植被覆盖度的遥感估算

爱地理 · 发表于 2014-3-17 17:36

　　植被覆盖度是指植被(包括叶、茎、枝)在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比。容易与植被覆盖度混淆的概念是植被盖度，植被盖度是指植被冠层或叶面在地面的垂直投影面积占植被区总面积的比例。两个概念主要区别就是分母不一样。植被覆盖度常用于植被变化、生态环境研究、水土保持、气候等方面。
　　植被覆盖度的测量可分为地面测量和遥感估算两种方法。地面测量常用于田间尺度，遥感估算常用于区域尺度。目前已经发展了很多利用遥感测量植被覆盖度的方法，较为实用的方法是利用植被指数近似估算植被覆盖度，常用的植被指数为NDVI。
　　本课堂以2景覆盖北京市的Landsat 5 TM影像为数据源，成像时间为2009年9月份，采用改进的像元二分模型详细介绍植被覆盖度遥感估算过程。涉及TM影像大气校正、图像镶嵌与裁剪、NDVI计算与统计、Bandmath使用等，在ENVI4.8版本完成整个操作过程。
　　处理流程介绍
　　像元二分模型是一种简单实用的遥感估算模型，它假设一个像元的地表由有植被覆盖部分地表与无植被覆盖部分地表组成，而遥感传感器观测到的光谱信息也由这2个组分因子线性加权合成，各因子的权重是各自的面积在像元中所占的比率，如其中植被覆盖度可以看作是植被的权重。
　　下面简单介绍下在像元二分模型的基础上研究的模型：
　　VFC = (NDVI - NDVIsoil)/ ( NDVIveg - NDVIsoil) (1)
　　其中, NDVIsoil 为完全是裸土或无植被覆盖区域的NDVI值，NDVIveg 则代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI值，即纯植被像元的NDVI值。两个值的计算公式为：
　　NDVIsoil=(VFCmax*NDVImin- VFCmin*NDVImax)/( VFCmax- VFCmin) (2)
　　NDVIveg=((1-VFCmin)*NDVImax- (1-VFCmax)*NDVImin)/( VFCmax- VFCmin) (3)
　　利用这个模型计算植被覆盖度的关键是计算NDVIsoil和NDVIveg。这里有两种假设：
　　1) 当区域内可以近似取VFCmax=100%，VFCmin=0%。
　　公式(1)可变为：
　　VFC = (NDVI - NDVImin)/ ( NDVImax - NDVImin) (4)
　　NDVImax 和NDVImin分别为区域内最大和最小的NDVI值。由于不可避免存在噪声，NDVImax 和NDVImin一般取一定置信度范围内的最大值与最小值，置信度的取值主要根据图像实际情况来定。
　　2) 当区域内不能近似取VFCmax=100%，VFCmin=0%
　　当有实测数据的情况下，取实测数据中的植被覆盖度的最大值和最小值作为VFCmax和 VFCmin，这两个实测数据对应图像的NDVI作为NDVImax 和NDVImin。
　　当没有实测数据的情况下，取一定置信度范围内的NDVImax 和NDVImin。VFCmax和 VFCmin根据经验估算。
　　利用Landsat 5 TM的像元二分模型植被覆盖度遥感估算的处理流程如下：

地理国情监测云平台

　　(1) 数据预处理：使用的是Landsat TM的L1T级别数据，不做几何校正处理。北京市需要两景TM数据覆盖，本流程中分别对两个影像进行定标和大气校正处理，之后对两景影像进行镶嵌，再利用北京市行政边界裁剪得到北京市的影像。
　　注：如果想简化流程，可以先镶嵌和裁剪定标好的两景影像(同一天成像)，之后进行大气校正。
　　(2) 植被覆盖度估算：在像元二分法模型中，NDVIveg代表着全植被覆盖像元的最大值，由于植被类型的影响，NDVIveg 值也会随着时间和空间而改变。因此，计算植被覆盖度时，既使同一景影像，对于NDVIsoil 和NDVIveg 值不能取固定值。一般需要土壤图和土地利用图，以及野外实测数据，根据上述模型中的两种情况分别求解。由于辅助数据的限制，本课堂是利用土地覆盖图分别求解不同土地覆盖类型内的NDVImax 和NDVImin作为NDVI veg和NDVIsoil，这样就可以得到两个NDVI veg和NDVIsoil的参数图像文件。
　　在ENVI下及灵活应用Bandmath工具，以NDVI值为参数，运用基于像元二分模型设计的植被覆盖度遥感估算方法技术路线简单、可操作性强，也适用于不同分辨率的遥感数据，如环境小卫星等。更多教程和相关数据请到地理国情监测云平台。