韩月娇 刘航

基于ENVI的阜新山区植被覆盖度的提取研究

韩月娇 刘航

植被覆盖度是植物群落覆盖地表状况的一个综合量化指标，它及其变化是区域生态系统环境变化的指示，可为区域生态建设和可持续发展提供科学依据。拟基于阜新地区1995，2004年两景同时期TM影像，利用ENVI软件提取植被指数，根据象元二分原理提取植被覆盖度，再利用决策树分类方法对植被覆盖度进行分类，获得这两年阜新山区的植被覆盖度的变化，发现阜新山区的植被覆盖度有明显的提升。

植被指数;象元二分原理;决策树分类

植被覆盖度是指植被在单位面积内植被的垂直投影面积所占百分比，是描述生态系统的重要基础数据。传统的地表实测获得植被覆盖度的方法，不仅消耗大量的人力、物力和财力，并且精度并不是很高。利用遥感数据提取植被覆盖度的方法已经成为建立区域生态模型的一种重要的技术途径。主要的方法有:回归模型法，植被指数法，像元分解模型法，分类决策树法以及人工神经网络法。本文主要应用像元二分模型法，它是植被指数法的改进。通过建立植被覆盖度和全植被覆盖、纯土壤覆盖之间的关系模型来计算植被覆盖度的方法。

本文利用ENVI软件，根据像元二分模型法对阜新山区1995年TM影像和2004年TM影像，结合归一植被指数，计算植被覆盖度，再利用决策树分类方法获得了这两个时期植被覆盖动态变化规律，为日后阜新的生态建设和可持续发展提供决策支持。

1 研究区概况

海棠山是阜新主要的自然保护区，位于辽宁西部，科尔沁沙地南缘，地处辽西低山丘陵区。西为热河丘陵，东南与辽河平原接壤。全区平均海拔500米，大部分在300－700米之间，是辽西水土流失严重地区保存最完整的天然林区。

2 归一化植被指数计算

2.1 归一化植被指数基本原理及其实现。

植被指数是对地表植被活动的简单、有效和经验的度量。将两个光谱观测通道组合可得到植被指数，这一指数在一定程度上反映着植被的演化信息。NDVI归一化植被指数是其中之一，其定义为:NDVI=(NIR－R)/(NIR+R)(其中NIR代表近红外波段，R代表红波段)，是植物成长状态以及植被空间分布密度的最佳指示因子。

利用ENVI提取植被指数比较容易，ENVI已经为Landsat TM、Landsat MSS等数据提前设置好了相应波段，可以直接计算。对于其他数据类型，可以自己指定波段来计算。选择Transforms＞NDVI，当出现NDVI Calculation Input File窗口时，选择输入文件，若需要，选取任意子集，点击OK。再在弹出NDVI Calculation Parameters对话框中，通过点击Input File Type下控菜单，指定输入文件类型相应类型，用于计算NDVI的波段将被自动导入到Red和Near IR文本框中，点击Choose选择存放路径和存图格式，点击OK。

2.2 归一化植被指数分级。

为了更直观地显示NDVI的情况，可以利用ENVI所提供的决策树分类，做出NDVI的分级专题。

决策树法是利用了概率论的原理，并且利用一种树形图作为分析工具。其基本原理是用决策点代表决策问题，用方案分枝代表可供选择的方案，用概率分枝代表方案可能出现的各种结果，经过对各种方案在各种结果条件下损益值的计算比较，为决策者提供决策依据。

在ENVI软件中选择Classiification＞Decision Tree＞Build New Decision Tree，打开决策树工具。在出现ENVI Decision Tree窗口中，单击Node按钮，并在Edit Decision Tree Properties对话框中输入节点名和表达式。点击OK，将出现Variable/File Pairings对话框。在此点击变量名，输入与之对应的输入文件或波段。要添加新的节点，在Class按钮上点击鼠标右键，选择Add Chlideren。NDVI图像及其分级图如下:

图1－1 1995年NDVI图像及其分级图

图1－2 2004年NDVI图像及其分级图

3 计算植被覆盖度

3.1 植被覆盖度原理。

植被覆盖度根据像元二分模型，可以得到以下公式:

其中S表示为遥感传感器所观测得到的信息，它所得到的信息是由Sveg表示为绿色植被所贡献信息和Ssoil表示为土壤成分所贡献信息两部分组成的，且S，Sveg，Ssoil三者为线性组合关系，Sveg和Ssoil这两部分的权重分别为它们在像元中的面积比例关系，即fc和(1－fc)。

对公式进行变换，可以得到植被覆盖度的计算公式:

将归一化植被指数NDVI=(NIR－R)/(NIR+R)代入公式(2)中可以被近似为:

即图像中每个像元的NDVI值可以看成是有植被覆盖部分的NDVI与无植被覆盖部分的1－NDVI的加权平均，其中有植被覆盖部分的NDVI的权重即为此像元的植被覆盖度，而无植被覆盖部分的NDVI的权重即为1－fc。

其中，NDVIsoil为裸土或无植被覆盖区域的NDVI值，即无植被像元值;而NDVIveg则代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI值，即纯植被像元的NDVI值。由上面的公式(3)变换可得下面的利用NDVI计算植被覆盖度的公式:

参数NDVIsoil对于大多数类型的裸地表面，理论上应该是零，而且不随时间改变，可以由影像中计算出来。NDVIveg代表着全植被覆盖像元的最大值，由于植被类型的影响，NDVIveg值也会随着时间和空间而改变。在实际应用中，植被覆盖类型随土地利用类型而变化，对于某一土地利用类型，由于植被覆盖类型近似，其NDVIveg值也相似;而对于特定的土壤类型，其NDVIsoil值也是应该一定的。因此式(4)可近似地表达为:

这样应用公式(5)得出的fc就是植被覆盖度，这可以通过ENVI的波段计算实现。

3.2 植被覆盖度在ENVI中的实现。

在ENVI中选择Basic Tools＞Band Manth。将出现Band Math对话框，假如运算结果是一个与输入波段具有相同空间尺皴的二维数组，它将接受任何有效的IDL表达式。在这里我们输入式子(5)，其中的NDVImax和NDVImin要根据所处理的图像作相应的调整。再在弹出的Variables to Bands Pairings选择相应的归一植被指数提取后的图像。

图2－1

图2－2

1995年植被覆盖度遥感监测图2004年植被覆盖度遥感监测图

4 结果分析

研究区两期植被覆盖度的计算结果如图2－1，2－2所示，图像的值为0到1之间的连续实数。从图中可以快速、直观地观察到1995年到2004年研究地区的植被覆盖发生了较明显的变化，全区植被覆盖度呈增长趋势。

植被覆盖度经常使用分级表示，最常用的就是五级表示法即 0－20%，20%－40%，40%－60%，60%－80%，80%－100%。为了更加直观地观察研究区的植被覆盖变化情况，按五级表示法做出了分级显示的图像。同时分别做出了两期植被覆盖度各级的面积统计表，分级结果如图3－1、3－2所示。从分级图和统计表中可以更明显地看出研究区2004年植被覆盖的增长趋势。

图3－1

图3－2

1995年植被覆盖度五级分级图2004年植被覆盖度五级分级图

表1 植被覆盖度各级面积统计表 (单位:平方米)

从表1中可以明显地看出，研究区2004年的地表覆盖度大于60%的高覆盖度面积有所增加，其中大于80%的高覆盖度面积增加最大，增加了3.9%，而小于60%的中、低覆盖度的面积有所减小，减小幅度为4.7%，说明研究区的植被覆盖度有显著的提高。

5 结论

本文以阜新市海棠山以及其周围地区为主要研究区，选取阜新市1995年和2004年两个时期的TM遥感影像作为主要的数据源，利用象元二分法实现遥感影像植被覆盖度的提取，高植被覆盖度有明显的提高，说明用遥感图像结合ENVI软件能快速有效地提取植被的变化，更好更快地监督自然环境的发展和变化。

［1］江辉.基于遥感的植被覆盖度估算及其动态研究—以鄱阳湖区为例［D］.江西:南昌大学，2005.

［2］何筱萍，易浩若.归一化植被指数(NDVI)在林火监测中的应用［J］.林业科技通讯，1997，(8):16－18.

［3］刁淑娟，孙星和，袁崇桓.山区植被类型信息提取方法研究［J］.国土资源遥感，1995，3:34－39.

Study on Extraction of Vegetation Coverage in Fuxin Region Based on ENVI

Han Yuejiao Liu Hang

The vegetation coverage is a comprehensive quantitative indicators of plant communities covering the surface，its changes is the direction of environmental change of the regional ecosystem，and it can provide the scientific basis to regional ecological building and sustainable development.Based on the two TM images of the Fuxin region in 1995 and 2004 ，this article extracted the vegetation index by ENVI software based on the pixel dichotomy principle，and classify the vegetation coverage with decision tree classification method to get the change of vegetation coverage in Fuxin mountain areas in the past two years.The result is that the vegetation coverage of Fuxin mountain areas has improved significantly.

vegetation index;two sub－pixel principle;decision tree classification method

P237

A

1672－6758(2012)05－0039－2

韩月娇，助教，鸡西大学，黑龙江·鸡西。邮政编码:158100

刘航，助理工程师，黑龙江基础地理信息中心，黑龙江·哈尔滨。邮政编码:150000

Class No.:P237Document Mark:A

(责任编辑:郑英玲)