高光譜遙感技術在林業(yè)中的應用-萊森光學

一、引 言

20世紀80年代后期 ，成像光譜儀被廣泛應用于大 氣科學 、生態(tài) 、地質 、水文和海洋等學科 ，充分的證實了 遙感技術的應用潛力與發(fā)展前途 ，尤其是近年來 ，隨著 傳感器開發(fā)運用的不斷加強 ，成像技術也得到了較大提 高與發(fā)展 ，遙感技術在各個研究領域的應用也變得愈加 廣泛 。尤其是對林業(yè)而言 ，高光譜遙感技術的運用更是 為其提供了理論支持與技術支撐 ，并越來越得到人們的 重視 。

二、高光譜遙感技術簡介

高光譜遙感（ Hy perspectral Remote Sensing ）是高 光譜分辨率的簡稱 ，指利用很窄的電磁波波段從感興趣 的物體獲取相關數(shù)據(jù) ，高光譜遙感技術是在電磁波譜 的紫外 、可見光 、近紅外和中紅外區(qū)域獲取許多及其窄 且連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)的技術，這種全新的遙感前沿技 術于20世紀末迅速發(fā)展 ，成為現(xiàn)階段人們獲取地球表 面信息的一種主要手段 ，由于高光譜遙感的空間分辨 率和光譜分辨率均高于常規(guī)遙感 ，且波段多而窄 ，是對 常規(guī)遙感技術的繼承 、發(fā)展與創(chuàng)新 ，尤其是在林業(yè)中的 應用越來越廣泛 ，不僅能夠估測各種植物化學成分 ，對 植物進行生態(tài)學評價 ，還能極大提高森林樹種的分類與 識別的精度 ，因此得到了世界各界人士的廣泛重視。

三、高光譜遙感在森林監(jiān)測中的運用

高光譜遙感技術以其獨特的優(yōu)勢在經濟 、社會效益 等方面發(fā)揮著及其重要的作用被廣泛應用于森林監(jiān) 測 、森林信息獲取以及森林健康評價等方面 ，并為其提 供了新的理論支撐與技術支持 。

3.1 森林火災監(jiān)測

森林火災是威脅森林健康的重要風險因子之一 ，不 僅分布面積大而且又難以被發(fā)現(xiàn) ，因此在某種程度上具 有突發(fā)性強 、蔓延迅速的特點，此外由于火災發(fā)生 地的溫度也遠遠高于周圍地區(qū) ，因此目前主要通過利用衛(wèi)星的溫度敏感通道實時監(jiān)測林區(qū)溫度異常區(qū)域 ，從而 來迅速確定發(fā)生火災的準確地點 ，繼而通過對林區(qū) 數(shù)據(jù)進行匯總和相關分類分析 ，來確定火勢發(fā)生的方向 和與燃燒有關的地表生物量等情況 ，從而來制定高效的 營 救 方 案 ，除 此 之 外 還 可 以 對 災 后 損 失 進 行 評估。據(jù)記載 １987年 5月 6日～６月２日發(fā)生在黑龍江 省大興安嶺的特大森林火災 ，是新中國成立以來最嚴重 的一次火災 ，不僅使中國境內的1800萬英畝的面積受 到火災損失 ，而且波及到蘇聯(lián)境內的 1200萬英畝森林 ，我國利用高光譜準確檢測了火點發(fā)生的具體 位置 ，并且在火點擴展階段監(jiān)測了該林區(qū)火災的發(fā)展動 態(tài) ，在最后階段對火災損失進行了準確的評估 ，取得了 顯著的社會 、經濟以及生態(tài)效應。

3.2 森林病蟲害監(jiān)測

森林病蟲害是我國主要的森林災害之一 ，不僅對生 態(tài)環(huán)境造成嚴重威脅 ，而且也給森林資源帶來不可估量 的損失，遙感方法監(jiān)測森林病蟲害始于20世紀30年 代的航空實驗觀察 ，而目前利用高光譜遙感這一先進技 術手段監(jiān)測森林病蟲害 ，也因其周期短且獲取信息不受 干擾等優(yōu)勢得到了廣泛應用 ，在森林病蟲害監(jiān)測中具有 較強的技術優(yōu)勢以及巨大的發(fā)展?jié)摿?，大量調查實踐均已表明傳統(tǒng)的森林病蟲害檢測手 段由于存在工作量大且效率低等方面的特點 ，已經無法 滿足現(xiàn)階段相關部門對森林病蟲害的監(jiān)測分析，但與傳統(tǒng)監(jiān)測方法相比，高光譜遙感技術可以實時 、快速的 觀測到植被受病蟲害影響時 ，葉綠色濃度降低甚至消失 以至林區(qū)的反射和輻射光譜發(fā)生相應變化等這些特點 ， 利用高光譜遙感影像數(shù)據(jù)獲取的不同時相植被指數(shù)變 化情況 ，可以快捷準確確定病蟲害發(fā)生的林區(qū)以及分布 范圍 ，從而制定相應的防治措施以進行預警預報和動態(tài) 監(jiān)測。

