并為撲救指揮提供了可靠的數(shù)據(jù)保障和技術(shù)支撐。
1.2.3 森林病蟲災(zāi)害遙感監(jiān)測
植物受到病蟲害侵襲，會導(dǎo)致植物在各個(gè)波段上的波譜值發(fā)生變化。如植物在受到病蟲災(zāi)害、人眼還不能感覺到時(shí)，其紅外波段的光譜值就已發(fā)生了較大的變化。從遙感數(shù)據(jù)中提取這些變化的信息，分析病蟲害的源地、災(zāi)情分布、和發(fā)展?fàn)顩r，可以為防治森林病蟲害提供有效幫助。早在1978年，騰沖遙感綜合試驗(yàn)就已開啟了我國遙感技術(shù)監(jiān)測森林病蟲災(zāi)害的序幕。隨著航天遙感技術(shù)的發(fā)展，“七五”末期、“八五”初期，我國科研人員以松毛蟲等食葉害蟲災(zāi)害為例，廣泛開展了針對針葉損失率、松針生物量和災(zāi)害程度等遙感監(jiān)測方法的研究，充分證明當(dāng)森林植物遭受病蟲災(zāi)害的侵襲時(shí)，其葉綠素、水分等便會急劇下降，葉黃素、葉紅素等會提高，必然導(dǎo)致其反射率發(fā)生顯著變化，此項(xiàng)研究結(jié)果為林業(yè)遙感病蟲災(zāi)害監(jiān)測提供了重要的科學(xué)依據(jù)。此外還發(fā)展了基于多種植被指數(shù)的病蟲災(zāi)害信息提取技術(shù)[11]。
“八五”后期和“九五”期間，在國家眾多科技項(xiàng)目的支持下，我國科研人員全面地開展了森林病蟲災(zāi)害遙感監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的研究，建立了基于單時(shí)相和多時(shí)相衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的災(zāi)害信息提取技術(shù)路線，引進(jìn)吸收了航空錄像和航空電子勾繪等遙感監(jiān)測技術(shù)方法，初步探索了天、空、地相結(jié)合的森林病蟲災(zāi)害監(jiān)測體系。并基于林業(yè)業(yè)務(wù)主管部門的預(yù)報(bào)、監(jiān)測、災(zāi)害損失評估和決策支持需求，提出了森林病蟲災(zāi)害的遙感、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)技術(shù)集成應(yīng)用模式[12]。最近十幾年來，著重開展了基于遙感技術(shù)的森林病蟲災(zāi)害監(jiān)測專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)，并進(jìn)行了生產(chǎn)性示范，以完善相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的可操作性和實(shí)用性，同時(shí)也展示了其指導(dǎo)森林病蟲災(zāi)害調(diào)查情況的應(yīng)用潛力[13]。
1.2.4 林業(yè)生態(tài)工程遙感監(jiān)測評價(jià)
林業(yè)生態(tài)工程遙感監(jiān)測評價(jià)技術(shù)就是利用遙感技術(shù)，在統(tǒng)一規(guī)劃和設(shè)計(jì)的技術(shù)平臺上，進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)集成，為實(shí)現(xiàn)林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)的信息資源共享和技術(shù)共享提供技術(shù)支持。早在1979年，國家就決定在我國西北、華北北部和東北西部風(fēng)沙危害、水土流失嚴(yán)重的地區(qū)，建設(shè)大型防護(hù)林工程，即“三北”防護(hù)林工程。在“七五”期間，實(shí)施了重大遙感綜合應(yīng)用項(xiàng)目――“三北”防護(hù)林遙感綜合調(diào)查研究。該項(xiàng)目主要采用了航天遙感技術(shù)對“三北”防護(hù)林地區(qū)的森林類型、面積、具體分布、保存率、草場的數(shù)量質(zhì)量和分布、土地資源類型分布及數(shù)量和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合調(diào)查，并建立了基于防護(hù)林生態(tài)效益的動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對不同類型區(qū)的造林適宜性做出了分析評價(jià)以及對防護(hù)林的防護(hù)效益進(jìn)行了評估，為“三北”地區(qū)的森林綜合治理提供了可靠的數(shù)據(jù)分析資料[14]。2000年以來，國家先后啟動了天然林資源保護(hù)、退耕還林工程等六大生態(tài)建設(shè)和造林工程。2004年開始的“國家林業(yè)生態(tài)工程重點(diǎn)區(qū)遙感監(jiān)測評價(jià)項(xiàng)目”，利用了2003年至2011年期間的MODIS、Landsat-TM、SPOT5、QuickBird等多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，共對4個(gè)天然林資源保護(hù)工程監(jiān)測區(qū)和8個(gè)退耕還林工程監(jiān)測區(qū)進(jìn)行了多期動態(tài)監(jiān)測與評價(jià)?！笆晃濉逼陂g，我國科研人員開展了天然林保護(hù)工程、重點(diǎn)防護(hù)林工程和京津風(fēng)沙源治理工程的遙感監(jiān)測技術(shù)研究，開發(fā)了“國家重點(diǎn)林業(yè)生態(tài)工程監(jiān)測與管理系統(tǒng)”[15]，廣泛地為林業(yè)生態(tài)工程管理提供技術(shù)支撐與服務(wù)，有效推動了林業(yè)生態(tài)工程遙感監(jiān)測評價(jià)的發(fā)展。
3 展望
我國林業(yè)遙感技術(shù)的發(fā)展已有二十多年的歷史，不僅做了大量的研究和實(shí)驗(yàn)工作、積累了豐富的資料和經(jīng)驗(yàn)，還培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀的科研與應(yīng)用工作者。但是，伴隨新時(shí)期國家對林業(yè)的要求和林業(yè)自身的發(fā)展，目前的林業(yè)遙感技術(shù)仍然不能全面滿足實(shí)際需要，因此，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)林業(yè)遙感技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，逐步形成天、空、地一體化的林業(yè)遙感應(yīng)用體系[16]。
3.1 建設(shè)林業(yè)遙感應(yīng)用綜合服務(wù)平臺
目前國內(nèi)除森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用低分辨率的遙感衛(wèi)星進(jìn)行業(yè)務(wù)運(yùn)行以外，還沒有應(yīng)用中高分辨率的衛(wèi)星建立起業(yè)務(wù)化的運(yùn)行體系。為實(shí)現(xiàn)遙感技術(shù)在各類林業(yè)調(diào)查與監(jiān)測業(yè)務(wù)中的廣泛應(yīng)用，形成業(yè)務(wù)化運(yùn)行的能力，還需要開展一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性、支撐性的設(shè)施建設(shè)工作，即林業(yè)遙感應(yīng)用綜合服務(wù)平臺的建設(shè)。該平臺應(yīng)該建立面向林業(yè)遙感技術(shù)應(yīng)用的集成環(huán)境，整合林業(yè)行業(yè)中與遙感技術(shù)應(yīng)用密切相關(guān)的各類存儲資源、數(shù)據(jù)資源、計(jì)算資源、軟件資源和專家資源，逐步形成面向林業(yè)行業(yè)提供遙感數(shù)據(jù)的共享服務(wù)機(jī)制，并支撐林業(yè)遙感應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)與運(yùn)行服務(wù)的基礎(chǔ)平臺。該平臺應(yīng)具有能夠支撐海量遙感數(shù)據(jù)存儲、查詢功能，具有基于網(wǎng)格的遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用處理和產(chǎn)品加工功能，以及對數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的多層級分發(fā)與共享等強(qiáng)大功能。該平臺的建設(shè)將大力促進(jìn)森林資源調(diào)查、森林火災(zāi)、森林病蟲災(zāi)害及林業(yè)生態(tài)建設(shè)工程的監(jiān)測等林業(yè)遙感應(yīng)用業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)的建立。
