遙感在紅樹林監(jiān)測(cè)研究的進(jìn)展

遙感在紅樹林監(jiān)測(cè)研究的進(jìn)展尹茂眾官春宏李楊子陸思羽何秋瑩鄭偉清蔡旭晨遆云銳張力紅樹林介紹1遙感在紅樹林監(jiān)測(cè)研究2目錄紅樹林簡(jiǎn)介紅樹林（Mangrove）指生長(zhǎng)在熱帶、亞熱帶低能海岸潮間帶上部，受周期性潮水浸淹，以紅樹植物為主體的常綠灌木或喬木組成的潮灘濕地木本生物群落紅樹林簡(jiǎn)介紅樹林（Mangrove）指生長(zhǎng)在熱帶、亞熱帶低能海岸潮間帶上部，受周期性潮水浸淹，以紅樹植物為主體的常綠灌木或喬木組成的潮灘濕地木本生物群落特殊的根系不同的紅樹植物有各種各樣龐大的、奇形怪狀的根系，其主要的作用是：一、穩(wěn)固地將植株固著于潮間帶；二、獲取并傳輸更多的氧氣特殊的根系對(duì)于人類而言，紅樹林最重要的作用是保堤護(hù)岸，減緩風(fēng)暴潮的危害。這個(gè)作用在2004年底的印度洋海嘯期間已經(jīng)得到了深刻的驗(yàn)證。在中國東南沿海，雖沒有海嘯的威脅，但紅樹林在每年十余次的臺(tái)風(fēng)中起了重要的防災(zāi)減災(zāi)作用。

防風(fēng)固堤紅樹林是漁船的天然港灣生態(tài)多樣性紅樹林既是濕地又是森林，同時(shí)具有沼澤濕地植物、沙漠植物和熱帶雨林植物的特征，因而紅樹林是至今世界上少數(shù)幾個(gè)物種最多樣化的生態(tài)系之一，生物資源量非常豐富。生態(tài)多樣性紅樹林既是濕地又是森林，同時(shí)具有沼澤濕地植物、沙漠植物和熱帶雨林植物的特征，因而紅樹林是至今世界上少數(shù)幾個(gè)物種最多樣化的生態(tài)系之一，生物資源量非常豐富。全國總量

據(jù)2001年國家林業(yè)局組織的“全國紅樹林資源調(diào)查”結(jié)果顯示，我國紅樹林各地類總面積82757.2公頃（不含港、澳、臺(tái)地區(qū)）。其中：現(xiàn)有紅樹林面積22024.9公頃，占總面積的26.6%；未成林面積1884.1公頃，占2.3%；宜林地面積58848.2公頃，占71.1%。經(jīng)過幾年的保護(hù)與恢復(fù)工作，紅樹林面積得到有效的增長(zhǎng)。據(jù)各省最新統(tǒng)計(jì)，全國現(xiàn)有紅樹林各地類總面積90634.7公頃。其中：現(xiàn)有紅樹林面積為22652.3公頃，占總面積的25.1%；未成林面積為2326公頃，占總面積的2.6%；宜林地為65656.5公頃，占總面積的72.3%（國家林業(yè)局等，2005）。

