多尺度森林動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多尺度森林動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測方法，特別涉及多尺度時(shí)間序列遙感數(shù) 據(jù)在森林資源動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測方面的技術(shù)，屬于遙感技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 森林植被不僅為人類的生存發(fā)展提供了最基本的物質(zhì)和能量來源，而且在維持生 態(tài)過程和生態(tài)平衡中也具有重要的作用，特別是保護(hù)脆弱的生態(tài)系統(tǒng)、水域和淡水資源方 面起著關(guān)鍵的作用。森林自然的更新演替、森林災(zāi)害（火災(zāi)，病蟲害）以及人類活動(dòng)的干擾 會造成森林植被發(fā)生變化，森林植被的動(dòng)態(tài)直接影響到陸地生態(tài)系統(tǒng)的平衡和健康。森林 動(dòng)態(tài)變化的研宄，可以及時(shí)了解森林資源的數(shù)量和質(zhì)量，掌握森林資源的消長變化規(guī)律和 趨勢，分析影響與制約森林生長的自然、經(jīng)濟(jì)、社會客觀條件，建立或更新森林資源檔案，對 揭示生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境變化及植被恢復(fù)和重建布局等具有重要意義。
[0003] 遙感技術(shù)為森林動(dòng)態(tài)監(jiān)測提供了新的手段。與傳統(tǒng)的森林資源清查相比，遙感能 獲得大量不同空間分辨率、多時(shí)相的數(shù)據(jù)，為在森林變化監(jiān)測提供了豐富的數(shù)據(jù)源。在全 球或區(qū)域范圍的大尺度森林監(jiān)測中，中分辨率成像光譜設(shè)備（MODIS)等低空間分辨率的影 像被大量的用在森林的變化監(jiān)測中，這些數(shù)據(jù)具有高時(shí)間分辨率的特性，可以獲得更多時(shí) 間點(diǎn)的地表覆蓋信息。但是這些數(shù)據(jù)由于空間分辨率較低，主要被用來監(jiān)測大面積的土地 利用類型的變化，更多的反應(yīng)了森林和非森林的變化情況，對變化相對較小的區(qū)域很難監(jiān) 測。高分辨率的遙感影像具有更高的空間分辨率，為更精細(xì)的森林變化檢測提供了很好的 數(shù)據(jù)，但是絕大多數(shù)的高分辨率遙感影像需要購買如QuickBird、SPOT，數(shù)據(jù)成本較高。中 等分辨率的影像數(shù)據(jù)如LandSat衛(wèi)星的TM/ETM+影像免費(fèi)，同時(shí)也具有較好的光譜與空間 分辨率可以很好的用于變化檢測。但是由于云等天氣的影響，能夠獲得的有效時(shí)間序列數(shù) 據(jù)質(zhì)量不高。
[0004] 在動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測算法方面，有許多學(xué)者研宄了針對各種不同空間分辨率的遙感影 像提出了許多土地覆蓋和植被的變化檢測算法。這些變化檢測一般對兩個(gè)不同時(shí)期的影像 進(jìn)行分析，提取變化信息，算法可大致分為兩類：一類是采用非監(jiān)督的方式，對兩個(gè)不同時(shí) 期的影像，利用差值、比值、典型相關(guān)變換等方法構(gòu)建差異影像，然后設(shè)置變化閾值，確定變 化和非變化區(qū)域。這種變化檢測算法的關(guān)鍵在于如何確定變化的閾值。另外一類變化檢測 算法主要采用監(jiān)督分類的方式，對兩個(gè)不同時(shí)期的影像分別分類，然后比較分類結(jié)果確定 變化區(qū)域及變化類型。這種變化檢測方法需要大量的樣本。這些變化檢測算法在土地覆蓋 變化監(jiān)測方面取得了較好的效果，但是在應(yīng)用到森林的變化檢測中存在一定的局限性。由 于植被的生長具有季節(jié)性規(guī)律，不同植被類型在不同季節(jié)的影像上會表現(xiàn)出明顯的差異， 這種植被季相性的差異會影響到變化檢測的結(jié)果。
[0005] 綜上所述，現(xiàn)有的變化檢測算法大都只利用了兩個(gè)時(shí)期的影像，且只在相同空間 分辨率的影像上進(jìn)行變化檢測，監(jiān)測的范圍和效率相對較低。此外，現(xiàn)有技術(shù)還存在以下突 出的缺陷和問題，包括：
[0006] (1)只利用了單一空間分辨率的影像，在數(shù)據(jù)處理的效率和空間范圍上有一定的 局限性。而一般森林覆蓋區(qū)域面積大，區(qū)域范圍廣，需要能夠及時(shí)快速的定位到發(fā)生變化區(qū) 域。
[0007] (2)只利用了兩個(gè)時(shí)期的影像，而植被本身的生長就具有季節(jié)性規(guī)律，兩個(gè)單一時(shí) 相的數(shù)據(jù)必須要求在同一生長季，限制了算法的應(yīng)用范圍。
[0008] (3)只兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的影像數(shù)據(jù)只能反映在這時(shí)間段內(nèi)的森林狀態(tài)信息，無法反映 森林隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于多尺度時(shí)間序列遙感影像的森 林資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法。