3.2 加快遙感與GIS、GPS的結(jié)合
遙感技術(shù)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)獲取能力，卻在處理和分析這些數(shù)據(jù)時(shí)存在缺陷，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）具有較為完善地空間數(shù)據(jù)綜合分析處理平臺，有效地解決了這一難題。概括起來，GIS在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究內(nèi)容主要有：森林資源信息管理、森林經(jīng)營優(yōu)化決策、森林分類經(jīng)營區(qū)劃、森林抽樣設(shè)計(jì)、林業(yè)專題制圖、林業(yè)采伐設(shè)計(jì)、營造林規(guī)劃設(shè)計(jì)、森林資源管理網(wǎng)絡(luò)等，極大地豐富了遙感數(shù)據(jù)的分析處理方法。同時(shí)全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System， GPS）能夠迅速準(zhǔn)確地定位與導(dǎo)航，可以確定林業(yè)邊界、地塊、形狀、海拔高度等，對實(shí)現(xiàn)“數(shù)字林業(yè)”具有重要意義[17]。因此，要加強(qiáng)遙感與GIS和GPS的結(jié)合，逐步形成以林業(yè)遙感為基礎(chǔ)，以GPS為輔助手段，以GIS為綜合處理方法的全方位林業(yè)服務(wù)體系，最終實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源調(diào)查、規(guī)劃、經(jīng)營管理的數(shù)字化。
3.3 重視林業(yè)遙感教育和培訓(xùn)工作
任何一門學(xué)科的發(fā)展都離不開教育與培訓(xùn)工作。林業(yè)遙感作為一門高新技術(shù)，其發(fā)展一日千里，教育工作尤顯重要。大學(xué)作為林業(yè)遙感教育和培訓(xùn)的主力軍，不僅要開設(shè)全方位的林業(yè)遙感專業(yè)課程，而且要分層次，針對研究生、本科生和專科生開展不同的教學(xué)工作，為林業(yè)遙感培養(yǎng)大量的專業(yè)型人才和應(yīng)用型人才。此外，還要充分發(fā)揮林業(yè)研究機(jī)構(gòu)的作用，將科研成果及時(shí)有效地用于實(shí)踐中。并加大對林業(yè)行業(yè)機(jī)構(gòu)工作者的培訓(xùn)力度，全面提升我國林業(yè)工作者的專業(yè)技術(shù)水平。
4 結(jié)語
當(dāng)前我國林業(yè)遙感的主要任務(wù)是以遙感技術(shù)為中心，提供信息獲取與信息服務(wù)的手段，為林業(yè)建設(shè)決策提供監(jiān)測與效益評價(jià)信息。林業(yè)行業(yè)應(yīng)在國家林業(yè)資源與生態(tài)建設(shè)綜合監(jiān)測體系建設(shè)的基礎(chǔ)上，大力推動林業(yè)遙感衛(wèi)星、航空遙感平臺、林業(yè)遙感信息產(chǎn)品標(biāo)定等支撐平臺的建設(shè)，不斷完善林業(yè)遙感應(yīng)用綜合服務(wù)平臺。同時(shí)應(yīng)加快遙感與GIS、GPS的結(jié)合、重視林業(yè)遙感教育和培訓(xùn)工作，形成天、空、地一體化的綜合監(jiān)測模式，建立起林業(yè)遙感綜合監(jiān)測評價(jià)的業(yè)務(wù)運(yùn)行體系，促進(jìn)我國森林資源、森林火災(zāi)、森林病蟲災(zāi)害和林業(yè)生態(tài)建設(shè)工程遙感監(jiān)測與評價(jià)的業(yè)務(wù)化運(yùn)行，為我國森林資源的管理和保護(hù)、林業(yè)生態(tài)建設(shè)的管理和決策等提供強(qiáng)有力的支撐。
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關(guān)鍵詞:遙感技術(shù) 林業(yè)監(jiān)測 應(yīng)用要點(diǎn)
林業(yè)遙感技術(shù)是通過非接觸性和非實(shí)地性的觀測和記錄林業(yè)的地理、生物、生態(tài)和其他信息,是現(xiàn)代做好林業(yè)監(jiān)測、調(diào)查和信息獲取的重要技術(shù)手段。應(yīng)該在對遙感技術(shù)做出科學(xué)理解和認(rèn)知的基礎(chǔ)上,提高對林業(yè)遙感技術(shù)的重視程度,詳細(xì)了解影響林業(yè)遙感技術(shù)效果的因素,明確林業(yè)遙感技術(shù)的特點(diǎn),結(jié)合實(shí)際林業(yè)監(jiān)測工作做好林業(yè)遙感技術(shù)的應(yīng)用,提升林業(yè)監(jiān)測的質(zhì)量和水平,為實(shí)現(xiàn)林業(yè)事業(yè)又好又快發(fā)展服務(wù)。
1、遙感技術(shù)的概述
遙感技術(shù),英文簡稱RS(是Remote Sensing的縮寫),是一種通過非接觸性和非實(shí)地性的觀測和記錄目標(biāo)物,獲取目標(biāo)物體各種信息的一種技術(shù)。遙感技術(shù)在林業(yè)的應(yīng)用可以稱為林業(yè)遙感技術(shù),是指通過衛(wèi)星和飛機(jī)對林業(yè)資源進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)查,形成對林業(yè)資源實(shí)時(shí)地和動態(tài)地監(jiān)測,形成各種數(shù)據(jù)和信息,為林業(yè)決策和發(fā)展提供基礎(chǔ)上和實(shí)施上的參考。
2、林業(yè)遙感技術(shù)的特點(diǎn)
2.1 林業(yè)遙感技術(shù)具有高效性
林業(yè)資源的在我國分布區(qū)域遼闊,應(yīng)用林業(yè)遙感技術(shù)可以使國家有關(guān)部門在短時(shí)間里掌握大面積的林業(yè)資源狀況及變化情況。
2.2 林業(yè)遙感技術(shù)具有層次性
要想提高林業(yè)資源調(diào)查和監(jiān)測的精確程度和速度,就必須利用抽樣技術(shù),建立林業(yè)遙感技術(shù)不同高度的遙感平臺,獲得多層次遙感資料,在配合多階抽樣技術(shù)的前提下,有效提高林業(yè)資源調(diào)查和監(jiān)測的速度和精度。
2.3 林業(yè)遙感技術(shù)具有動態(tài)性
林業(yè)資源的具有再生性和周期性的特點(diǎn),決定了林業(yè)遙感技術(shù)必須保證林業(yè)資源信息監(jiān)控和調(diào)查的動態(tài)性,實(shí)現(xiàn)多時(shí)相遙感和動態(tài)遙感。
2.4 林業(yè)遙感技術(shù)具有基礎(chǔ)性
林業(yè)遙感技術(shù)得到的林業(yè)資源信息是定量的數(shù)據(jù),方便林業(yè)資源管理、調(diào)查和監(jiān)測,應(yīng)該重點(diǎn)做好林業(yè)用地面積和森林蓄積量的定量監(jiān)控工作,為林業(yè)資源調(diào)查和監(jiān)測做好基礎(chǔ)性工作。