3.3森林資源變化監(jiān)

森林資源作為一個動態(tài)資源 ，如果資源信息得不到及時有效的更新 ，就不能為林業(yè)工作的決策 、發(fā)展規(guī)劃 以及開展經營活動提供及時有效的信息 ，因此森林資 源變化監(jiān)測成為現(xiàn)階段森林資源可持續(xù)發(fā)展的必由之路是國內外相關領域的研究熱點之一，高光譜以它覆蓋范圍廣多傳感器以及多時相的點在森林資源變化監(jiān)測方面的應用十分廣泛，主要包括 對林業(yè)用地的利用變化監(jiān)測 、林分變化監(jiān)測和林權管理 監(jiān)測三方面，通過提取不同時相對同一地區(qū)森林資 源變化的信息 ，可以及時 、準確的對森林資源進行動態(tài) 監(jiān)測與評估 ，極大提高了監(jiān)測的準確性和科學研究的精 確性。

3.4高光譜遙感在森林健康評價中的運用

森林健康評價是診斷由于人類活動和自然因素引 起森林生態(tài)系統(tǒng)的破壞所造成的森林生態(tài)系統(tǒng)的結構 紊亂和功能失調 ，是對森林生態(tài)系統(tǒng)喪失服務和價值的 一種評估。該評價用定量的方法監(jiān)測森林健康 ，從 而為森林管理決策 、植被生產力模擬 、森林更新和演替 模擬以及生態(tài)學和生物學過程制圖提供重要信息。高光譜遙感在森林健康監(jiān)測中的應用主要通過測 定葉綠素含量 、植物體內化學成分變化等這些植物生活 力來完成 ，可以探測到植被的精細光譜信息，尤其是近 年來高光譜遙感技術在森立健康狀況評價和監(jiān)測中承 擔著不可替代的責任 ，可以為森林資源管理與森林更新 演替提供詳細數(shù)據(jù)與重要信息 。麻坤運用高光譜遙感 從植被分布 、光合作用強弱和病蟲害分布三方面的研究 結果對秦嶺火地溏地區(qū)的森林健康評價與管理提供了 理論與技術支撐。

四、高光譜遙感在林業(yè)中的發(fā)展趨勢 由于高光譜遙感可以探測到在寬波段遙感中不能 夠探測到的物質特征 ，使得林業(yè)方面相關研究結果更為 理想和精準 ，對林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到較好的指導和推 動作用 。因此 ，近年來高光譜理論與技術得到相關領域 的專家學者大力支持與廣泛應用 ，逐漸發(fā)展成為林業(yè)領 域的一項核心技術，但為了讓高光譜遙感技術在林業(yè) 中得到更好的發(fā)展 ，還需要對以下問題進行研究 ，有待 于進一步解決 。（１）提高高光譜遙感的計算精度，大力開展高光譜技術應用和智能化分類軟件研究。（２）不斷完善高光譜的硬件技術和軟件技術 ，并與 各種相關技術不斷結合 ，使之成為一項高度集成化 、智 能化的綜合技術 。（３）將高光譜在林業(yè)領域的研究成果不斷轉化為生 產力 ，以提高其經濟和社會效益 。

五、結語

高光譜作為一門集新型探測技術 、精密光學機器 、 高速信號處理技術 、計算機處理技術于一體的多學科交 叉的綜合型應用技術 ，必將得到長足的發(fā)展 。隨著高光 譜遙感技術的不斷完善和發(fā)展 ，在國內外眾多領域都得 到了廣泛的應用 ，尤其是在林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展中更是發(fā) 揮著不可替代的作用 ，為相關部門提供了強有力的科學 技術支撐。

審核編輯黃昊宇