基于多源遥感数据的面向对象林分类型识别

林分类型的识别是森林资源监测的核心问题之一.为研究多源遥感数据协同的面向对象林分类型分类识别,采用Radarsat-2数据和QuickBird遥感影像协同进行面向对象分类.在面向对象分类过程中,采用3种分割方案:单独使用QuickBird遥感影像分割;单独使用Radarsat-2数据分割;Radarsat-2&QuickBird协同分割.3种分割方案均采用10种分割尺度(25～250,步长25),应用修正的欧式距离3指标评价不同分割方案的分割结果,确定最优分割方案及最优分割尺度.在最优分割结果的基础上,基于地形、高度、光谱及共同特征的不同特征组合,应用带有径向基(RBF)核函数的支持向量机(SVM)分类器进行杉木林、马尾松林、阔叶林3种林分类型识别.结果表明:与单独使用一种数据相比,Radarsat-2数据和QuickBird遥感影像协同方案在面向对象林分类型分类方面具有优势.Radarsat-2&QuickBird协同分割方案,以最优尺度参数100进行分割时,分割结果最好.在最优分割结果的基础上,应用两种数据源提取的全部特征进行面向对象林分类型识别的精度最高(总精度为86%,Kappa值为0.86).本研究结果不仅可为多源遥感数据结合进行林分类型识别提供参考和借鉴,而且对于森林资源调查和监测有现实意义.     

塔里木荒漠河岸林干扰状况与林隙特征

对塔里木河中游荒漠河岸林林隙基本特征和干扰状况进行了研究。结果表明：形成的林隙形状近似于椭圆形,椭圆长短轴比率在扩展林隙(EG)和冠空隙(CG)有所不同,平均分别为1.52和2.31;林隙密度约为62.5个?hm-2, EG和CG在塔里木荒漠河岸林景观中的面积比例分别为69.52%和29.03%,干扰频率分别为1.45%?a-1和0.61%?a-1,林隙干扰返回间隔期约为164a。林隙大小结构表现出以小林隙为主的偏正态分布,EG大小40—200m2,CG大小0—80m2。林隙形成速率为1.30个?hm-2a-1,20—30a前形成的林隙最多。林隙形成方式由树木折干 枯立形成的最为普遍,占形成木总数95.73%。林隙大多由2—5株形成木形成, 而由4株形成木创造的林隙最多,平均每个林隙拥有形成木4.1株。林隙形成木主要为森林建群种,林隙形成木分布最多的径级在5—25cm,高度在4—8m,每株形成木所能形成的EG面积为27.12m2, CG面积为11.32m2。边缘木的径级结构呈正态分布,而高度结构呈偏左的正态分布,平均每个林隙拥有8.375株边缘木,林隙边缘木平均胸径比形成木平均胸径高73.1%,表明荒漠河岸林林隙干扰十分频繁,地下水位的持续下降是林隙形成的驱动力。     

阔叶红松混交林林隙大小和林隙内位置对小气候的影响

在阔叶红松混交林的大、中、小林隙的中心和通过林隙中心的南、北、东、西冠空隙边缘共5个观测点安装HOBO自动气象站,测定2010年6-9月的气温、相对湿度、光量子通量密度(PPFD)以及林隙中心的总辐射和降水量,并在郁闭林分和空旷地设对照,分析了不同大小林隙之间以及林隙中心与林隙边缘之间小气候的差异及其随时间的动态变化,比较了晴天和阴天对林隙小气候因子日变化的影响.结果表明:PPFD依照大林隙、中林隙和小林隙的次序依次降低;对于同一林隙,林隙中心的PPFD大于边缘处;林隙中心的月均气温和月均总辐射均为7月＞6月＞8月＞9月,并按照空旷地、大林隙、中林隙、小林隙和郁闭林分的次序依次递减;月均相对湿度为8月＞7月＞9月＞6月,并按照郁闭林分、小林隙、中林隙、大林隙和空旷地的次序依次递减;不同大小林隙和空旷地观测期间降水总量和各月降水量基本上按照空旷地、大林隙、中林隙和小林隙的次序依次减少.晴天,大林隙PPFD、气温和相对湿度的变化幅度大于小林隙,阴天则相反.     

