结合高分辨率航空影像定量评估胡杨生长状况

杨青山，范彬彬

(巴音郭楞蒙古自治州国土资源勘测规划设计院，新疆 库尔勒 841000)

中央环境保护督察是党中央、国务院推进生态文明建设和环境保护工作的一项重大制度安排和重要创新举措[1-2]。森林是重要的陆地生态系统类型，也是人类社会生存和发展的支持系统，它不仅以其物质丰富满足人们物质发展的需要，同时又以其景观和环境为人类提供生存和发展的空间[3-5]。新疆塔里木河流域胡杨广布，是保障塔里木盆地绿洲经济、自然生态和各族人民生活的生命线，因此，塔里木河在新疆乃至全国都有非常重要的作用[6]，新疆胡杨的分布格局和生长趋势是新疆中央环境保护督察的重要内容。

航摄影像具有高空间分辨率、覆盖更新较快的优势[7-8]，针对大面积胡杨分布区植被监测，高效准确地获取地面覆盖植被的空间分布及生长状态，做到“天上统一看，地上少量干，网上统一管”[9]，本次调查以胡杨衰败严重的孔雀河床两块区域作为标靶研究区，分别通过对该区域2016年7月航拍获取的0.2 m分辨率影像及2017年8月25日无人机航拍获取的0.07 m分辨率影像进行解译。该区域内的地类分为水系、裸地、建筑用地、耕地、灌木、胡杨。在影像上选择地类特征丰富的区域作为样本区，实地调查样本区的地物类型，建立解译标志，进一步根据胡杨的长势将胡杨划分为长势良好、衰败、枯萎三类，其中“良好胡杨”为生长良好，树冠绿叶多，少枯枝的胡杨；“枯萎胡杨”为胡杨已死亡，树枝完全枯萎的胡杨；“衰败胡杨”为混合了“枯萎胡杨”和多枯顶、枯梢和枯枝，及时恢复水源能够恢复为生长状况良好的“可恢复胡杨”[10]的胡杨区域。根据解译标志室内在影像上判别结合实地调查统计这8种地类所占比例，定量评估孔雀河床胡杨林分布格局及生长趋势。

1 研究区概况

本次调查以孔雀河床胡杨衰败极端严重的两块区域作为标靶研究区，该区域自2012年8月20日河水断流，胡杨枯萎日益严重，研究区分为南北两个区域，以下简称“北区”“南区”。研究区分布于孔雀河两侧约200 m范围内，总面积约为25 km2。

1.1 北 区

图1为北部区域，面积16.47 km2，测区长约8.5 km，宽约2 km，黑线范围内为北区调查范围线，灰色区域为孔雀河水系，亮色区域为实地采样区域。

图1 北部研究区胡杨分布格局及生长趋势调查区域

1.2 南 区

图2为南部区块，面积11.57 km2，测区长约15 km，最窄0.2 km，最宽1.5 km，黑线范围内为南区调查范围线，灰色区域为孔雀河水系，亮色区域为实地采样区域。

图2 南部研究区胡杨分布格局及生长趋势调查区域

2 数据来源及方法

首先利用2016年7月直升机航飞的0.2 m分辨率航飞影像，结合实地调查，内业矢量化成图，对调查区域进行了分析，为了进一步分析近一年来胡杨林的变化趋势，于2017年8月25日及时采用无人机对调查区进行了航拍。由于此次作业区距离机场的范围较近，无人机须降低飞行高度，航飞高度约400 m，加大了飞行的难度和飞行的工作量，此次调查投入机组2个，无人机4架，累计航飞10个架次，采集地面分辨率0.07 m的无人机影像40余平方千米。

