高 磊， 盧 剛

(江蘇省測繪工程院，江蘇南京 210013)

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基于GF-1數(shù)據(jù)的南京江北新區(qū)植被覆蓋度遙感估算

高 磊， 盧 剛

(江蘇省測繪工程院，江蘇南京 210013)

摘要以南京江北新區(qū)為研究區(qū)，選用GF-1 16 m分辨率的MFV4多光譜傳感器數(shù)據(jù)，基于像元二分模型對研究區(qū)進行植被覆蓋度遙感估算。結(jié)果表明，GF-1數(shù)據(jù)可以快速有效地反映地表植被的空間分布狀況。對結(jié)果的分級統(tǒng)計顯示，江北新區(qū)植被覆蓋較高，生態(tài)環(huán)境良好，適宜打造綠色宜居區(qū)域。

關(guān)鍵詞GF-1；江北新區(qū)；植被覆蓋度

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在全球和區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化中發(fā)揮著舉足輕重的作用。植被覆蓋度是指植被在地面的垂直投影面積占地表統(tǒng)計區(qū)面積的百分比，是描述陸地表面植被生長和分布的重要參數(shù)，對揭示地表變化規(guī)律及驅(qū)動因子、評價區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要意義[1]，在農(nóng)業(yè)、資源、環(huán)境、生態(tài)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的植被覆蓋度估算方法主要是進行地面測量，包括目估法、采樣法、儀器法等[2]，只適合于小范圍的應(yīng)用。遙感數(shù)據(jù)具有多尺度分辨率、大覆蓋范圍、長持續(xù)時間、獲取方便等優(yōu)勢，目前已成為區(qū)域植被覆蓋度估算的主要技術(shù)手段，如程苗苗等[3]利用Landsat MSS、TM、ETM+數(shù)據(jù)，對新疆和田地區(qū)植被覆蓋狀況進行研究；潘桂行等[4]基于MODIS NDVI數(shù)據(jù)研究海流兔河流域2000～2014年植被覆蓋度的變化規(guī)律，確定其變化的影響因素；盧鑫等[5]選用環(huán)境星CCD數(shù)據(jù)，估算了雅礱江流域的區(qū)域植被覆蓋度，這些研究都證明了具有豐富光譜信息的遙感影像能滿足區(qū)域尺度的植被覆蓋度調(diào)查要求，在植被覆蓋度動態(tài)監(jiān)測中有著較好的應(yīng)用前景。

GF-1是中國高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項的第一顆衛(wèi)星，配置了2臺2 m分辨率全色/8 m分辨率多光譜相機(PMS1、2)，4臺16 m分辨率多光譜寬幅相機(WFV1、2、3、4)，重訪周期2 d。該研究采用GF-1衛(wèi)星上WFV4傳感器所拍攝的16 m多光譜數(shù)據(jù)，包括藍、綠、紅及近紅外4個波段，基于像元二分模型估算江北新區(qū)植被覆蓋度，為區(qū)域生態(tài)功能規(guī)劃和地理國情監(jiān)測提供植被覆蓋現(xiàn)狀的參考。

1數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)南京江北新區(qū)是江蘇省首個國家級新區(qū)，位于南京市長江以北，規(guī)劃范圍包括浦口區(qū)、六合區(qū)和棲霞區(qū)的八卦洲街道，總面積約2 451 km2，占南京市域面積的37%。該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，溫暖濕潤，除八卦洲為江中沙洲型平原外，境內(nèi)地貌以低山丘陵、平原崗地為主，整體植被覆蓋良好。

研究選取2015年7月30日GF-1 WFV4數(shù)據(jù)(來源于“遙感集市”網(wǎng)站www.rscloudmart.com)，對研究區(qū)進行區(qū)域植被覆蓋度估算。該時段正值盛夏，綠色植被枝葉茂盛，農(nóng)作物處于生長期，可真實地反映區(qū)域植被覆蓋狀況。研究區(qū)GF-1 WF4真彩色遙感影像見圖1。

圖1　江北新區(qū)GF-1 WFV4真彩色影像Fig.1　GF-1 WFV4 true color image in Jiangbei District

1.2植被覆蓋度遙感估算方法

1.2.1光譜輻射校正。遙感影像輻射校正主要包括輻射定標和大氣校正[6]。輻射定標是將傳感器記錄的原始像素值(DN)轉(zhuǎn)換為真實的物理量，如輻射亮度等，大氣校正是要消除大氣散射、吸收、反射引起的誤差，將輻射定標得到的輻射亮度進一步轉(zhuǎn)換為地表反射率。該研究利用ENVI 5.3軟件提供的Radiometric Calibration工具進行輻射定標，定標參數(shù)(增益和偏移)參照表1，來源于中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心網(wǎng)站(http：//www.cresda.com/CN/Downloads/dbcs/6709.shtml)，再用Flaash工具對獲取的輻射亮度影像進行大氣校正，其中氣溶膠參數(shù)根據(jù)研究時段和地域位置選擇中緯度夏季(Mid-Latitude Summer)，鄉(xiāng)村型氣溶膠(Rural)，光譜響應(yīng)文件也來源于中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心網(wǎng)站(http：//www.cresda.com/CN/Downloads/gpxyhs/5850.shtml)。圖2為GF-1 WFV4的光譜響應(yīng)函數(shù)。