三峡大老岭山地常绿落叶阔叶混交林林隙干扰研究II.林隙干扰的地形格局

 根据对三峡大老岭地区山地常绿落叶阔叶林林隙的调查结果,运用多种方法定量分析和检验了5种地形要素对林隙和3类林隙形成木(GM)各方面特征的空间格局的影响。结果反映了地形对林隙时空格局的影响,和不同类型林隙形成木的响应特征：1）林隙干扰随海拔上升、坡度增大、坡位从山脊到沟谷、坡形由凸到凹而加剧;坡向影响的规律不明显。林隙特征对各地形因素梯度有显著的响应,其中扩展林隙面积、林隙高度、GM数量、种数以及平均胸径是反映地形影响的敏感指标。2）GM的平均胸径、最大胸径和扩展林隙面积与海拔显著正相关;GM平均胸径还与坡位正相关;GM数量沿N→S的坡向梯度减少,而随坡度增大及坡形由凹转凸而增加;GM种类沿坡度和坡形梯度有相同的变化趋势。林隙高度（亦即植被高度）随海拔和坡度增大而减小,但随坡位上升而增大。地形要素对林隙高度和GM平均胸径的空间格局的贡献最大,分别达到75.9%和67.0%。3）折干特征的空间格局受海拔和坡位的显著影响;枯立木的分布特征主要受小地形的坡位和坡形控制;影响翻倒木的最根本地形因素是坡度。     

三峡大老岭山地常绿落叶阔叶混交林林隙干扰研究II.林隙干扰的地形格局

根据对三峡大老岭地区山地常绿落叶阔叶林林隙的调查结果,运用多种方法定量分析和检验了5种地形要素对林隙和3类林隙形成木(GM)各方面特征的空间格局的影响。结果反映了地形对林隙时空格局的影响,和不同类型林隙形成木的响应特征：1）林隙干扰随海拔上升、坡度增大、坡位从山脊到沟谷、坡形由凸到凹而加剧;坡向影响的规律不明显。林隙特征对各地形因素梯度有显著的响应,其中扩展林隙面积、林隙高度、GM数量、种数以及平均胸径是反映地形影响的敏感指标。2）GM的平均胸径、最大胸径和扩展林隙面积与海拔显著正相关;GM平均胸径还与坡位正相关;GM数量沿N→S的坡向梯度减少,而随坡度增大及坡形由凹转凸而增加;GM种类沿坡度和坡形梯度有相同的变化趋势。林隙高度（亦即植被高度）随海拔和坡度增大而减小,但随坡位上升而增大。地形要素对林隙高度和GM平均胸径的空间格局的贡献最大,分别达到75.9%和67.0%。3）折干特征的空间格局受海拔和坡位的显著影响;枯立木的分布特征主要受小地形的坡位和坡形控制;影响翻倒木的最根本地形因素是坡度。     

长白山自然保护区阔叶红松林林隙更新的研究

通过对林隙及非林隙林分组成树种数量特征的对比分析,研究了长白山自然保护区阔叶红松林中主要树种对林隙的更新反应特点,阐述了林隙在阔叶红松林结构与多样性维持中的作用．随着林隙与非林隙的交替变化,红松和阔叶树以及主林层和中下层树种的相对优势（或重要性）亦呈现出交替变化的规律．林隙提高了阔叶红松林的物种丰富度,增加了其多样性,为不同特性物种的共存提供了可能,从而保持了阔叶红松林的整体稳定性．     

黄山松群落林隙光能效应与黄山松的更新

研究安徽黄山海拔１４００～１６００ｍ垂直带自草甸发育的黄山松林分的林隙,采用林隙周边树木年轮生长序列分析方法来推测林隙形成的时间,结果表明林隙形成与更新发生的时间基本相近。通过对林隙太阳辐射日变化的动态观测,建立了林隙中不同接受辐射总量及光合有效辐射与林冠空隙面积、扩展林隙面积、扩展林隙上方树冠郁闭状况的相关模型。结果表明,在观测时间段内,林隙中心点的总辐射量与光合有效辐射分别为全光照条件的９０％     