2.5 林業(yè)遙感技術(shù)具有差異性
不同的傳感器和不同的介質(zhì),接受和記錄林業(yè)資源的屬性不盡相同,為了林業(yè)規(guī)劃的合理、林業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)、林業(yè)監(jiān)測的全面,必須提高林業(yè)遙感技術(shù)的差異性,將各種類型的信息接收和記錄下來,以利于科學(xué)分析和綜合利用。
3、遙感技術(shù)在林業(yè)監(jiān)測中的應(yīng)用要點(diǎn)
3.1 做好林業(yè)遙感技術(shù)在三個(gè)方面的應(yīng)用工作
首先,做好對林業(yè)資源遙感資料的成圖工作,林業(yè)資源的面積、土地類型的判定、制圖和調(diào)繪是林業(yè)資源遙感技術(shù)的基礎(chǔ)工作,也是其優(yōu)勢的主要方面,是林業(yè)監(jiān)測的根本性工作。其次,做好木材蓄積量的估計(jì)工作,針對各地實(shí)際情況,開展有代表性的估量試驗(yàn),為林業(yè)監(jiān)測工作提供詳盡的蓄積量信息。最后,做好林分調(diào)查因子的估計(jì)工作,加強(qiáng)林業(yè)遙感技術(shù)和傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)的相互配合,對各種因子做以詳細(xì)描述和準(zhǔn)確記錄。
3.2 做好林業(yè)遙感技術(shù)的信息共享工作
林業(yè)監(jiān)測離不開林業(yè)信息的共享,林業(yè)遙感技術(shù)的信息共享是林業(yè)信息合作的重要措施,據(jù)相關(guān)林業(yè)文件報(bào)告顯示,世界絕大多數(shù)國家已把遙感技術(shù)當(dāng)作林業(yè)資源調(diào)查信息的主要獲取手段。但各國調(diào)查方法差異很大,標(biāo)準(zhǔn)(如分類系統(tǒng))也不相同,這就使資料失去可比性,影響信息共享。我國已經(jīng)建立國家級的森林資源監(jiān)測體系和監(jiān)測項(xiàng)目,就是這方面很好的嘗試,在林業(yè)資源分類方法與監(jiān)測體系上與國際上進(jìn)行了協(xié)調(diào)。這方面的工作有力地促進(jìn)了各地林業(yè)信息和數(shù)據(jù)資源的共享,便于林業(yè)監(jiān)測工作的開展和深入。
3.3 做好林業(yè)遙感信息的信息融合工作
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步、社會的不斷發(fā)展,對林業(yè)遙感信息源的多形式應(yīng)用成為林業(yè)技術(shù)工作人員所面臨的重要問題,如何做好林業(yè)遙感信息的融合工作,使信息來源多樣化,信息加工多功能化,將不同系統(tǒng)和不同來源的信息融合成為一項(xiàng)值得關(guān)注的工作。隨著信息源的多樣化,人們總希望將各種信息源的優(yōu)點(diǎn)集中在一起,而不是簡單的疊加,這無疑是一項(xiàng)十分有意義的工作。目前,應(yīng)該做好林業(yè)遙感信息與地理信息系統(tǒng)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的融合工作,實(shí)現(xiàn)信息的無縫對接。
3.4 提高林業(yè)遙感數(shù)據(jù)的精度
林業(yè)應(yīng)用航天遙感數(shù)據(jù)的一個(gè)重大障礙是當(dāng)前運(yùn)行的衛(wèi)星傳感器的空間分辨率低,導(dǎo)致現(xiàn)有信息源不能滿足林業(yè)上的一些特殊要求,如樹種的區(qū)分。當(dāng)前信息源即使能區(qū)分樹種組,由于大量的混雜像元存在,致使分類精度一直很低。隨著高光譜技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,上述問題的解決有了可能。如樹種區(qū)分,森林結(jié)構(gòu)的表達(dá),郁閉度及其它林分因子的測定等。高光譜是一個(gè)新的思路,它將原來僅有6~7個(gè)波段的區(qū)間,細(xì)分為更多的波段(如從400～2450m分為192個(gè)波段),目的在于建立窄光譜段與地物的直接對應(yīng)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)空中對地物的直接鑒別,盡管仍會有混雜與干擾,但通過多維光譜空間信息的分析,也能將林業(yè)的相關(guān)問題適當(dāng)解決。
4、結(jié)語
綜上所述,在林業(yè)監(jiān)測工作中應(yīng)用林業(yè)遙感技術(shù)是時(shí)代對林業(yè)整體工作的一項(xiàng)要求,林業(yè)技術(shù)人員應(yīng)該明確林業(yè)遙感技術(shù)的概念,清楚林業(yè)遙感技術(shù)的特點(diǎn),找到確實(shí)有效掌握林業(yè)遙感技術(shù)提升林業(yè)監(jiān)測質(zhì)量的方法,為林業(yè)的發(fā)展服務(wù)。本文來自于實(shí)踐和基層,難免會出現(xiàn)水平和角度上的缺陷和漏洞,希望能夠?qū)ν衅鸬綊伌u引玉的作用,也希望同行能把文中的缺欠當(dāng)做新研究的開始,通過大家的共同努力,共同推進(jìn)林業(yè)監(jiān)測工作的深入,振興林業(yè)事業(yè)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：林業(yè)資源；調(diào)查；遙感影響；判讀技術(shù)；研究
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，空間遙感技術(shù)也隨之發(fā)展，極大地提高了林業(yè)資源的勘探技術(shù)。傳統(tǒng)的探測技術(shù)主要是以人工為主，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，遙感勘探技術(shù)改變了這一現(xiàn)狀，使林業(yè)資源勘探開始面向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展，和傳統(tǒng)的技術(shù)相比節(jié)省了許多的人力和物力資源，幫助整體規(guī)劃林業(yè)資源的發(fā)展。
1.遙感影像技術(shù)方法
1.1前期工作準(zhǔn)備
對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀之前，需要先整理數(shù)據(jù)，收集目標(biāo)區(qū)域的信息和資料，建立需要解譯的標(biāo)志，幫助后續(xù)工作的順利進(jìn)行。
1.1.1影像數(shù)據(jù)處理?？偟膩碚f，遙感情況具有視角寬廣、分辨率比較高、周期性、信息量比較大等特點(diǎn)。經(jīng)過數(shù)據(jù)的波段組合、正設(shè)矯正這些方式之后，就能夠?qū)⑿枰挠跋褡隹臻g匹配。
1.1.2收集相P資料信息。對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，在判讀數(shù)據(jù)前，還要調(diào)查區(qū)域的基本情況，為后期的判讀工作奠定基礎(chǔ)。調(diào)查內(nèi)容要包含影像區(qū)域各種信息，其中有氣候、產(chǎn)業(yè)、建筑、植物種類和地理特征等。經(jīng)過收集這些數(shù)據(jù)，能夠使我們更有針對性地判讀影像信息。
1.1.3解譯標(biāo)志建立。在這一部分，要了解一下影像信息的大小、布局、位置、陰影、形狀等，通過這些信息來初步建立解譯標(biāo)志：首先，把影像的圖幅作為單位，通常來說，每景要選擇15條覆蓋目標(biāo)區(qū)域地類，這些線路要有比較高的代表性、色調(diào)相對齊全。然后，把選擇線路的實(shí)地特征和影響特征做對比，互相比對參照時(shí)還要對不同區(qū)域影像一些因素進(jìn)行記錄，這些因素包含影像的紋理、幾何形狀、地理位置和色調(diào)等。最后，經(jīng)過室內(nèi)分析和野外勘察這些方式，確定目視判讀解譯標(biāo)志。
