基于遙感技術(shù)的丹東市森林資源估算

李 寧

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃監(jiān)測院,遼寧 沈陽 110122)

1 引言

森林資源監(jiān)測是林業(yè)重要的基礎(chǔ)性工作，是國情國力調(diào)查的重要組成部分[1，2]。傳統(tǒng)的調(diào)查方法，主要是全國森林資源連續(xù)清查和省級森林資源二類調(diào)查。近年來國家林業(yè)和草原局主要是通過每年的森林資源“一張圖”變更工作，來實(shí)現(xiàn)森林資源的宏觀監(jiān)測。這幾種方法都耗時長、消耗的人力物力大，特別是對于個別地勢陡峭攀爬困難作業(yè)危險的地區(qū)，調(diào)查工作比較危險。因此運(yùn)用比較安全、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的遙感判讀方法對森林資源進(jìn)行估算，以此來達(dá)到森林資源宏觀監(jiān)測的目的十分必要。

國家林草局規(guī)劃院從2013年對應(yīng)用遙感技術(shù)的全國森林資源宏觀監(jiān)測進(jìn)行研究[3～5]。2015年后經(jīng)過進(jìn)一步研究對全國森林資源宏觀監(jiān)測抽樣設(shè)計(jì)改進(jìn)方案探索,采用設(shè)計(jì)抽樣框架及群團(tuán)抽樣相結(jié)合的方法進(jìn)行監(jiān)測[6～9]。

本文主要對2015～2018年的丹東市級森林資源進(jìn)行估算，得出森林資源面積估算數(shù)據(jù)。通過比較分析，得出運(yùn)用遙感判讀的方法得出森林資源面積數(shù)據(jù)和森林覆被率，為丹東市森林資源的管理、經(jīng)營、政策的制定提供有利依據(jù)。

2 研究區(qū)域概況

丹東市地理位置為東經(jīng)123°22′～125°42′，北緯39°43′～41°09′。位于遼東半島經(jīng)濟(jì)開放區(qū)東南部鴨綠江與黃海的匯合處，地處東北亞的中心地帶。南臨黃海，西界鞍山，西南與大連毗鄰，北與本溪接壤。總面積1.52萬km2，常住人口2188436人。年平均氣溫南部在8～9 ℃,北部6～7 ℃，年平均降雨量多在800～1200 mm，受季風(fēng)影響，季節(jié)變化明顯，四季分明，是東北地區(qū)最溫暖最濕潤的地方，屬暖溫帶亞濕潤季風(fēng)性氣候。

丹東地區(qū)森林資源分布豐富，是遼寧省重要林業(yè)基地之一。截至2018年，森林面積994385.12 hm2，森林覆被率達(dá)到65%。森林主要分布在該市北部，處于長白山和華北兩大植物群落的過渡帶上，兩大植物群落的木本植物交替混生。代表植物有紅松、蒙古櫟、油松、柞樹、樺、榆樹等。

3 研究方法

采用北京2000坐標(biāo)系，以1 km×1 km網(wǎng)格交叉點(diǎn)為中心布設(shè)樣地，樣地面積為1畝且形狀為正方形。每塊樣地以其中面積最大的地類為該樣地的地類。并對判讀結(jié)果抽取總量20%的樣地，對判讀結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)地驗(yàn)證，正判率達(dá)到95%以上認(rèn)為結(jié)果可用，不符合正判率要求的將重新進(jìn)行判讀和驗(yàn)證，直到合格為止[10]。

以丹東市2015、2016、2017、2018四年的遙感影像為基礎(chǔ)，對樣地進(jìn)行判讀，判讀結(jié)果合格后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出這4年的森林面積和森林覆被率，并對結(jié)果數(shù)據(jù)與森林資源“一張圖”數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析、并做F值檢驗(yàn)，確定估算結(jié)果的正確性。

(1)森林覆蓋率：

(1)

(2) 方差：

(2)

(3) 標(biāo)準(zhǔn)誤：

(3)

(4) 相對誤差：

(4)

