基于HJ-1高光谱数据的植被覆盖度估测方法研究

据反 演植被覆 盖度的精度进 行 了评价 。研 究结果 表 明 ， 一／ Ｉ ＨＪ１ ＨＳ 数据 能够 得到 较高精 度 的植被覆 盖度 反演 结 果， 在植 被动态及全球变化研究领域具有潜在应用价值 。
关 键 词 ： Ｊ１ 星 ； 被 覆 盖 度 ； 气辐 射校 正 ； 元 二 分模 型 Ｈ一 卫 植 大 像
Ｆ ａ ｔｏ ａ ｇ ｔ ｔｏ ｖ ｒ Ｅｓｉ ｔｏ ｉ ｇ ＨＪ １ ｒ ｃ ｉ ｎ ｌＶｅ ｅ ａ ｉ ｎ Ｃｏ ｅ ｔｍａ ｉ ｎ Ｕｓｎ ・
Ｓ ｃ ｂ ｒ ｅ Ｈ ｙ ｅ ｓ ｃ ｒ ｌＤａ ａ ｐａ ｅ ｏ ｎ ｐ ｒ ｐｅ ｔ ａ ｔ
ＬＩ ＡＯ ｕ － ｕ ， Ｈ ＡＮＧ ａ －ｅ ｇ， Ｕ Ｎ ａ ＺＨＡＯ ｉ－ ｅ ｇ Ｗ ＡＮＧ －ａ ｇ， Ｃｈ ｎ ｈ ａ Ｚ Ｘｉｎ ｆｎ Ｓ Ｑｕ ｎ， Ｊｅｐ ｎ ， Ｘｕ ｙ ｎ ＢＡＯ ｕ— ｉ Ｈ ｉｙ
１ 引 言
植 被 覆 盖 度 （ ｒｃｉｎ ｌ Ｖｅ ｅａｉｎ Ｃ ｖ ｒ Ｆ ａｔ ａ ｏ ｇ ｔｔ ｏ ｅ ， ｏ Ｆ ） 指植 被 （ 括 叶 、 、 ） 地 面 的垂 直 投 影 ＶＣ 是 包 茎 枝 在
目前就 植 被覆 盖度 测量 的研 究现状 和 发展 趋势 来看 ， 大致 包括 ： 面 测 量 、 感 测 量 以 及二 者 相 结 地 遥
位 置 为 ８ 。 ０ ～ ８ 。 ３ Ｅ， ３ １ ４ 。 ３ Ｎ， 积 ４４ ６ ４ ， ４ 。 ５ ～ ５ ２ 面 ７ ２ｋ ， 均 海 拔 ３０ ５ ９ ｍ 平 ０ ｍ￣ ５ ０ 海拔 高 度 差 异 较 ０ ｍ， 大， 地势 由东 南 向西北 倾 斜 ， 别 为 山地 、 原 和 沙 分 平
ｃ ｒｃ ｆ ｈ — ／ ｌ ａ ａｒｔｉ ｅ ｒｃｉｎ ｌ ｅ ｅ ｔ ｎ ｃ ｖ ｒｗａ ｖ ｌ ａｅ ． ｈ ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ＨＪ１ ＨＳ ｙ ｅ－ ｕ ａ ｙｏ ｅＨＪＩ ＨＳ ｔ ｅｒ ｖ ｄ ｆ ｔ ａ ｖ ｇ ｔ ｉ ｏ ｅ ｓｅ ａｕ ｔｄ Ｔ ｅ ｒｓ ｌ ｈ ｗ ｔａ ｈ 一 ／ Ｉｈ ｐ ｒ ｔ ｄ ｅ ａ ｏ ａｏ ｓ
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收稿 日期 ：Ｏ Ｏ ８ １ ２ １ —Ｏ —１ 修 订 日期 ：０ ０ ０ —２ ２１ － ９ １
法 、 被指 数法 与像 元 分解模 型 法 ３种 ， 文采 用 的 植 本
方 法是 像元 分 解法 中最 简单 的模 型 ： 元 二分模 型 。 像
基金 项 目 ： 国家 科技 支撑 计划 重点 项 目 题 （ 课 编号 ；０ ７ Ａ ２ ０ ） 国家 ８ ３高技术 计划 课题 （ 号 ：０ ８ Ａ１ Ｚ １ ） ２ ０ Ｂ Ｈ１ Ｂ ５ 和 ６ 编 ２０ Ａ ２ １２ 。 作者 简介 ： 廖春 华 （ ９ ８ ） 女 ， １ ８ ￣ ， 硕士 研究 生 ， 主要从 事高 光谱 遥感 及生 态遥感 方 面 的研究 。
Ｋｅ ｒｓ ＨＪ １ｓ ｔｌｔ ；ｒ ｃｉｎ ｌｖ ｇ ｔｔ ｎｃ ｖ ｒ ａｍｏ ｐ ｅｉ ａ ｉｔ ｎｃ ｒｅ ｔ ｎ； ｉ ｄａｅｐｘ ｌ ｄ ｌ ｙｗｏｄ ： － ａ ｅｌ ｅ ｆａ ｔ ａ ｅ ｅａｉ ｏ ｅ ； ｔ ｓ ｈ ｒｃｒ ｄａｉ ｏ ｒｃｉ ｄｍｉｉｔ ｉｅ ｉ ｏ ｏ ｏ ｏ ｍｏ ｅ
