何柏華，張曉勉*，薛曉坡，付強，歐林林

（1.廣西壯族自治區(qū)森林資源與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，廣西 南寧 530022；2.浙江省林業(yè)科學研究院，浙江 杭州 310023）

自然保護區(qū)在保護生物多樣性，維護生態(tài)平衡，促進可持續(xù)發(fā)展，支持科學研究和公眾教育等方面發(fā)揮著重要的作用[1-2]。與世界其他地區(qū)一樣[3-4]，廣西林業(yè)自然保護區(qū)分布在海拔較高、社會生產(chǎn)力相對較低的地區(qū)，這些地區(qū)雖然交通不發(fā)達、基礎設施落后、信息閉塞、經(jīng)濟發(fā)展水平低，但自然保護區(qū)及其周圍依然存在大量的社區(qū)[5]。社區(qū)居民農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式粗放，主要以土地資源開發(fā)、森林資源獲取等方式為主[6]，給自然保護區(qū)生態(tài)環(huán)境保護帶來了很大影響，因此對人類活動進行長期、持續(xù)、穩(wěn)定、及時的監(jiān)測顯得十分重要。結(jié)合廣西林業(yè)自然保護區(qū)地理分布及氣候條件，應用主動雷達遙感與被動光學遙感影像數(shù)據(jù)，建立遙感監(jiān)測與地面監(jiān)測相結(jié)合的自然保護區(qū)生態(tài)與資源監(jiān)測體系，提高自然保護區(qū)監(jiān)管能力。

1 研究區(qū)域概況

對廣西48個林業(yè)自然保護區(qū)2017和2018年度人類活動進行遙感監(jiān)測，其中國家級保護區(qū)19個，面積3 346 km2，占廣西國土面積的1.41%；自治區(qū)級以上保護區(qū)29個，面積3 966 km2，占廣西國土面積的1.67%。主要分布在廣西3個弧形山系中，即桂北的大南山、天平山和九萬山構成的北弧山系，桂中的架橋嶺、大瑤山、都陽山和大明山構成的中弧山系，桂南的云開山、六萬大山、十萬大山、六韶山、大青山和公母山構成的南弧山系；以及桂西喀斯特巖溶山地和沿海的三角洲、島嶼地區(qū)。這些地方山高路遠、交通條件相對落后，給傳統(tǒng)地面調(diào)查帶來了相當大的困難；且廣西降雨量豐富、全年降水季節(jié)長，高山地區(qū)常年云霧籠罩，傳統(tǒng)光學遙感影像輔助的遙感監(jiān)測效果不理想。

2 研究方法

2.1 基礎數(shù)據(jù)

2.1.1主動雷達遙感數(shù)據(jù)

歐洲空間局（ESA）哨兵一號（Sentinel-1）的Interferometric Wide Swath(IW)level-1模式的SLC（Single Look Complex） 和 GRD （Ground Range Detected）格式影像，空間分辨率為5~20 m。IW模式的影像因其分辨率適中、覆蓋范圍廣闊、較高頻率的重返周期得到了廣泛應用[7]。

2.1.2被動光學遙感數(shù)據(jù)

包括高分一號到六號、資源三號、北京二號、高景等數(shù)據(jù)，空間分辨率0.8~2.5 m影像。

2.1.3矢量數(shù)據(jù)

包括48個林業(yè)自然保護區(qū)的范圍界線、功能區(qū)界，并對范圍界向外緩沖500 m的影響區(qū)界，坐標 系 均 為 ：GCS_China_Geodetic_Coordinate_System_2000。

2.2 技術路線

對前后兩期雷達和光學遙感影像進行變化檢測，獲取監(jiān)測區(qū)域范圍內(nèi)變化圖斑，建立遙感判讀疑似變化圖斑數(shù)據(jù)庫，應用《廣西自然保護區(qū)人類活動遙感監(jiān)測信息管理系統(tǒng)》（以下簡稱“信息管理系統(tǒng)”）發(fā)布遙感監(jiān)測疑似變化圖斑。各保護區(qū)通過網(wǎng)絡下載變化圖斑信息，開展實地核查，并將核查結(jié)果錄入信息管理系統(tǒng)，建立變化圖斑實地核查數(shù)據(jù)庫，應用信息管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總分析、生成統(tǒng)計報表、編制監(jiān)測報告。見圖1。

