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地物光谱在林业遥感中的应用

地物光谱在林业遥感中的应用



1对森林资源调查领域内地物波谱研究的必要性认知

现代遥感技术主要是依据物体对电磁波的响应特性来探测地面物体和现象的。遥感主要是研究地球表面电磁波辐射、散射和反射的 环境信息,以及收集处理与显示技术,并用于资源调查与生产管理。所以遥感技术的基本问题应该是研究地表环境的电磁波信息。

目前遥感图象在林业调查的应用上,主要是用目视判读的方法,根据影象的形态特征和色调特征区分和识别土地种类、植被分布等内容的,较少考虑地物的电磁辐射的特性,很大程度上是依赖影象所构成的形态结构,判读效果取决于判读人员的专业知识和对判读区的熟悉程度,是经验判读,在森林资源调查中诸如树种、龄组、胸径、单位蓄积量等主要因子的划分,单靠现在的目视判读方法还是达不到的,也就是说缺乏定量的本质的依据。

目前较先进的图象判读设备:如假彩色合成仪、假彩色密度分割仪等的应用,增强了遥感图象的某些信息,判读精度也有一定提 高,但仍没有脱离以地物形态特征为主要依据的经验判读。


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笔者认为,当今遥感已向多波段,全天时,全天候和周期性覆盖方向发展的情况下, 单依靠经验判读方法已远不能满足需要了。例如对陆地卫星的TM图象,获取的信息主要是地物在不同波段上光谱辐射量的大小, 每张TM图象都可以看作是该光谱段上的地物光谱图。TM图象重迭很小不能进行立体观察,因而以形态结构为主要判读依据的经验判读方法不能充分提取TM图象的丰富信息。

对于TM图象,我们可以这样理解:即每一幅TM图象都可以看作是由无数个不同灰度级的象元排列成的一个巨大的矩阵,每个象元的灰度就是该象元所对应的地面光谱辐射量的大小。在TM中每一象元相当于30×30m的面积,这个象元的光谱辐射强度决定于象元内所有地物目标的综合光谱效应,而象元内部的形态结构已不具有什么意义了,象元是基本的图象单位是不可分的。纵然在宏观上,TM图象也表现出了一定的形态结构特征,可借以判读地物目标,但这种形态结构特点实际上是相同光谱辐射强度的象元组合,即不同灰度象元的界限便构成了形态的边界。因而TM图象上的地物形态问题仍然可以看作是地物的光谱辐射问题。所以对于TM( MSS也如此)图象的判读应用来说,地物光谱特性是较之地物形态结构更有意义,更为本质的信息。

鉴于上述认识,不言而知:在林业遥感应用领域内深入开展地物波谱的研究不仅是必要的,而且是迫切的任务。再者,对于遥感信 息的电子计算机自动分类识别及用电子计算机对遥感图象进行各种处理,离开地物波谱特征的研究,就不可能为计算机提供参考样 本,无从实现识别任务。


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2林业遥感研究的范围

从遥感物理基础可知,电磁波包括了从短波宇宙射线、γ射线、χ射线、紫外线可见光,红外、微波直至无线电波、交流电这样一 个广阔的波谱范围,从理论上讲,几乎所有的 电磁波都能应用于遥感研究,但限于目前的技术条件,遥感所用的电磁波谱范围主要是可见光、红外和微波这几个波段,其中:可见光至近红外波段、从能量辐射、强度、信息的接收处理,空间分辨率以及解译效果,他们的地球环境电磁波信息最易获取和利用的,也是林业遥感波谱研究的范围。

各种地物目标对不同波长的电磁波的吸收、透射和反射的性能以及自身发射电磁波特性是不同的,如果把不同地物目标的电磁辐射性质按波长与辐射强度的关系绘制成曲线,这便是地物波谱曲线,根据波谱曲线的峰值范围的差异来识别地物目标,则是遥感工作的主要依据。地物在可见光和红外波段的电磁波辐射特征属于光学范畴,故称之为地物光谱。在林业遥感中,对可见光至近红外的波段即从0.4~2.5μm的光谱范围内,主要记录的是地物对这一波段太阳辐射的反射能量的大小,因而地物目标的这一特性称地物的反射光谱;地物在红外的其他波段,尤其是8~14μm的热红外波段因地物的热学性质的差异造成物体温度高低的不同,从而发射出不同的红外辐射,这属于地物的发射光谱。在目前的技术条件下,可见光至近红外的遥感技术在林业上有较多的应用,对于地物光谱的研究来说,同样也首先着眼于可见光至近红外的反射光谱研究。


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