1.2判讀方法
1.2.1多種手段和方法相結(jié)合。在開始影像判讀工作時(shí)，不能使用單一的手段，多種手段和方法相結(jié)合才能進(jìn)一步提高解譯工作的精確度。
1.2.2開始工作時(shí)要先易后難。先判讀難度比較低的地物要，例如，居民點(diǎn)、公路等地方，對這些物體來說，它們的特征更加明顯，因此，和其它地物相比要更容易判讀。用截圖方式快速標(biāo)記居民點(diǎn)、公路等，標(biāo)記完再勾繪林地，耕地等。
1.2.3對同類的地物要經(jīng)常對比。這個(gè)過程，把需要解譯的影響同其它已掌握的樣片做比照，進(jìn)一步確定影像地物的具體類型，這個(gè)確定的過程可以說是完善和修正解譯標(biāo)志的過程。
1.2.4多種信息分析。在這一過程中，需要考慮遙感影像所具有的多種解譯特征，這個(gè)過程要參照不同地理要素的相互制約和依存關(guān)系來進(jìn)行。在生活常識和充分結(jié)合相關(guān)區(qū)域環(huán)境的基礎(chǔ)上，推斷地物的具體類型。難度相對來說較高的是林地類型，對這種圖像進(jìn)行判讀工作時(shí)，結(jié)合目標(biāo)環(huán)境中明顯的目標(biāo)物，例如，居民點(diǎn)、建筑物，山丘河流等。
遇到那些難以判讀的目標(biāo)時(shí)，例如，類似于空地顏色的地物，這是就先做記錄工作，然后后期利用野外驗(yàn)證方式確定這小部分類型。
1.3室外校核
初期的解譯工作完成后，就能考核和驗(yàn)證室外地物，充分結(jié)合室外樣地調(diào)查結(jié)果，確定正確的解釋標(biāo)志，之后校核其余部分，補(bǔ)測一些必要的實(shí)地區(qū)域，從而得到更精確的解譯結(jié)果。通常情況下，把鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為驗(yàn)證工作的基本單位，鄉(xiāng)鎮(zhèn)以村為單位，這時(shí)就可以把地類相對復(fù)雜的村當(dāng)做試地驗(yàn)證的對象，驗(yàn)證完成，再檢查1次，然后對判讀成果做進(jìn)一步的修改。
1.4總結(jié)成圖
上述工作做完后就完成了判讀工作，通過軟件技術(shù)對工作任務(wù)要求和特點(diǎn)做面積求算、綜合分析和數(shù)據(jù)匯總等，并開始制作專題圖，正式完成了林業(yè)資源的調(diào)查工作。
1.5精度評價(jià)
雖然林業(yè)資源的調(diào)查工作已經(jīng)完成，但還要再進(jìn)行檢查。在完成圖像后，還需要在建立圖幅的基礎(chǔ)上，隨機(jī)抽取5幅以上的圖幅做檢查。對于小班需要仔細(xì)檢查它們的屬性、精度以及區(qū)劃邊界，查看其正確率是否滿足我們的要求，才能不斷提高調(diào)查精度和細(xì)化程度。
1.1工作準(zhǔn)備
在實(shí)際對數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀之前，需要對相關(guān)數(shù)據(jù)做好處理工作，在對目標(biāo)區(qū)域信息、資料進(jìn)行收集的同時(shí)，對解譯標(biāo)志進(jìn)行建立，以此為后續(xù)判讀工作的開展做好準(zhǔn)備。
1.1.1影像數(shù)據(jù)處理。
對于遙感情況來說，其具有視角廣、多分辨率、周期性、信息量豐富等特點(diǎn)。其所具有的多光譜剝奪空間分辨力為10m，全色波段分辨率為2.5m。在對數(shù)據(jù)進(jìn)行波段組合、正設(shè)矯正等方式之后，則可以對相關(guān)影像進(jìn)行空間匹配。
1.1.2資料信息收集。
在做好影像前期處理后，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀前，則需要做好區(qū)域基本情況的調(diào)查，這也是對數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀的重要基礎(chǔ)工作。調(diào)查內(nèi)容方面，則具有影像區(qū)域的氣候、產(chǎn)業(yè)、建筑、項(xiàng)目、植被類型以及地理特征等。通過這部分?jǐn)?shù)據(jù)的收集，能夠幫助我們更有針對性地對影像信息進(jìn)行判讀。
1.1.3解譯標(biāo)志建立。
在該環(huán)節(jié)，則需對影像信息的大小、陰影、位置、布局、形狀以及圖案等進(jìn)行了解，并在此基礎(chǔ)上對解譯標(biāo)志進(jìn)行初步建立：首先，要以影像的圖幅以及景幅為單位，一般情況下，每景需選擇15條能夠?qū)δ繕?biāo)區(qū)域地類進(jìn)行覆蓋，且具有較高代表性、色調(diào)較齊全的線路；其次，將選擇的這部分線路實(shí)地特征同影響特征進(jìn)行參照比對，并在比對的同時(shí)對不同地區(qū)影像的紋理、幾何形狀、色調(diào)、地理位置以及地形地貌等因素進(jìn)行記錄，做好實(shí)況照片的拍攝；最后，要通過室內(nèi)分析以及野外勘察等方式的應(yīng)用，對目視判讀解譯標(biāo)志進(jìn)行建立。
1.2判讀方法
在判讀工作中，需要按照以下原則進(jìn)行：第一，以多種手段與方法相結(jié)合。在對影像開展判讀工作時(shí)，需要對google截圖以及區(qū)域地形圖進(jìn)行充分結(jié)合，以此對解譯工作的精度進(jìn)行提升。第二，要以先易后難的方式開展工作。首先，要對難度較低的地物進(jìn)行判讀，如居民點(diǎn)、水域以及公路等，對于這部分地物來說，其所具有的特征較為明顯，可以說所具有的判讀難度相對較低。通過截圖方式的應(yīng)用則能夠?qū)用顸c(diǎn)、水域以及公路進(jìn)行較快標(biāo)記，之后再對林地以及耕地等進(jìn)行勾繪。第三，同類地物間勤對比。在對比過程中，將需要解譯的影響同其余已經(jīng)掌握的樣片進(jìn)行比照，以此對影像地物的具體類型進(jìn)行確定，而這也是我們對解譯標(biāo)志進(jìn)行完善與修正的一個(gè)過程。第四，多種信息分析。在該環(huán)節(jié)中，則需根據(jù)不同地理要素的相互制約以及依存的關(guān)系對遙感影像所具有的多種解譯特征進(jìn)行考慮，并在對生活常識以及對相關(guān)區(qū)域環(huán)境情況進(jìn)行充分結(jié)合的基礎(chǔ)上，對地物的具體類型進(jìn)行推斷。其中，林地類型判讀是解譯工作中難度較高的一項(xiàng)工作，在對此類圖像進(jìn)行判讀時(shí)，則需同目標(biāo)環(huán)境的居民點(diǎn)、建筑物以及河流、山丘等較為明顯的目標(biāo)物進(jìn)行結(jié)合，以此更為準(zhǔn)確地完成不同林木類型的判讀。而對于較難判讀的目標(biāo)，如同空地顏色較為相似的地物來說，則可以先進(jìn)行記錄，之后再通過野外驗(yàn)證方式的應(yīng)用對小班類型進(jìn)行確定。
1.3室外校核
在初步解譯工作完成之后，則可以對室外地物進(jìn)行校核與驗(yàn)證，并在對室外樣地調(diào)查結(jié)果進(jìn)行充分結(jié)合的基礎(chǔ)上，對正確的解釋標(biāo)志進(jìn)行建立，之后再對其余部分進(jìn)行校核，在對必要實(shí)地區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)測的同時(shí)，獲得更為精確的解譯結(jié)果。一般情況下，可以將驗(yàn)證工作以鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為單位，而每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)又以村作為單位，選擇地類較為復(fù)雜的村作為重點(diǎn)實(shí)地驗(yàn)證對象，每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)驗(yàn)證的村的數(shù)量平均為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)所轄村總數(shù)的一半，并在實(shí)地驗(yàn)證工作完成之后，再一次對判讀成果進(jìn)行進(jìn)一步的修改與檢查。
