玉树地区融合决策树方法的面向对象植被分类
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i n f o r ma t i o n s y s t e m, GI S ) 和全球 定位 系统 ( g l o b a l p o s i t i o n i n g s y s t e m, G P S ) 的发展 , 基 于遥感 影像 的植 被分 类 经 历 了 目视解译 、 监 督分类 与非监 督分 类 、 人 工神经 网络 、 模糊 数学 、 专 家 系统分类 、 决 策树 和 面 向对象 等发 展 阶 段, 这 些技术 方法 都为 当今 的植 被制 图提供 了一种 全新 的途 径 。其 中 , 决 策树分 类 的方法 因其 灵 活性和 快速性 的 优 点在 植被分 类 中较为 常用 , 翁 中银 等 将重 庆市 区东 北部 的渝 北 区 ( 面积 为 1 4 5 2 k m ) 分 为水体 、 建 设 被方 面 的研究却 非常有 限 _ 1 。
植 被作 为一种重 要 的 自然 资源 , 被 认 为是反 映生态环 境变 化 的敏感指示 器 _ 1 。它 不仅 是影 响 陆面 过程 下 垫 面的重 要 因子 [ 1 , 而且 因其 对碳 的作用 E 1 4 ] , 在全 球 变 化 中也 同样 发 挥着 巨大作 用_ 1 。这 其 中 , 植 被 类 型又 是进 行 植被 研究 的基础 , 早期 对植被 类 型的划分 主要 是利 用人 工方 法进 行 实地 调查 [ 1 。不 过 , 自然 界 的植 被类 型
繁多 , 其生长 环境状 况又 复杂 多样 , 仅 依靠 传统方 法完成 植被 分类 , 需要耗 费大量 人力 和物力 , 而且许 多环 境恶 劣 及 交通 不便 的区域 又是人 类难 以到 达 的[ 1 8 7 。近年 来 随 着遥 感 ( r e mo t e s e n s i n g , R S ) 、 地 理信 息 系 统 ( g e o g r a p h i c
62 — 71
草
业
学
报
第2 2卷
第 5期
2 0 1 3年 1 0月
A CT A PRAT A CU LTU R AE SI NI CA
Vo1 .2 2, No. 5
玉 树 地 区融合 决 策树 方 法 的面 向对 象植 被 分 类
王 志伟 。 , 史健 宗 , 岳广 阳 , 赵 林 , 南卓 铜 , 吴 晓 东 , 乔 永 平 , 吴 通 华 , 邹 德 福
*通 讯 作 者 。E — ma i l : l i n z h a o @l z b . a C . c n
第 2 2卷 第 5期
草业学报 2 0 1 3 午
对 象方 法从 航 片上 提取植 被信 息 , 总体 分类 精度 高 达 9 4 ; 国 内对 这 种方 法 的研 究 还 处 于探 索 阶 段_ 2 引, 周 春艳
等 、 江辉 等 应用 面 向对 象专 业 方法对 植被 进行 过分 类 研究 , 张学 儒等 胡 对 定 日县 ( 面积 为 2 7 5 3 k m ) 的灌
丛 植被 进行 提 取精度 可 达 8 4 . 7 。不 过 , 以上 研 究 多是 在 较 小 区域 展 开 , 对 大 面 积 区 域 的 植 被 类 型 分 布 方 法 的 研 究 相对 较少 。
1 . 1 研 究 区概 况
玉树 藏族 自治 州地 处青 海南 部 ( 图 1右 下 角 小 图所示 ) , 境 内西 部 以 高海 拔 、 山地 为 主l 2 , 东 部 地 势 相 对 平
坦, 研 究 区海拔 变 化 范 围较 大 。地 理 分 布 范 围为 3 2 。 1 0 ~3 5 。 4 0 N, 9 2 。 ( ) ( ) ~9 8 。 5 0 E, 研 究 区面 积 为 1 6 5 6 9 2 k m。 。气候 属青 藏 高原气 候 系统 , 为典 型 的高原 大陆性 气候 [ 2 。
