張曉同 河海大學(xué)

摘要：植被覆蓋度是感知綠地資源的重要參考指標(biāo)，對(duì)于土壤養(yǎng)成、氣候調(diào)節(jié)等具有重要意義。本文以南京市建鄴區(qū)高分一號(hào)影像為研究對(duì)象，利用像元二分模型，根據(jù)NDVI、RVI、SAVI三種植被指數(shù)計(jì)算植被覆蓋度。從而研究分析南京市建鄴區(qū)植被覆蓋情況。

關(guān)鍵詞：高分一號(hào) 植被覆蓋度 像元二分模型

引言：植被是地球表面覆蓋的植物群落。它與大氣狀況、土壤環(huán)境等自然環(huán)境要素密切相關(guān)，對(duì)于土地植被養(yǎng)成、氣候穩(wěn)定調(diào)節(jié)等具有重要意義。植被覆蓋率指某一地域植物垂直投影面積與該地域面積之比，用百分?jǐn)?shù)表示。植被覆蓋率是感知綠地資源與綠化水平的重要參考依據(jù)。掌握估算植被覆蓋度的方法、明晰植被覆蓋度變化誘因，是了解地表變化規(guī)律、評(píng)價(jià)生態(tài)區(qū)域的重要手段。

傳統(tǒng)的植被指數(shù)研究方法包括：目估法、采樣法、儀器法等，由于技術(shù)及儀器上的限制，傳統(tǒng)方法不能適用于大范圍內(nèi)的植被覆蓋度估算研究。而遙感技術(shù)以其大范圍、高分辨率、高時(shí)效等優(yōu)點(diǎn)，為植被覆蓋度研究提供了新的途徑，且已成為目前的主要研究方式，在之前已有許多成功的研究。如，王正興等利用EVI,NDVI,ANPP建立了線性模型和冪模型，完成了草地地上生物量反演實(shí)驗(yàn)；楊強(qiáng)等針對(duì)MODIS數(shù)據(jù)利用EVI指數(shù)，以線性混合像元模型對(duì)錫林郭勒盟地區(qū)植被覆蓋度進(jìn)行研究估算，取得了較為滿意的結(jié)果；江洪等利用FCD模型針對(duì)SPOT影像進(jìn)行植被覆蓋度計(jì)算，總精確度可達(dá)80%以上，這些基于遙感數(shù)據(jù)的研究成果，都證明以遙感數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象的植被覆蓋度進(jìn)行計(jì)算分析是可行的。

2013年4月，我國(guó)發(fā)射了第一顆高分辨率對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星GF-1。GF-1配有空間分辨率為2米的全色相機(jī)與空間分辨率為4米的多光譜相機(jī)，4臺(tái)分辨率16米的多光譜寬幅相機(jī)，對(duì)地觀測(cè)分辨率高，成像像幅寬?？筛鶕?jù)GF-1衛(wèi)星提供所的近紅外、紅、綠、藍(lán)四個(gè)波段的信息，對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行植被覆蓋度估算。

1.研究區(qū)域與數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)域

本研究選用南京市建鄴區(qū)作為研究區(qū)域。作為南京市的市中心，建鄴區(qū)還同時(shí)是我國(guó)東部地區(qū)金融服務(wù)中心、華東地區(qū)商務(wù)商貿(mào)中心。建鄴區(qū)位于南京市區(qū)西南部，中心位置位于北緯32°0′19.45″，東經(jīng)118°43′34.42″，總面積80.87平方公里。屬北亞熱帶濕潤(rùn)氣候，夏季炎熱多雨，冬季少雨，春秋兩季處于南北季風(fēng)替換季候，冷暖多變，晴雨無(wú)常。整體地勢(shì)南高北低，植被覆蓋較低。

研究選取2017年2月10日GF-1遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域植被覆蓋度估算，距今時(shí)間間隔短，可真實(shí)反映目前南京市建鄴區(qū)植被覆蓋情況，具有現(xiàn)勢(shì)意義。

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

研究采用的遙感數(shù)據(jù)為2017年2月10日取的空間分辨率分別為4m的GF-1遙感影像。該數(shù)據(jù)基本無(wú)云覆蓋，成像清晰，質(zhì)量較好。影像預(yù)處理包括輻射定標(biāo)與大氣校正兩部分。衛(wèi)星影像進(jìn)行定標(biāo)需要的GF-1衛(wèi)星參數(shù)與光譜響應(yīng)函數(shù)，從中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心網(wǎng)站 http：//www.cresda.com/CN/ 下載。