1.4總結(jié)成圖
在上述工作完成、判讀工作完成之后，則可以通過GIS軟件技術(shù)的應(yīng)用根據(jù)工作任務(wù)要求以及特點(diǎn)進(jìn)行面積求算、綜合分析、拓?fù)錂z查以及數(shù)據(jù)匯總等工作，并對專題圖進(jìn)行制作，正式完成林業(yè)資源的調(diào)查工作。
1.5精度評價(jià)
在圖像制作完成之后，則需要在建立圖幅的基礎(chǔ)上，抽取5幅以上對圖幅進(jìn)行檢查，而對于小班，則需要對其屬性、精度以及區(qū)劃邊界進(jìn)行檢查，看其正確率是否能夠滿足檢查要求，以此更好地對調(diào)查精度以及細(xì)化程度進(jìn)行提升。
2結(jié)語
劉振波1，張麗麗1，葛云健1，顧祝軍2
（1.南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京信息工程大學(xué)地理與遙感學(xué)院，
南京 210044；2.南京曉莊學(xué)院生物化工與環(huán)境工程學(xué)院）
摘要：以中國東北大興安嶺加格達(dá)奇林區(qū)為研究區(qū)，基于環(huán)境（HJ）衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)提取森林植被指數(shù)，結(jié)合實(shí)測樣點(diǎn)葉面積指數(shù)（leaf area index， LAI）數(shù)據(jù)構(gòu)建研究區(qū)LAI遙感反演模型，獲取研究區(qū)森林LAI。在此基礎(chǔ)上，利用研究區(qū)LAI影像對LAI遙感產(chǎn)品GLOBCARBON LAI和MODIS LAI數(shù)據(jù)進(jìn)行精度驗(yàn)證。研究結(jié)果表明：研究區(qū)LAI遙感反演模型中，基于比值植被指數(shù)（SR）的線性回歸模型精度最高，模型R2為0.606（RMSE=0.251 6），相對誤差19.89%；在研究區(qū)，GLOBCARBON LAI數(shù)據(jù)均值高于反演值，而MODIS LAI均值則相對較低，兩者相對誤差分別為12.2%和11.8%；通過對不同LAI值域的對比分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)兩種遙感LAI產(chǎn)品的最大誤差均在LAI的低值區(qū)。
關(guān)鍵詞 ：葉面積指數(shù)；遙感反演；森林；HJ衛(wèi)星；驗(yàn)證
Retrieval and validation of forest leaf area index based on HJ satellite data： taking Jiagadaqi District as a case study
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LIU Zhenbo，ZHANG Lili，GE Yunjian，GU Zhujun
Abstract：In this study， forest leaf area index （LAI） was mapped using LAI retrieved model based on remote sensing forest vegetation indexes from HJ satellite data and situ LAI measurements data in Jiagedaqi Distract， northeastern China. GLOBCARBON LAI and MODIS LAI products data were then validated using the retrieved LAI from HJ satellite. Results showed that the accuracy of LAI retrieved model based Simple Ratio （SR） was the highest with an R?square of 0.606 and RMSE of 0.251 6. The relative error of retrieved LAI was 19.89% compared with measurement LAI data. In study area， the average value of GLOBCARBON LAI product was overestimated by 12.2% and the average value of MODIS LAI product was unde?restimated by 11.8%. Furthermore， the errors in low values under 1.5 of the two LAI products were the largest according to comparison analysis of different value ranges of LAI.
Key words：leaf area index（LAI）； retrieval； forest； HJ satellite； validation
First author’s address： Key Laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of Education， Nanjing University of Information science and Technology， Nanjing 210044， China
收稿日期：2015-01-15
修回日期：2015-04-15
基金項(xiàng)目：江蘇省基礎(chǔ)研究計(jì)劃（自然科學(xué)基金）項(xiàng)目（BK20130992，BK20131078）；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目（PAPD）。
作者簡介：劉振波（1978-），男，副教授，主要研究方向?yàn)橘Y源環(huán)境遙感。E?mail： ZBLiu@nuist.edu.cn
葉面積指數(shù)（leaf area index，LAI）定義為單位地表面積上綠葉總面積的一半［1］，作為表征植被結(jié)構(gòu)的重要因子，LAI已成為陸面過程、水文和生態(tài)等模型的重要輸入?yún)?shù)之一［2］。近年來，通過衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)生產(chǎn)全球及區(qū)域LAI產(chǎn)品已成為LAI主要獲取手段，如基于AVHRR、VEGETATION、MODIS、MISR等傳感器數(shù)據(jù)的全球LAI 產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于全球變化研究中［3-4］。
不同遙感數(shù)據(jù)源及反演算法的差異導(dǎo)致各遙感LAI產(chǎn)品精度不同，因此在應(yīng)用遙感LAI產(chǎn)品時(shí)，對LAI產(chǎn)品的精度評價(jià)顯得尤為重要。針對遙感LAI產(chǎn)品精度評價(jià)，國內(nèi)外學(xué)者在不同區(qū)域已有較多研究，結(jié)論不盡相同［5-6］。Pisek等［7］針對北美地區(qū)MODIS LAI產(chǎn)品進(jìn)行了驗(yàn)證研究，結(jié)果表明MODIS/LAI產(chǎn)品相對絕對誤差中值變化范圍為34%～88%，且當(dāng)LAI處于高值區(qū)時(shí)，產(chǎn)品值的波動較大。Cohen等［8］驗(yàn)證了北美4種不同植被覆蓋區(qū)域（ 農(nóng)田、草原、針葉林、混交林） 的MODIS LAI舊版算法（Collection 3）與新版算法（Collection 4），發(fā)現(xiàn)新版算法在農(nóng)田和草原植被區(qū)域精度有較大改善，但在森林區(qū)域仍存在高估現(xiàn)象［8］。Abuelgasim等［9］驗(yàn)證了MODIS LAI、SPOT4/ VGT LAI與POLDER-1 LAI 3種產(chǎn)品在加拿大森林區(qū)域精度，結(jié)果顯示VGT LAI產(chǎn)品與實(shí)測結(jié)果更為接近，另兩種LAI產(chǎn)品精度較低。Fang等［10-11］對MODIS LAI（C4、C5）與CYCLOPES V3.1 LAI產(chǎn)品精度進(jìn)行了綜合分析，研究結(jié)果顯示LAI的精度為±1.0，不能滿足全球氣候觀測系統(tǒng)GCOS的應(yīng)用需求（±0.5以內(nèi)）。孫晨曦等［12］、王圓圓等［13］基于實(shí)測LAI數(shù)據(jù)分別對錫林浩特草原地區(qū)GLASS LAI、MODIS LAI進(jìn)行了精度驗(yàn)證，結(jié)果顯示兩種LAI產(chǎn)品均存在一定程度的高估，GLASS LAI數(shù)據(jù)在研究區(qū)的精度與一致性要優(yōu)于MODIS LAI。