作 为全球 高海拔 冻 土面积最 大 的分 布 区_ 1 ] , 青 藏高原 在 冻土 、 冰川 、 湿地、 湖泊 、 植 被 等生 态变 化 中的作 用极
其 重要 。但 是 因为 条件 限制 , 现在对 青藏 高原多 年冻土 区的研究 , 许 多 都 只是 针对 水 、 热、 能量 循 环过 程 的监
并, 来 生 成 植 被类 型 图 。而 且 , 该 方 法 可 以克 服 传 统 决 策 树 分 类 方 法 成 图 时 像 元 分 散 的 缺 点 。利 用 T M 假 彩 色 合
成影像 、 A S TE R D E M 数 据 和 MO DI S的 E VI 和L S T产品 , 对 玉树 地 区 的高 寒 草 地 类 型 进 行 了 面 向对 象 的划 分 , 总 体精度为 4 9 . 3 2 。虽 然 相 比仅 用 单 独 决 策树 分 类 方 法 的 总体 精 度 略 微 偏 低 , 不 过 该 方 法 可 以 在保 持 环 境 、 地 域 等 因子 同植 被 类 型 统 计 关 系 的 基 础 上 , 克 服 决 策 树 方 法带 来 的“ 椒盐效应” 。此 外 , 植 被模型的物理过程 、 参 数 计 算 和 获取 环 境 因子 等 都 比较 复 杂 , 本 研 究 的方 法 也 可 以 为植 被分 类 制 图提 供 一 种 简 单 , 快 速 的方 法 。 关键词 : 面向对象 ; 决策树 ; 玉树地 区; 植 被 分 类
摘要 : 植 被 类 型是 反 映 气 候 变 化 和 生 态 环境 变 化 最 直 接 、 最 敏感 的指 示 器 。草 地 作 为 青 藏 高 原 最 主 要 的 植 被 类 型 , 对 其 进 行 分 类 研 究 可 以 为高 原草 地 退 化 、 荒漠化等研究提供直接的信息 , 也 可 以为 全 球 变 暖 、 冻 土 退 化 等 提 供 间 接 的分 析 数 据 , 同 时还 可 以为 陆 面 模 型 的 模 拟 提 供 重 要 的参 数 。 大 面 积 区 域 的植 被 分 类 可 以 通 过 将 研 究 区 内 的 位 置、 纹 理 和地 形属 性 等 信 息 综 合 考 虑 来 完 成 , 面 向对 象 的 植 被 分 类 方 法 可 以 通 过 对 研 究 区多 重 信 息 进 行 分 割 和 合
中 图 分类 号 : Q 9 4 8 . 1 5 2 文 献标 识码 : A 文章 编 号 : 1 0 0 4 — 5 7 5 9 ( 2 0 1 3 ) 0 5 — 0 0 6 2 — 1 0
D0I : 1 0 . 1 1 6 8 6 / c y x b 2 0 1 3 0 5 0 8
谱” 现 象 。本研 究 使用 面 向对 象方 法 , 结 合 青 藏 高原 玉 树 地 区 的专 题 制 图 仪 影像 ( t h e ma t i c ma p p e r , TM) 、 数
字高 程模 型 ( d i g i t a l e l e v a t i o n mo d e l , D E M) 、 增 强 型植被 指数 ( e n h a n c e d v e g e t a t i o n i n d e x , E VI ) 和地 表温 度 ( 1 a n d
收稿 日期 : 2 0 1 2 - 0 8 2 7 ; 改 回 日期 : 2 0 1 3 0 3 1 3