器 ＨＳ 获 取 的高 光 谱 数 据 为 数 据 源 ， 过 选 择 合 适 的 植 被 指 数 建 立 了植 被 覆 盖 度 反 演 模 型— — 像 元 二 分 模 型 。 Ｉ 通 然 后 运 用 该 模 型 提 取 了新 疆 石 河 子 地 区 的植 被 覆 盖度 信 息 。 通 过 与 地 面 样 方 数 据 进 行 交 互 比较 ， ＨＪ１ ＨＳ 数 对 一／ Ｉ
型 的干旱气 候环 境 ， 生态 景观 类 型齐 全 ， 包括 了高 山 雪盖 、 山草甸 、 山森林 等山地 生态 系统 ， 山前 丘 高 高 和 陵草地生态 系统 、 绿洲农业 生态 系统 以及 位于 盆地 中
即为该 像元 的植 被 覆 盖 度 ， 因而 可 以使 用 此 模 型 来
估 算植 被覆 盖 度 。Ｇｕｍａ ｔ ｎ等在 像 元 二 分模 型 基 础
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊｉｓ ． ０ Ｏ ３ ７ ． ０ １ ０ ． １ ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １ Ｏ 一 １ ７ ２ １ ． ５ ０ １
中 图分 类 号 ： ７ ＴＰ ９
文 献标 识 码 ： Ａ
文章 编 号 ：０ ０ １ ７ ２ １ ） １ —０ ６ —０ １ ０ —３ ７ （ ０ １ １ ７ ０ ５ ６
叠 感 应 用
遥感信 息
基于 ＨＪ１高光谱 数据 的植被覆盖 度估测 方法研 究 一
廖春 华 ， 张显峰 ， 孙权 ， 杰鹏 ， 赵 王旭 阳， 包慧漪
（ 京 大 学 遥 感 与 Ｇ Ｓ研 究 所 ， 京 １ ０ ７ ） 北 Ｉ 北 ０ ８ １
摘要 ： 植被覆 盖度是 衡量地 表植被状况 的一个重 要参数 ， 水文 、 在 生态等 方面有 重要意义 ， 同时， 是影 响土 也 壤侵蚀 与水土 流失的主要 因子 ， 是评价土地荒漠化最 有效 的指标 。以环境 一号（ 一） ＨＪ１ 小卫星上 搭载 的新型传感
Ｅ ｍａｌｘ ｌ ｏ ｈ ｎ ｕ ＠ １ ３ ｃｒ － ｉ：ｎｉ ｃ ｕ ｈ ａ ６ ．ｏ ａ ｎ
一
６ ５ —
遥感信 息
一 感 应 用
像元 分解 法 是 近 些年 被 日益 广泛 使 用 的 方法 ，
段 ， 噶尔盆 地南 缘 ， 临古 尔 班 通 古 特 沙 漠 ， 理 准 北 地
面积 占统 计 区总 面积 的百 分 比［ 。它 是 刻 画地 表 １ ］ 植 被 覆盖 的一 个 重要 参 数 ， 是植 物 群 落 覆 盖 地 表 状
况 的一个 综合 量化 指 标 ， 描述 生 态 系统 的重 要 基 是 础 数 据 ， 生 态系 统 中发挥 着非 常重 要 的作用 ￣］ 在 ７。
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设 像元 只 由两 部分 构 成 ： 被 覆 盖 地 表 与无 植 被 覆 植
漠 ， 带 大 陆性 气 候 ， 季 长 而 严 寒 ， 季 短 而 炎 属温 冬 夏
热， 干燥少 雨 ， 蒸发量 大 ， 春季升 温快 ， 季 降温迅 速 ， 秋 昼夜 温差大 。年平均气温 ７５ ．￣ Ｃ～８ ２ 日照 ２ １ｈ ．￣ Ｃ， ３８ ￣ ２ ３ｈ 无 霜 期 １ ７ ～ １ １ ， 降 水 量 １０ ７２ ， ４ｄ ９ｄ 年 ８ｍｍ ～
