徐雯佳 葛超英

摘要：基于國(guó)產(chǎn)高分一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，選擇寧夏鹽池縣草原實(shí)驗(yàn)站附近區(qū)域作為黃土高原水蝕荒漠化信息提取研究示范區(qū)，建立了不同程度的水蝕荒漠化解譯標(biāo)志，試驗(yàn)了應(yīng)用面向?qū)ο蠓诸?lèi)的非水蝕荒漠化區(qū)域分離方法，探索了以植被覆蓋度、坡度、侵蝕溝面積比例作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的水蝕荒漠化信息自動(dòng)提取方法，并進(jìn)行了精度評(píng)價(jià)，為快速獲取大范圍水蝕荒漠化狀況提供參考。

關(guān)鍵詞：高分一號(hào)衛(wèi)星；水蝕荒漠化；信息提取

1.引言

荒漠化是一種土地嚴(yán)重退化的現(xiàn)象，已成為全球性的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)和生活造成了極其不利的影響[1]。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局《全國(guó)國(guó)土資源遙感調(diào)查技術(shù)要求》中根據(jù)成因?qū)⒒哪瘎澐譃轱L(fēng)蝕荒漠化、水蝕荒漠化、鹽堿質(zhì)荒漠化、石漠化和工礦型荒漠化等。其中水蝕荒漠化是指以流水侵蝕作用為主的荒漠化類(lèi)型[2]。

黃土高原是我國(guó)水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)，也是水蝕荒漠化比較嚴(yán)重的地區(qū)之一[3]?；哪乐问窃搮^(qū)域生態(tài)文明建設(shè)的重中之重。及時(shí)準(zhǔn)確掌握荒漠化動(dòng)態(tài)變化是合理部署荒漠化防治工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星遙感事業(yè)的飛速發(fā)展，國(guó)產(chǎn)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、連續(xù)、實(shí)時(shí)、客觀獲取荒漠化信息提供了穩(wěn)定和可靠的數(shù)據(jù)源。本文選擇寧夏鹽池縣草原實(shí)驗(yàn)站附近區(qū)域作為示范區(qū)，以高分一號(hào)衛(wèi)星作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究基于國(guó)產(chǎn)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)的黃土高原區(qū)域水蝕荒漠化信息提取方法，為推進(jìn)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星在荒漠化防治工作中的應(yīng)用提供參考。

2.數(shù)據(jù)源及預(yù)處理

2.1數(shù)據(jù)源

選取高分一號(hào)衛(wèi)星PMS數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，包含空間分辨率為2m的全色數(shù)據(jù)和8m的多光譜數(shù)據(jù)，時(shí)相為2015年8月17日（圖1）。高分一號(hào)現(xiàn)有4顆星，已將覆蓋全球的周期縮短至11天，重訪周期縮短至1天，是目前陸地資源和環(huán)境調(diào)查監(jiān)測(cè)的主要數(shù)據(jù)源。

2.2數(shù)據(jù)預(yù)處理

利用ENVI軟件對(duì)高分一號(hào)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，主要包括大氣校正、幾何校正和云檢測(cè)等。其中，大氣校正利用FLAASH模塊進(jìn)行校正，獲得遙感數(shù)據(jù)各個(gè)像素上的反射率。幾何校正借助RPC文件、DEM和參考影像進(jìn)行校正，誤差小于1個(gè)像元[4]。云檢測(cè)主要利用波段閾值法。

3.水蝕荒漠化信息提取方法

3.1水蝕荒漠化分級(jí)指標(biāo)

依據(jù)《第四次全國(guó)荒漠化和沙化監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定》對(duì)水蝕荒漠化程度進(jìn)行分級(jí)，共分為輕度、中度、重度、極重度4個(gè)級(jí)別，主要采用植被覆蓋度、坡度、侵蝕溝面積比例等指標(biāo)進(jìn)行劃分（表1）。

3.2解譯標(biāo)志

基于高分一號(hào)近紅外、紅、綠波段組合的假彩色影像，通過(guò)分析不同程度水蝕荒漠化在影像中的特征，根據(jù)空間位置、顏色、紋理、形態(tài)等建立遙感解譯標(biāo)志（表2）。

3.3信息自動(dòng)提取流程

根據(jù)水蝕荒漠化程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，建立1∶5萬(wàn)比例尺水蝕荒漠化信息提取方法。在非水蝕荒漠化區(qū)域分離掩膜的基礎(chǔ)上，提取植被覆蓋度、坡度、侵蝕溝面積比例等荒漠化影響因子（圖2）。其中侵蝕溝面積比例以溝壑密度來(lái)表示。

3.3.1非水蝕荒漠化區(qū)域提取

研究區(qū)包括耕地、林地、草地、住宅用地、交通運(yùn)輸用地、水體、其他土地等地類(lèi)。在進(jìn)行水蝕荒漠化信息提取之前，將研究區(qū)地類(lèi)分為兩大類(lèi)。一類(lèi)為以住宅用地、交通運(yùn)輸用地、水體等地類(lèi)為主的非水蝕荒漠化區(qū)域；一類(lèi)為以耕地、林地、草地、其他土地等地類(lèi)為主的可進(jìn)行水蝕荒漠化分級(jí)的區(qū)域。

