高空间分辨率遥感森林参数提取探讨

高空间分辨率遥感森林参数提取探讨

刘晓双,黄建文,鞠洪波

(中国林业科学研究院资源信息研究所,北京100091)

摘要:介绍了高空间分辨率遥感在森林参数提取方面的研究和应用情况,并结合国内外学者在此方面所做出的研究成果,对不同森林参数的提取分别做了阐述,包括单木树冠轮廓信息、胸径、森林生物量、树种识别和分类、叶面积指数、森林郁闭度、木材结构和性质。最后分析了高空间分辨率遥感在森林参数提取方面存在的问题,并对该领域的应用前景作了展望。

关键词:高空间分辨率;遥感;森林参数;树冠提取;生物量

中图分类号:TP79　文献标识码:A 文章编号:1002-6622(2009)02-0111-07

Study on Extraction of Forest Parameters by High Spatial R esolution R emote Sensing

L IU Xiaoshuang ,HUAN G Jianwen ,J U Hongbo

(Research Instit ute of Forest Resources and Inf ormation Technique ,CA F ,Beiji ng 100091,Chi na )

Abstract :Study and application of forest parameters extraction by high spatial resolution remote sens 2ing was introduced in this article ,combined with achievements in this field made by researchers all over the world 1Extraction of such different forest parameters was described respectively as single tree crown contour ,diameter at breast height ,biomass ,identification and classification of species ,LAI ,canopy den 2sity ,wood structure and property 1Finally ,the problems of forest parameters extraction by high spatial resolution remote sensing were discussed ,and the prospect of forest parameters extraction by high spa 2tial resolution remote sensing was expected.

K ey w ords :high spatial resolution ,remote sensing ,forest parameters ,extraction of tree crown ,biomass

收稿日期:2009-01-04;修回日期:2009-04-03

基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金(RIFRITZ J Z 2007006);国家自然科学基金“基于高分辨率

遥感的树冠信息提取技术研究”项目(40771141)

作者简介:刘晓双(1985-),女,甘肃兰州人,在读硕士生,主要从事遥感、GIS 技术应用研究。通讯作者:鞠洪波(1956-),男,黑龙江人,研究员,研究方向:林业信息技术。

现代林业的经营管理得以顺利进行主要依赖于对各种森林参数的调查,而森林限于其特殊的自然地理条件往往会给研究数据的采集造成很大的困

难。传统的森林调查方法一般是基于随机抽样和统计学,其样本的选择是否具有代表性对调查的精确性有很大的影响。这种传统的以个体来推断总体的

2009年4月第2期林业资源管理

FOREST RESOURCES MANA GEMEN T April 2009No 12

方式已经很难满足调查精度的要求,而全面的调查,在面对如此众多的森林资源和有限的人力物力条件下,又几乎无法达到。虽然已经有许多先进仪器被用来提高地面调查效率,但仍有许多研究利用遥感影像,以发展自动化的森林调查方法。

最初的高空间分辨率遥感是以航空遥感形式出现的,以飞机作为搭载传感器的平台。高空间分辨率航空遥感于20世纪40年代由军用转向民用之后得到了一定的发展[1]。20世纪60年代,航天遥感加速发展[2],但空间分辨率仍有待提高。直到1999年9月I KONOS 高空间分辨率商用卫星的发射,才使高空间分辨率遥感的应用得到了较快的普及。如今,卫星遥感影像的空间分辨率已经达到015m 以上,航空遥感影像的分辨率更是高达011m 以上。高空间分辨率遥感技术在林业上的应用,使森林调查不再局限于实地勘测,并且调查的精确性也随着遥感技术的不断发展而有所提高。

与低空间分辨率遥感影像相比,高空间分辨率遥感影像具有细节更加清晰、信息更加丰富等特点。在高空间分辨率遥感影像上,森林中每棵树木的树

冠清晰可辨,纹理和细节信息非常明显,这对于高效而精准地提取森林参数十分有利。但目前我国高空间分辨率遥感在森林参数提取方面的应用还比较有限。鉴于此,本文结合国内外的研究进展,就高空间分辨率遥感在森林参数提取方面的应用情况进行详细的论述,并对问题和前景作了分析和展望。1　高空间分辨率遥感森林参数提取概述

高空间分辨率遥感由于信息丰富等特点在森林参数提取方面具有很大的优势。尤其是在提取单木树冠轮廓信息方面更能凸显其空间分辨率的优势。用高空间分辨率遥感自动提取单木树冠轮廓,尽管在国内还比较少见,但国外已经作了很多研究并取得了比较好的进展。利用树冠轮廓自动提取得到的树冠直径和面积可以间接推算胸径和生物量,也为单木树种识别分类奠定了基础。此外对于其它森林参数如叶面积指数(LAI )、郁闭度以及预测木材性质方面,高空间分辨率遥感也有其不同优势。图1概括了高空间分辨率遥感森林参数提取应用的总体流程

。

图1　高空间分辨率遥感森林参数提取应用流程图

2　单木树冠轮廓提取及间接参数推算211　单木树冠轮廓提取

在高空间分辨率遥感还没有普及的时代,众多对树冠的研究都是基于物理模型。Li 和Strahler [3]早在1985年就提出了Li -Strahler 模型,用陆地卫

星TM 影像反演树冠大小和覆盖率。此外,Franklin 和Strahler [4]以及Wu 和Strahler [5]在运用Li -Strahler 模型估计树冠大小上也取得了一些成

功。但这种基于模型的方法也遭到了一些学者的质疑。Cohen 和Spies [6]曾指出陆地卫星TM 影像的

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11林业资源管理第2期