基于OLI數(shù)據(jù)的云南硯山縣植被覆蓋率遙感估算

吳風(fēng)志，鄭買紅，胡國賢

(1.文山學(xué)院地理信息技術(shù)教學(xué)、實驗基地與創(chuàng)新服務(wù)中心，云南 文山 663000；2.文山學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院，云南 文山663000)

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基于OLI數(shù)據(jù)的云南硯山縣植被覆蓋率遙感估算

吳風(fēng)志1，2，鄭買紅1，2，胡國賢1，2

(1.文山學(xué)院地理信息技術(shù)教學(xué)、實驗基地與創(chuàng)新服務(wù)中心，云南 文山 663000；2.文山學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院，云南 文山663000)

選取OLI數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，通過基于NDVI的像元二分模型法對硯山縣植被覆蓋進(jìn)行遙感估算，并對硯山縣植被覆蓋進(jìn)行分區(qū)，結(jié)果表明硯山縣的植被覆蓋率整體不高，高植被覆蓋區(qū)1868.79 km2，占國土總面積的47.66%，中低植被覆蓋區(qū)1859.32 km2，占48.04%；空間分布上，高植被覆蓋區(qū)主要分布在東部、東南部，中低植被覆蓋區(qū)主要分布在中部、西北部，分布均相對集中。

NDVI；植被覆蓋；OLI影像；硯山縣

植被覆蓋率是指植被(包括葉、莖、枝)在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計區(qū)總面積的百分比，是刻畫地表植被覆蓋的一個重要參數(shù)，也是指示生態(tài)環(huán)境變化的重要指標(biāo)之一。除此之外，植被覆蓋也是控制土壤侵蝕的關(guān)鍵因素，研究結(jié)果表明，在其他條件一定時，土壤侵蝕量與植被覆蓋率具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系[1-5]。云南硯山縣地處滇東高原文山壯族苗族自治州中西部地區(qū)，行政轄區(qū)劃屬滇黔桂石漠化區(qū)，生態(tài)環(huán)境較為脆弱。本研究選取美國Landsat-8號衛(wèi)星搭載的OLI傳感器獲取的影像為數(shù)據(jù)源，在地理信息技術(shù)的支持下，開展硯山縣植被覆蓋率遙感估算，對于區(qū)域石漠化、土壤侵蝕的防治具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

硯山縣地處云南東南邊陲文山壯族苗族自治州中西部，地理位置東經(jīng)103°35′～104°45′、北緯23°18′～23°59′，東與廣南縣相連，南與西疇縣、文山市交界，西與紅河哈尼彝族自治州開遠(yuǎn)市、蒙自市接壤，北與丘北縣毗鄰。國土面積3920 km2，轄4鎮(zhèn)、7鄉(xiāng)、3個華僑管理區(qū)及1個農(nóng)場，總?cè)丝?8.72萬人。因地處北回歸線附近，亞熱帶高原季風(fēng)氣候特征十分明顯，地勢西北高、東南低，最高海拔2265 m、最低海拔1083 m，大部分地區(qū)海拔1400～1800 m。境內(nèi)發(fā)育大小河流6條，分屬珠江水系、紅河水系。全境土壤有紅壤、黃壤、紫色土、石灰?guī)r土、水稻土等5個土類，11個亞類，17個土屬，31個土種[6-8]。

2 硯山縣植被覆蓋率遙感估算及分析

2.1 OLI數(shù)據(jù)的獲取與處理

OLI(Operational Land Imager)，陸地成像儀，為美國Landsat系列衛(wèi)星中最新發(fā)射的8號衛(wèi)星所搭載的傳感器，共9個波段，覆蓋了從紅外到可見光的不同波長范圍。與7號衛(wèi)星搭載的ETM+傳感器相比，OLI增加了一個藍(lán)色波段和一個短波紅外波段，藍(lán)色波段主要用于海岸帶的觀測，短波紅外波段包括水汽強(qiáng)吸收特征，可用于云檢測[9]。OLI數(shù)據(jù)可通過美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)提供的數(shù)據(jù)中心獲取，中國用戶亦可通過中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所對地觀測數(shù)據(jù)共享計劃數(shù)據(jù)中心獲取。獲取到的數(shù)據(jù)，需經(jīng)過預(yù)處理方可使用，包括輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何校正及圖像增強(qiáng)等。研究區(qū)OLI影像的處理通過ENVI軟件實現(xiàn)，見圖1。

2.2 植被覆蓋率遙感估算

對于植被覆蓋率的遙感估算，目前有很多方法，較常見的有經(jīng)驗?zāi)Ｐ头ā⒅脖恢笖?shù)法、像元分解模型法、FCD模型法、決策樹分類法及其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等[5]。本研究使用基于NDVI的像元二分(解)模型來計算硯山縣植被覆蓋率。像元二分(解)模型將像元對應(yīng)空間區(qū)域的地表覆被構(gòu)成劃分為植被部分和非植被部分兩個組分，故由遙感器探測到的像元光譜信息(S)也由植被光譜信息部分(S1)和非植被光譜信息(S2)兩個組分構(gòu)成，各組分的權(quán)重與其所占像元面積的比例成正比。據(jù)此原理，若對一個純植被像元，傳感器探測到的光譜信息為SVEG，而對一個純非植被像元，傳感器探測到的光譜信息為SN-VEG，那么對于一個混合像元，傳感器探測到的光譜信息S可由下式計算：

