喬占明，王曉波，吳笑天

(1. 青海省地理國(guó)情監(jiān)測(cè)院，青海 西寧 810000； 2. 青海省地理空間信息技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810000)

0 前 言

目前，研究人員利用遙感反演技術(shù)進(jìn)行植被覆蓋度估算，大多都集中在對(duì)模型的建立、數(shù)據(jù)源的選擇及區(qū)域的選取等方面，但對(duì)其后期的利用研究相對(duì)較少[1-3]。地理國(guó)情普查是利用高分辨率航空航天遙感影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和其他專題數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，查清我國(guó)地形地貌、地表覆蓋等地表自然和人文地理要素現(xiàn)狀和空間分布情況[4]。青海省是一個(gè)草原大省，且青海省地理國(guó)情普查承擔(dān)區(qū)域大多屬于半農(nóng)半牧或牧業(yè)縣，但青海省地理國(guó)情普查采用的影像大多為冬季，難以滿足地理國(guó)情普查的需要，對(duì)于草地的辨識(shí)有一定難度，同時(shí)外業(yè)調(diào)查對(duì)草地覆蓋度的認(rèn)知也存在一定偏差。

本文依托青海省第1次全國(guó)地理國(guó)情普查項(xiàng)目，研究如何利用植被覆蓋度遙感反演結(jié)果確定地理國(guó)情普查草地三級(jí)分類。以青海省地理國(guó)情普查項(xiàng)目承擔(dān)區(qū)域?yàn)槔?，探索植被覆蓋度遙感反演結(jié)果在青海省地理國(guó)情普查中的應(yīng)用原則，通過(guò)試驗(yàn)區(qū)域地應(yīng)用，準(zhǔn)確合理地提出反演應(yīng)用的原則。

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)域?yàn)榍嗪Ｊ〉?次地理國(guó)情普查承擔(dān)區(qū)域，主要包括西寧市、海東市、黃南藏族自治州、海北藏族自治州兩市兩州共計(jì)21縣域的范圍，位于青海省西北面，面積為7.32 萬(wàn)km2，草地可利用面積為4.76 km2。

1.2 數(shù)據(jù)源

1.2.1 影像數(shù)據(jù)源

本次試驗(yàn)中，數(shù)據(jù)源采用Lansat8影像，時(shí)間為2013年7～8月，對(duì)于部分區(qū)域影像質(zhì)量較差，可選用6月下旬或9月份影像替換。

Landsat8影像包含11個(gè)波段，試驗(yàn)中使用的影像只有OLI陸地成像儀中的9各波段，空間分辨率為30 m，其中包括一個(gè)15 m的全色波段，見(jiàn)表1。在植被覆蓋度遙感反演中主要使用第4波段(紅波段)和第5波段(近紅外波段)。

表1 Landsat8 影像波段(OLI)

1.2.2 植被度蓋度數(shù)據(jù)

植被覆蓋度遙感反演利用Landsat8影像經(jīng)過(guò)影像去云、輻射糾正，利用最優(yōu)土壤調(diào)整植被指數(shù)(OSAVI)，結(jié)合樣點(diǎn)內(nèi)插結(jié)果進(jìn)行植被覆蓋度估算。最終得到的結(jié)果按照第1次全國(guó)地理國(guó)情普查要求分級(jí)[5]，分級(jí)要求如表2所示，效果如圖1所示。青海省地理國(guó)情普查承擔(dān)區(qū)域植被覆蓋度遙感反演結(jié)果經(jīng)過(guò)驗(yàn)證精度到85.5%，基本可以滿足生產(chǎn)的需要。

表2 地理國(guó)情普查草地三級(jí)分類

圖1 青海省地理國(guó)情普查承擔(dān)區(qū)域遙感反演結(jié)果

2 分類原則研究

2.1 地理國(guó)情普查技術(shù)指標(biāo)

數(shù)據(jù)采集精度，即采集的地物界線和位置與影像上地物的邊界和位置的對(duì)應(yīng)程度。影像上分界明顯的地表覆蓋分類界線和地理國(guó)情要素的邊界以及定位點(diǎn)的采集精度應(yīng)控制在5個(gè)像素以內(nèi)。特殊情況，如高層建筑物遮擋、陰影等，采集精度原則上應(yīng)控制在10個(gè)像素以內(nèi)。地表覆蓋類型漸變地帶沒(méi)有明顯的分界線，過(guò)渡地帶的覆蓋分類應(yīng)至少保證上一級(jí)類型的準(zhǔn)確性[4]。

草地采集指標(biāo)：草原地區(qū)，最小圖斑對(duì)應(yīng)的實(shí)地面積為1 600 m2；其他地區(qū)最小圖斑對(duì)應(yīng)的地面實(shí)地面積為400 m2[5-6]。荒漠與裸露地表采集指標(biāo)：荒漠地區(qū)最小圖斑對(duì)應(yīng)的地面實(shí)地面積為10 000 m2，其他地區(qū)為1 600 m2[5-6]。

2.2 分類原則建立

利用植被覆蓋度遙感反演結(jié)果，需嚴(yán)格按照國(guó)家地理國(guó)情普查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，在采集精度要求內(nèi)，輔助完成草地三級(jí)類的劃分。