基 金项 目 : 国家 自然 科 学基 金 课 题 “ 高 寒 植 物 群 落 根 系分 布 和 格 局 对 多 年冻 土 活 动 层 水 热 过程 的响 应 ” ( 4 1 1 0 1 0 5 5 ) ,中 科 院 百 人 计 划 项 目“ 中 亚 多 年 冻 土 对 气候 变 化 的响 应 研 究 ” ( 5 1 Y2 5 1 5 7 1 ) 和科 技部 基 础 性 工 作 专 项 “ 青藏 高原 多 年 冻 土 本 底调 查 ” ( 2 0 0 8 F Y1 1 0 2 0 0 ) 资助 。 作 者 简介 : 王志伟( 1 9 8 3 一 ) , 男, 陕西府谷人 , 在读 博 士 。E — ma i l : w z wl 2 0 6 @1 6 3 . c o n r
林地 、 草地 、 耕 地 5种类 型 , 其最 优分类 结果 总精度 为 8 8 . 4 2 , Ka p p a 系数 为 0 . 8 5 4 7 ; 张 秀敏等口 副在青 藏高原 的 温泉地 区( 面积 约为 1 0 0 0 k m。 ) 划分 植被类 型 为 高寒 草 甸 、 高寒 草 原 、 高寒 灌 丛 、 高寒 沼 泽草 甸 和非 植 被 5种 类
型, 分类 结果 总精 度为 7 2 , Ka p p a系数 为 0 . 6 。而 国外应 用 面 向对 象方 法进 行 植被 分类 也很 多 , Ha r k e n和 s u — g u ma r a n r _ 2 采用 非参 数面 向对象 的方法 进行湿 地分类 制 图 , 分类 精 度为 9 2 . 1 3 ; Wa l k e r和 B r i g g s _ 2 。 采用面向
( 1 . 中 国科 学 院 寒 区旱 区环 境 与 工 程研 究 所 冰 冻 圈科 学 国家 重 点 实 验 室 青 藏 高 原 冰冻 圈观 测 研 究 站 , 甘肃 兰州 7 3 0 0 0 0 ; 2 . 兰 州 大 学
草 地农 业 科 技 学 院 草 地 农 业 生 态 系 统 国家 重 点 实 验 室 , 甘肃 兰 州 7 3 0 0 2 0 ; 3 . 中国 科 学 院大 学 , 北京 1 0 0 0 4 9 )
面 向对 象 是将若 干 个像元 组成 的“ 群体 ” 影像 进 行 信 息提 取 , 可 以克 服单 个 影 像 信 息提 取 时 存 在 的 “ 椒 盐效
应” 问题 。同时 , 决 策树 的植 被分 类方 法又 可 以解 决监 督 分 类 和非 监 督 分类 方 法 中存 在 的 “ 同物异 谱 , 异 物 同
植 物 生产 层和 植物 生产 层 。青藏 高原 的草 地凭借 景 观和 环境 效 益及 作 为高 原 动物 的食 物 来源 , 对 于 人类 和生 态
来讲 , 其作 用不 容 忽视 。 因此 , 对 青藏 高原 植被 分类—— 草地类 型 的研究 也 同样 重 要 。
1 材 料 与 方 法
研究 区 占据玉 树藏 族 自治州 西南 大部 ( 图 1左下 角小 图所示 ) , 区域 内西北 部 湖泊 众 多 , 植 被 主 要 为草 地 , 分 布有 沼泽 草甸 、 高寒 草甸 、 草 原化 草甸 、 高寒 灌丛 、 高寒 草 原 、 荒 漠 化 草甸 、 荒 漠化 草 原 和高 寒荒 漠 , 沿 河及 湖 泊低 洼地 区广泛 分 布藏 嵩草 沼泽 草甸[ 2 , 中部分 布有 雪 山 , 西部 和北 部有 大面 积低植 被 生 长 区域 , 植 被 整体 发育 状 况 西南 优 于东北 。研 究 区 内主要优 势种 植被 为小 嵩草 ( Ko b r e s i a p y g ma e a ) 、 青 藏苔草 ( C a r e x mo o r c r o f t i i ) 、 藏嵩 草
s u r f a c e t e mp e r a t u r e , L S T) 影像 , 依 据这 些影 像 中的光 谱 、 纹理、 大小 、 形状及 特 定 的属 性信 息和数 值计 算信 息 ( 如 以地 表温 度 的早 晚数据 计算 得到 的温 度 日较差 ) 将影 像分 析后 的分 类结 果输 出为 多边形 矢量数 据 , 然后再 结合 决 策树 方法 对每 个 多边形 进行 植被 等类 型划 分 , 目的是 能够 识别 更加 精细 的类 型 , 为青藏 高原植 被类 型划分 提供 更 加可 靠 的数据 基础 和方 法依 据 , 而 且希 望将 植被 分类 方法 推广 到一个 大 范 围的研 究 区域 中 。在 2 o世纪 9 o年代 , 学者 们提 出了“ 草业 科学 ” 这 个新 概念 , 青藏 高原 地 区 的植 被 多 以草 地 为主 , 而 且从 草业 的结构 来 讲 , 多 分 布于 前
