吉林一號衛星遙感數據在林業中的應用

·文|長光衛星技術有限公司 楊勇帥

吉林一號衛星遙感數據在林業中的應用

·文|長光衛星技術有限公司 楊勇帥

一、應用背景

衛星遙感技術可以實現傳感器頻繁而持續的觀測地表信息，遙感數據已廣泛應用在林業、農業、水利、氣象、資源環境等領域。自1972年Landsat-1衛星成功發射以來，以美國為首的許多航天大國陸續發射了多顆遙感衛星，遙感數據的空間分辨率從公里級覆蓋到亞米級，至今已積累了海量遙感數據，為相關領域應用提供了豐富的數據源。森林為人類的生存和發展提供寶貴物質資源，同時在維持生態平衡、保護稀缺資源方面具有不可替代的作用。森林資源調查可以詳細掌握森林資源現狀及其消長變化規律、提高森林資源管理水平，并為林業管理提供正確的決策支持。目前利用衛星遙感技術進行森林資源普查和監測已取得較大進展，遙感數據在林業方面的應用具有廣闊前景。選取典型樣區，利用吉林一號衛星遙感數據，調查樣區2016年林地現狀，并結合2013年其他衛星歷史遙感影像，分析林地動態變化信息。

二、數據介紹及數據預處理

吉林一號是由長光衛星技術有限公司自主研制的高空間分辨率衛星星座，包括一顆光學衛星、兩顆視頻星和一顆靈巧驗證星。吉林一號光學衛星設置三個可見光和一個全色共四個波段，全色和可見光波段的空間分辨率分別為0.72m和2.88m。吉林一號遙感數據的高空間分辨率特點，使其可以應用于森林資源調查和監測工作中。

樣區為一個南北長8km、東西寬4.5km的矩形，樣區內主要土地覆被類型為森林和農田，適宜進行基于遙感數據的林地資源調查和變更分析。獲取樣區內一景2016年7月27日吉林一號遙感影像，為1級標準產品，經過了輻射校正和系統幾何校正。對吉林一號衛星遙感數據進行正射校正處理，以消除地形起伏、地球曲率等因素對衛星遙感成像的影響。為了使遙感數據同時具有可見光波段的多光譜信息和全色波段的高空間分辨率信息，對吉林一號衛星遙感數據進行融合處理，得到空間分辨率為0.72m的紅、綠和藍光波段的多光譜數據。然后根據樣區矢量邊界對影像進行裁剪，獲取樣區范圍內的吉林一號多光譜遙感數據。

表1 地物分類依據及其影像特征

三、調查方法

對經過預處理后的吉林一號衛星遙感數據，根據不同地物類型在色調、形狀、紋理等方面的差異，結合專家經驗知識，采用人機交互的方法，對樣區內土地利用類型進行解譯分類。不同地物的分類依據和影像特征如表1所示。為分析樣區內的林地變更信息，使用了相同地區一景2013年9月30日其他衛星遙感數據，對該數據進行了相同的預處理，并對兩景影像進行地理配準處理。

四、結果分析

為了便于重點分析林地現狀和變更信息，應用過程中將草地、農田和城鎮等類型合并為非林地。分別對吉林一號衛星和輔助衛星遙感數據進行遙感解譯，得到樣區2016年和2013年兩期林地空間分布和面積信息。為突出林地變更信息，以林地、非林地、砍伐林地和新增林地表示林地變化情況。其中，新增林地為人工林成長且能從高空間分辨率遙感影像識別。

2016年樣區內林地面積為23.394km2，占樣區總面積比例為64.98%，其中，新增林地面積0.084km2，占樣區總面積比例約0.23%；非林地面積為12.605km2，占樣區總面積比例為35.01%，其中，砍伐林地面積0.645km2，占樣區總面積比例為1.79%。

圖2為林地及林地變更區域空間分布特征，可見農田、城鎮等非林地主要分布在海拔較低且地勢平緩的地區，林地則主要分布在山峰和山脊處，海拔較高且地形較為復雜。砍伐導致林地減少的區域和人工林則主要位于農田和林地的過渡區域。

林地變更面積信息統計如表2所示，新增林地面積為0.084km2，因砍伐導致林地面積減少0.645km2，樣區內2013-2016年間林地凈減少了0.561km2，變化率為2.34%。林地砍伐后多開墾利用為農作物、經濟作物種植。在該應用的基礎上，結合DEM、社會經濟等數據，可對吉林一號衛星遙感數據的應用領域推廣，進行大區域土地覆被數據制圖、特征分析及動態變化驅動因素分析。

表2 樣區林地變更信息統計（單位：km2）

圖2 樣區內2013-2016年林地變更信息（底圖為吉林一號真彩色合成影像）

五、總結

衛星遙感技術能為森林資源管理和監測提供有效的數據支持，使得林地管理工作更加高效、快捷。吉林一號衛星遙感數據具有高空間分辨率特點且光譜包括了可見光波段，能夠為林地調查提供可靠、及時的真彩色合成影像，將來可廣泛應用在林地資源調查和監測工作中。遙感數據在林業資源管理中的應用不僅需要綜合使用不同數據源的遙感數據，更需要遙感理論和方法上的創新，使衛星遙感技術更好的服務于林業領域。