武夷山槠栲林光照、温度和湿度与林隙结构及年龄的回归分析

对武夷山天然槠栲林光照、温度和湿度与林隙结构和年龄的关系进行了回归分析。结果表明：光照、温度及湿度指数均与林隙面积关系不密切;光照指数、温度指数均与1．5m以上植物种密度、平均高和优势度,均与每个林隙的边界木优势度和平均高、单位边界木优势度及林隙年龄都存在显著或极显著负相关关系;湿度指数与1．5m以上植物种密度、平均高和优势度,与每个林隙的边界木优势度和平均高、单位边界木优势度和林隙年龄都存在显著或极显著正相关关系。随着林隙年龄的增大和结构特征的改变,光照指数和温度指数下降,而湿度指数却上升。应根据不同年龄林隙的环境特征进行森林经营。     

阔叶红松林林隙结构与树种多样性关系研究

对阔叶红松林林隙与林下不同层次树种多样性进行比较,探讨林隙大小及发育阶段与树种多样性间的关系.结果表明,林隙与林下树种多样性存在显著差异（P<0.01）.与林下相比,林隙更新层树种多样性、丰富度和均匀度增大,生态优势度减小（P<0.01）;演替层树种多样性、丰富度和均匀度减小,生态优势度增大（P<0.0001）.林隙中不同层次树种多样性随着林隙大小呈现出相反的变化趋势.长白山阔叶红松林林隙演替层树种多样性和丰富度总体上呈单峰形变化,中等大小林隙（100～250 m²）中树种多样性和丰富度较高,生态优势度较小.而更新层树种多样性和均匀度在≥250 m²和<100 m²的林隙中最大,在200～250 m²的林隙中最小;生态优势度在200～250 m²的林隙中达到最大.更新层和演替层树种对林隙面积大小反应不同,有利于更新层幼苗建立的林隙面积并不是演替层幼树发育和成活的最适面积;随林隙年龄的增加,更新层和演替层树种多样性在不同层次上呈互补关系.     

茂兰喀斯特森林林隙的植物多样性与更新

喀斯特森林是一类特殊的森林生态系统,蕴藏着丰富的生物多样性。以贵州茂兰喀斯特森林为研究对象,比较分析了林隙和非林隙林分中主要树种的数量特征以及不同发育阶段林隙物种多样性和生活型构成的变化规律。结果如下：（1）林隙中的树种组成主要有云贵鹅耳枥(Carpinus pubescens)、圆叶乌桕(Sapium rotundifolium)、圆果化香(Platycarya longipes)、黄连木(Pistacia chinensis)、朴树(Celtis sinensis)等。非林隙林分中的树种组成主要有青冈(Quercus glauca)、翅荚香槐(Cladrastis platycarpa)、轮叶木姜子(Litsea verticillata)、椤木石楠(Photinia davidsoniae)、狭叶润楠(Machilus rehderi)等。依照它们在林隙内外重要值的差异可将其划分为3种类型：一是对林隙更新反应不显著的物种,一般选择在林下更新,多数常绿大乔木树种属于此类型;二是对林隙有显著的正更新反应的物种,一般需依靠林隙繁殖更新,多数落叶大乔木和灌木树种属于此类型;三是对林隙反应不敏感的物种,在林隙和林下均能更新,多数林下小乔木种类属于此类型。（2）林隙各阶段物种多样性的顺序为：中期林隙（15-30年）>早期林隙（小于15年）>晚期林隙（30年以上）>非林隙,其中中期林隙阶段是物种多样性维持的重要时期。（3）早期林隙阶段常绿树种的物种数少于落叶树种;中期林隙阶段两类树种的丰富度都有大幅度增加,但落叶树种比常绿树种增幅更大;晚期林隙阶段常绿树种继续增多,而落叶树种则有明显下降趋势。（4）早期和中期林隙阶段,以灌木种类占优势,乔木所占比例介于灌木和草本之间;晚期林隙阶段,灌木种类迅速减少,而乔木的比例则增加。随着林隙的发育, 草本植物减少,而藤本植物则增加。研究结果进一步表明,林隙的存在提高了茂兰喀斯特森林的物种多样性,随着林隙的发育,群落结构趋于稳定。     

基于QuickBird影像的城市森林碳储量遥感估测

城市森林是增加城市碳吸收的积极因素之一,为全球碳循环作出了重要贡献.本文基于Quickbird高分辨率遥感影像,以浙江省义乌市环城路以内区域为研究区,将市区的森林分为公园森林、防护森林、单位附属森林和其他森林4种类型.以实地样地调查碳储量为因变量,利用逐步线性回归的分析方法从遥感影像中的波段灰度值、植被指数、纹理信息等50个因子中选取自变量因子,最终建立不同森林类型的遥感碳储量估算模型.结果表明： 研究区4种森林类型的模型精度都在70%左右.公园森林、防护森林、单位附属森林和其他森林的碳储量分别为3623.80、5245.78、5284.84、5343.65 t.该区域碳密度主要集中在25～35 t·hm^-2.在今后的城市森林规划中,可通过提高绿化率以及乔木与低矮灌木的套种来进一步加强城市森林碳吸收的功能.
     