圖1技術路線

2.3 人類活動類型

根據(jù)《自然保護區(qū)人類活動遙感監(jiān)測技術指南（試行）》，結(jié)合廣西實際，自然保護區(qū)人類活動類型分為林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動和工程項目建設三大類。人類活動類型分類及土地種類分類指標和定義如表1所示。

2.4 遙感判讀技術方法

2.4.1數(shù)據(jù)預處理

為了消除遙感影像的扭曲、畸變和噪聲，在進行多時相SAR影像變化檢測之前，應用GAMMA等軟件對影像進行單一影像預處理、配準、輻射校正以及濾波等處理；對被動光學遙感影像數(shù)據(jù)進行波段組合、幾何校正、分辨率融合、影像鑲嵌等預處理。

2.4.2 計算機自動變化檢測

針對廣西多云霧覆蓋的特點，結(jié)合自然保護區(qū)管理的需求，采用聯(lián)合多時相SAR和光學影像，主、被動遙感聯(lián)合的變化監(jiān)測。主、被動協(xié)同遙感監(jiān)測能夠打破之前光學遙感監(jiān)測的局限性，特別是在云雨覆蓋較多的地區(qū)，可獲得連續(xù)、可靠的變化監(jiān)測結(jié)果，同時降低SAR遙感的虛檢率，降低高分光學遙感的漏檢率[8]。

表1自然保護區(qū)人類活動類型及土地種類分類

（1）基于高頻次成像的SAR影像林地變化信息提取。利用SAR不受天氣影響的優(yōu)勢，結(jié)合SAR數(shù)據(jù)的強度、紋理等信息，實現(xiàn)高頻次的林地變化信息初步提??；利用SAR影像的升/降軌影像信息互補能力，重點解決由于山地地形造成的SAR影像的陰影以及疊掩區(qū)域無法進行專題信息提取的問題。

（2）基于高分辨率多光譜影像的林地變化邊界信息提取。結(jié)合高頻次SAR影像的變化識別結(jié)果，以林地先驗知識（林地“一張圖”、二類調(diào)查成果等）與高分辨率光學影像結(jié)構信息的結(jié)合為核心，優(yōu)化林地變化識別結(jié)果，獲取完整的林地變化類型表達和準確的邊界描述。

2.4.3人機交互檢查

將計算機自動變化檢測出的變化圖斑疊加到前后期高分率光學遙感影像上，根據(jù)高分率光學遙感影像的判讀標志，如色調(diào)（顏色）、形狀、位置、大小、陰影、布局、紋理及其他間接標志等，人工初步判定變化圖斑土地利用類型和變化類型等信息。遍覽高分率光學遙感影像，補繪計算機自動變化檢測遺漏的變化圖斑；刪除計算機自動變化檢測出的錯誤圖斑。

2.4.4變化圖斑檢測

人類活動變化圖斑最小判讀面積0.1 hm2。寬度小于10 m，面積達到最小判讀面積的線狀變化圖斑也需要檢測出來。保護區(qū)范圍內(nèi)除農(nóng)業(yè)用地變更作物耕作可以不檢測出來外（例如上年度種甘蔗，本年度種玉米，不要求檢測出來），其他各種變化類型均需檢測出來；2018年保護區(qū)周邊500 m影響區(qū)只檢測工程建設變化圖斑，包括采石（砂）場、工礦用地、水電站、旅游設施、道路的圖斑等。

2.5 實地核查技術方法

2.5.1變化圖斑信息下載

技術支撐單位將根據(jù)遙感影像變化檢測得到的疑似變化圖斑導入信息管理系統(tǒng)，各保護區(qū)登入信息管理系統(tǒng)后即可查看、下載本保護區(qū)的變化圖斑信息。

2.5.2實地核查

實地核查主要是通過實地訪問、驗證核查和檔案查詢等方式，記錄人類活動類型、現(xiàn)狀地類（設施類型）、土地權屬、發(fā)生時間、變化類型、設施名稱、設施現(xiàn)狀、采伐審批、林地審批和環(huán)評審批等相關文件、生態(tài)環(huán)境影響和破壞情況、違法查處情況等，并拍攝現(xiàn)場照片。

