基于高分影像的面向对象分类与单木树冠提取研究

发布时间：2020-05-28 11:17

【摘要】：遥感技术凭借其快速、科学、外业工作量小等优势,成为了新兴的植被资源信息监测手段,林业工作者将遥感影像的解译结果与外业调查数据相结合,完成了森林资源监测的多种任务:蓄积量估算、土地覆被类型动态变化、树种识别、郁闭度估测、病虫害监测、树冠识别等。近年来,林业遥感迅速发展,数据源更加多元化、空间分辨率更高,其解译方法也不断推陈出新。本文以北京市延庆区的QuickBird影像为研究对象,借助分割试验探索基于最优尺度的面向对象分类方法,并基于该方法对研究区QuickBird影像和GF-2影像进行面向对象的单木树冠提取研究,并通过与种子点区域增长法、分水岭分割算法的提取效果对比分析以及结合实测数据的精度验证,证实了该方法的有效性。研究以期为森林资源监测工程提供参考。具体研究工作如下:(1)基于最优分割尺度的面向对象分类方法研究:结合最大面积法和分割质量评价模型进行尺度30-200的分割实验,首先通过分析对象最大面积来初步确定最优尺度的范围,然后结合分割质量的评价模型来确定最优分割尺度层次,并将尺度赋予不同的地物。在此基础上,对各类地物提取样本进行包括光谱、纹理等特征值的统计分析,并据其制定分类规则,最终完成最优尺度层次下的面向对象的土地覆被类型提取。结果显示:基于最优尺度层次的面向对象规则分类方法获得了比其他方法更好的分类结果,其总体精度达到了 88.8%,Kappa系数为0.861,而基于单一最优尺度的最邻近法分类总体精度81.4%,Kappa系数0.773,基于单一尺度的规则分类法总体精度为83.2%,Kappa系数为0.85。(2)单木树冠提取研究:以QuickBird影像和GF-2影像为研究对象,采用面向对象多尺度分割法对不同郁闭度的小班影像进行单木树冠提取,并将整体和局部的树冠勾绘效果图与种子点区域增长法、分水岭分割法的提取结果进行比较。根据目视分析,发现基于本文的最优尺度面向对象法的树冠提取结果要优于另外两种方法。我们结合样地实测的数据和GF-2影像的人工解译结果对基于最优尺度法的GF-2影像树冠提取结果开展了进一步的精度验证。通过对10个样地的验证,最终得到以下结论:①通过对平均株数提取精度的验证,发现自动提取样地林木株数和外业调查实测的株数存在一定的线性关系,其平均株数满足公式auto=0.9402manual-5.1476,相关系数为0.8483;②单株株数的精度验证结果表明,树冠总体分类精度良好,其中郁闭度为0.6的样地总体精度最高,达到85%,同时,随着样地郁闭度的增大,漏分现象和误判现象相应增加。③经过样地平均树冠直径的提取精度分析,发现自动提取的树冠直径总体上略小于样地实际树冠直径,其中有些郁闭度大的样地,因为树冠的误判较多,出现了提取树冠大于实际树冠的现象。
【图文】：

逦逦逡逑２．研究区与基础数据逡逑２．１．研究区概况逡逑研宄区位于北京市延庆区张山营镇的西南部。延庆区地处北京西北部，东经逡逑１１５°４４＇？１１６。３４＇，北纬４０°１６＇￣４０°４７＇，东面毗邻怀柔，南面接壤昌平，西北与河北逡逑接壤。延庆平均海拔达到５００ｍ以上，冬冷夏热，人称北京“夏都”。幅员面积１９９３．７５逡逑平方公里，截至２０１４年，常住人口邋３１．６万人。全区林地面积１６０９３８．４３ｈｍ２，森林面逡逑积１１４５５３．８４ｈｍ２，，森林覆盖率为５７．４６％。２０１３年延庆地质公园成为联合国教科文组逡逑织世界地质公园的网络名录之一，被授予“中国延庆世界地质公园”的荣誉。张山营逡逑镇位于延庆区的西北部，是晋、冀、蒙等省区进京的首要门户。张山营镇地处燕山山逡逑脉西北段，北靠燕山，南邻官厅水库，是古代兵家必争之地。镇域２４８平方公里，常逡逑住人口邋２．３万人。逡逑山杏（ｊＡＶＴｊｅｎ／ａｃｔｆ邋■Ｓ＇ｉＴｊ／ｒ／ｃｏｒｆＺＪ邋ｌａｗ邋）、侦丨Ｊ邋柏（）、旱柳（Ｓｏ／Ｚｘ逡逑ｍａｔｓｕｄａｎａ、、抱松邋ＩＰｉｍｉｓ邋ｔａｂｕｌａｅｆｏｎｎｉｓ邋Ｃａｒｒ．）等。逡逑

半径为１５ｍ的圆形区域，在样地的选择上，为了外业调查的方便，我们选择地势较逡逑为平坦、靠近道路、特点明显、树冠清晰的地方作为研究区，并依次为样地编号，记逡逑录ＧＰＳ坐标。具体样地情况如表２－２和图２－２所示。我们将样地局部图放大打印，提逡逑供野外实测指导。实际外业中，每木检尺时，为样地上的林木进行编号并记录，保证逡逑图上树冠与实测数据一一对应。逡逑表２－２样地基本情况逡逑Ｔａｂ．２－２邋Ｂａｓｉｃ邋ｓｉｔｕａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐｌｏｔ逡逑１％邋ｍｍ邋？（ｍ２）逦地灥标逦ｍ逦株数逡逑１逦张山营逦７０６逦毛白杨逦２４逡逑２逦张山营逦７０６逦１１５°５１＇５０．８０９＂东；４０。２８＇３３．７８０＂北逦毛白杨逦１５逡逑３逦张山营逦７０６逦１１５°５１＇４９．８０３｜＇东；４０°２８＇３３．１７２＂北逦毛白杨逦３６逡逑４逦张山营逦７０６逦１１５。５１＇５０．３９３＂东；４０。２８＇３１．４７６＂北逦旱柳逦４６逡逑５逦张山营逦７０６逦１１５。５１，５２．９５３＂东；４０。２８，３２．３３７＂北逦旱柳逦４５逡逑６逦４８邋顷逦７０６逦１１５。５１，５４．６７８〃东；４０。２８＇１２．６８１，，北逦刺槐逦２２逡逑７逦４８邋顷逦７０６逦１１５。５１＇５０．９９７，，东；４０。２８，１０．２２１〃北逦刺槐逦３２逡逑８逦张山营逦７０６逦１丨５。５１，５１．４２９＂东；４０。２８，３２．丨４２＂北逦旱柳逦４４逡逑９逦张山营逦７０６逦刺槐逦２１逡逑１０逦张山营逦７０６逦１１５。５１＇５丨．９９２〃东；４０。２８
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP751;S758

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本文编号：2685161