基于_3S_技术建立退耕还林监测系统的研究

第24卷第5期西 南 农 业 大 学 学 报Vol.24,No.5 2002年10月Journal of Southwest Agricultural University Oct.2002文章编号:1000-2642(2002)05-0474-02

基于 3S技术建立退耕还林监测系统的研究!

杨永崇

(西安科技学院测量工程系,陕西西安710054)

摘要:基于 3S技术建立退耕还林监测系统,可实现对退耕还林面积和效果的时实监测。它借助遥感的多传感器、多时相的特点,利用同一地区退耕还林前和退耕还林后不同时相的遥感数据,通过绝对配准和图像差值增强获得时间比值图像(即变化信息),然后用GIS中的空间分析技术定期获得该地区已经退耕还林的面积,同时对退耕还林的效果做出评价。用GIS的管理功能将每一期的分析成果管理起来可用于决策和相关部门的查询。

关 键 词:遥感图像;时相;绝对配准;差值增强;叠加分析

中图分类号: P208 文献标识码:A

ESTABLISHMENT OF A MONI TORING SYS TEM FOR RETURNING FAR MLAND

TO FORESTS BASED ON 3S TECHNOLOGY

YANG Yong-chong

(Xi∀an Technical University,Xi∀an Shaanxi710054,China)

Abstract:A monitoring system for returning farmland to forests based on the 3S technology can realize a real-time moni tori ng over the acreage and results of returning farmland to forests.Making use of the characteristics of multi-sensor and multi-tense of remote sensing and the remote sensing data of different tenses before and after the returning farmland to forests drive,it can regularly yield the data of the acreage of non-farming land and correctly evaluate the results of the ing the management function of GIS,i t can storage and manage the analysis data of each peri od and sub mit them the decision-making authorities for reference.

Key words:remote sensing image;tense;absolute configuration;discrimi natively strengthening;superposition analysis

退耕还林是一项范围广、时间长、集农业技术、林业技术、生态技术和信息技术等于一身的综合性系统工程,退耕还林前做好退耕还林区域的调查工作是制订退耕还林政策的重要依据,退耕还林期间做好退耕还林面积和效果的监测是监督退耕还林政策落实情况和调整退耕还林政策的重要依据。为了做好退耕还林面积和效果的监测,本文提出了基于 3S技术建立退耕还林监测系统(Withdra wing Cultivation And Re turning Forest Monitor Syste m,简称WRMS)的想法。

1 WRMS的基本思想

3S技术是指遥感(Remote Sensing,简称RS)、地理信息系统(Geographic Infor mation System,简称GIS)和全球定位系统(Global Positioning System,简称GPS)。它是一种集地理信息采集、处理、管理、分析和决策于一体的高新技术,已广泛应用于森林、植被和耕地等资源调查的工作。

W RMS的基本思想:考虑到退耕还林前退耕还林区域都是在种植农作物的,退耕还林后没有农作物的区域就应该是退耕还林的区域;通过比较同一地区这两个时期的遥感图像,就可确定该地区退耕还林的区域和面积;同样通过比较同一地区退耕还林后各时期的遥感图像就可获得该地区退耕还林的效果。因此借助遥感的多传感器、多时相的特点,利用同一地区

!收稿日期:2002-04-12

基金项目:陕西省教育厅专项科研计划项目(01J K235)

作者简介:杨永崇(1966-),男,甘肃皋兰人,西安科技学院讲师,硕士,从事GIS方面的教学和研究。

退耕还林前和退耕还林后不同时相的遥感数据,通过绝对配准和图像差值增强获得时间比值图像(即变化信息),然后用GIS 中的空间分析技术定期获得该地区已经退耕还林的面积,同时对退耕还林的效果做出评价,用GIS 的管理功能将每一期的分析成果管理起来以备决策和相关部门查询,从而实现对该地区退耕还林面积和效果的时实监测。其基本功能和工作流程见图1

。

2 WRMS 的主要技术

2.1 遥感数据的时相选择

正确地选择遥感数据的时相是从遥感数据中获取最佳信息的前提,在WRMS 中为了获得退耕还林期的面积和效果,需要以下3种时相的遥感数据:

退耕还林前某一时期夏季时相的遥感数据(以SRD 代表):通过比较它和退耕还林后夏季时相的遥感图像上的农作物的种植范围来获取退耕还林区域和面积,应该选择农作物生长茂盛且在遥感图像上有明显反映的时相。

退耕还林前某一时期冬季时相的遥感数据(以WRD 代表):通过比较它和退耕还林后夏季时相的遥感图像上退耕还林区域内的变化来评估退耕还林效果,应该选择退耕还林区域内荒凉(即与退耕还林后形成较大反差的景象)且在遥感图像上有明显反映的时相。

退耕还林后各个时期夏季时相的遥感数据(以SRD[i]代表):是获得这一时期退耕还林区域内变化的关键数据,应该选择林木生长茂盛且在遥感图像上有明显反映的时相。

2.2 遥感图像的绝对配准

绝对配准是通过几何精校正将不同时相的遥感图像纳入同一地图坐标系统,通常都采用1#50000比例尺地形图进行多项式纠正,由于受地物点测绘误差、地形图上刺点误差、图解误差及遥感图像上对点误差的影响,从理论上分析几何精校正很难达到1个像元以内的精度要求。为了防止因配准精度不高、像元错位而造成 伪变化 信息,配准误差应小于半个像元[1]。

利用手持式GPS 接受机测定一定数量的校正点及地面调查样地中心的坐标,可保证差值增强和叠加分析对应遥感信息的有效提取,提高估测精度。2.3 遥感图像的差值增强

为了从遥感数据中提取出最主要的信息,就要把各种干扰噪声彻底分离出来,须对遥感数据进行MNF(Minimum Noise Fraction Rotation)变换,首先以噪声成分的协方差矩阵为基础,对图像数据作去相关和重定标处理,使得噪声成分具有单一方差;然后对上述处理后的新数据作一次标准的主成分变换。

差值增强是指对同一地区不同时相同一波段的图像进行差分运算,即

g ∃(x ,y )=g A (x ,y )-g B (x ,y )

(1)

由此获得的时间比值图像是估测退耕还林的面积和分析对退耕还林的效果的基本依据。

2.4 叠加分析

叠加分析是GIS 空间分析中最常用的方法,在W RMS 中叠加分析分两种方式,一种是将时间比值图像和土地利用现状矢量图进行叠加精确地计算出退耕还林的面积(见图2);另一种是将前后两个时期的变化信息图像叠加分析获得退耕还林的效果(见图3)。

县级土地利用现状调查图全面准确地反映了各类土地利用的界线,将从遥感数据中提出的变化信息与之叠加,通过分析和比较可以获得较为准确的退耕还林面积。

将退耕还林后各时相的遥感图像与退耕还林前冬季时相的遥感图像进行差值增强,可以获得上述方法确定的退耕还林区域中的变化信息,反映这些变化信息的图像都是属性(变化程度)连续分布的栅格空间信息模型,将前后两个时相的时间变化信息图层通过叠加分析的逻辑差运算和统计分析,就可获得退耕还林的效果。

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