基于高光谱遥感技术的秦岭地区植被健康分析

随着人们对环境和生态方面的需求不断增多，环境保护和生态建设逐渐变成了全球关注的焦点。在生态建设与环境保护领域，林业的发展极为重要。在我国森林覆盖率明显提高的情况下，提高森林的质量成为当下森林经营管理工作的重点。我国当下对森林健康的研究还只是限于传统的样地调查方式，这种方式评价周期长，工作任务重，不能及时有效地体现森林健康状况的变化。随着光谱成像仪和高光谱遥感技术的进步，人们能获取的地物信息更加详细，我司基于高光谱影像提取植被指数来进行林场森林健康评价，根据森林植被的光谱学特点，可从植被分布、光合作用强弱、病虫害及水分等造成的胁迫这三个层面建立基于植被指数评价森林健康的指标体系。

植被指数（VI）

植被指数（VI）是将两个或多个波长范围内的地物反射率进行组合运算，通过植被指数的计算能够增强植被的某些特性。依据对植被波谱特征有重要影响的主要化学成分，像色素、氮、水分、碳，产生了几类比较实用的指数，比如绿度、光利用率、冠层氮、干旱或碳衰减、叶色素、冠层水分含量。这些植被指数能够简单地度量绿色植被的数量和生长状况。

绿度指数

主要用于评估和展示绿色植被的分布以及植物的生长情况，它对植物的叶绿素含量、叶子表面冠层、冠层结构比较敏感，而这些都是植被进行光合作用的主要物质。通过计算归一化植被指数（NDVI），能够评估植被的生长状况。

光利用率指数

是用来度量植被在光合作用中对入射光的利用效率，光的利用效率直接与植被生长速度和光合有效辐射（fAPAR）有很大的关系。通过红绿比值指数（RG）评估和量化植被的光利用效率，估算植被冠层的发展过程，它还是叶片生产力与胁迫性的指示器，能够用来评价植被的生长状况。

叶色素指数

用于度量植被中与胁迫性相关的的色素，胁迫性相关的色素主要有花青素等色素，主要存在于衰老植被中，这些指数不能度量叶绿素。通过对叶色素指数中的花青素指数I（ARI1）计算，可知植被是否死亡。ARI1对叶片中的花青素特别敏感，ARI1越大表明植物冠层花青素含量越高，生存环境越差。

林木健康评价方法

运用上述三类植被指数：其一，绿度，用于展现表面绿色植被的分布情况；其二，叶绿素，能够标识类胡萝卜素以及花青素的含量；其三，光利用率，可标识森林的生长率。能够生成整个森林区域健康程度的空间分布图，既能够对病虫害以及枯萎病的发生状况进行检测，又能够用于评估某一地区的木材收获量。

依据林木的健康程度，将输入影像细分，这极大地有助于评估整个影像中林木的健康状况。以下图片展示了林木健康分析工具所产生的输出分类图：

图为林木健康分类示意图

林木健康评价结果

△  XIGUANG-002星高光谱影像（秦岭地区）

△  秦岭地区林木健康分析结果

 根据森林健康情况分级，数字越大表示林木越健康。

展望

通过高光谱遥感卫星数据可针对秦岭地区进行林木着火可能性、农作物胁迫以及植被易燃性等方面的分析评价。林木着火的可能性和绿度指数、冠层水分含量、干旱以及非光合植物引发的碳衰减存在关联，农作物胁迫和绿度指数、叶面积指数、冠层水分含量、冠层含氮量以及光利用效率密切相关，而植被抑制则与图像红波段和近红外波段的光谱反射变化有关。