高光譜遙感技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用-萊森光學(xué)

一、引 言

20世紀(jì)80年代后期 ，成像光譜儀被廣泛應(yīng)用于大 氣科學(xué) 、生態(tài) 、地質(zhì) 、水文和海洋等學(xué)科 ，充分的證實(shí)了 遙感技術(shù)的應(yīng)用潛力與發(fā)展前途 ，尤其是近年來(lái) ，隨著 傳感器開(kāi)發(fā)運(yùn)用的不斷加強(qiáng) ，成像技術(shù)也得到了較大提 高與發(fā)展 ，遙感技術(shù)在各個(gè)研究領(lǐng)域的應(yīng)用也變得愈加 廣泛 。尤其是對(duì)林業(yè)而言 ，高光譜遙感技術(shù)的運(yùn)用更是 為其提供了理論支持與技術(shù)支撐 ，并越來(lái)越得到人們的 重視 。

二、高光譜遙感技術(shù)簡(jiǎn)介

高光譜遙感（ Hy perspectral Remote Sensing ）是高 光譜分辨率的簡(jiǎn)稱 ，指利用很窄的電磁波波段從感興趣 的物體獲取相關(guān)數(shù)據(jù) ，高光譜遙感技術(shù)是在電磁波譜 的紫外 、可見(jiàn)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(shù)，這種全新的遙感前沿技 術(shù)于20世紀(jì)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(duì) 常規(guī)遙感技術(shù)的繼承 、發(fā)展與創(chuàng)新 ，尤其是在林業(yè)中的 應(yīng)用越來(lái)越廣泛 ，不僅能夠估測(cè)各種植物化學(xué)成分 ，對(duì) 植物進(jìn)行生態(tài)學(xué)評(píng)價(jià) ，還能極大提高森林樹(shù)種的分類與 識(shí)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(cè)中的運(yùn)用

高光譜遙感技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在經(jīng)濟(jì) 、社會(huì)效益 等方面發(fā)揮著及其重要的作用被廣泛應(yīng)用于森林監(jiān) 測(cè) 、森林信息獲取以及森林健康評(píng)價(jià)等方面 ，并為其提 供了新的理論支撐與技術(shù)支持 。

3.1 森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)

森林火災(zāi)是威脅森林健康的重要風(fēng)險(xiǎn)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(qiáng) 、蔓延迅速的特點(diǎn)，此外由于火災(zāi)發(fā)生 地的溫度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于周?chē)貐^(qū) ，因此目前主要通過(guò)利用衛(wèi)星的溫度敏感通道實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)林區(qū)溫度異常區(qū)域 ，從而 來(lái)迅速確定發(fā)生火災(zāi)的準(zhǔn)確地點(diǎn) ，繼而通過(guò)對(duì)林區(qū) 數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和相關(guān)分類分析 ，來(lái)確定火勢(shì)發(fā)生的方向 和與燃燒有關(guān)的地表生物量等情況 ，從而來(lái)制定高效的 營(yíng) 救 方 案 ，除 此 之 外 還 可 以 對(duì) 災(zāi) 后 損 失 進(jìn) 行 評(píng)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(zāi) ，是新中國(guó)成立以來(lái)最嚴(yán)重 的一次火災(zāi) ，不僅使中國(guó)境內(nèi)的1800萬(wàn)英畝的面積受 到火災(zāi)損失 ，而且波及到蘇聯(lián)境內(nèi)的 1200萬(wàn)英畝森林 ，我國(guó)利用高光譜準(zhǔn)確檢測(cè)了火點(diǎn)發(fā)生的具體 位置 ，并且在火點(diǎn)擴(kuò)展階段監(jiān)測(cè)了該林區(qū)火災(zāi)的發(fā)展動(dòng) 態(tài) ，在最后階段對(duì)火災(zāi)損失進(jìn)行了準(zhǔn)確的評(píng)估 ，取得了 顯著的社會(huì) 、經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)效應(yīng)。

3.2 森林病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)

森林病蟲(chóng)害是我國(guó)主要的森林災(zāi)害之一 ，不僅對(duì)生 態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅 ，而且也給森林資源帶來(lái)不可估量 的損失，遙感方法監(jiān)測(cè)森林病蟲(chóng)害始于20世紀(jì)30年 代的航空實(shí)驗(yàn)觀察 ，而目前利用高光譜遙感這一先進(jìn)技 術(shù)手段監(jiān)測(cè)森林病蟲(chóng)害 ，也因其周期短且獲取信息不受 干擾等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用 ，在森林病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)中具有 較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及巨大的發(fā)展?jié)摿?，大量調(diào)查實(shí)踐均已表明傳統(tǒng)的森林病蟲(chóng)害檢測(cè)手 段由于存在工作量大且效率低等方面的特點(diǎn) ，已經(jīng)無(wú)法 滿足現(xiàn)階段相關(guān)部門(mén)對(duì)森林病蟲(chóng)害的監(jiān)測(cè)分析，但與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法相比，高光譜遙感技術(shù)可以實(shí)時(shí) 、快速的 觀測(cè)到植被受病蟲(chóng)害影響時(shí) ，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(yīng)變化等這些特點(diǎn) ， 利用高光譜遙感影像數(shù)據(jù)獲取的不同時(shí)相植被指數(shù)變 化情況 ，可以快捷準(zhǔn)確確定病蟲(chóng)害發(fā)生的林區(qū)以及分布 范圍 ，從而制定相應(yīng)的防治措施以進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)和動(dòng)態(tài) 監(jiān)測(cè)。

