基于高分辨率遥感数据和成数抽样的森林覆盖率年度监测方法

文章编号：1006-1126-2017（2）-0229-04

广西林业科学GuangxiForestryScience

Vol.46No.2Jun.2017

基于高分辨率遥感数据和成数抽样的

森林覆盖率年度监测方法

陈

琦，代华兵，梁文海

（广西林业勘测设计院，南宁530011）

摘

要：为了提高区域森林覆盖率的年度监测精度，在高分辨率遥感图像上布设系统抽样样地，通过图像判读结合地

面核查，采用成数抽样的方法监测森林覆盖率。结果显示：总体抽样精度达到95.03%，与传统的全面外业核查方法相比，外业工作量减少92.44%，监测时间减少85%以上。关键词：森林覆盖率监测；遥感监测；抽样中图分类号：S752.2

文献标识码：A

AnnualMonitoringMethodofForestCoverageBasedonHighResolutionRemote

SensingDataandPercentageSampling

CHENQi，DAIHua-bing，LIANGWen-hai

（GuangxiForestInventory＆PlanningInstitute，Nanning530011，China）

Abstract:Inordertoimproveannualmonitoringofregionalforestcoverage，itwastestedthatsystematicsamplingplotsweresetonhighresolutionremotesensingimagesandforestcoveragewasmonitoredbyfieldworkdecreased92.44%andmonitoringtimedecreasedmorethan85%.

combiningimageinterpretationwithgroundverificationandpercentagesampling.Resultsshowedthatthetotal

samplingaccuracyreached95.03%.Comparedwithtraditionalmethodofcomprehensivefieldverification，Keywords:forestcoveragemonitoring；remotesensingmonitoring；sampling遥感技术具有覆盖范围广、更新周期短、现势性强等特点。近年来，随着我国遥感技术的不断发展，天绘系列、资源系列、高分系列等国产遥感卫星相继投入使用，遥感数据的空间分辨率越来越高、获取成本越来越低。高分辨率遥感影像广泛用于森林覆盖率、绿化面积等监测。李春干等[1]采用SPOT5和ALOS高空间分辨率卫星遥感数据，结合空中抽样的方法，完成了广西2005—2008年森林资源动态的监测；翁卫松等[2]基于高分

界定、样点布设、遥感判读、实地抽查验证、精度分析等，对城市和平原绿化调查与监测技术进行了研究，并投入了实际应用。与传统的全面外业监测方法相比，这些方法时效性强，调查周期短，外业工作量也大幅度减少。

本研究采用系统抽样布设样地，经高分辨率遥感图像判读和地面核查后，通过成数抽样方法监测县级行政区域森林覆盖率，以提高区域森林覆盖率监测的效率、可靠性、客观性。

辨率影像，采用成数抽样的方法，通过解决界线

收稿日期：2017-03-22第一作者：陈

琦（1981—），男，工程师，主要从事林业信息化工作。

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广西林业科学

第46卷

1

1.1

研究区域和数据源

以广西贺州市钟山县为研究区域（110°58′～研究区域概况

期卫星影像、数字高程模型（DEM）对遥感数据进行正射校正，并将全色波段与多光谱波段融合。使用研究区域范围界线对图像进行裁剪后，得到覆盖整个研究区域的影像数据。1.2.2辅助数据

辅助数据包括2014年度林地及森林资源年度

111°31′E，24°16′～24°46′N），土地总面积14.7万

hm2，下辖12个乡镇。地处广西东北部，属于亚热

带季风气候区。全县地势由北、西两面向中部倾斜，地貌类型以丘陵为主。西南、南部多为石山灌木林地，东部、北部多为马尾松、杉木等用材林及其他树种，全县森林覆盖率为61.92%。1.2

1.2.1遥感数据及其预处理方法

数据源及处理方法

变更成果数据库和2016年度采伐、造林验收等经营材料。

2

2.1

技术路线与方法

对高空间分辨率遥感数据进行正射校正、融技术路线

遥感数据为2016年12月成像的1景高分二号

卫星和2景资源三号卫星影像。其中高分二号卫星影像空间分辨率为0.8m（全色）/4m（多光谱），资源三号卫星影像空间分辨率为2m（全色）/10m（多光谱）。

采用1:10000航空数字正射影像（DOM）、前

合、裁切等预处理；采用成数抽样估计样地数量，采用系统抽样方法布设遥感监测样地，经目视解译判读，初步确定每个样地的土地类型。对于通过判读难以准确判定其土地类型的样地，进行外业核实调查予以确定；再根据成数抽样估计方法，计算森林覆盖率（图1）。

图1基于高分辨率遥感的森林覆盖率年度监测工作流程图

Fig.1Flowchartofforestcoverageannualmonitoringbyhighresolutionremotesensingimages

