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基于SPOT遥感影像的林相图更新技术研究

杨雪清  
【摘要】: 森林资源作为人类赖以生存的物质基础,是国家自然资源的重要组成部分,在国民经济发展与建设中具有重要地位和作用。其中,森林资源调查已成为林业的重要基础工作。通过森林资源调查,可及时掌握森林资源数量和质量,从而为国家、地区及森林经营单位制定林业方针政策,编制林业区划、规划(森林经营方案),指导林业生产提供及时、准确的基础信息。 森林资源规划设计调查(二类调查)是森林资源调查的主要内容,其主要成果图之一是林相图。林相图是指挥林业生产的地图,也是森林资源经营管理中使用最多的图形资料,但其调查频度却是十年一次,难以满足经济快速发展的需求,因此林相图的更新成为了极为重要的核心内容。传统的林相图更新方法大部分都是手动更新,时效性和准确性很难满足林业调查主管部门和森林资源管理工作的要求,遥感技术的发展为林相图更新提供了新的技术和手段。 然而,利用遥感等信息技术实现林相图的计算机辅助更新在业务层面、技术层面和应用层面仍面临若干问题。从业务层面上看,虽然有不少研究成果,但是普遍是独立研究,难以整合,目前尚未形成一体化的林相图更新流程;从技术层面上看,影响林相图更新的核心分类方法尚有待进一步完善;从应用层面上看,目前尚缺乏将林相图更新过程中每一个环节进行集成,形成有界面、易操作、高效率的集成应用系统。 鉴于此,本文在对发达国家的森林资源监测和管理水平研究的基础上,以林相图更新为研究对象,着重解决了我国森林资源遥感监测中的技术难点和关键问题,对于促进和提高我国森林资源监测与管理的信息化和现代化具有重要意义。在业务层面上,结合森林资源二类调查要求,提出了利用SPOT卫星数据对林相图更新流程;在技术层面上,对林相图更新的基础技术——森林资源图斑信息提取方面进行了深入研究,构建面向林相图更新的高效分类识别模型;在应用层面上,提出了森林资源数据库建设的标准和技术规范,对所有流程进行封装,研究开发功能较为完整、运行良好的林相图更新支持系统。本论文的主要内容包括: ①研究如何根据森林资源二类调查规程,整合遥感图像预处理、遥感图像处理、森林资源图斑信息提取、小班数据更新、林相图生成等环节,形成有机集成业务流程、技术流程和质量控制流程的、基于SPOT5影像的一体化林相图更新流程; ②研究如何利用林班线和山脊线及其他数据,对遥感影像数据的分类模型进行定制和增强,在缩短数据处理时间,提高分类效率的同时,保证分类精度; ③研究如何采用面向对象方法和组件技术,封装遥感图像快速校正、融合以及森林资源分类、小班边界提取、专题图制作等实用功能技术,构建有界面、可视化、易操作的集成应用系统。 本论文的主要创新点和贡献包括: ①针对目前缺乏一体化的基于SPOT5的林相图更新流程问题,本论文首次提出了一个基于SPOT5遥感影像的林相图更新一体化流程,有机整合了业务流程、技术流程和质量控制流程,填补了目前林业领域的流程空白。该流程已在实际业务中进行推广应用,并取得了较好成果; ②针对现有林相图分类方法中人工工作量大、分类处理时间长、分类结果准确率较低等问题,在传统分类方法的基础上,本论文提出了一个集成了无监和有监分类方法的混合分类模型,本混合模型首先通过利用林班线、山脊线等信息将SPOT5图像进行分块,避免分类算法在整个SPOT图像上的直接运算,降低了数据处理量,继而通过无监分类模型在像素级别将图形自动进行类别判断和聚合,再对聚合的图斑使用有监模型进行人工干预下的有监分类,避免了直接在像素级别的人工有监分类工作,减少了人工工作量的同时,也提高了分类的准确性。通过对比分析,新的混合模型提高了森林资源图斑信息提取的效率和准确性,解决了实现林相图更新从手工操作到半自动操作转变的重要技术问题; ③针对目前我国缺乏可以实际运行的产业化的林相图更新应用系统问题,本课题在流程研究和技术攻关的基础上,将林相图更新中的数据处理、分类、分析等关键技术进行有机封装整合,设计开发了高效易用的林相图更新计算机辅助支持系统,为实现林相图从手动更新到半自动更新的转变提供了支撑,为提高林相图更新的工作效率提供了有力保障。


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