利用eCognition軟件，采用面向?qū)ο蠓诸?lèi)方法提取非水蝕荒漠化區(qū)域。在分類(lèi)之前，需根據(jù)提取對(duì)象特征的不同，選擇合適的尺度大小和合適特征，制定分類(lèi)策略。此次提取主要分兩個(gè)層次，第一層次將住宅用地和交通運(yùn)輸用地歸為人工設(shè)施，與其他非人工設(shè)施分開(kāi)；第二層次將水體從其他非人工設(shè)施中提取出來(lái)。在第一層次分類(lèi)時(shí)，將分割尺度設(shè)置為30，顏色參數(shù)與形狀指數(shù)設(shè)置為0.4。在第二層次分類(lèi)時(shí)，將分割尺度設(shè)置為50，顏色參數(shù)與形狀指數(shù)設(shè)置為0.3。

需要說(shuō)明的是，根據(jù)水蝕荒漠化程度分級(jí)方法，可進(jìn)行水蝕荒漠化分級(jí)的區(qū)域也可能包括非荒漠化區(qū)域，因此這只是對(duì)不可分級(jí)的非水蝕荒漠化區(qū)域進(jìn)行提取。

3.3.2植被覆蓋度

植被覆蓋度是反映水蝕荒漠化程度的重要指標(biāo)。通常用植被指數(shù)反映地表植被狀況，常用的植被指數(shù)有NDVI、RVI、SAVI、MSAVI、EVI、PVI等。本次采用NDVI結(jié)合像元二分模型，提取植被覆蓋度[5]。

其中：fc為植被覆蓋度，NDVImin、NDVImax分別為研究區(qū)最小和最大的NDVI值。

在植被覆蓋度提取的結(jié)果上，根據(jù)水蝕荒漠化程度分級(jí)指標(biāo)，劃分等級(jí)并賦值。

3.3.3坡度

坡度是構(gòu)成水力侵蝕的動(dòng)力條件之一，是導(dǎo)致水蝕荒漠化的必要條件?；贒EM數(shù)據(jù)，利用ArcGIS軟件三維分析（3D Analyst Tools）模塊中的柵格表面分析（Raster Surface）——坡度（Slope）工具進(jìn)行計(jì)算獲取坡度信息，對(duì)其劃分等級(jí)并賦值。

3.3.4溝壑密度

侵蝕溝溝壑密度可反映一個(gè)區(qū)域流水侵蝕作用的強(qiáng)弱。溝壑密度為單位面積內(nèi)侵蝕溝的總長(zhǎng)度?；贒EM數(shù)據(jù)，利用ArcGIS軟件空間分析（Spatial Analyst Tools）模塊中水文分析（Hydrology）相關(guān)工具依據(jù)高程信息判斷獲取溝谷分布和集水流域，進(jìn)而分流域計(jì)算溝壑密度并賦值。其中匯流累計(jì)量是溝谷生成的基礎(chǔ)，需根據(jù)研究區(qū)的地形特點(diǎn)，設(shè)置合適的閾值。本文將匯流累計(jì)閾值設(shè)置為100。

3.3.5水蝕荒漠化程度分級(jí)

將植被覆蓋度、坡度、溝壑密度三個(gè)指標(biāo)的分值相加，進(jìn)行水蝕荒漠化程度分級(jí)，得到水蝕荒漠化矢量圖（圖3）。

4.精度評(píng)價(jià)

設(shè)置100個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)均勻分布研究區(qū)內(nèi)的，將基于荒漠化指標(biāo)體系自動(dòng)提取的水蝕荒漠化結(jié)果與目視解譯結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)價(jià)兩者的一致性（表3）。通過(guò)計(jì)算百分比可知，非荒漠化提取結(jié)果一致性最高，達(dá)到81.25%；其次為重度水蝕荒漠化和中度水蝕荒漠化，分別為75.00%和74.19%；輕度水蝕荒漠化一致性最差，為68.97%?？梢?jiàn)，自動(dòng)提取成果與目視解譯成果存在一定的差異，但基本能反映研究區(qū)內(nèi)水蝕荒漠化的總體情況。

5.結(jié)語(yǔ)

（1）高分一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量總體良好，影像清晰，地類(lèi)層次分明，紋理信息豐富，邊界清楚，利于水蝕荒漠化信息提取，滿足水蝕荒漠化提取需求。

（2）以植被覆蓋度、坡度、侵蝕溝面積比例作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的水蝕荒漠化信息自動(dòng)提取結(jié)果基本能夠反映研究區(qū)水蝕荒漠化的真實(shí)情況，但精度仍有待提高。今后，可考慮將指標(biāo)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行優(yōu)化，增加地形起伏度、地表切割深度等地形因子。

參考文獻(xiàn)：

[1]王文才，王忻，任蘭英.毛烏素沙地荒漠化演變特征分析[J].西部資源， 2017（02）： 176-178.

[2]童立強(qiáng)，李麗.三峽庫(kù)區(qū)水蝕荒漠化遙感調(diào)查與監(jiān)測(cè)[J].國(guó)土資源遙感， 2012， 92（01）： 100-103.

[3]周忠學(xué)，孫虎，李智佩.黃土高原水蝕荒漠化發(fā)生特點(diǎn)及其防治模式[J].干旱區(qū)研究， 2005， 22（01）： 29-34.

[4]葛超英，李戰(zhàn)，徐雯佳.應(yīng)用國(guó)產(chǎn)高分一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)提取風(fēng)蝕荒漠化遙感信息方法研究[J].西部資源， 2018（01）： 183-185.

[5]李苗苗.植被覆蓋度的遙感估算方法研究[D].中國(guó)科學(xué)院研究生院（遙感應(yīng)用研究所）， 2003.