基于高分辨率遥感影像的北亚热带森林生物量反演

以北亚热带湖北省太子山林场为研究对象,基于高空间分辨率GF-2与SPOT-6卫星影像,提取不同窗口大小下的纹理信息与光谱信息,利用随机森林回归算法,并结合野外实测106块样地的生物量数据,建立不同影像下的太子山林场森林生物量反演模型。结果显示：（1） GF-2和SPOT-6虽然空间分辨率有差异,但是从其不同波段反射率的相关系数（0.75、0.78、0.73、0.61）发现,两种影像的波段反射率具有较高的相关性,说明两者的辐射性能相近;（2）通过分析不同纹理特征对生物量模型的影响,发现均值和对比度纹理参数对生物量反演具有很好的效果。（3）高分辨率的遥感数据在生物量反演中具有较好的表现,且GF-2生物量模型精度（R²=0.88,RMSE=27.11 Mg/hm²）与SPOT-6生物量模型的精度（R²=0.89,RMSE=23.93 Mg/hm²）相近。（4）两种影像对不同森林类型的生物量预测值不存在显著差异,都适合对不同林分类型的生物量进行预测。     

基于高分辨率遥感影像的森林地上生物量估算

以南京市紫金山林区为研究区,利用e-Cognition面向对象分类方法,基于光谱和空间信息融合后的IKONOS影像提取单木树冠阳性冠幅(PoCA, Positive crown area)信息,并结合野外实测的样方生物量数据,分别建立了针叶林和阔叶林地上生物量 (AGB, Aboveground Biomass)的遥感估算模型,并利用实测森林生物量数据对模型进行了验证。结果表明,基于遥感影像提取的PoCA与实测AGB存在较好的非线性相关关系,所建针叶林AGB估算模型的可靠性优于阔叶林模型。对建模样本而言,估算的针叶林和阔叶林AGB与观测数据比较的R2分别为0.62 (P<0.01,n=9) 和0.56(P<0.01,n=16)。验证表明,所建AGB估算模型的可靠性较好,估算的针叶林和阔叶林AGB与观测数据比较的R2分别为0.55(P<0.01,n=6) 和0.52(P<0.01,n=10),但当AGB较低时,模型结果偏高,AGB较低时,模型结果偏低。研究说明通过高分辨率遥感数据的融合、提取树冠信息进行生物量估算是可行性的。     

林隙干扰对森林生态系统的影响

林隙干扰通过改变森林微生境异质性和群落演替进程,对森林物种组成、林分结构和系统功能产生重要影响.本研究评述了有关林隙干扰对森林生态系统影响的最新研究进展,从物种生物学特性和环境因素两个方面分析了林隙干扰对森林物种组成变化的影响规律,基于群落组件和群落架构阐述了林隙干扰对森林结构的作用关系,梳理了林隙干扰对森林生态系统功...     

基于环境星与MODIS时序数据的面向对象森林植被分类

林区地形复杂、植被分布无序,且森林植被光谱信息相近,因而森林二级类型边界的确定成为土地覆盖遥感分类的难点。选择吉林省东部山区为研究区,以环境星影像(HJ-1 CCD)和中等分辨率成像光谱仪(MODIS)时序数据为基础,采用面向对象的分类方法进行森林植被类型的提取。分类特征参数主要选取了HJ-1 CCD的光谱和纹理特征,以及MODIS时序数据的物候特征。研究区总体分类精度为91.5%,Kappa系数为0.88,森林二级类型的分类精度均较高,其中落叶阔叶林的制图精度达到了97.1%。所用的面向对象分类方法与未加入物候特征的面向对象分类方法相比,森林二级类型的分类精度得到大幅度提高。     

