高光谱遥感技术在森林资源监测中的重要性

作者：王芳

来源：《现代园艺·下半月园林版》 2019年第1期

1 高光谱遥感技术

高光谱遥感指一种利用窄电磁波段送地面物体获得联系光谱信息的技术,无论是在紫外线区域,可见光区域,还是近红外线区域,或者中红外区域,都能够获得图像数据,虽然比较窄,但是却是连续的,是高光谱分辨率遥感的简称。从技术原理来看,高光谱遥感技术实质上就是将光谱技术与成像技术集合在一起,在使用过程中实现地面物体成像的同时,收集波段宽度低于10nm的光谱信息,形成完整连续的光谱曲线,这是其他遥感技术所不具备的。一般的遥感所配备的遥感器只有几个,最多十几个波段,并且每个波段的宽度都要大于100nm,并且在电磁波谱上表现出不连续的特点,并不能探测到更多的物质特征,而高光谱遥感器波段小,大大弥补了这一不足之处,能够探测到宽波段遥感不能探测到的物体。

2 高光谱遥感在森林监测中的应用

2.1 森林火灾监测

借助遥感技术来监测森林是否发生火灾,需要从地面是否有异常高温以及森林覆盖物是否为可燃物2 个方面来考虑。早在20世纪80年代,遥感技术就已经利用AVHRR图像的CH3 工作在中红外波段来对森林高温点进行监测,能够有效探测到森林火灾具体发生的位置并判断火势发展的方向,但却存在探测温度范围有限的缺点,有时探测出来的最高温度远远不及火区实际温度,无法准确判定火点。而高光谱遥感技术将普通遥感技术与高光谱遥感形成的数据结合起来,不仅能够有效分析火灾发生的地点,还能够将与燃烧情况有关的地表生物量、燃烧后果等反映出来,同时数据还能不断更新[1]。

2.2 森林病虫害监测

森林在遥感图像上所表现出来的空间形状与森林实际的形态结构有着直接的关联性,相应的,图像上的光谱信息又受到森林植被叶绿素含量等多种生理特征影响。绿色植被的光谱反射率有着自己突出的特征,还会随着波长的变化而变化,植物在0.5~0.7μm 的可见光波段内反射率很低,在0.7~0.9μm的近红外波段反射率会明显升高,这是因为植物的绿色叶子能够吸收波段中的辐射能量。当然,对于同一种波段不同的植物也会表现出不同的反射强度,其中阔叶树的反射能达到70%以上,针叶树会明显降低,只有30%~40%,而草类植被反射率也能达到50%~60%。当森林遭遇病虫害后,由于植物叶绿素减少,植物对光段的吸收能力也减弱,因此对可见光的反射率明显提高,对红外区的反射率明显降低,从而将病虫害的情况在光谱曲线上有效反映出来,成为指导森林病虫害防治的参考数据。总的来说,利用高光谱遥感技术进行森林资源病虫害监测主要是通过分析植物中化学成分的变化来进行的,通过对临界光谱区窄波段的分析判断森林冠层的受灾情况,及时发现森林资源出现的早期损害,尽早采取相应的防治措施[2]。

2.3 森林资源变化监测

森林资源处于不断的变化过程中,相应的对森林资源的监测也属于动态监测的过程,主要是利用遥感技术所具有的多传感器,多时相的特点对同一个区域在不同时间段的遥感数据进行提取分析。在这个过程中,需要提取的信息不仅包括变化信息的数量与位置,还要同时得到每一个具

体的像元的转变类型,也就是森林资源在动态变化在空间上的分布情况。这种动态的变化可以分为2个板块,一是在小班图层内部的变化,这实际上是林地的变化,比如林地转变为耕地,水体等其他土地类型;林地内部的变化,比如林地转变为疏林地,采伐迹地等现象。二是在研究区范围内、小班图层范围外存在提取出来的林地,也就是出现原本不是林地的区域变成林地,比如非林地转变为落叶林地等现象。在监测森林资源过程中,需要能够准确地识别不同的森林树种,而高光谱遥感技术能够对不同树种在光谱中表现的细微差异进行反应,提升了遥感技术对植被的识别与分类精确度,能够更有效地监测到森林资源的变化情况。

3 结语

高光谱遥感技术是现阶段林业遥感技术研究的前沿技术,具有高分辨率,高时效性的特点,对森林资源监测有着非常重要的作用。虽然已经在森林监测中得到应用推广,但是在实际使用中依然存在一些问题,还需要进一步研究,不断完善,为林业遥感发展注入新的活力。