高分二号影像树种识别及龄组划分研究

发布时间：2020-09-10 10:12

　　本研究以福建将乐国有林场为研究区,以南方集体林区的重要经营树种:杉木、马尾松和毛竹为研究对象,探索我国首颗“亚米”级高空间分辨率的高分二号(简称GF-2)卫星在树种识别和龄组划分上的应用潜力,研究结果对促进国产GF-2卫星影像在森林资源调查和管理的应用提供借鉴。研究结果如下:(1)结合树种分类的需求和预处理研究较少的实际,探索了适宜GF-2影像的预处理流程和融合方法。结果表明:Gram-Schmidt和HCS融合方法最适合GF-2影像,融合效果最佳。(2)实测树种(龄组)的冠层光谱曲线,各树种在光谱上反射差异明显,光谱曲线“红边”高度和斜率均存在差异。结合GF-2波段设置,表明绿波段和近红外波段是马尾松、毛竹和杉木龄组区分的关键。(3)光谱结合四方向纹理的分类方案总体精度最高为87.4%(Kappa=0.85),优于光谱结合全方向纹理方案的85.2%(Kappa=0.82)。仅利用光谱的分类方案总体精度为78.4%(Kappa=0.75)优于仅利用纹理属性的分类方案低于65%的总体精度。结果表明:结合影像丰富的纹理信息能极大提高分类精度。(4)基于最大似然法、支持向量机和随机森林法三种分类器进行树种分类对比实验。结果表明:在属性筛选下,随机森林法在树种分类上能取得较好分类效果,总体精度为87.4%(Kappa=0.85);支持向量机在高维属性特征时表现最好,总体精度为86.1%(Kappa=0.86);而最大似然法导致“休斯”现象表现一般。(5)树种的生长形态和冠层特征决定纹理属性对分类的影响。纹理属性对马尾松的分类精度影响很小,对杉木幼龄林和中龄林的分类精度提高很大。杉木相邻龄组存在混分现象,幼龄林和成熟林完全区分。表明GF-2在树种识别及龄组划分上具有重大潜力,是林分尺度森林资源调查理想的数据源。
【学位单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP751;TP181;S712
【部分图文】：

国有林场,将乐,影像图

究区概况与数据准备逡逑研究区概况逡逑福建地处亚热带区域，森林资源非常丰富，是我国南方的重点林区，森林位居全国第一。全省林业用地１．３６亿亩，占土地总面积的７４．７％。三明市林区改革的排头兵。三明市集体林区于１９８８年被国务院批准同意列入全试验区（王怀毅等，２００８）邋；邋２００４年，三明确定为全国集体林区林业产权点，永安洪田村被确认为“中国林改小岗村”。将乐国有林场位于三明市将家重要的用材林战略储备基地（朱冬亮等，２００７）。２０１６年中国林场协会场年度“全国十住林场”称号。近年来，林场依托北京林业大学南方林区）综合实践基地为平台，逐步成为福建省森林资源培育、森林经营示范、备、休业科研推广、森林康养建设等重要基地。逡逑高分二号（４３２假彩色）福

树种,龄组,吸收带,反射率

定树种冠层光谱１０次，取均值。光谱采集后，基于ＶｉｅｗＳｐｅｃＰｒｏ光谱软件对原始光逡逑谱数据进行筛选，去除无效数据，进行后续分析（张莹等，２０１６；何挺等，２００２）。逡逑将乐林场５个树种（龄组）冠层光谱曲线如图２－３所示。３个树种（龄组）冠层逡逑光谱曲线的波动趋势大致相同。可见光波段４９０邋ｎｍ和６８０邋ｎｍ附近，存在叶绿素强烈逡逑吸收的蓝光吸收带和红光吸收带，反射率分别为０．０４？０．０９和０．０５￣０．１０；在５４０￣５６０逡逑ｎｍ附近出现“绿峰”反射峰，反射率为０．１０？０．１６；近红外波段位于６８５－７６０邋ｎｍ光逡逑谱区形成“红边”反射陡坡，其光谱反射值随波长从小于０．１０急剧升高至０．４２以上。逡逑１３逡逑

曲线,龄组,主要树种,样地

Ｉｎ？邋；逡逑Ｉ逡逑0杉木ｒ邋＾邋ｒｂｍｔｉ邋厶’￡竹柃逡逑图２－２标准地调查样地设置逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｐｌｏｔ邋ｓｅｔｔｉｎｇ邋ａｎｄ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ逡逑外业调查中，运用典型抽样法共采集９个杉木林样地、７个马尾松林样地、８个逡逑毛竹林样地。样地大小根据实际情况，杉木林纯林样地设置为１５ｍＸ邋１５ｍ或２０ｍＸ逡逑２０ｍ，马尾松林样地设置３０ｍＸ３０ｍ、毛竹林样地设置２０ｍＸ２０ｍ。对样地进行每木逡逑检尺（起测径阶为５ｃｍ），并确定样地内林木的冠幅、树高及林分郁闭度等信息。采逡逑用生长锥法钻取树心，确定林分年龄。采用ＧＰＳ记录样地中心点坐标。拍照记录样逡逑地内林分状况。逡逑２．２．２冠层光谱测定逡逑选取研宄区中的马尾松、杉木（包括幼龄林、中龄林、成熟林３个龄组）和毛竹逡逑３个典型树种，进行实地光谱测量和采样，室内分析各树种的光谱特征。光谱测量仪逡逑器采用ＦｉｅｌｄＳｐｅｃ邋ＨａｎｄＨｅｌｄ手持光谱仪，有效波长范围３２５￣９２０邋ｎｍ。光谱测定选择逡逑在晴朗无风的正午进行。测量时

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