[發明專利]一種區域橡膠林遙感識別方法

有效

• 申請號: 202011457408.3
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112560659B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 肖池偉;封志明;李鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院地理科學與資源研究所
• 主分類號: G06V20/10
• 分類號: G06V20/10;G06V10/54;G06F16/535;G06F16/583;G06F16/587
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發明公開了一種區域橡膠林遙感識別方法，包括以下步驟：篩選橡膠林與其他地類的興趣點和興趣區，生成橡膠林樣本點圖庫；構建橡膠林和其他地類的變化曲線，根據NDVI動態曲線判別橡膠林和其他地類的差異，確定橡膠林物候期；結合獲取的氣象站點逐日的降水、氣溫數據，基于橡膠林落葉和新葉萌生現象的發生時間窗口信息，引入Landsat相應波段與植被－水分指數產品，對比橡膠林的物候差異；依據Landsat?NBR與Landsat?NDMI等多個植被－水分指數兩兩組合，對橡膠林落葉期和生葉期組合的植被－水分指數進行歸一化處理，結合歸一化結果和植被圖層掩膜提取橡膠林。本發明的優點是：充分考慮區域物候差異且兼顧紋理特征，能全面提取膠林分布信息，為區域層面橡膠林監測提供有力支撐。

技術領域

本發明涉及橡膠林遙感識別技術領域，特別涉及一種基于MODIS/Landsat植被指數和物候特征的區域橡膠林遙感識別方法。

背景技術

天然橡膠作為國防和經濟建設不可或缺的戰略物質，也是熱帶地區的重要支柱產業和脫貧致富的主要途徑。橡膠林擴展已成為全球天然橡膠重要產區土地利用/覆蓋變化(LUCC)的主要表現形式和重要動因。然而，在區域層面對橡膠林的地域特征、動態變化與擴展規律等科學問題缺乏系統、深入研究。

橡膠林遙感調查最早見于上世紀40年代的飛機勘探。橡膠樹在雨季枝繁葉茂，與其他常綠植被的光譜反射特征非常相似，但在每年旱季因其經歷從落葉到新葉萌生的過程而與周圍地物(特別是自然林)存在明顯差異。熱帶地區橡膠林遙感識別的突破口是其旱季落葉和新葉萌生過程的植被－水分周期性變化。橡膠林的獨特物候時間窗口及Landsat等光學衛星旱季高質量成像情況，使得觀測歷史較長的Landsat影像成為開展橡膠林物候遙感反演的最佳數據源。

地方尺度橡膠林遙感監測較早見于80年代，以最大似然、支持向量機、決策樹和隨機森林等方法為主。比較而言，物候算法因其充分考慮了橡膠樹(林)關鍵生育期的獨特生理現象(落葉－新葉萌生)而顯示出巨大潛力。由于橡膠林物候差異，利用固定時間窗口影像難以準確揭示區域層面橡膠林的總體分布格局。如申請者2020年1月上中旬在越南由北向南的實地考察了解到北部橡膠樹尚處于綠葉階段，而南部則普遍處于落葉期。由此，準確識別、快捷方便和大范圍監測橡膠林物候期變化顯得尤為重要，并需要加強植被－水分變化與橡膠林物候特征的關系及其區域差異研究。

Landsat等遙感數據產品共享政策及其分析就緒數據(ARD/2018)產品與遙感大數據平臺(Google Earth Engine,GEE)的推出，將為回溯橡膠林時空動態變化提供可靠數據源。得益于此，在像元尺度基于橡膠林落葉－新葉萌生的物候遙感方法探索方興未艾，并在減少數據需求和提高分類精度具有較大優勢，如單窗口、雙窗口、三窗口、閾值法、變化率比值法和改進型歸一化燒墾指數等。但是，橡膠林物候遙感算法仍有很大完善空間。與波段歸一化相比，植被－水分指數組合減少了因飽和度與地形變化等噪音引起的誤差，其應用前景廣闊。該組合方法的實現需預先準確揭示橡膠林落葉和新葉萌生發生的時間信息及其差異，特別是大規模地區。

現有技術公開了橡膠林傳統遙感監測方法包括監督分類、非監督分類、光譜混合分類、面向對象、邏輯回歸和機器學習(如支持向量機、隨機森林和神經網絡)等。比較而言，物候算法因其充分考慮了橡膠樹(林)關鍵生育期的獨特生理現象(落葉－新葉萌生)而顯示出巨大潛力，由于橡膠林物候差異，利用固定時間窗口Landsat影像難以準確揭示區域層面橡膠林的總體分布格局。

基于指數組合和物候特征的橡膠林遙感監測方法，具體步驟如下：

(1)基于逐日MODIS-NDVI數據，判定橡膠林的落葉期和生葉期

(2)分別選取橡膠林落葉期和生葉期2景Landsat影像，從波段到植被指數；

(3)對落葉期和生葉期的植被指數進行歸一化；

(4)對歸一化后的指數進行重歸一化，然后提取。