地位指数遥感分析的尺度选择

第３（）卷第１期　２（）１１年２月　中南林业调查规划　ＣＥＮＴＲＡｌ　ＳＯＵＴＨ　ＦＯＲＥＳＴ　ＩＮＶＥＮＴ０ＲＹ　ＡＮＤ　ＰＬＡＮＮＩＮＧ　Ｖｏｌ　３（）ＮＯ．１　Ｆｅｂ．２０ｌ】　

地位指数遥感分析的尺度选择　

周　洋　，唐代生　，边更战　，包　特　，吴云华　

（１．中南林业科技大学林学院，长沙４１０００４；２．广西贺州市林业局，广西贺州５４２８００）　

摘要：ＴＭ遥感图像光谱信息具有良好的综合性，其归一化指数（ＮＤＶＩ）是植物生长状态以及植被空　间分布密度的最佳指示因子，利用这一特性，借助遥感软件（ＥＮＶＩ）和地理信息系统软件（ＧＩＳ），结合　

ＭＡＴＬＡＢ小波分析和ＳＰＳＳ逐步回归分析方法，对湖南攸县黄丰桥林场杉木地位指数遥感估测的尺度选　

择进行研究。结果表明：ＮＤＶＩ在经过小波一级重构后的值是估测地位指数的最佳数据，即一尺度为最佳　尺度；ＳＰＳＳ分析模型中，一尺度的标准偏回归系数为０．６７９，对估测的贡献率最大。　关键词：植被指数；地位指数；尺度；　

中图分类号：ＴＰ７９：￥７５８．８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—６０７５（２０１　１）０１—００３５—０４　

Ｓｃａｌｅ　Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｓｉｔｅ　Ｉｎｄｅｘ　

ＺＨＯＵ　Ｙａｎｇ　，ＴＡＮＧ　Ｄａｉｓｈｅｎｇ　，ＢＩＡＮ　Ｇｅｎｇｚｈａｎ　，ＢＡＯ　Ｔｅ　，ＷＵ　Ｙｕｎｈｕａ　

（１．Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｓｏｕｔｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１０００４，Ｃｈｉｎａ；２　Ｈｅｚｈｏｕ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｈｅｚｈｏｕ　５４２８００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＴＭ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　（ＲＳ）ｗ　ｈｉｃｈ　ｈａｄ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ａｎｄ　ｒｅａｌｉｓｔｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，Ｂｙ　

ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ＮＤＶ１　ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ　ｆａｃｔｏｒ　ｏｆ　ｐｌａｎｔ　ｇｒｏｗ　ｓｔａｔｅ　ａｎｄ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｄｅｎｓｉｔｙ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｗａｖｅｌｅｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｎ　ＭＡＴＬＡＢ　ａｎｄ　ｓｔｅｐｗｉｓｅ　

ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎ　ＳＰＳＳ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ａ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｓｃａｌｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ　ｓｉｔｅ　ｉｎｄｅｘ　ｆｏｒ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｆｉｒ　ｉｎ　Ｈｕｎａｎ　Ｈｕａｎｇｆｅｎｇｑｉａｏ　ｆｏｒｅｓｔ　ｆａｒｍ　ｂｙ　ＲＳ　ａｎｄ　ＧＩＳ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ：Ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　

ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｖｅｌｅｔ，ｔｈｅ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ＮＤＶ１　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｄａｔａ　ｆｏｒ　ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ　ｓｉｔｅ　ｉｎｄｅｘ，ｔｈａｔ　ｗａｓ　ｔｏ　

ｓａｙ，ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｓｃａｌｅ　ｗａｓ　ｂｅｓｔ．Ｉｎ　ａｌｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＰＳＳ　ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｐａｒｔｉａｌ　ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｓｃａｌｅ　ｗａｓ　０．６７９．ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍａｌ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｆａｃｔｏｒ　ｔｏ　ｅｓｔｉｍａｔｅ　

ｓｉｔｅ　ｉｎｄｅｘ．　Ｋｅｙ　ＷＯｌ￣ＩＳ：ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｉｎｄｅｘ；ｓｉｔｅ　ｉｎｄｅｘ；ｓｃａｌｅ　