(5) 抽樣精度：

P%=100-E%

(5)

(6) 森林面積估算區(qū)間:

(6)

式(1)～(4)中，A為市區(qū)總面積(hm2)；n為點(diǎn)樣地個數(shù)；yi為第i個樣地的地類屬性值(地類為有林地和灌木=1；其他地類=0)；ta為可靠性指標(biāo)，統(tǒng)一取ta=1.96，其中α=0.05，當(dāng)數(shù)據(jù)相對誤差小于5%時數(shù)據(jù)可用[10,11]。

4 結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果

丹東市樣地?cái)?shù)共計(jì)8310個，丹東市總面積為1522200 hm2(表1)。

表1 丹東市森林資源估算結(jié)果

通過遙感判讀的方法對丹東市森林資源數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，丹東市2015～2018年，四年的數(shù)據(jù)相對誤差都小于5%，可見本方法科學(xué)合理，估算結(jié)果可用。

4.2 數(shù)據(jù)結(jié)果檢驗(yàn)分析

為了進(jìn)一步的驗(yàn)證運(yùn)用1 km×1 km網(wǎng)格的遙感判讀方法估算丹東市森林資源數(shù)據(jù)的正確性，對估算數(shù)據(jù)與丹東市森林資源“一張圖”數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析和F檢驗(yàn)(表2)。

表2 四年估算結(jié)果與森林資源“一張圖”覆蓋率、面積對比

遙感判讀方法估算的丹東市森林資源數(shù)據(jù)與森林資源“一張圖”結(jié)果的森林覆被率和森林面積的相關(guān)系數(shù)都十分接近于1，因此兩組數(shù)據(jù)之間相關(guān)性很高，差異小(表3)。

表3 四年估算數(shù)據(jù)與森林資源“一張圖”數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)分析

分別對估算出的2015～2018年丹東市森林資源的面積和森林覆被率，進(jìn)行F值檢驗(yàn)，得出了表4和表5。檢驗(yàn)結(jié)果顯示：得出的F值遠(yuǎn)小于時的臨界值，本研究的估算值與森林資源“一張圖”結(jié)果之間不存在顯著差異。

由此可見，通過1 km×1 km網(wǎng)格布設(shè)樣地的遙感判讀，對丹東市的森林資源面積和覆被率進(jìn)行估算，方法科學(xué)合理，這一方法與國內(nèi)其他遙感研究方法比較采用的樣地布設(shè)判讀點(diǎn)密度大，結(jié)果更加接近真值，能夠更好地反映出現(xiàn)地的實(shí)際情況。較傳統(tǒng)方法比較更是用時少，節(jié)約人力物力，作業(yè)安全性高。

表4 森林覆被率F檢驗(yàn)

表5 森林面積F檢驗(yàn)

5 結(jié)論

在丹東市運(yùn)用公里網(wǎng)格設(shè)置點(diǎn)樣地，進(jìn)行遙感影像判讀，在判讀結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)一步估算出森林覆被率和森林面積。估算出的數(shù)據(jù)結(jié)果與森林資源“一張圖”數(shù)據(jù)通過檢驗(yàn)不存在顯著差異，由此可見本方法估算的森林資源結(jié)果數(shù)據(jù)科學(xué)可用。

本研究估算丹東市森林資源數(shù)據(jù)由于運(yùn)用1 km×1 km公里網(wǎng)格布設(shè)樣地，布設(shè)判讀點(diǎn)樣地的密集度高于國內(nèi)其他的運(yùn)用遙感方法進(jìn)行森林資源估算研究的布設(shè)的樣地密度[12～15]，因此估算出結(jié)果更準(zhǔn)確，同時也具備了耗時少、節(jié)約人力物力的特點(diǎn)，并解決了部分地區(qū)作業(yè)危險性高的問題，保護(hù)了調(diào)查人員的安全。因此，通過遙感判讀的方法對丹東市森林資源進(jìn)行估算，可以實(shí)現(xiàn)對森林資源的監(jiān)測，并可為森林經(jīng)營提供數(shù)據(jù)支撐。