2.2

成数抽样估计方法是我国森林调查中常用的

成数抽样和各类森林面积计算方法

行多套样地间距方案比选。

由表1结果可见，间距越小，样地数量越大，精度越高，三个方案森林面积的抽样精度均≥95%，总体抽样精度均≥94.94%。

样地数量增多可以提高精度，但内业判读和

抽样估计方法。本研究采用成数抽样计算总体（研究区）各类森林面积和森林覆盖率。2.3

参照广西森林资源连续清查体系，遥感判读样地布设方案

外业核查的工作量也随之增大。为提高该方法的可行性，综合确保精度的前提下，外业核实工作量尽可能减少，采用1000m×1000m的间距作为样地布设方案。2.4

土地类型划分

样地为边长为25.82m方形样地，面积为667m2。样地布设采用系统抽样设计。

样地布设方案遵循成本低效率高的原则，在尽可能保证抽样精度≥95%的基础上，以2014年度的林地及森林资源年度变更成果为基础，根据研究区域的土地总面积、森林面积、非森林面积，按成数抽样计算抽样精度，对研究区样地进

参照《国家森林资源连续清查技术规定

（2014年）》规定的土地类型分类系统，遥感监测样地分为林地和非林地两大类，其中林地分为乔

第2期陈琦，代华兵，梁文海：基于高分辨率遥感数据和成数抽样的森林覆盖率年度监测方法

表1各种样地间距的抽样方案比较

Comparisonofsamplingschemeswithdifferentplotintervals

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Tab.1

木林地、竹林地、疏林地、特殊灌木林地、一般灌木林地、未成林地、苗圃地、迹地、宜林地。2.5

利用GIS软件或基于GIS技术研制判读工样地判读方法

2.6

对于通过遥感判读难以确定其土地类型的样

外业核实调查方法

地，研究区林业主管部门组织人员，通过外业手图或GPS导航定位，确定样地中心点位置后，实地调查确定其土地类型。如果遇到跨地类样地时，可借助罗盘、皮尺或测距仪等设备，从样地中心点往东北（方位角45°）、东南（135°）、西南（225°）和西北（315°）分别量取水平距18.26m为样地4个角点，样地边长为25.82m，面积为667m2，确定样地范围，按照优势地类面积确定样地土地类型。

具，将样地分布图层、遥感影像、辅助数据进行叠合，并将2014年的地类、树种等主要调查因子标注在地图上，结合解译标志，逐一对样地进行遥感图像目视解译判读，按照面积优势法确定样地土地类型。若样地范围内有两个以上的地类，则按照各地类所占样地面积比例确定地类；若面积比例相同，则根据各地类外延面积的大小确定其地类。如不能确定其地类的样地，标上疑问标记。

采用两人背靠背双轨作业方式，若两人对同一样地的判读结果一致，则该样地的土地类型按照判读结果确定；若两人判读的结果不一致，或其中一人标有疑问标记，则该样地的土地类型通过判读难以确定，需要进行外业核实调查。

3

3.1

结果分析

计算结果表明，研究区总体抽样精度为监测结果

95.03%，2016年林地面积比2015年净增加300.64

hm2，净增率为0.31%；森林面积增加100.21hm2，净增率为0.11%；森林覆盖率由2015年的61.85%增加到61.92%（表2）。

表22015—2016年研究区各类土地面积变化

Tab.2Areachangesofvariouslandsfrom2015to2016

701.52hm2；其他林地更新造林1002.17hm2；非

2016年森林面积增加：未成林地转换为森林3.2

经判读后，需要外业核实调查的样地数量111

工作效率与成本分析

林地上造林1302.83hm2。森林面积减少于：原有森林经采伐等变为无立木林地1803.90hm2；有林地、国家特别规定灌木林转为非林地1002.17hm2。

个，占总样地数量的7.56%。研究区域下辖12个乡镇，每个乡镇投入1人，平均每天可完成4个样地的实地核查，全县外业核查实际用了36个工作日，加上室内判读需要的6个工作日，研究区年度

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广西林业科学

表32015—2016年样地的土地种类转移矩阵

Tab.3Transfermatrixofvariouslandsfrom2015to2016

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hm2

监测共需42个工作日。室内判读与外业核查经费按60元/工作日计算，需要约0.3万元的工作经费，即可完成整个研究区域的覆盖率年度监测。

若采用传统的全面外业核查方法，1468个样地最少需要360个工作日，按60元/工作日计算，需投入工作经费约2.2万元。4

结论与讨论

采用高分辨率遥感影像辅以林地年度变更、采伐造林等数据，通过遥感影像数据判读和地面核查相结合的方法，可以有效地开展县域森林覆盖率年度监测。该方法于2014—2016年在广西全区108个县市年度森林覆盖率监测工作中全面应用，效果良好。随着遥感技术的不断发展，影像的空间分辨率越来越高、质量越来越好、获取周期越来越短，遥感判读无法准确判定土地类型的

样地数量将逐渐减少。可以考虑将样地间距缩小，增加样地数量，以提高监测的精度。

参考文献

［1］李春干，陈琦，谭必增.基于卫星遥感数据空中抽样的大

尺度森林资源动态监测［J］.林业资源管理，2009（2）［2］翁为松，徐达，谭莹，等.基于高分辨率影像的城市和平

原绿化调查技术研究［J］.西南林业大学学报，2013，33（5）:78-82.

［3］王海宾，邓华峰，程志楚，等.基于3S的森林植被面积空

间抽样方法［J］.森林与环境学报报，2015，35（1）:74-80.［4］宋新民，李金良.抽样调查技术［M］.北京：中国林业出

版社，1997.

［5］李春干，罗鹏，蒋丽秀，等.森林资源信息更新研究与实

现［M］.北京：科学出版社，2017.106-110.