植 被作 为一种重 要 的 自然 资源 , 被 认 为是反 映生态环 境变 化 的敏感指示 器 _ 1 。它 不仅 是影 响 陆面 过程 下 垫 面的重 要 因子 [ 1 , 而且 因其 对碳 的作用 E 1 4 ] , 在全 球 变 化 中也 同样 发 挥着 巨大作 用_ 1 。这 其 中 , 植 被 类 型又 是进 行 植被 研究 的基础 , 早期 对植被 类 型的划分 主要 是利 用人 工方 法进 行 实地 调查 [ 1 。不 过 , 自然 界 的植 被类 型
繁多 , 其生长 环境状 况又 复杂 多样 , 仅 依靠 传统方 法完成 植被 分类 , 需要耗 费大量 人力 和物力 , 而且许 多环 境恶 劣 及 交通 不便 的区域 又是人 类难 以到 达 的[ 1 8 7 。近年 来 随 着遥 感 ( r e mo t e s e n s i n g , R S ) 、 地 理信 息 系 统 ( g e o g r a p h i c
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A CT A PRAT A CU LTU R AE SI NI CA
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玉 树 地 区融合 决 策树 方 法 的面 向对 象植 被 分 类
王 志伟 。 , 史健 宗 , 岳广 阳 , 赵 林 , 南卓 铜 , 吴 晓 东 , 乔 永 平 , 吴 通 华 , 邹 德 福
*通 讯 作 者 。E — ma i l : l i n z h a o @l z b . a C . c n
第 2 2卷 第 5期
草业学报 2 0 1 3 午
对 象方 法从 航 片上 提取植 被信 息 , 总体 分类 精度 高 达 9 4 ; 国 内对 这 种方 法 的研 究 还 处 于探 索 阶 段_ 2 引, 周 春艳
等 、 江辉 等 应用 面 向对 象专 业 方法对 植被 进行 过分 类 研究 , 张学 儒等 胡 对 定 日县 ( 面积 为 2 7 5 3 k m ) 的灌
丛 植被 进行 提 取精度 可 达 8 4 . 7 。不 过 , 以上 研 究 多是 在 较 小 区域 展 开 , 对 大 面 积 区 域 的 植 被 类 型 分 布 方 法 的 研 究 相对 较少 。
1 . 1 研 究 区概 况
玉树 藏族 自治 州地 处青 海南 部 ( 图 1右 下 角 小 图所示 ) , 境 内西 部 以 高海 拔 、 山地 为 主l 2 , 东 部 地 势 相 对 平
坦, 研 究 区海拔 变 化 范 围较 大 。地 理 分 布 范 围为 3 2 。 1 0 ~3 5 。 4 0 N, 9 2 。 ( ) ( ) ~9 8 。 5 0 E, 研 究 区面 积 为 1 6 5 6 9 2 k m。 。气候 属青 藏 高原气 候 系统 , 为典 型 的高原 大陆性 气候 [ 2 。
作 为全球 高海拔 冻 土面积最 大 的分 布 区_ 1 ] , 青 藏高原 在 冻土 、 冰川 、 湿地、 湖泊 、 植 被 等生 态变 化 中的作 用极
其 重要 。但 是 因为 条件 限制 , 现在对 青藏 高原多 年冻土 区的研究 , 许 多 都 只是 针对 水 、 热、 能量 循 环过 程 的监