2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與核查報告編制

信息管理系統(tǒng)允許各級用戶對本級數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，自動生成統(tǒng)計報表；各級用戶根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果編制核查報告。

3 監(jiān)測效果分析

3.1 人類活動遙感監(jiān)測總體情況

廣西已完成48個林業(yè)自然保護區(qū)2017、2018兩個年度人類活動遙感監(jiān)測工作。2017年對核心區(qū)、緩沖區(qū)、實驗區(qū)、影響區(qū)進行無差別遙感監(jiān)測；2018年影響區(qū)只監(jiān)測是否存在工程項目建設，不再監(jiān)測林業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動。

2017年共發(fā)現(xiàn)人類活動斑塊5 935處，面積3637.16 hm2，占48個林業(yè)自然保護區(qū)及其影響區(qū)面積的0.36%。由于自然保護區(qū)加強管理及監(jiān)測內(nèi)容的調(diào)整，2018年發(fā)現(xiàn)的人類活動明顯減少。2018年共發(fā)現(xiàn)人類活動斑塊964處，總面積1 379.78 hm2，占48個林業(yè)自然保護區(qū)及其影響區(qū)面積的0.14%。詳見表2。

從表2可知，兩個年度的人類活動均以采伐、造林等林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動為主；2017年發(fā)現(xiàn)林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動斑塊2 647處，面積3 288.00 hm2；2018年發(fā)現(xiàn)552處，面積849.70 hm2；所占人類活動總斑塊、總面積比重均超過了50.00%。這與保護區(qū)所處地理位置及社區(qū)居民的生產(chǎn)方式相關。大多數(shù)自然保護區(qū)位于大型山系中，社區(qū)居民受教育程度低，生產(chǎn)方式粗放，主要以對林地開發(fā)、森林資源的收集為主。林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動對自然保護區(qū)生態(tài)環(huán)境影響相對較低[9]，但大面積森林采伐活動對生態(tài)環(huán)境和社會的影響大。在兩個年度的遙感監(jiān)測中，均發(fā)現(xiàn)有單個斑塊面積大于30.00 hm2采伐后新造林地，大面積采伐應成為今后自然保護區(qū)管護重點關注內(nèi)容。同時，在兩個監(jiān)測年度內(nèi)，個別自然保護區(qū)人類活動斑塊數(shù)、面積雖然有所下降，但其絕對數(shù)量仍然較大。例如王子山，兩個年度人類活動面積均超過400.00 hm2，人類活動依然頻繁。加強對這些保護區(qū)的日常管護固然是重要的，同時也啟示，某些保護資源富集度低、人類活動頻繁的區(qū)域在未來重點自然保護區(qū)整合優(yōu)化工作中，可適當調(diào)出。

表2 廣西48個林業(yè)自然保護人類活動遙感監(jiān)測總體情況統(tǒng)計

3.2 不同等級自然保護區(qū)人類活動情況

由圖2和圖3可知，國家級自然保護區(qū)2017、2018年分別發(fā)現(xiàn)人類活動斑塊1 449處、247處，分別占年度內(nèi)發(fā)現(xiàn)人類活動總斑塊數(shù)的24.41%、25.62%；面積992.83 hm2、348.68 hm2，分別占年度內(nèi)的人類活動總面積的27.30%、25.27%。自治區(qū)級自然保護區(qū)2017、2018年分別發(fā)現(xiàn)人類活動斑塊4 486處、717處，分別占年度內(nèi)發(fā)現(xiàn)人類活動總斑塊數(shù)的75.58%、74.37%；面積2 644.33 hm2、1 031.10 hm2，分別占年度內(nèi)的人類活動總面積的72.70%、74.73%。兩個監(jiān)測年度內(nèi)，不同等級保護區(qū)，人類活動均有較大降幅。同時，監(jiān)測的48個林業(yè)自然保護區(qū)中，19個國家級自然保護區(qū)，監(jiān)測面積為45.21萬hm2。29個自治區(qū)級自然保護區(qū)，監(jiān)測面積為55.01萬hm2，是國家級保護區(qū)監(jiān)測面積的1.18倍；但自治區(qū)自然保護區(qū)人類活動斑塊數(shù)、面積卻是國家級2.66~3.10倍。其原因一方面是國家級自然保護區(qū)選址更為合理；另一方面國家級自然保護區(qū)均設立有專門的管理機構。而自治區(qū)級自然保護區(qū)僅部分有專門管理機構，部分由市、縣林業(yè)局或者林場代管，極少部分由鄉(xiāng)鎮(zhèn)林業(yè)站管理，經(jīng)費投入少，管護基礎設施缺乏，管護力量薄弱，管護效能低[5]。