基于不同决策树的面向对象林区遥感影像分类比较

面向地理对象影像分析技术(GEOBIA)是影像分辨率越来越高的背景下的产物.如何提高高分辨率影像分类精度和分类效率是影像处理的重要议题之一.本研究对QuickBird影像多尺度分割后的对象进行分类,分析了C5.0、C4.5、CART决策树算法在林区面向对象分类中的效率,并与kNN算法的分类精度进行比较.利用eCognition软件对遥感影像进行多尺度分割,分析得到最佳尺度为90和40.在90尺度下分离出植被和非植被后,在40尺度下提取不同类别植被的光谱、纹理、形状等共21个特征,并利用C5.0、C4.5、CART决策树算法分别对其进行知识挖掘,自动建立分类规则.最后利用建立的分类规则分别对植被区域进行分类,并比较分析其精度.结果表明: 基于决策树的分类精度均高于传统的kNN法.其中,C5.0方法的精度最高,其总体分类精度为90.0%,Kappa系数0.87.决策树算法能有效提高林区树种分类精度,且C5.0决策树的Boosting算法对该分类效果具有最明显的提升.     

森林生物量遥感降尺度研究

森林生物量是评价全球碳氧平衡、气候变化的重要指标。目前已有基于星载激光雷达数据的全球森林生物量产品,但空间分辨率较低,不能很好地满足小区域森林调查和动态监测的需要。针对这一现状,以美国马里兰州两个森林分布状况不同的区域为研究区,基于CMS(Carbon Monitoring System)30 m分辨率和GEOCARBON 1 km分辨率森林地上生物量产品以及TM等数据源,通过升尺度模拟低分辨率生物量数据和直接使用低分辨率产品两种方式,分别尝试建立了多光谱地表参数和低分辨率森林地上生物量之间的统计关系,以此作为降尺度模型实现了森林地上生物量空间分辨率从1 km到30 m的转换,并对降尺度结果进行精度评价和误差分析。结果表明:模拟数据降尺度后的30 m分辨率森林地上生物量空间分布和CMS森林地上生物量分布状况大致相同,RMSE=59.2—65.5 Mg/hm~2,相关系数约为0.7;其降尺度结果优于GEOCARBON产品直接降尺度结果RMSE=75.3—79.9 Mg/hm~2;相较于线性模型,非线性模型能更好地呈现森林地上生物量和地表参数间的关系;总体上,降尺度生物量呈现高值区低估,低值区高估的现象。     

基于QuickBird和GIS的沈阳市城市潜在人口空间分布特征

人口是城市发展中最活跃的因素,了解城市人口分布特征对制定城市政策及城市各项设施规划布局具有重要意义.本文基于QuickBird卫星影像提取城市居住建筑信息,结合社会经济统计数据对沈阳市三环以内人口空间分布的特征进行分析.结果表明:2010年沈阳市三环以内各居住用地建筑类型的人口密度依次为:高层片块＞混合片块＞混合花园＞老式多层＞高层花园＞多层片块＞多层花园＞别墅片块＞矮房及棚户＞别墅花园;三环内居住建筑空置率高达30％以上,房地产市场存在严重过剩;沈河区的潜在人口密度在城市5区中最大,铁西区和大东区较小.基于人口重心分析测算的城市人口重心及各行政区人口重心为城市商业设施选址及基础设施规划提供了重要的参考信息.     

基于遥感降尺度估算中国森林生物量的空间分布

森林生物量是陆地生态系统重要的碳库,其大小与空间分布特征直接影响森林的碳汇潜力。基于空间降尺度技术,以中国第六次国家森林资源清查资料为基础,同时结合1∶100万植被分布图及同期的基于MODIS反演的NPP空间分布,定量估算了1 km分辨率下我国森林生物量的空间分布。结果表明:(1)降尺度技术能有效结合遥感数据的空间特征与地面详查资料的统计特征,从而较好地解决当前生物量估算的区域尺度转化问题;(2)我国森林生物量存在明显的空间分布规律,与水热条件的空间分布格局基本一致,表现为西部较低东部较高,大型山脉分布处较高;(3)我国森林生物量总量11.0 Pg,平均生物量74.8 Mg/hm2,其中高值区主要集中在东北大小兴安岭和长白山地区、新疆山区、西南横断山脉地区以及东南武夷山地区。