綜合已有研究可以發(fā)現(xiàn)，由于遙感數(shù)據(jù)源及反演算法的差異以及不同研究區(qū)地表植被覆蓋類型的不同，現(xiàn)有遙感LAI數(shù)據(jù)產(chǎn)品在不同區(qū)域的反演精度存在較大差異。本研究針對中國森林覆蓋區(qū)域，選取中國東北大興安嶺加格達(dá)奇林區(qū)為研究區(qū)，在地表森林LAI實(shí)地測量的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)首先實(shí)現(xiàn)較高空間分辨率環(huán)境（HJ）衛(wèi)星的LAI制圖，進(jìn)而利用HJ衛(wèi)星反演的LAI通過尺度轉(zhuǎn)換分別對MODIS LAI產(chǎn)品與GLOBCARBON LAI產(chǎn)品進(jìn)行精度分析。
1數(shù)據(jù)及處理
1.1研究區(qū)概況
本研究選取中國東北大興安嶺加格達(dá)奇地區(qū)為研究區(qū)（圖1）。研究區(qū)位于境內(nèi)，大興安嶺山脈的東南坡，面積1 587km2，氣候?qū)俸疁貛Т箨懶詺夂?，區(qū)內(nèi)森林廣袤，為中國北方典型的寒溫帶林區(qū)，主要分布有興安落葉林、白樺、樟子松、山楊、黑樺、云杉等樹種。
1.2研究數(shù)據(jù)
1.2.1環(huán)境衛(wèi)星影像及預(yù)處理
本研究首先采用環(huán)境衛(wèi)星（HJ-1）數(shù)據(jù)作為較高分辨率遙感數(shù)據(jù)反演研究區(qū)LAI，數(shù)據(jù)由中國衛(wèi)星資源中心（http：∥secmep.cn）下載，影像獲取時(shí)間為2012年8月30日，數(shù)據(jù)均為L2 數(shù)據(jù)，經(jīng)過系統(tǒng)輻射糾正和幾何校正，需要進(jìn)一步進(jìn)行大氣校正與幾何精校正。
本研究數(shù)據(jù)大氣校正采用6S模型進(jìn)行影像的大氣校正，根據(jù)研究區(qū)地理位置輸入6S模型相關(guān)參數(shù)，模擬獲得大氣校正參數(shù)。幾何精校正通過地面控制點(diǎn)進(jìn)行，控制點(diǎn)選取在研究區(qū)內(nèi)路口、橋梁、標(biāo)志地物等影像上易于識別的點(diǎn)，利用gps實(shí)測其經(jīng)緯度完成對影像的精校正，糾正誤差控制在0.5個(gè)像元以內(nèi)。
1.2.2遙感LAI產(chǎn)品數(shù)據(jù)
本研究分別對研究區(qū)MODIS LAI產(chǎn)品數(shù)據(jù)與GLOBCARBON LAI產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行精度驗(yàn)證，數(shù)據(jù)時(shí)相分別為2012年8月8—15日時(shí)段的MODIS LAI數(shù)據(jù)與2012年8月的GLOBCARBON LAI產(chǎn)品數(shù)據(jù)，其中MODIS LAI數(shù)據(jù)為MODIS標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品MOD15A2數(shù)據(jù)。該LAI產(chǎn)品數(shù)據(jù)為NASA基于TERRA-AQUA/MODIS數(shù)據(jù)生成的全球2000年以來的葉面積指數(shù)產(chǎn)品，每8天合成1景，空間分辨率為1 km。MOD15數(shù)據(jù)主算法將全球植被劃分為8種生態(tài)群系類型，針對不同的生物群系類型，分別采用三維輻射傳輸模型生成查找表，以MOD09 1-7陸地波段的方向地表反射率為輸入反演獲取像元LAI；當(dāng)光譜數(shù)據(jù)在預(yù)期范圍之外時(shí)，采用基于植被類型的NDVI-LAI備用算法，產(chǎn)品為真實(shí)葉面積指數(shù)。
GLOBCARBON LAI數(shù)據(jù)為基于SPOT/VEGETATION數(shù)據(jù)生成的全球1999年后的LAI產(chǎn)品，該產(chǎn)品為30 d合成數(shù)據(jù)，空間分辨率1 km。GLOBCARBON LAI利用VEGEETATION地表反射率計(jì)算植被指數(shù)SR（Simple Ratio）和RSR（Reduced Simple Ritio），在地表森林與非森林區(qū)域分別建立RSR-LAI與SR-LAI關(guān)系生成葉面積指數(shù)，算法考慮植被的集聚效應(yīng)，將生成的有效葉面積指數(shù)轉(zhuǎn)換為真實(shí)葉面積指數(shù)。
1.2.3地面實(shí)測數(shù)據(jù)
本研究野外觀測數(shù)據(jù)獲取時(shí)間為2012年8月12—16日。觀測時(shí)選取森林密度相對均一區(qū)域標(biāo)定30 m×30 m的樣區(qū)進(jìn)行測量，樣點(diǎn)LAI測量采用配備雙光學(xué)感應(yīng)傳感器的植物冠層分析儀LAI-2200 （LI-COR，USA），于測量樣區(qū)對角線上大致均勻選取5個(gè)測量點(diǎn)測量其森林冠層LAI。測量時(shí)一個(gè)傳感器分別在地表灌叢以下隨機(jī)測量4個(gè)B值，另一傳感器則放置于林地外開闊地上同步測量A值，最后取5個(gè)測量點(diǎn)的LAI均值作為該樣區(qū)森林冠層有效LAI。集聚指數(shù)測量利用冠層分析儀TRAC（Tracing Radiation and Architecture of Canopies），在樣區(qū)內(nèi)隨機(jī)取4條直線線路，4條線路均與太陽入射光方向垂直，分別得到4組樣區(qū)冠層集聚指數(shù)，取均值作為該樣區(qū)森林冠層集聚指數(shù)。最后，根據(jù)樣點(diǎn)有效LAI結(jié)合同步測量的集聚指數(shù)計(jì)算得到樣點(diǎn)森林真實(shí)葉面積指數(shù)（LAI=LAIe /Ω），共獲取33個(gè)采樣點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)。
1.3研究方法
本研究首先基于研究區(qū)較高空間分辨率HJ-1影像提取研究區(qū)測量樣點(diǎn)植被指數(shù)，并結(jié)合同步測量樣點(diǎn)LAI數(shù)據(jù)，建立研究區(qū)HJ-1影像森林LAI反演模型。其中植被指數(shù)選取NDVI［14］、SR［15］、SAVI［16］、EVI［17］、DVI［18］5種常用的植被指數(shù)。在此基礎(chǔ)上，以HJ-1 LAI作為真值，對HJ-1LAI像元重采樣到與MODIS LAI和GLOBCARBON LAI一致的空間分辨率，對該兩種LAI產(chǎn)品進(jìn)行精度驗(yàn)證。
2結(jié)果與分析
2.1研究區(qū)HJ-1影像LAI反演