立地指数和立地质量的评估是森林生态系统经　营管理和营造林的基础。随着现代数学方法和计算技　

术的发展，利用定量化的方法进行森林生态系统立地　分类成为主要的方向Ｉｌｌ，其中立地指数表的编制是一　个主要的内容。大面积估测和动态分析森林立地条件　

及其变化，对于研究森林生态系统结构和功能的动态　

过程，丫解森林生态系统的生产力，合理地确定适地　

适树的造林与管理方案，都是十分重要的基础。　由于许多自然现象（如地震、资源分布、生态景观、　

物质结构）和社会经济现象ｆ如人们的见解和能力、经　济发展、股市波动）具有复杂性、非线性、空间异质性和　

不确定性等特性：一方面，只有在宏观或大尺度上观　察才能了解其整体模式和发展变化特征；另一方面，　

又往往需要在细（微）观或小尺度上观察、取样，获取具　体详实的数据、样品或基准数据，以进行相关性分析　评价，制定解决方案，作出决策。因此，进行多尺度和　

收稿日期：２０１０—１１—２２　作者简介：周洋（１９８６一），女，湖南长沙人，研究生，研究方向：数字林业与地理信息系统。　

・３５・

　２０１１年第１期　中南林业调查规　第３０卷　

多等级层次的观测、度量以及相关信息、数据的变换、　

推理研究是十分必要的ｌ２Ｉ。　

１相关概念　

１．１地位指数　地位指数是指在某一立地上特定基准年龄时林　分优势木的平均高度值。依据林分优势木平均高与林　

分优势木年龄的关系所编制的表称作地位指数表。其　

基本原理是根据各不同林分在某一特定年龄（基准年　龄或标准年龄）时的优势木平均高作为评定林地立地　

质量高低的依据。　１．２尺度分析　尺度是指在研究某一物体或现象时所采取的空　

间或时间单位，同时又可指某一现象或过程在空间和　时间上涉及到的范　和发生的频率【３Ｉ。随着遥感信息　的大量使用和ＧＩＳ应用的深人，尺度问题在遥感和　

ＧＩＳ中受到广泛的关注。本文运用遥感软件和ＧＩＳ软　

件，结合ＭＡＴＬＡＢ小波分析的快速算法，研究寻找合　

适的尺度估算地位指数。　原始空间数据经小波变换可分解成具有不同频　

率（空问尺度）的多个组分Ｈ１。小波分析的主要目的是通　

过选择适宜的分析小波函数波形，在小波变换过程中　观察哪个或哪些尺度上的分析小波函数与原数据函　

数更为吻合。数据在这些尺度上的变化对整个地位指　

数的估测影响最大，因此，这些尺度可作为相关性分　析的特征尺度。　

２研究内容　

２．１研究区概况　研究区域位于湖南攸县黄丰桥国有林场，该林场　是攸县的唯一罔有林场，１１３。０４　一１１３。４３　Ｅ，２７。０６　

一２７。０４　Ｎ。经营面积１．０２万ｈｍ　，林业用地面积１．０１　万ｈｍ　，活立木蓄积８１．８０万　；森林覆盖率８９．７％。　

地貌以中低山为主。　研究区杉木林２　７７３．５　ｈｍ　，蓄积５４．６６万ｍ３，分别　

占用材林面积蓄积的９１．６％和９６％。本文选择杉木　

作为主要研究树种。　２．２地位指数的计算　

杉木地位指数计算采用３株优势木平均高的方　法　。导向曲线是一条反映林分优势木平均高随年龄　

变化的曲线，采用的是理查德（Ｒｉｃｈａｒｄ）＇￣长模型，其回　

归剩余标准差为０．４５３５。根据２００４年湖南省森林资源　

・３６・　清查的数据，整理得　每个小班的优势木平均高，查　

表得小班地位指数。　２．３遥感植被指数的计算　

利用遥感影像，计算有关的遥感植被指数，主要　

选用归一化植被指数（ＮＤＶＩ）。利用ＴＭ影像的波段３　（红波Ｐ，）、波段４（近红外Ｐ　）提取有关的遥感植被指　

数如下：　

归一化植被指数ＮＤＶＩ＝—Ｐｎ—－Ｐｒ　（１）　Ｐｎ＋Ｐｒ　

为获得每个小班的植被指数，首先，将遥感影像　配准，为消除地形影响，采用Ｃｉｖｃｏ提卅的地形校正方　

法对其进行校正　，将图存储为ｔｉｆ格式，同时将获得的　１：１０　０００小班区划地形图在ＧＩＳ中配准，利用地形图　

做底图在遥感网上进行杉木小班矢量化，将每个小班　

作为一个ｓｈｐ文件单独存放，并在ｅｎｖｉ中转为ＲＯＩＳ　（感兴趣区域），计算出３，４波段灰度平均值，带入公式　

（１），得　每个小班的ＮＤＶＩ值。　