[0010] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0011] 本發(fā)明提供一種多尺度森林動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測方法，主要包括以下步驟：
[0012] 步驟一、影像預(yù)處理；
[0013] 步驟二、獲取土地覆蓋類型圖；
[0014] 步驟三、生成森林植被變化信息；
[0015] 步驟四、云及陰影掩模處理；
[0016] 步驟五、構(gòu)建森林植被特征指數(shù)；
[0017] 步驟六、提取動(dòng)態(tài)變化f目息。
[0018] 具體包括以下步驟：
[0019] 步驟一、獲取目標(biāo)對象的MODIS-NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)和對應(yīng)的TM影像時(shí)間序列數(shù) 據(jù)，并對影像進(jìn)行幾何校正與配準(zhǔn)；
[0020] 步驟二、利用不同的MODIS時(shí)間序列NDVI數(shù)據(jù)，獲得土地覆蓋類型圖；
[0021] 步驟三、利用土地覆蓋類型圖，生成粗尺度森植被變化信息；
[0022] 步驟四、對TM影像進(jìn)行云及陰影掩模處理；
[0023] 步驟五、根據(jù)粗尺度森林植被變化掩模文件，在TM影像上構(gòu)建森林植被特征指 數(shù)；
[0024] 步驟六、粗尺度土地覆蓋變化圖與時(shí)間序列的森林特征指數(shù)相結(jié)合的森林動(dòng)態(tài)變 化f目息提取。
[0025] 優(yōu)選的，上述步驟一的遙感影像幾何校正與配準(zhǔn)包括：
[0026] 步驟1. 1MODIS-NDVI時(shí)間序列的影像幾何校正；
[0027] 步驟1. 2TM影像時(shí)間序列的影像幾何校正；
[0028] 步驟1. 3MODIS-NDVI與TM影像間的相互配準(zhǔn)；
[0029] 所述TM影像間的匹配根據(jù)TM自帶的UTM坐標(biāo)進(jìn)行匹配，如果匹配誤差較大在選 擇控制點(diǎn)，利用多項(xiàng)式糾正方法糾正；
[0030] 所述MODIS-NDVI數(shù)據(jù)與TM數(shù)據(jù)間直接利用數(shù)據(jù)自帶的地理坐標(biāo)確定位置。
[0031] 優(yōu)選的，上述步驟二具體為利用一年內(nèi)不同季節(jié)的1KM分辨率的M0DIS時(shí)間序列 NDVI數(shù)據(jù)，獲得1KM分辨率的土地覆蓋類型圖，在1KM分辨率粗尺度數(shù)據(jù)上，將地表覆蓋類 型分為森林、農(nóng)田、城市建筑、水體四大基本類型，其NDVI值由高到低依次為森林、農(nóng)田、城 市建筑、水體，通過統(tǒng)計(jì)分析不同土地覆蓋類別各月份的NDVI直方圖，確定對應(yīng)月份各類 別NDVI閾值，具體處理過程包括以下步驟：
[0032] 步驟2. 1各地表覆蓋類別閾值確定；選擇各種覆蓋類型的樣本，計(jì)算各個(gè)月份中 的均值和方差，各個(gè)類別閾值區(qū)間被定義為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多尺度森林動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測方法，其特征在于所述方法主要包括w下步驟： 步驟一、影像預(yù)處理； 步驟二、獲取±地覆蓋類型圖； 步驟=、生成森林植被變化信息； 步驟四、云及陰影掩模處理； 步驟五、構(gòu)建森林植被特征指數(shù)； 步驟六、提取動(dòng)態(tài)變化信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多尺度森林動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測方法，其特征在于具體包括W下步 驟： 步驟一、獲取目標(biāo)對象的MODIS-NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)和對應(yīng)的TM影像時(shí)間序列數(shù)據(jù)，并 對影像進(jìn)行幾何校正與配準(zhǔn)； 步驟二、利用不同的MODIS時(shí)間序列NDVI數(shù)據(jù)，獲得±地覆蓋類型圖； 步驟S、利用±地覆蓋類型圖，生成粗尺度森植被變化信息； 步驟四、對TM影像進(jìn)行云及陰影掩模處理； 步驟五、根據(jù)粗尺度森林植被變化掩模文件，在TM影像上構(gòu)建森林植被特征指數(shù)； 步驟六、粗尺度±地覆蓋變化圖與時(shí)間序列的森林特征指數(shù)相結(jié)合的森林動(dòng)態(tài)變化信 息提取。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多尺度森林動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測方法，其特征在于；所述步驟一的 遙感影像幾何校正與配準(zhǔn)包括： 步驟1. 1M0DIS-NDVI時(shí)間序列的影像幾何校正； 步驟1. 2TM影像時(shí)間序列的影像幾何校正； 步驟1. 3M0DIS-NDVI與TM影像間的相互配準(zhǔn)； 所述TM影像間的匹配根據(jù)TM自帶的UTM坐標(biāo)進(jìn)行匹配，如果匹配誤差較大在選擇控 制點(diǎn)，利用多項(xiàng)式糾正方法