全國各地類紅樹林面積增長(zhǎng)對(duì)比見下表：（單位:hm2）分布情況

紅樹林在我國主要分布在北緯18°12′~30°09′，東經(jīng)108°03′~122°00′E，分布于海南、廣東、廣西、福建、浙江及臺(tái)灣、香港和澳門等8省區(qū)，總面積22680.9公頃。1980年至今研究區(qū)共有紅樹林自然保護(hù)區(qū)34個(gè)，包括7個(gè)國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)（其中6個(gè)為國際重要濕地）；福田紅樹林鳥類自然保護(hù)區(qū)；7個(gè)省級(jí)自然保護(hù)區(qū)，分別為：海南清瀾省級(jí)自然保護(hù)區(qū)，福建九龍江口紅樹林自然保護(hù)區(qū)，福建泉州灣河口濕地省級(jí)自然保護(hù)區(qū)，廣東珠海淇澳-擔(dān)稈島自然保護(hù)區(qū)，廣東南萬紅樹林自然保護(hù)區(qū)，廣西欽州茅尾海紅樹林自然保護(hù)區(qū)，臺(tái)灣淡水河口紅樹林自然保護(hù)區(qū)；以及20個(gè)縣市級(jí)自然保護(hù)區(qū)。研究區(qū)范圍及紅樹林保護(hù)區(qū)地理位置如下圖所示。分布情況紅樹林介紹1遙感在紅樹林監(jiān)測(cè)研究2目錄遙感在紅樹林監(jiān)測(cè)研究遙感在紅樹林監(jiān)測(cè)研究由于地理氣候原因，如漲落潮等因素導(dǎo)致的紅樹林濕地實(shí)地調(diào)查難，周期長(zhǎng)，工作量大，時(shí)效性差等問題，已使得常規(guī)方法不適用于監(jiān)測(cè)紅樹林濕地。

遙感技術(shù)具有覆蓋面積大,數(shù)據(jù)更新周期短、空間分辨率高、手段多樣和精度高等特點(diǎn)。目前，遙感技術(shù)已經(jīng)成為國內(nèi)外紅樹林濕地生態(tài)研究的主要技術(shù)之一。世界范圍內(nèi)紅樹林遙感的監(jiān)測(cè)發(fā)展

歐美發(fā)達(dá)國家因技術(shù)領(lǐng)先，在利用遙感技術(shù)對(duì)紅樹林濕地進(jìn)行調(diào)查與評(píng)估等方面的研究起步稍早。

第一階段：1979年

Lorenzo等利用LandsatMSS數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)了菲律賓三寶顏市紅樹林濕地的退化情況，第一個(gè)將遙感技術(shù)應(yīng)用于紅樹林濕地動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)中。1980年世界糧農(nóng)組織（FAO）利用遙感技術(shù)估算了尼日利亞的紅樹林面積，開啟了應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行紅樹林濕地面積、分布、動(dòng)態(tài)、制圖等領(lǐng)域研究的大門。受限于遙感數(shù)據(jù)粗糙的空間分辨率，當(dāng)時(shí)的遙感技術(shù)主要應(yīng)用于紅樹林與非紅樹林的區(qū)分。

第二階段：上世紀(jì)90年代，遙感數(shù)據(jù)的種類不斷豐富，空間分辨率和光譜分辨率不斷提高，紅樹林遙感監(jiān)測(cè)逐漸由整體動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)向種群分布監(jiān)測(cè)方向發(fā)展。

第三階段：進(jìn)入

21世紀(jì)以來，米級(jí)乃至厘米級(jí)高分辨率數(shù)據(jù)、SAR雷達(dá)數(shù)據(jù)和高光譜數(shù)據(jù)的應(yīng)用進(jìn)一步提高了遙感圖像信息的含量。紅樹林遙感監(jiān)測(cè)逐漸向生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)及綜合信息監(jiān)測(cè)的方向發(fā)展，比如，估算紅樹林生物量分層結(jié)構(gòu)、樹高、冠幅、病蟲害等。16中國對(duì)紅樹林遙感的監(jiān)測(cè)發(fā)展

國內(nèi)紅樹林遙感監(jiān)測(cè)始于上個(gè)世紀(jì)90年代，并從2007年開始呈顯著上升的趨勢(shì)。

第一階段：國內(nèi)首次將遙感技術(shù)應(yīng)用于紅樹林濕地調(diào)查是在

90年代初的海南島紅樹林濕地資源調(diào)查，早期在廈門西港、海南島清瀾港等地也進(jìn)行了紅樹林濕地的衛(wèi)星遙感測(cè)繪。李天宏等以深圳河河口地區(qū)6個(gè)時(shí)相的LandsatTM/ETM+圖像分析出該地區(qū)10多年來紅樹林面積及空間分布的變化。王胤等收集部分歷史資料、3個(gè)時(shí)相段紅樹林的遙感圖像監(jiān)測(cè)和實(shí)地樣方調(diào)查的方法，研究了海南省東寨港紅樹林濕地的面積變化。陳凌云等采用5個(gè)時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)研究了1955~2004年近50年間廣西紅樹林在空間分布和面積的動(dòng)態(tài)變化，并分析其演變?cè)颉?/p>