3.3 不同功能區(qū)人類活動情況

48個自然保護區(qū)有46個劃分了功能區(qū)，僅恩城、五福寶頂未劃，其保護區(qū)范圍均按核心區(qū)進行管理。2017年核心區(qū)發(fā)現(xiàn)人類活動斑塊723處，面積462.23 hm2，分別占2017年人類活動總斑塊、總面積的12.18%、12.71%；緩沖區(qū)發(fā)現(xiàn)1 100處，面積593.60 hm2，分別占 18.53%、16.32%；實驗區(qū)發(fā)現(xiàn)2 088處，面積1 127.16 hm2，分別占35.18%、30.99%；影響區(qū)發(fā)現(xiàn)2024處，面積1 454.17 hm2，分別占34.10%、39.98%。2018年核心區(qū)發(fā)現(xiàn)人類活動斑塊144處，面積217.57 hm2，分別占2018年人類活動總斑塊、總面積的14.94%、15.77%；緩沖區(qū)發(fā)現(xiàn)260處，面積470.99 hm2，分別占6.97%、34.14%；實驗區(qū)發(fā)現(xiàn)420處，面積509.31 hm2，分別占43.57%、36.91%；影響區(qū)發(fā)現(xiàn)140處，面積181.91 hm2，分別占 14.52%、13.18%，詳見圖 4和圖5。兩個監(jiān)測年度內(nèi)，各功能區(qū)人類活動均有較大降幅，并且表現(xiàn)出核心區(qū)<緩沖區(qū)<實驗區(qū)<影響區(qū)的趨勢（2018年影響區(qū)只檢測工程建設項目及養(yǎng)殖類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動，發(fā)現(xiàn)的人類活動較少，這一趨勢略有偏差）。

圖2不同等級保護區(qū)人類活動面積結(jié)構

圖3不同等級保護區(qū)人類活動斑塊數(shù)結(jié)構

圖4不同功能區(qū)人類活動面積結(jié)構

圖5不同功能區(qū)人類活動斑塊數(shù)結(jié)構

4 結(jié)論與討論

SAR影像具有全天時、全天候的強穿透能力，可以有效彌補多云、多霧天氣對主動光學遙感數(shù)據(jù)在森林資源信息識別、提取中的不足[10-12]；同時，高分辨率光學影像結(jié)構信息可以優(yōu)化SAR林地變化識別結(jié)果，獲取完整的林地變化類型表達和準確的邊界描述[13-14]，互補優(yōu)缺。以此為數(shù)據(jù)源獲取自然保護區(qū)人類活動變化圖斑，以“信息管理系統(tǒng)”為管理平臺，構建了監(jiān)測與地面監(jiān)測相結(jié)合的自然保護區(qū)生態(tài)與資源監(jiān)測體系。

（1）2018年與2017年相比較，人類活動斑塊減少了4 971處，面積減少了2 257.38 hm2。遙感監(jiān)測時效高、覆蓋廣、成本低，可以明顯提高自然保護區(qū)管護效率，應作為一項常態(tài)化措施應用于自然保護區(qū)管護中。

（2）自治區(qū)級自然保護區(qū)內(nèi)人類活動較國家級的更為頻繁，有必要加大對自治區(qū)級自然保護區(qū)資金投入，建立專門管理機構，提高管護效率。

（3）自然保護區(qū)人類活動頻次從高到低基本順序為影響區(qū)、實驗區(qū)、緩沖區(qū)、核心區(qū)的趨勢，與自然保護區(qū)分區(qū)管理制度整體相符；同時，應加強對核心區(qū)人類的活動的管控，避免對核心保護資源的破環(huán)。