2.研究方法

2.1 植被覆蓋度計(jì)算方法

由于GF-1影像分辨率有限，影像中存在著許多混合像元，本文將采用像元二分模型分解混合像元。該模型認(rèn)為，遙感平臺(tái)所搭載傳感器探測(cè)到的信息，可以分解為綠色植被信息與裸土信息兩部分，每個(gè)像元的信息也可拆分為植被信息與裸土信息[6]?，F(xiàn)選用歸一化植被指數(shù)NDVI、土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)SAVI、比值植被指數(shù)RVI作為指示因子，對(duì)植被覆蓋度進(jìn)行估算。各指數(shù)計(jì)算公式如下：

表1 幾種植被指數(shù)計(jì)算公式

由公式（1）計(jì)算植被覆蓋度，表示每一個(gè)像元的光譜信息S由組成該像元的植被部分Sveg和土壤部分Ssoil共同表示，像元的植被覆蓋度VFC為：

其中，Ssoil與Sveg的取值是計(jì)算植被覆蓋度的關(guān)鍵。在沒(méi)有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的情況下，本文取指示因子在置信區(qū)間[5%，95%]內(nèi)的最大值、最小值進(jìn)行計(jì)算。以NDVI為例，計(jì)算式（1）轉(zhuǎn)換為式（2）：

將其他兩個(gè)植被指數(shù)（RVI、SAVI）也帶入（2）進(jìn)行計(jì)算，分別得到三個(gè)指示因子計(jì)算得到VFC，并將它們計(jì)算得到的VFC分別分為 [0,0.2]、[0.2,0.4]、[0.4,0.6]、[0.6,0.8]、[0.8,1.0]五個(gè)梯度等級(jí)，依次作為低等、中低等、中等、中高等、高等植被覆蓋度等級(jí)，并用圖像對(duì)估算分級(jí)結(jié)果進(jìn)行表示。

2.2 不同植被指數(shù)植被覆蓋度計(jì)算情況比對(duì)

根據(jù)GF1 PMS2傳感器數(shù)據(jù)，利用公式(1)、(2)計(jì)算得到南京河西地區(qū)的植被覆蓋度，結(jié)果如圖3所示：

圖1 基于不同植被指數(shù)提取的植被覆蓋率

將三種植被指數(shù)提取的植被覆蓋度進(jìn)行相互比較：基于NDVI指數(shù)提取的植被覆蓋度介于 0.1594～0.921之間，平均值為 0.5402；基于SAVI提取的植被覆蓋度介于0.1595～0.9211，平均覆蓋為0.5403；基于 RVI提取的植被覆蓋介于 0.1886～0.7908,平均值為 0.4897。

從整體看，三類指數(shù)計(jì)算所得植被覆蓋率相差不大，NDVI與SAVI結(jié)果尤為相近。從各分類等級(jí)看，NDVI提取的植被覆蓋率中，低等植被覆蓋度所占面積最大為33.436%，高等植被覆蓋度所占面積最小為6.609%；SAVI提取的植被覆蓋率中，低等植被覆蓋度所占面積最大為33.589%，高等植被覆蓋度所占面積最小為6.149%；RVI提取的植被覆蓋率中，中低等植被覆蓋度所占面積最大為42.441%，高等植被覆蓋度所占面積最小為2.848%。其余等級(jí)植被覆蓋度情況如表3所示。從空間分布上來(lái)看，根據(jù)圖1所示，南京市建鄴區(qū)植被覆蓋度情況以低等、中低等為主。高等植被覆蓋較少，多集聚于西北地區(qū)，且多伴有城市建筑區(qū)域，為人工種植植被。南部地區(qū)植被覆蓋度明顯低于北部，多為裸地或荒廢耕地，且城市開(kāi)發(fā)情況略低于北部，基本無(wú)人工綠植。

表3 植被覆蓋度比例表

3.結(jié)語(yǔ)

本研究運(yùn)用像元二份模型，選用NDVI、SAVI、RVI三類植被指數(shù)作為指示因子，計(jì)算分析南京市建鄴區(qū)植被覆蓋度情況。研究表明，GF1的使用，能夠?yàn)橹脖桓采w度研究計(jì)算提供有力的條件支持，實(shí)現(xiàn)研究區(qū)域植被覆蓋度的快速反演。但由于高分系列衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間不長(zhǎng)，現(xiàn)有研究在植被監(jiān)測(cè)方面應(yīng)用較少，在植被覆蓋度這方面的研究尚未深入[10]，參考資料不足的情況將會(huì)給研究帶來(lái)一些問(wèn)題。在之后的研究中，可加入實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以及GF-2、GF-3探測(cè)資料，建立多種模型進(jìn)行更為深入的研究。