17中國對(duì)紅樹林遙感的監(jiān)測(cè)發(fā)展

第二階段：近些年來，福建洛陽江口，廣東湛江，深圳福田，海南東寨港，甚至整個(gè)東南沿海的紅樹林濕地都有相關(guān)的衛(wèi)星遙感成圖研究?，F(xiàn)狀：雖然國內(nèi)學(xué)者近年來在紅樹林分類、動(dòng)態(tài)等方面取得了一定的成果，但相比國際紅樹林濕地遙感監(jiān)測(cè)進(jìn)程，國內(nèi)在遙感監(jiān)測(cè)紅樹林濕地群落結(jié)構(gòu)、災(zāi)情災(zāi)害、綜合信息等方面的研究還很鮮見?，F(xiàn)狀：雖然國內(nèi)學(xué)者近年來在紅樹林分類、動(dòng)態(tài)等方面取得了一定的成果，但相比國際紅樹林濕地遙感監(jiān)測(cè)進(jìn)程，國內(nèi)在遙感監(jiān)測(cè)紅樹林濕地群落結(jié)構(gòu)、災(zāi)情災(zāi)害、綜合信息等方面的研究還很鮮見。分類后比較法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)波段組合多時(shí)相線性變換紅樹林濕地遙感分類方法分類后比較法目視解譯優(yōu)點(diǎn)：方便靈活。缺點(diǎn)：處理結(jié)果與處理水平有較大的關(guān)系。監(jiān)督分類優(yōu)點(diǎn)：可預(yù)先確定類別，訓(xùn)練樣本易受控制，并可通過檢驗(yàn)訓(xùn)練樣本，提高分類精度。缺點(diǎn)：主觀因素較強(qiáng)，訓(xùn)練樣本的選取和評(píng)估需大量時(shí)間，且只能識(shí)別訓(xùn)練樣本中所定義的類別。非監(jiān)督分類優(yōu)點(diǎn)：無需對(duì)分類地區(qū)有較多的了解，人為誤差少，輸入的初始參數(shù)較少。缺點(diǎn)：結(jié)果需大量分析及后處理。專家分類優(yōu)點(diǎn)：克服單純依靠光譜信息分類精度不高的缺點(diǎn)，改善了分類精度。缺點(diǎn)：因區(qū)域性和地段性限制，較難產(chǎn)生通用的方法。分類后比較法目視解譯法