并, 来 生 成 植 被类 型 图 。而 且 , 该 方 法 可 以克 服 传 统 决 策 树 分 类 方 法 成 图 时 像 元 分 散 的 缺 点 。利 用 T M 假 彩 色 合
成影像 、 A S TE R D E M 数 据 和 MO DI S的 E VI 和L S T产品 , 对 玉树 地 区 的高 寒 草 地 类 型 进 行 了 面 向对 象 的划 分 , 总 体精度为 4 9 . 3 2 。虽 然 相 比仅 用 单 独 决 策树 分 类 方 法 的 总体 精 度 略 微 偏 低 , 不 过 该 方 法 可 以 在保 持 环 境 、 地 域 等 因子 同植 被 类 型 统 计 关 系 的 基 础 上 , 克 服 决 策 树 方 法带 来 的“ 椒盐效应” 。此 外 , 植 被模型的物理过程 、 参 数 计 算 和 获取 环 境 因子 等 都 比较 复 杂 , 本 研 究 的方 法 也 可 以 为植 被分 类 制 图提 供 一 种 简 单 , 快 速 的方 法 。 关键词 : 面向对象 ; 决策树 ; 玉树地 区; 植 被 分 类
摘要 : 植 被 类 型是 反 映 气 候 变 化 和 生 态 环境 变 化 最 直 接 、 最 敏感 的指 示 器 。草 地 作 为 青 藏 高 原 最 主 要 的 植 被 类 型 , 对 其 进 行 分 类 研 究 可 以 为高 原草 地 退 化 、 荒漠化等研究提供直接的信息 , 也 可 以为 全 球 变 暖 、 冻 土 退 化 等 提 供 间 接 的分 析 数 据 , 同 时还 可 以为 陆 面 模 型 的 模 拟 提 供 重 要 的参 数 。 大 面 积 区 域 的植 被 分 类 可 以 通 过 将 研 究 区 内 的 位 置、 纹 理 和地 形属 性 等 信 息 综 合 考 虑 来 完 成 , 面 向对 象 的 植 被 分 类 方 法 可 以 通 过 对 研 究 区多 重 信 息 进 行 分 割 和 合
中 图 分类 号 : Q 9 4 8 . 1 5 2 文 献标 识码 : A 文章 编 号 : 1 0 0 4 — 5 7 5 9 ( 2 0 1 3 ) 0 5 — 0 0 6 2 — 1 0
D0I : 1 0 . 1 1 6 8 6 / c y x b 2 0 1 3 0 5 0 8
谱” 现 象 。本研 究 使用 面 向对 象方 法 , 结 合 青 藏 高原 玉 树 地 区 的专 题 制 图 仪 影像 ( t h e ma t i c ma p p e r , TM) 、 数
字高 程模 型 ( d i g i t a l e l e v a t i o n mo d e l , D E M) 、 增 强 型植被 指数 ( e n h a n c e d v e g e t a t i o n i n d e x , E VI ) 和地 表温 度 ( 1 a n d
收稿 日期 : 2 0 1 2 - 0 8 2 7 ; 改 回 日期 : 2 0 1 3 0 3 1 3
基 金项 目 : 国家 自然 科 学基 金 课 题 “ 高 寒 植 物 群 落 根 系分 布 和 格 局 对 多 年冻 土 活 动 层 水 热 过程 的响 应 ” ( 4 1 1 0 1 0 5 5 ) ,中 科 院 百 人 计 划 项 目“ 中 亚 多 年 冻 土 对 气候 变 化 的响 应 研 究 ” ( 5 1 Y2 5 1 5 7 1 ) 和科 技部 基 础 性 工 作 专 项 “ 青藏 高原 多 年 冻 土 本 底调 查 ” ( 2 0 0 8 F Y1 1 0 2 0 0 ) 资助 。 作 者 简介 : 王志伟( 1 9 8 3 一 ) , 男, 陕西府谷人 , 在读 博 士 。E — ma i l : w z wl 2 0 6 @1 6 3 . c o n r