S=S1+S2=SVEG×FVEG+SN-VEG×FN-VEG

(1)

式中:FVEG植被部分所占混合像元面積的比例，F(xiàn)N-VEG則代表非植被部分所占混合像元面積的比例。由于FVEG與FN-VEG之和等于1，故(1)式可變形為下式：

FVEG=(S-SVEG) /(SVEG-SN-VEG)

(2)

由于植被指數(shù)NDVI可綜合指示單位像元內(nèi)的植被類型、覆蓋形態(tài)、生長狀況等，故可以用NDVI估算植被覆蓋率[10-11]。即：

FVEG=(NDVI-NDVIVEG)/(NDVIVEG-NDVIN-VEG)

(3)

使用研究區(qū)OLI數(shù)據(jù)的近紅外波段、紅波段提取研究區(qū)的NDVI數(shù)據(jù)，利用(3)式計算研究區(qū)的植被覆蓋率，結(jié)果見圖2。其中NDVIVEG、NDVIN-VEG理論上分取NDVI極大值和極小值，但為了避免不確定因素的影響，故根據(jù)研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)，分別取置信區(qū)域累計5%、95%處NDVI值作為NDVIVEG和NDVIN-VEG值。

2.3 植被覆蓋率分析

據(jù)灰度直方圖以及相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，研究區(qū)植被覆蓋率平均值68.04%，大部分區(qū)域的植被覆蓋率為35%～80%。據(jù)DN值累積分布特征及相關(guān)文獻(xiàn)，將研究區(qū)植被覆蓋率劃分為4個區(qū)間：0～0.35無植被或較低植被覆蓋區(qū)、0.35～0.50低植被覆蓋區(qū)、0.50～0.70中植被覆蓋區(qū)及0.70以上高植被覆蓋區(qū)(圖3)，各區(qū)所占面積及比例如表1所示。

表1 各分區(qū)面積及所占比例

經(jīng)空間統(tǒng)計，無植被或較低植被覆蓋區(qū)面積為192.70 km2，主要為居民區(qū)、水域、農(nóng)田區(qū)及喀斯特灌木林區(qū)，占總面積的4.91%；低植被覆蓋區(qū)、中植被覆蓋區(qū)面積分別為555.98 km2、1303.34 km2，占14.1%和33.18%，大部分為低矮稀疏喬木區(qū)和灌木林區(qū)；高植被覆蓋區(qū)面積1868.79 km2，占47.66%。空間分布上，高植被覆蓋區(qū)主要分布于東部、東南部及西南部地區(qū)，這些區(qū)域地形起伏相對較大，土壤發(fā)育相對成熟，紅壤、黃壤集中分布，有機(jī)質(zhì)積聚較豐厚，各種微量元素含量相對較高，河流發(fā)育較多，多地形雨；無植被或較低植被覆蓋區(qū)在中西部地區(qū)零星分布；低植被覆蓋區(qū)、中植被覆蓋區(qū)主要分布于東北部、中南部及西北部地區(qū)，地勢相對平坦，喀斯特地貌廣泛分布，土壤多為石灰(巖)土，黏度大而透水性差，不利于自然植被的生長。

3 結(jié)論與展望

研究以O(shè)LI數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，通過基于NDVI的像元二分(解)模型方法對硯山縣植被覆蓋率進(jìn)行遙感估算，在此基礎(chǔ)上，對研究區(qū)植被覆蓋率進(jìn)行分區(qū)。結(jié)果顯示，硯山縣植被覆蓋率總體不高，高植被覆蓋區(qū)域、中低植被覆蓋區(qū)域分布都過于集中，對于生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展是極為不利的，在土地資源的開發(fā)利用過程中要注意統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、整體規(guī)劃，開發(fā)和防治并舉，防止重度石漠化區(qū)域生態(tài)進(jìn)一步惡化，輕度或無石漠化區(qū)域生態(tài)質(zhì)量下降。

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The Estimation of Vegetation Coverage of Yanshan County in Yunnan by Remote Sensing Based on OLI Data

WU Feng-zhi1,2, ZHENG Mai-hong1,2, HU Guo-xian1,2

(1.Geography Information Technology Teaching & Experiment Base and Innovation Service Center, Wenshan Yunnan 663000, China)

Yanshan County is located in the Midwest of Wenshan, Yunnan Province. It belongs to the Karst zones of Yunnan, Guizhou and Guangxi, which is one of the counties of national poverty alleviation and development in China. The data of OLI was adopted as the data source to estimate and partition the vegetation coverage in Yanshan County by remote sensing technology based on pixel dichotomy model of NDVI. It turned out that the overall vegetation coverage rate was not high. The high vegetation coverage area was 1868.79 km2, which accounted for 47.66% of the total area and the low area was 1859.32 km2accounting for 48.04% in total. In the spatial distribution, the high vegetation coverage was mainly distributed in the east and southeast, and the middle and low area were mainly distributed in the middle and northwest. The distribution was relatively concentrated.

NDVI; vegetation converge; OLI image; Yanshan County

2017-03-07

X87

A

1673-9655(2017)05-0005-03