对以上植被指数因子进行采样，凶地位指数的计　

算是以小班为单位的，各个杉小班块比较分散，所以　在研究区范同内，取垂直线１５０条、水平线ｌＯ０条，形　

成类似于网格形状的取样线。抽取经过两个以上网格　交叉点的小班为取样小班，本研究共选取１　２８个小班　

数据。　

２．４植被指数分解与重构　ＮＤＶＩ按小班取值后，选择在小波分析中常用的　

ｄｂ２小波函数进行分解。基于Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓ小波对非平　

稳信号的灵敏性在图象处理和信号除噪方面应用较　多，根据Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓ小波的正交、时频紧支撑、高证规　

性和具有Ｍａｌｌａｔ快速算法等特点，对于检测信号的奇　

异性具有很好的特性　。为此本文选择了用Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓ　小波进行小波分解和重构。　

在分析中分解的级别选择五级，认为分解到这个　级别基本已经达到分解末端。分解后在去掉高频部分　

后重新构建原始数据，以上均可在ＭＡＴＬＡＢ　７．０环境　中实现。如冈１即为ＮＤＶＩ的分解重构示意图。　

原始图像　４００广———————ｒ———————ｒ———————　———————　———————１———————，———————　１　瑚ｒ—　ｒ　ｗ　Ⅳ—　—　１　ｎ　Ｌ．．．．．　．．　．．．Ｊ　．　．．．．．，．．．　．　Ｌ．．．．．．．．　．　．．．』．．．．．．．．．　ＪＬ．．．．．．．．．．．．　．１．　．．．．．．．．．．．Ｊ　．．．．．．．．＿＿Ｊ　０　２０　４０　６０　８０　１００　１２０　１４０　一级重枸　４∞ｒ———————ｒ———————１———————１————————ｒ———————Ｔ———————］　——————］　２∞　＼～／　一　—＼＾＾　——　—　＾，－　１　０　Ｌ　——．．．　＾　。．——．—Ｊ——　————Ｊ．　．—　—ｉ————　——ｊ—．——　Ｊ　————　０　２０　柏　６０　∞　１∞　１∞　

１４０　２０１１年第ｌ期　周洋，等；地位指数遥感分析的尺度选择　第３０卷　

＝级重构　４００广——————１＿——————１———————ｒ——————下——————ｔ——————１——————１　２００卜——、＿、—，———　——————，——　０　Ｌ　————　Ｌ　Ｊ　——．—　。．Ｊ　—————————ｉ—．．．．．．　Ｊ．．　．　．＾　．　０　２０　帕　６０　∞　１∞　１２０　１４０　三级重构　４００　ｒ——————１———————Ｔ———————ｒ——————１———————ｒ——————１——————　】０　Ｐ————　—，一一　～———、——一一—　—————————　———　—　一　０【．。　。　。　．　．　．　．．　．　＾　．．　．．。　．　Ｊ．．　．．．　．　．．．Ｊ．．。．．．　．．．．　１．．．．　．．　．．　．Ｊ．　．　．　０　２０　柏　６０　∞　１∞　１２０　１４０　四级重构　４００　ｒ——————１———————１———————１———————１———————１———————Ｔ——————］　２∞Ｐ　—————————————————————————————　—　———————————————～　１　０【．　．．———Ｊ．．．——．．．．＾——．．．．．．．＾．．．．．．．．—＾．．．．．　．—＾—．．．．．．．．Ｌ—．．　Ｏ　２０　帕　∞　∞　１００　１加　１４０　五级重构　４ａ）ｒ———————１ｒ———————１————————１————————Ｔ————————Ｔ————————ｒ——————］　】０　Ｐ———————————————————————————————————————一　０【———．．　Ｌ—．．．．—．．Ｊ．．．．．．．．　ｉ．．　．　—．．Ｊ　．．．．　．．』．——．　．．。Ｌ—．　０　２０　４０　∞　∞　１００　１２０　１帕