采用的遙感數(shù)據(jù)為ALOSPRISMPAN(2.5m)/AVNIR-2XS(10m)，接收日期分別為2007年10月24日(丹兜海)和2008年1月24日(沙井)。輔助數(shù)據(jù)為沙井海灣的2007年5月低空無人機(jī)真彩色圖像，空間分辨率約為0.36m。以1︰10000全色正射航空?qǐng)D像為參考圖像，進(jìn)行幾何精校正。采用目視解譯方法剪除圖像中的陸地部分，還通過植被指數(shù)方法剪除沙井海灣的大部分水體。（李春干等：紅樹林空間分布信息遙感提取方法）分類后比較法監(jiān)督分類法利用監(jiān)督分類方法提取的實(shí)驗(yàn)區(qū)地物信息如圖4所示。分類精度檢驗(yàn)結(jié)果表明，丹兜海海灣的總體分類精度達(dá)到了96.0%(表2)，Kappa系數(shù)為0.9439；少量的分類錯(cuò)誤主要是將紅樹林、光灘錯(cuò)分為互花米草灘涂。沙井海灣監(jiān)督分類的總體分類精度為92.7%，Kappa系數(shù)為0.8784。（李春干等：紅樹林空間分布信息遙感提取方法）分類后比較法非監(jiān)督分類法圖5顯示，在丹兜海海灣，當(dāng)分為10群組時(shí)，得到的紅樹林范圍略大，而分為20群組和40群組時(shí)，其紅樹林范圍十分接近。圖6顯示，沙井海灣的非監(jiān)督分類結(jié)果很不理想。（李春干等：紅樹林空間分布信息遙感提取方法）分類后比較法專家決策分類法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)：具有較好的容錯(cuò)能力，尤其是它的非線性特性，更能體現(xiàn)遙感信息中復(fù)雜的關(guān)系，利于多源信息的復(fù)合。缺點(diǎn)：屬于黑箱系統(tǒng)，機(jī)理分析困難，需要先訓(xùn)練再使用，訓(xùn)練失敗的可能性較大。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法引入到紅樹林植被分類中,發(fā)現(xiàn)其分類結(jié)果在很大程度上符合紅樹林植被分類要求,明顯地反映紅樹林群落的地域分布,即由海洋向陸地呈現(xiàn)出明顯的帶狀分布特性。結(jié)果說明,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類方法,在紅樹林植被細(xì)分上體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)。利用自組織特征映射模型S(OM（TeuvoKhonoen，1981）按照紅樹林圖象上6個(gè)波段的光譜特性的灰度變化,進(jìn)行自適應(yīng)過程的學(xué)習(xí)訓(xùn)練,最后獲得紅樹林植被的分類結(jié)果。（紅樹林遙感智能分類方法研究，滕駿華）波段組合波段比值優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)算簡(jiǎn)單，速度快。缺點(diǎn)：不能獲取變化的類型，其變化掩膜的產(chǎn)生較困難。植被指數(shù)優(yōu)點(diǎn)：對(duì)不同時(shí)相植被覆蓋情況的變化敏感。缺點(diǎn)：不能很好地發(fā)現(xiàn)其他類型的變化。波段組合波段比值波段組合對(duì)于紅樹林茂密、灘涂裸露的丹兜海海灣區(qū)域采用4種植被指數(shù)提取地物信息得到的結(jié)果十分接近，以比值植被指數(shù)得到的結(jié)果的精度略高。但對(duì)于灘涂與稀疏紅樹林、水體與淹沒且稀疏、低矮紅樹林的植被指數(shù)十分接近，變化區(qū)間基本一致，因此難以分離。（李春干等：紅樹林空間分布信息遙感提取方法）植被指數(shù)多時(shí)相線性變換主成分分析優(yōu)點(diǎn)：由于數(shù)據(jù)降維的作用、評(píng)價(jià)方法的模式化，相對(duì)輻射校正處理較少，可以明顯地減少數(shù)據(jù)量。缺點(diǎn)：不能獲取變化的類型，需要嚴(yán)格的幾何糾正，對(duì)遙感系統(tǒng)影響因素和環(huán)境影響因素要求較高。變化向量?jī)?yōu)點(diǎn)：能夠利用所有波段所包含的信息，且能夠確定各種變化本質(zhì)所具有的物理意義。缺點(diǎn)：對(duì)遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量要求較高，需進(jìn)行嚴(yán)格的圖像輻射校正，變化類型判斷難度較大。多時(shí)相線性變換多時(shí)相線性變換發(fā)展趨勢(shì)通過遙感技術(shù)對(duì)紅樹林的監(jiān)測(cè)工作的進(jìn)行，人們可以更充分的了解紅樹林的分布面積、位置、健康狀況、組成結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)變化等,遙感技術(shù)具有很好的發(fā)展前景。其發(fā)展趨勢(shì)主要有以下兩個(gè)方面：一、數(shù)據(jù)獲取方面