根據(jù)預(yù)處理后的HJ-1影像，分別提取研究區(qū)各測量樣點(diǎn)5種植被指數(shù)。根據(jù)已有研究［15，19］，回歸模型分別選用線性、指數(shù)與對數(shù)3種回歸模型。結(jié)合同步測量的樣點(diǎn)LAI數(shù)據(jù)建立各植被指數(shù)與LAI回歸模型（表1），其中隨機(jī)選取22個(gè)LAI測量值用于建模，其余11個(gè)樣點(diǎn)用于模型驗(yàn)證。由表1可見，各回歸模型均具有較高的相關(guān)性，均通過了0.05的置信檢驗(yàn)。各植被指數(shù)的3種回歸模型精度基本相差不大，線性回歸模型相對精度較高，5種植被指數(shù)回歸模型的平均復(fù)相關(guān)系數(shù)R2為0.485 6，其次為指數(shù)模型與對數(shù)模型，R2分別為0.462和0.461 8。綜合5種植被的模型回歸精度，最低的為垂直植被指數(shù)（DVI）平均復(fù)相關(guān)系數(shù)R2僅為0.365 3，比值植被指數(shù)（SR）模型反演精度最高，3種回歸模型的平均復(fù)相關(guān)系數(shù)R2達(dá)到0.586。
綜合所有模型，基于SR的線性回歸模型精度最高，R2達(dá)到0.606（RMSE=0.251 6），模型反演LAI相對誤差19.89%。本研究根據(jù)此回歸模型反演得到研究區(qū)LAI圖（HJ-30 m LAI）（圖2a）。由圖2可見，研究區(qū)LAI東南部整體LAI值較高，部分區(qū)域其值高于5.0，均值為2.27，整體上沿山脈走勢呈東南高西北低的趨勢。
2.2研究區(qū)不同LAI統(tǒng)計(jì)分析
根據(jù)CEOS（Committee Earth Observing Satellites）全球中等分辨率LAI產(chǎn)品驗(yàn)證框架［20］，本研究將HJ衛(wèi)星反演的30 m空間分辨率LAI數(shù)據(jù)重采樣為1 km分辨率數(shù)據(jù)（HJ-1 km LAI）（圖2b），以便與MODIS LAI和GLOBCARBON LAI數(shù)據(jù)進(jìn)行空間匹配并驗(yàn)證（圖2c和2d）。由圖2可見，研究區(qū)重采樣后的HJ-1 km LAI影像細(xì)節(jié)表現(xiàn)仍高于MODIS LAI與GLOBCABON LAI數(shù)據(jù)。此外，研究區(qū)3種影像LAI空間分布格局基本一致，但GLOBCARBON LAI產(chǎn)品數(shù)據(jù)LAI值整體上高于其他兩種數(shù)據(jù)。
進(jìn)一步對研究區(qū)3種LAI影像數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表2）發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)3種LAI數(shù)據(jù)在植被區(qū)域LAI值域范圍最大的為GLOBCARBON LAI數(shù)據(jù)，其值在0.93～4.91；HJ-1 km LAI數(shù)據(jù)與MODIS LAI數(shù)據(jù)值域基本相同；GLOBCARBON LAI均值最高，其值比HJ-1 kmLAI高0.29，相對誤差為12.2%；而MODIS LAI數(shù)據(jù)均值比HJ-1 km LAI均值則低0.28，相對誤差為11.8%。兩種遙感LAI數(shù)據(jù)產(chǎn)品在研究區(qū)LAI均值誤差均在12%左右，但GLOBCARBON LAI存在高估現(xiàn)象，而MODIS LAI數(shù)據(jù)則明顯低估。
2.3研究區(qū)不同區(qū)間LAI值驗(yàn)證
利用研究區(qū)HJ-1 km LAI影像分別與MODIS LAI影像、GLOBCARBON LAI影像相同像素點(diǎn)上LAI作散點(diǎn)圖（圖3），可以發(fā)現(xiàn)3種LAI數(shù)據(jù)均具有較高的相關(guān)性，復(fù)相關(guān)系數(shù)R2分別達(dá)到0.68和0.72。進(jìn)一步按低值、中值、高值區(qū)3個(gè)LAI區(qū)間分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表3），可見研究區(qū)森林LAI在不同值域范圍內(nèi)精度不同，整體上GLOBCARBON LAI與MODIS LAI兩種數(shù)據(jù)產(chǎn)品均隨著LAI值的升高其精度也隨著提高，在LAI低于1.5的低值區(qū)兩種LAI遙感產(chǎn)品精度均表現(xiàn)最差，其與HJ-1 km LAI的相對誤差分別為+33.7%、-37.0%，而在［1.5， 3.0］值域區(qū)間內(nèi)相對誤差與整個(gè)值域內(nèi)的LAI相對誤差相似。
3結(jié)論
本研究基于野外樣點(diǎn)實(shí)測LAI數(shù)據(jù)，首先建立研究區(qū)較高空間分辨率環(huán)境（HJ）衛(wèi)星反演LAI模型，在此基礎(chǔ)上通過像元空間聚合對遙感LAI產(chǎn)品數(shù)據(jù)MODIS LAI和GLOBCARBON LAI進(jìn)行精度檢驗(yàn)。研究結(jié)果表明：
1）研究區(qū)HJ衛(wèi)星LAI反演模型中，基于比值植被指數(shù)（SR）的線性回歸模型反演模型精度最高，模型反演的相對誤差為19.89%；
2）對遙感LAI產(chǎn)品數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)結(jié)果表明，研究區(qū)MODIS LAI均值整體偏低，而GLOBCARBON LAI均值則整體偏高，兩者與反演值的相對誤差都在12%左右；
3）進(jìn)一步通過不同區(qū)間值LAI的對比可見，研究區(qū)該兩種遙感LAI產(chǎn)品在小于1.5的低值區(qū)部分誤差最大，均值相對誤差達(dá)到+33.7%和-37%，在高值區(qū)則精度均最高。
全球遙感LAI產(chǎn)品數(shù)據(jù)已在全球變化與碳循環(huán)研究以及植被定量監(jiān)測等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其產(chǎn)品精度直接關(guān)系到研究結(jié)果的可信度。通過本研究對最常用的兩種LAI遙感產(chǎn)品的精度驗(yàn)證及與已有研究可以發(fā)現(xiàn)，不同遙感LAI產(chǎn)品及不同下墊面狀況下精度均表現(xiàn)各異，在應(yīng)用各遙感LAI產(chǎn)品時(shí)應(yīng)預(yù)先估計(jì)由此可能帶來的不確定性。
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Outcome research of Shuxuening injection different dosage
impact on patient′s liver function
YANG Wei1， LI Lin2 ， XIE Yan-ming1*， YANG Wei2， ZHUANG Yan3
（1. Institute of Basic Research in Clinical Medicine， China Academy of Chinese Medical Sciences，
Beijing 100700， China； 2. School of Statistics， Renmin University of China， Beijing 100872， China；
3.The PLA Navy General Hospital， Beijing 100048， China）
[Abstract] The safety of parenterally administered Chinese medicine has caught the attention of clinicians， patients and drug administration departments. However， there are few studies that have assessed liver function damage from these medications. This study retrospectively analyzed hospital information system （HIS） data， from 20 nationwide general hospitals， of patients who were treated with parenterally administered Shuxuening. Patients that were given doses of 21-50 mL， which is above the recommended dose， acted as the observation group. Those receiving the recommended dose of
