[发明专利]一种森林资源变化监测方法

说明书

技术领域

本发明属于遥感技术在林业领域的应用，特别涉及一种基于遥感技术的森林资源变化监测方法。

背景技术

森林是陆地上最大的生态系统，作为一种可再生资源，森林在自然和人为因素的共同作用下，经历着发生、生长、干扰和死亡的过程，森林生态系统无时不处于消长交替的动态过程中。一直以来森林资源的变化对于全球生态环境、生物多样性、气候变化和碳循环等方面有着重要影响，对于维持全球生态平衡具有不可替代的作用。因此，准确及时地获取森林资源变化信息，意义重要。

传统的森林资源调查监测以地面测量为主，存在着工作量大、劳动强度大、成本高、周期长、效率低和实效性差等问题，且调查精度不高，难以满足当今森林资源变化监测的需要。

随着航空航天遥感技术的发展，遥感技术以其覆盖范围广、可重复访问等特点，在森林资源变化监测中显示了强大的优势，在局部、地区、国家等层次的森林变化监测中得到了广泛应用。

很多学者从不同的角度对遥感变化监测技术进行了分类和分析。根据是否对图像进行分类，可以将遥感变化监测方法分为图像直接比较法和分类后比较法；根据监测目标是否定量化，遥感变化监测方式可分为定性处理和定量处理两种。

遥感变化监测是利用多时期的遥感影像来检测发生变化的区域，监测发生变化的区域的常用方法有代数运算方法、变化方法、分类监测方法、可视化分析监测方法和面向对象监测方法。

代数运算方法包括：图像差值法、图像比值法、植被指数差值法等。这些代数运算方法大都简单易行，通过选择阈值来确定图像中的变化区域，因此选择合适的波段和阈值十分关键。Muchoney等^[2]采用图像差值法对森林落叶导致的森林景观变化进行了研究。Chavez等^[3]在对美国西南部干旱与半干旱地区植被进行变化监测研究中发现，红光波段的差值图像比归一化植被指数（NDVI）差值图像更能真实反映植被变化情况。Lyon等^[4]比较了3个时期MSS数据的7种植被指数在森林植被变化监测中的不同效果，结果表明NDVI差值法效果最优。

变化方法包括主成分分析（PCA）、缨帽变换（KT）和卡方变换（Chisquare）等方法。上述变化方法的优点是可减少数据间的冗余信息，并且变化信息在变化后的新图像上得到增强，便于变化区域的提取和再处理；缺点是需要进行复杂的矩阵运算和阈值确定。Sean等^[5]对Landsat数据进行缨帽变化来监测植被的变化。Jin等^[6]对缨帽变化湿度和归一化水分指数探测森林干扰进行了比较分析。Coppin 等^[7]利用不同时间的植被指数的比较分析来监测森林变化情况，植被指数包括：KT变换后的亮度、绿度和湿度分量、NDVI等。

分类监测方法包括光谱时空综合分析法、非监督变化监测法、混合变化监测法和人工神经网络法等。上述分类方法的优点是可以减少外部因素对变化监测的影响；缺点是需要选择高质量和足够数量的训练样本。于德永等[8]采用遥感影像分类方法对吉林省露水河地区森林景观格局变化进行研究。王任华等[9]应用人工神经网络模型对陆地卫星TM多光谱图像进行了森林植被分类研究，引入高程数据作为一个独立波段与3各多光谱波段一起直接进行分类，并取得较好效果。

可视化分析监测方法包括两个步骤：多时相影像的目视解译和变化区域的屏幕数字化，是一种人机交互的变化监测方法。缺点是工作量大、效率低、费时，很难处理大面积区域，且不易及时更新变化监测结果。Stone等^[10]利用目视解译的方法对巴西的Para地区森林择伐情况进行了评估。

面向对象监测方法，它是对同质的像素组进行分类，综合考虑了光谱信息、形状、纹理以及对象之间的相互关系等信息。Platt等^[11]利用面向对象的方法对科罗拉多州1938-1999年的森林覆盖变化进行了研究，获得了森林覆盖变化的空间分布等信息。

综上，目前的森林资源变化监测方法多种多样，普遍具有计算量大、效率低等缺点。

相关文献如下：

[1]赵宪文,李崇贵,斯林.基于信息技术的森林资源调查新体系[J].北京林业大学学报,2002,24（5）：147-155.