正文 高分辨率影像在野生藥用植物宏觀監測中的應用評價(2 / 3)

1.2 研究區主要地物類型及其分布 羅布麻主要生長於沙漠鹽堿地、河岸、山溝、山坡的砂質地,該區域生長的羅布麻群落主要由蘆葦、檉柳、甘草、黑果枸杞駱駝刺等半生植物建群。阿勒泰阿拉哈克鄉核心區鹽湖連片生長的100多公頃野生羅布紅麻地實施封育禁牧,建立了阿拉哈克鄉鹽湖羅布紅麻保護區;另外,與鹽湖有一定距離範圍內有零星分布的羅布麻;人工仿生羅布麻分布在鹽湖東北方向羅布麻人工種植區,戈寶公司院內也有種植。

2 數據源選擇

本研究選擇的遙感影像。選擇的數據位

於同一季相,處於羅布麻花期,且相差20 d之內,避免了因季節差而產生的植被物候變化信息,從而保證了變化檢測對圖像質量的要求。

野生藥用植物遙感識別信息提取

首先,通過走訪當地農業科技站、戈寶公司等單位調研並結合相關資料對研究區進行踏查,確定勘察時間、勘察區域範圍、勘查路線、勘察方法,並確定遙感影像數據信息,包括影像分辨率、時相,範圍等;繼而進行羅布麻野外勘察,勘察方法是基於GPS根據勘察路線采集羅布麻以及周圍典型植被樣本,選取的樣本具有一定典型性,為後續遙感影像室內解譯提供驗證數據;最後對研究區進行核查,采集核查數據來驗證遙感影像的解譯精度,將遙感影像與實地進行對比、修改、更正室內目視解譯結果,總體技術流程。

2.1 野外樣地調查 研究小組連續2年對阿勒泰阿拉哈克鄉羅布麻進行遙感調查,於2012年5月、9月下旬阿勒泰阿拉哈克鄉野生羅布麻保護區開展了野外調查共獲取50個野外GPS觀測樣本,包括野生羅布麻、人工仿生羅布麻、油葵、苜蓿、防護林等,這50個樣本是作為資源三號衛星分類的訓練樣本和檢驗樣本;於2013年6月28—29日共獲取30個野外GPS觀測樣本,包括野生羅布麻、人工仿生羅布麻、油葵、苜蓿、防護林等,這30個樣本作為Worldview-2衛星提取羅布麻信息時的訓練樣本和檢驗樣本;樣本地塊在實驗區內均勻分布,有著較好的代表性,為實驗區羅布麻麵積測量提供有效的訓練樣本和檢驗樣本,然後利用GIS軟件將GPS定位點的樣地經緯度數據轉換成與圖像投影一致的shp格式文件,以便在遙感圖像上進行地麵樣點定位,獲取地麵樣點位置處的遙感監測信息,為高分辨率影像目視解譯提供先驗知識和樣本信息。

2.2 遙感影像預處理 首先對兩景遙感影像進行分別進行預處理,包括幾何校正、輻射校正、圖像增強和裁剪、融合等。本文采用Gram-Schmidt光譜銳化高保真的圖像融合算法。Gram-Schmidt 變換的圖像不但很好的保留了多光譜圖像的絕大部分光譜信息,提高了影像辨識度,增強了紋理特征而且圖像色彩接近自然色,地物的對比效果較好,清晰度較高,可以消除冗餘信息,且計算過程較簡單[17]。最後對預處理結果進行裁剪得到實驗區影像。

2.3 訓練樣本選取 為避免特征維數的增加對分類性能的影響在遙感圖像分類中,假設某個地物類別服從正態分布,要選擇訓練樣本對該類別進行表示需要的樣本數量計算公式如下。

N=z2p(100-p)/e2(1)

式中n為采樣個數; p為準確度期望值(%);Z為按照一定概率水平在標準正態分布雙側分位數表中查到的值;e期望值的允許偏差(%)。在具體的實驗中不是利用公式確定樣本數量,而是采用人們長期總結出來的簡單方法,即選擇10~30倍於圖像波段數目的訓練樣本,或者在此基礎上越多越好。樣本量的增加可以減少單次分類引起的隨機誤差,使分類結果趨於穩定[15]

2.4 基於PCA和紋理特征的監督分類 由於國產衛星資源三號波段數較少,光譜信息不夠豐富,集中在可見光和近紅外波段,通常在傳統分類方法中可加入紋理特征、主成分變換(PCA)等特征數據加以輔助來提高分類精度;為了做比較,對於高分數據Worldview-2采用相同的特征數據參與分類。

光譜波段之間的相關性比較高,首先對實驗區多光譜數據進行主成分變換,采用灰度共生矩陣法對PCA的第一主成分進行5種適宜的紋理特征提取包括:對比度、熵、逆差矩、非相似性、相關性;提取紋理信息移動窗口的大小選擇很也重要,窗口的過大過小都會影響到特征提取的效果,研究中分別嚐試用5×5,7×7,9×9大小的窗口對研究區遙感影像進行紋理特征提取,對比紋理特征圖像發現,7×7窗口既能較好地提取地物紋理的邊緣,又可以減小窗口帶來的模糊效應。因此,本文采用7×7窗口對PCA的第一主成分進行紋理特征的提取,最後將經過PCA處理後加入5種紋理特征以及影像原始的光譜波段進行監督分類。根據勘察采集的樣本數據結合目視解譯,選取訓練樣本,將影像大致分為羅布麻、裸地、其他植被、水體等典型地物樣本。

3 不同數據源分類結果分析與對比

3.1 混淆矩陣 資源三號影像數據影像總體精度為90.23%,Kappa係數為0.865 8,說明整體分類精度較好,但是羅布麻的生產者精度隻有73.09%,漏判情況較嚴重,根據實地調查情況對比分析,發現零星分布的羅布麻沒有被識別提取。