關(guān)鍵詞：林業(yè)資源；遙感信息；尺度問題；研究
中圖分類號：S750 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170133177
林業(yè)體系的良好運(yùn)作，需要遙感技術(shù)的參與。遙感技術(shù)在林業(yè)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，主要是依據(jù)自身的信息獲取手段，對不同的林業(yè)分布情況和林業(yè)種植情況等進(jìn)行監(jiān)測，總結(jié)出相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，促進(jìn)林業(yè)的發(fā)展。但是當(dāng)下林業(yè)的遙感技術(shù)應(yīng)用活動中，信息的尺度問題成為制約其發(fā)展的重要因素。因此要對林業(yè)資源的遙感信息尺度問題進(jìn)行深入研究。
1 林業(yè)資源遙感技術(shù)的信息尺度的意義
林業(yè)體系中，遙感技術(shù)是被人們經(jīng)常提起和利用的信息提取手段，解決了當(dāng)下林業(yè)領(lǐng)域的許多發(fā)展難題。隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，人們對于遙感技術(shù)的資源和信息掌握更加詳細(xì)，對于遙感運(yùn)作活動中的信息和數(shù)據(jù)的有效截取提出更高要求，來保證林業(yè)體系發(fā)展的現(xiàn)象和特點(diǎn)及時(shí)掌握。不一樣的林業(yè)產(chǎn)業(yè)，對于信息和數(shù)據(jù)的截取具有不同的特點(diǎn)，進(jìn)而需要不同的尺度來衡量。我國科學(xué)專研人員，對于遙感技術(shù)的信息提取尺度進(jìn)行過深入研究。研究結(jié)果告訴我們，對于不同的林業(yè)體系，對于遙感技術(shù)的應(yīng)用，林業(yè)信息的提取，會隨著遙感技術(shù)的不同尺度而展現(xiàn)不同的結(jié)果，也影響遙感信息的準(zhǔn)確度，影響整個(gè)立業(yè)產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)和空間的變化。例如，在相關(guān)的林業(yè)市場調(diào)研活動中顯示，對于遙感技術(shù)的不同判定依據(jù)，所獲得信息的準(zhǔn)確度也大不相同。與此同時(shí)，遙感技術(shù)的信息的準(zhǔn)確度直接影響信息的真實(shí)性。
2 遙感技術(shù)的信息尺度問題研究和分析
2.1 不同^域的方差
利用不同區(qū)域的方差進(jìn)行運(yùn)算，利于找到最恰當(dāng)?shù)倪b感數(shù)據(jù)和有效資源。首先要依據(jù)不同的辨別度，進(jìn)行方差的計(jì)算，給出其構(gòu)圖的不同區(qū)域的方差，給出其平均的計(jì)算結(jié)果，進(jìn)而求出不同區(qū)域的方差平均結(jié)果。最后把不同的方差數(shù)值和不同區(qū)域的空間辨別數(shù)值進(jìn)行對比，找出其主要規(guī)律。不同區(qū)域的方差在辨別能力最強(qiáng)時(shí)，其空間的甄別能力也為極強(qiáng)。對于遙感構(gòu)圖的展示，主要是形成四處分布而且不相交的體系結(jié)構(gòu)，這也是遙感技術(shù)對于不同區(qū)域的方差的辨別的主要展示方式。
2.2 變化性的函數(shù)體系
對于區(qū)域的異質(zhì)特點(diǎn)的分析，主要是利用變化性的函數(shù)來觀察。這一運(yùn)作體系，主要包含了不同變化因素的區(qū)域依賴性。在進(jìn)行這一活動時(shí)，對于遙感技術(shù)的尺度的合理化運(yùn)用，要依據(jù)不同的變化性函數(shù)的分布圖形，進(jìn)行數(shù)值的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而求出最合理的辨別率。先利用較小的辨別構(gòu)件圖，進(jìn)行函數(shù)變化性的實(shí)驗(yàn)活動，總結(jié)其數(shù)值的變化規(guī)律，進(jìn)而求出數(shù)值的變化函數(shù)。在求出變化函數(shù)后，依據(jù)變化函數(shù)的理論，把其數(shù)值規(guī)律進(jìn)行聯(lián)系，利用科學(xué)化的運(yùn)作方式進(jìn)行處理。點(diǎn)的變化函數(shù)可以利用實(shí)驗(yàn)的變化性函數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而從不同的函數(shù)變化數(shù)值中，得出函數(shù)的變化總數(shù)值。
2.3 尺度的變化
遙感技術(shù)的信息的種類具有多樣性的特點(diǎn)，進(jìn)而對于不同尺度的變化，都具有相應(yīng)的遙感尺度的產(chǎn)生。對于不同的遙感尺度的產(chǎn)生，其不同類型具有多樣化的體現(xiàn)。進(jìn)而對于遙感技術(shù)尺度的變化，也要依據(jù)不同的空間變化，建立合理化的運(yùn)作體系和手段。多樣化的遙感尺度可以進(jìn)行信息的交流和資源的整合，這主要是依據(jù)于遙感技術(shù)的關(guān)聯(lián)性這一客觀事實(shí)。但是從另一方面來看，對于不同尺度的不同運(yùn)作環(huán)節(jié)，沒有關(guān)聯(lián)性。對于遙感技術(shù)的數(shù)據(jù)資源的尺度變化活動，可以依據(jù)不同的方式進(jìn)行運(yùn)作。包括對不同區(qū)域的尺度進(jìn)行平均數(shù)的計(jì)算，運(yùn)用比鄰的方法等遙感尺度的管理方法，進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)和資源的增大活動。分形定理也是遙感運(yùn)作體系中的重要手段。分形定理具有穩(wěn)定性和一致性的特點(diǎn)。在林業(yè)產(chǎn)業(yè)的遙感技術(shù)運(yùn)作活動中，林業(yè)的構(gòu)建環(huán)境具有分散性的特點(diǎn)，在對其不同的區(qū)域構(gòu)建圖進(jìn)行研究和分析的基礎(chǔ)上，利用分形定理可以極大的促進(jìn)遙感技術(shù)在林業(yè)的發(fā)展，增加其實(shí)際應(yīng)用性。建立林業(yè)的運(yùn)作機(jī)理的遙感尺度變化體系，主要是依據(jù)不同的變化模型的基礎(chǔ)上，對林業(yè)的變化數(shù)值進(jìn)行觀察。林業(yè)機(jī)理這一運(yùn)作方式，具有較高的準(zhǔn)確性和物理意義。
3 結(jié)論
由上文的闡述可以看出，對于林業(yè)的遙感尺度的分析和研究顯示，對于林業(yè)數(shù)據(jù)和信息的定量截取，對于遙感技術(shù)的尺度分析活動，具有重要影響，利于促進(jìn)遙感技術(shù)在林業(yè)的廣泛應(yīng)用。但是當(dāng)下的遙感技術(shù)在林業(yè)的運(yùn)作活動中，其自身的信息的提取尺度問題具有發(fā)展局限性，進(jìn)而要基于當(dāng)下的林業(yè)發(fā)展實(shí)際情況，和遙感技術(shù)的自身發(fā)展弊端，進(jìn)行遙感技術(shù)的合理化創(chuàng)新活動，增加遙感技術(shù)的信息提取合理化，增加遙感技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用性。
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