林地 、 草地 、 耕 地 5种类 型 , 其最 优分类 结果 总精度 为 8 8 . 4 2 , Ka p p a 系数 为 0 . 8 5 4 7 ; 张 秀敏等口 副在青 藏高原 的 温泉地 区( 面积 约为 1 0 0 0 k m。 ) 划分 植被类 型 为 高寒 草 甸 、 高寒 草 原 、 高寒 灌 丛 、 高寒 沼 泽草 甸 和非 植 被 5种 类
型, 分类 结果 总精 度为 7 2 , Ka p p a系数 为 0 . 6 。而 国外应 用 面 向对 象方 法进 行 植被 分类 也很 多 , Ha r k e n和 s u — g u ma r a n r _ 2 采用 非参 数面 向对象 的方法 进行湿 地分类 制 图 , 分类 精 度为 9 2 . 1 3 ; Wa l k e r和 B r i g g s _ 2 。 采用面向
( 1 . 中 国科 学 院 寒 区旱 区环 境 与 工 程研 究 所 冰 冻 圈科 学 国家 重 点 实 验 室 青 藏 高 原 冰冻 圈观 测 研 究 站 , 甘肃 兰州 7 3 0 0 0 0 ; 2 . 兰 州 大 学
草 地农 业 科 技 学 院 草 地 农 业 生 态 系 统 国家 重 点 实 验 室 , 甘肃 兰 州 7 3 0 0 2 0 ; 3 . 中国 科 学 院大 学 , 北京 1 0 0 0 4 9 )
面 向对 象 是将若 干 个像元 组成 的“ 群体 ” 影像 进 行 信 息提 取 , 可 以克 服单 个 影 像 信 息提 取 时 存 在 的 “ 椒 盐效
应” 问题 。同时 , 决 策树 的植 被分 类方 法又 可 以解 决监 督 分 类 和非 监 督 分类 方 法 中存 在 的 “ 同物异 谱 , 异 物 同
植 物 生产 层和 植物 生产 层 。青藏 高原 的草 地凭借 景 观和 环境 效 益及 作 为高 原 动物 的食 物 来源 , 对 于 人类 和生 态
来讲 , 其作 用不 容 忽视 。 因此 , 对 青藏 高原 植被 分类—— 草地类 型 的研究 也 同样 重 要 。
1 材 料 与 方 法
研究 区 占据玉 树藏 族 自治州 西南 大部 ( 图 1左下 角小 图所示 ) , 区域 内西北 部 湖泊 众 多 , 植 被 主 要 为草 地 , 分 布有 沼泽 草甸 、 高寒 草甸 、 草 原化 草甸 、 高寒 灌丛 、 高寒 草 原 、 荒 漠 化 草甸 、 荒 漠化 草 原 和高 寒荒 漠 , 沿 河及 湖 泊低 洼地 区广泛 分 布藏 嵩草 沼泽 草甸[ 2 , 中部分 布有 雪 山 , 西部 和北 部有 大面 积低植 被 生 长 区域 , 植 被 整体 发育 状 况 西南 优 于东北 。研 究 区 内主要优 势种 植被 为小 嵩草 ( Ko b r e s i a p y g ma e a ) 、 青 藏苔草 ( C a r e x mo o r c r o f t i i ) 、 藏嵩 草
s u r f a c e t e mp e r a t u r e , L S T) 影像 , 依 据这 些影 像 中的光 谱 、 纹理、 大小 、 形状及 特 定 的属 性信 息和数 值计 算信 息 ( 如 以地 表温 度 的早 晚数据 计算 得到 的温 度 日较差 ) 将影 像分 析后 的分 类结 果输 出为 多边形 矢量数 据 , 然后再 结合 决 策树 方法 对每 个 多边形 进行 植被 等类 型划 分 , 目的是 能够 识别 更加 精细 的类 型 , 为青藏 高原植 被类 型划分 提供 更 加可 靠 的数据 基础 和方 法依 据 , 而 且希 望将 植被 分类 方法 推广 到一个 大 范 围的研 究 区域 中 。在 2 o世纪 9 o年代 , 学者 们提 出了“ 草业 科学 ” 这 个新 概念 , 青藏 高原 地 区 的植 被 多 以草 地 为主 , 而 且从 草业 的结构 来 讲 , 多 分 布于 前