２０ ７ｍｍ， 年蒸 发 量 １０ ｍｍ￣ １ ０ ｍ ００ ５ ０ ｍ。该 区域 是 典
盖地 表 。所得 的光 谱信 息也 只 由这两 个组 分 因子线 性合成 ， 它们各 自的 面积 在 像 元 中所 占的 比率 即为
各 因子 的权 重 ， 中植 被 覆 盖 地 表 占像 元 的百 分 比 其
（ ｎ ｔｔ ｔ ｆ ｍｏｅＳ ｎ ｉｇ ａ ｄ ＧＩ Ｂｅｊ ｎ ｉ ｅｓｔ Ｂｅｊｎ ０ ８ １ Ｉ ｓｉｕｅｏ Ｒｅ ｔ ｅ ｓｎ ｎ Ｓ， ｉｉｇ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ， ｉｉ ｇ １ ０ ７ ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｆｒ ｃ ｉ ｎ ｌＶｅ ｅ ａ ｉ ｎ Ｃ ｖ ｒ ＦＶＣ） ｓ ａ ｍ ｐ ｒａ ｔ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｆｃ ａ ａ ｔ ｒｎ ｈ ａ ｄ ｓ ｒ ａ ｅ ｖ ｇ ｔ ｔ ｎ ｃ ｎ ｉ ｓｒ ｃ ： ａ ｔ ａ ｇ ｔ ｔｏ ｏ ｅ （ ｏ ｉ ｎ ｉ ｏ ｔｎ ａａ ｔｒｏ ｈ ｒｃｅ ｉｇ ｔ ｅｌｎ ｕ ｆｃ ｅ ｅａｉ ｏ ｄ— ｏ
ｔｏ ｔｒＨ Ｓ ｉｈｉ ｎ ｏ ｒ ｈ 一 ｍａ１ｓｔｌ ｔ 。 ｓｕ ｅ ｏｃ ｌｕａｅｔ ｅｓ ｉ ｂ ｅｎ ｒｏ ｂ ｎ ｅ ｅａｉｎｉｄ ｘ Ｔｈ — ｒ ｍｅｅ １ｗｈｃ Ｓｏ ｂ ａ ｄｔ ｅＨＪ１ｓ ｌ ａｅｌ ｅ ｗａ ｓ ｄｔ ａｃ ｌｔ ｈ ｕｔ ｌ ａｒ ｗ ａ ｄｖ ｇ ｔｔ ｅ ． ｅｉ ｉ ａ ｏ ｎ ｎ
ｄ ｘ ｗａ ｈ ｎ ａ ｐ ｉｄ ｔ ｓ ｂ ｐ ｘ ｌ ｅ ｃ ｍｐ ｓｔｏ ｄ ｌ ｏ ＶＣ ｅ ｔ ｔｏ － ｉ ｄ ａ ｅ ｐ ｘ ｌ ｅ ｓｔ ｅ ｐ ｌ ｏ－ — ｉ ｅ － ｏ ｏ ｉ ｎ ｍｏ ｅ ｒＦ ｅ ｕ ｄ ｉ ｆ ｓｉ ｍａ ｉｎ ｄ ｍｉ ｉｔ ｉｅ ｄ １ Ｔｈ ｒ ｃ ｉ ｎ ｌ ｅ ｅ ａ ｉｎ Ｃ Ｖ ｍｏ ｅ ． ｅ ｆａ ｔ ａ ｇ ｔ ｔｏ Ｏ — ｏ ｖ
可看 作是 在植 被指 数 法 基 础 上 所 做 的 改进 ， 原 理 其 是 图像 中 的一 个像 元 实 际上 可 能 由多个 组 分 构 成 ， 每个 组分 对遥 感传 感 器 所 观 测 到 的信 息都 有 贡献 ， 因此 可 以将遥 感信 息 （ 波段 或 植 被 指 数 ） 解 ， 立 分 建 像元 分解 模 型 ， 利 用此 模 型估 算植 被 覆盖 度 并 。 像元 二分 模 型是一 个 最 简 单 的 像 元 分解 模 型 ， 它假
心的荒漠生态 系统 。 自然植被受 降雨影 响显 著 ， 存在
一
上 提 出 了对 均一 像元 和混 合像 元植 被覆 盖度 的 不 同 求 算方 法 ， 中混合 像元 又进 一步 分为 等密度 、 密 其 非 度 和混 合密 度 亚像 元 。针对 不 同 的亚 像 元 结 构 ， 分 别 建立 不 同的植 被覆 盖度 模 型Ｌ 。 ８
合 的方 法 ［ ， 面测 量 是 植 被 覆 盖 度 监测 传 统 ８ 地 叫］
方 法 。随着 遥 感技 术 的发 展 ， 监 测 大 面 积 区域 的 为 植 被 覆盖 度 甚 至 全 球 的 植 被 覆 盖 度 ， 供 了可 能 。 提 通 过 遥感 反 演 植 被 覆 盖 度 的 方 法 主要 有 经 验 模 型