1)高分為主—反演為輔。即在使用反演結(jié)果劃分草地三級(jí)分類時(shí)，以高分影像為主，結(jié)合植被覆蓋度遙感反演結(jié)果輔助劃分草地三級(jí)分類。遙感反演結(jié)果中，1個(gè)像素表示實(shí)地225 m2，因此其大于兩個(gè)像素的分類部分，均需在高分影像中進(jìn)行分析。主要存在以下兩種情況：①需采集情況。在植被覆蓋度遙感反演結(jié)果中，大于兩個(gè)像素的部分，其相應(yīng)位置在高分影像中與周圍地物存在差異的，必需按照地理國(guó)情普查最小上圖指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行表示；②不需采集情況。在植被覆蓋度遙感反演結(jié)果中，大于兩個(gè)像素的部分，其相應(yīng)位置在高分影像中難以看出與周圍地物的差異，此種情況可不考慮反演結(jié)果，以高分影像為主。

2)高分定界—反演定性。即在使用反演結(jié)果劃分草地三級(jí)分類時(shí)，以使用的高分影像確定區(qū)域的界線，反演結(jié)果確定區(qū)域的草地三級(jí)分類級(jí)別。地理國(guó)情普查使用的分辨率為0.5 m或2.5 m的影像，而遙感反演使用的為15 m分辨率的影像。因此，在使用遙感反演結(jié)果確定草地三級(jí)分類的過(guò)程中應(yīng)遵循采用高分影像確定范圍，遙感反演結(jié)果進(jìn)行級(jí)別定性的方式。

3)面積占優(yōu)法。即在使用反演結(jié)果劃分草地三級(jí)分類時(shí)，對(duì)于區(qū)域內(nèi)有多個(gè)分類級(jí)別且分區(qū)較為零散時(shí)，按照面積最大的類型確定最終級(jí)別。

遙感反演結(jié)果中存在同一個(gè)地方同時(shí)出現(xiàn)高、中、低、裸地中的兩種或幾種，而在高分影像中其紋理、色彩等無(wú)明顯的差異，此時(shí)需要根據(jù)面積占優(yōu)法對(duì)其進(jìn)行定性。

2.3 分類原則應(yīng)用

依據(jù)上述采集原則，結(jié)合高分影像WorldView1和WorldView2影像，在青海省地理國(guó)情普查區(qū)域大通縣、尖扎縣得以應(yīng)用。

2.3.1 WorldView1影像中的應(yīng)用

圖2為WorldView1應(yīng)用案例，該區(qū)域位于尖扎縣境內(nèi)，地理國(guó)情普查使用的影像數(shù)據(jù)源為WorldView1。從高分影像中，先通過(guò)紋理、色調(diào)等信息判定其各個(gè)地物的范圍，然后依據(jù)反演結(jié)果數(shù)據(jù)確定其級(jí)別。其中，在遙感反演結(jié)果中，紅色方框內(nèi)，中覆蓋區(qū)域內(nèi)還包含部分低覆蓋草地和裸地區(qū)域，但在高分影像中其與周圍地物無(wú)差異，故此處按照面積占優(yōu)法將其全部歸入中覆蓋草地。

圖2 WorldView1應(yīng)用案例

2.3.2 WorldView2影像中的應(yīng)用

圖3為WorldView2應(yīng)用案例，區(qū)域位于尖扎縣境內(nèi)，地理國(guó)情普查中使用的影像數(shù)據(jù)源為WorldView2影像。根據(jù)高分影像的紋理、顏色等信息可以確定各個(gè)地物的界線，然后疊加遙感反演結(jié)果數(shù)據(jù)，確定其分類級(jí)別。如圖3泥土地表(0920)范圍，在高分影像中呈現(xiàn)高亮、發(fā)白，在遙感反演結(jié)果數(shù)據(jù)中，其基本呈現(xiàn)裸地分級(jí)。因此，此處按照高分影像確定其界線，依據(jù)遙感反演結(jié)果確定其級(jí)別。如圖3覆蓋草地(0421)范圍，在高分影像中其紋理較為光滑，在遙感反演結(jié)果中，其大部分處于中覆蓋分級(jí)中，包含少部分低覆蓋區(qū)域及裸地部分，依照面積占優(yōu)法原則，將其全部歸入中覆蓋度草地中。

圖3 WorldView2應(yīng)用案例

3 結(jié) 論

1)依據(jù)生產(chǎn)試驗(yàn)，提出的青海省地理國(guó)情普查植被覆蓋度遙感反演結(jié)果使用分類原則，可以較好的指導(dǎo)實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用。高分為主—反演為輔、高分定界—反演定性、面積占有法3大原則，適用性較強(qiáng)，操作方便。

2)利用植被覆蓋度遙感反演結(jié)果，可以彌補(bǔ)青海省地理國(guó)情普查影像時(shí)相不好、全色影像難以辨別草地三級(jí)類劃分等不利因素。

3)植被覆蓋度遙感反演結(jié)果的應(yīng)用，可以合理、科學(xué)的輔助指導(dǎo)一線作業(yè)人員進(jìn)行草地三級(jí)類的劃分，統(tǒng)一青海省各普查單位之間的認(rèn)知，加快青海省地理國(guó)情普查的步伐。

青海省地理國(guó)情普查片區(qū)植被覆蓋度遙感反演結(jié)果已經(jīng)在青海省尖扎縣、大通縣、海晏縣得到普遍應(yīng)用，后期將在全省推廣使用。但是在應(yīng)用中還是存在一些問(wèn)題，如低覆蓋度草地、荒漠與裸露地表的劃分，后期將通過(guò)裸地樣點(diǎn)的篩選，優(yōu)化反演結(jié)果，總結(jié)分類原則，不斷解決問(wèn)題，更好的發(fā)揮遙感反演技術(shù)的作用。