3.3森林資源變化監(jiān)

森林資源作為一個(gè)動(dòng)態(tài)資源 ，如果資源信息得不到及時(shí)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(kāi)展經(jīng)營(yíng)活動(dòng)提供及時(shí)有效的信息 ，因此森林資 源變化監(jiān)測(cè)成為現(xiàn)階段森林資源可持續(xù)發(fā)展的必由之路是國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，高光譜以它覆蓋范圍廣多傳感器以及多時(shí)相的點(diǎn)在森林資源變化監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用十分廣泛，主要包括 對(duì)林業(yè)用地的利用變化監(jiān)測(cè) 、林分變化監(jiān)測(cè)和林權(quán)管理 監(jiān)測(cè)三方面，通過(guò)提取不同時(shí)相對(duì)同一地區(qū)森林資 源變化的信息 ，可以及時(shí) 、準(zhǔn)確的對(duì)森林資源進(jìn)行動(dòng)態(tài) 監(jiān)測(cè)與評(píng)估 ，極大提高了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和科學(xué)研究的精 確性。

3.4高光譜遙感在森林健康評(píng)價(jià)中的運(yùn)用

森林健康評(píng)價(jià)是診斷由于人類活動(dòng)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(jié)構(gòu) 紊亂和功能失調(diào) ，是對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)喪失服務(wù)和價(jià)值的 一種評(píng)估。該評(píng)價(jià)用定量的方法監(jiān)測(cè)森林健康 ，從 而為森林管理決策 、植被生產(chǎn)力模擬 、森林更新和演替 模擬以及生態(tài)學(xué)和生物學(xué)過(guò)程制圖提供重要信息。高光譜遙感在森林健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用主要通過(guò)測(cè) 定葉綠素含量 、植物體內(nèi)化學(xué)成分變化等這些植物生活 力來(lái)完成 ，可以探測(cè)到植被的精細(xì)光譜信息，尤其是近 年來(lái)高光譜遙感技術(shù)在森立健康狀況評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)中承 擔(dān)著不可替代的責(zé)任 ，可以為森林資源管理與森林更新 演替提供詳細(xì)數(shù)據(jù)與重要信息 。麻坤運(yùn)用高光譜遙感 從植被分布 、光合作用強(qiáng)弱和病蟲(chóng)害分布三方面的研究 結(jié)果對(duì)秦嶺火地溏地區(qū)的森林健康評(píng)價(jià)與管理提供了 理論與技術(shù)支撐。

四、高光譜遙感在林業(yè)中的發(fā)展趨勢(shì) 由于高光譜遙感可以探測(cè)到在寬波段遙感中不能 夠探測(cè)到的物質(zhì)特征 ，使得林業(yè)方面相關(guān)研究結(jié)果更為 理想和精準(zhǔn) ，對(duì)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到較好的指導(dǎo)和推 動(dòng)作用 。因此 ，近年來(lái)高光譜理論與技術(shù)得到相關(guān)領(lǐng)域 的專家學(xué)者大力支持與廣泛應(yīng)用 ，逐漸發(fā)展成為林業(yè)領(lǐng) 域的一項(xiàng)核心技術(shù)，但為了讓高光譜遙感技術(shù)在林業(yè) 中得到更好的發(fā)展 ，還需要對(duì)以下問(wèn)題進(jìn)行研究 ，有待 于進(jìn)一步解決 。（１）提高高光譜遙感的計(jì)算精度，大力開(kāi)展高光譜技術(shù)應(yīng)用和智能化分類軟件研究。（２）不斷完善高光譜的硬件技術(shù)和軟件技術(shù) ，并與 各種相關(guān)技術(shù)不斷結(jié)合 ，使之成為一項(xiàng)高度集成化 、智 能化的綜合技術(shù) 。（３）將高光譜在林業(yè)領(lǐng)域的研究成果不斷轉(zhuǎn)化為生 產(chǎn)力 ，以提高其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益 。

五、結(jié)語(yǔ)

高光譜作為一門(mén)集新型探測(cè)技術(shù) 、精密光學(xué)機(jī)器 、 高速信號(hào)處理技術(shù) 、計(jì)算機(jī)處理技術(shù)于一體的多學(xué)科交 叉的綜合型應(yīng)用技術(shù) ，必將得到長(zhǎng)足的發(fā)展 。隨著高光 譜遙感技術(shù)的不斷完善和發(fā)展 ，在國(guó)內(nèi)外眾多領(lǐng)域都得 到了廣泛的應(yīng)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(guān)部門(mén)提供了強(qiáng)有力的科學(xué) 技術(shù)支撐。

審核編輯黃昊宇