表1　GF-1 WFV4傳感器定標參數(shù)(偏移均為0)

圖2　GF-1FV4傳感器光譜響應(yīng)函數(shù)Fig.2　GF-1 WFV4 sensor spectral response function

1.2.2植被覆蓋度計算。由于空間分辨率有限，遙感影像中普遍存在大量的混合像元，像元二分模型是最常用的混合像元分解模型，其假設(shè)通過遙感傳感器所觀測到的信息可以表達為由綠色植被部分所貢獻的信息和由無植被覆蓋(裸土)部分所貢獻的信息兩部分組成[7]。歸一化植被指數(shù)(NDVI)作為植被信息的最佳指示因子，可以消除大部分和大氣條件有關(guān)輻射度的變化，增強了對植被的響應(yīng)，是監(jiān)測地區(qū)或全球植被和環(huán)境變化的最有效指標。NDVI由式(1)計算得到：

(1)

式中，ρred、ρnir分別代表像元在紅波段和近紅外波段的地表反射率。

由式(2)估算植被覆蓋度：

(2)

式中，NDVIsoil為無植被覆蓋像元的NDVI值;NDVIveg為完全植被覆蓋像元的NDVI值。這2個參數(shù)是影響植被覆蓋度估算精度的決定性因子，結(jié)合研究區(qū)實際情況，依據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，分別取置信區(qū)間[2%，98%]的最大值0.70、最小值0.02作為完全植被覆蓋和無植被覆蓋像元的NDVI值。

2結(jié)果與分析

根據(jù)GF-1WFV4數(shù)據(jù)，利用公式(1)、(2)計算得到江北新區(qū)地表植被覆蓋度分級結(jié)果(圖3)。由圖3可知，從空間分布看，老山國家森林公園、浦口南部、六合西北部植被覆蓋度最高，浦口北部、六合南部、大廠地區(qū)以及濱江港口地帶由于開發(fā)時間早，城市化水平高，工業(yè)區(qū)密集，植被覆蓋度相對較低。對研究區(qū)植被覆蓋度進行分級面積統(tǒng)計，結(jié)果見表2。從表2可以看出，江北新區(qū)中、中高和高植被覆蓋度面積分別占到區(qū)域總面積的25.70%、29.40%和6.15%，顯示區(qū)域總體植被覆蓋度較高，水土保持和生態(tài)環(huán)境狀況良好。

圖3　江北新區(qū)植被覆蓋度分級結(jié)果Fig.3　Classification results of vegetation coverage degree in Jiangbei District

Table 2Statistics of vegetation cover classification in Jiangbei District

植被覆蓋分級Vegetationcoverclassification植被覆蓋度Vegetationcover占區(qū)域面積比例Proportion∥%低Low[0,0.2)10.63中低Mediumlow[0.2,0.4)16.22中Medium[0.4,0.6)25.70中高Mediumhigh[0.6,0.8)29.42高High[0.8,1.0]6.15

3結(jié)語

隨著GF系列衛(wèi)星的發(fā)射和投入使用，國產(chǎn)高分辨率多光譜衛(wèi)星在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方面發(fā)揮了越來越重要的作用。該研究采用基于像元二分模型的方法對南京江北新區(qū)的植被覆蓋度進行了定量估算，結(jié)果表明，GF-1 WFV影像數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域植被覆蓋度的快速有效反演，為江北新區(qū)開展生

態(tài)監(jiān)測和規(guī)劃、打造綠色宜居城市副中心提供了重要的依據(jù)和參考。

參考文獻

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Estimating Vegetation Coverage of Nanjing Jiangbei District Based on the GF-1 Data

GAO Lei,LU Gang

(Surverying and Mapping Engineering Institute of Jiangsu Province,Nanjing,Jiangsu 210013)

AbstractWith Jiangbei District in Nanjing City as study area,using MFV4 multispectral remote sensing data with 16 m spatial resolution in GF-1 satellite and based on dimidiate pixel model,vegetation coverage in study area was estimated.The results showed that the GF-1 data can reflect the spatial distribution of surface vegetation effectively,the high vegetation coverage in Jiangbei District is good for ecological environment and green livable area constructing.

Key wordsGF-1; Jiangbei District; Vegetation coverage

作者簡介高磊(1982- )，男，浙江杭州人，工程師，碩士，從事測繪與地理信息數(shù)據(jù)處理、地理國情監(jiān)測、衛(wèi)星遙感應(yīng)用等研究。

收稿日期2016-03-13

中圖分類號S 127

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)10-246-02