3 数据统计与分析

北区通过2016年7月航摄影像及2017年8月无人机航摄影像解译与实地调查，区域内8种地类面积统计见表1。

根据表1，结合外业实地调查结果，北区胡杨的总分布面积为10.50 km2，“衰败胡杨”中混合着40%的“可恢复胡杨”和60%已死亡的“枯萎胡杨”。经转换统计，2016年北区“枯萎胡杨”6.22 km2，占胡杨总面积的59.22%，“良好胡杨”0.84 km2，占胡杨总面积的8.0%，“可恢复胡杨”3.44 km2，占胡杨总面积的32.7%；2017年北区“枯萎胡杨”6.48 km2，占胡杨总面积的61.69%，“良好胡杨”1.16 km2，占胡杨总面积的11.04%，，“可恢复胡杨”2.86 km2，占胡杨总面积的27.26%，详见表2。

表1北区胡杨分布格局及生长趋势调查地类统计表

序号地类名称地类编码2016年7月2017年8月面积/km2百分比/(%)面积/km2百分比/(%)1衰败胡杨SBHY8.5952.197.1643.472耕地GD0.684.140.684.143灌木GM1.177.101.177.104建设用地JSYD0.110.660.110.665良好胡杨LHHY0.845.131.167.056裸地LD0.543.310.543.317枯萎胡杨KWHY1.066.462.1913.278水系SX3.4621.023.4621.02合计16.46100.0016.46100.00

通过2016年和2017年两年的高分辨率影像解译结合实地调查，北部区域“枯萎胡杨”占胡杨总面积的60.45%，“良好胡杨”占胡杨总面积的9.52%，“可恢复胡杨”占胡杨总面积的29.98%。

南区2016年7月航摄影像及2017年8月无人机航摄影像解译面积统计见表3。

表2 北区胡杨分布解译面积及经验模型转换面积统计

表3 南区胡杨分布格局及生长趋势调查地类统计

根据表3，结合外业实地调查结果，南区胡杨的总分布面积为7.95 km2，“衰败胡杨”中混合着30%的“可恢复胡杨”和70%已死亡的“枯萎胡杨”。经转换统计，2016年南区“枯萎胡杨”5.12 km2，占总面积的64.49%，“良好胡杨”1.32 km2，占总面积的16.65%，“可恢复胡杨”1.50 km2，占总面积的18.85%；2017年南区“枯萎胡杨”4.86 km2，占总面积的61.14%，“良好胡杨”2.21 km2，占总面积的27.79%，“可恢复胡杨”0.88 km2，占总面积的11.05%，详见表4。

通过2016年和2017年两年的高分辨率影像解译结合实地调查，南部区域“枯萎胡杨”占胡杨总面积的62.81%，“良好胡杨”占胡杨总面积的22.22%，“可恢复胡杨”占胡杨总面积的14.95%。

表4 南区胡杨分布解译面积及经验模型转换面积统计

4 结 论

航空航天遥感技术是区域环境资源调查中有效的方法，可为胡杨林生态资源的调查与快速检测带来便捷，结合野外实地调查，对区域2016年7月航拍获取的0.2 m分辨率影像及2017年8月无人机航拍获取的0.07 m分辨率影像进行解译，对解译结果统计分析结论如下：

(1) 调查区2016年、2017年两年的胡杨生长趋势变化不大，因调查区仅有2016年、2017年连续两年航拍的高分辨率影像，无法判别自2012年8月20日孔雀河断流后胡杨的生长趋势。

(2) 分别通过对2016年和2017年两年航拍的高分辨率影像进行解译，可以较为准确地判别“枯萎”“良好”和“可恢复”三类胡杨的比例。调查区域内的整体胡杨分布密集，但衰亡严重。南北调查区生长状况良好的胡杨为15.87%，且都分布在靠近人为活动的区域，如耕地边缘；调查区胡杨死亡率61.63%；有22.46%的胡杨濒临枯萎，及时水源恢复有可能转为生长良好胡杨。

(3) 基于高空间分辨率的无人机环保生态监测将成为今后发展的热点和新趋势。无人机遥感可根据环保督察的特点，结合地面观察数据，迅速准确地进行保护区监测，针对性地进行大面积航空监测及小范围定点监测工作，并对问题发生位置进行准确排查并及时有效解决。

(4) 开展无人机遥感在胡杨林保护方面的应用试验，建立了航测遥感与地面监测、数据逻辑关联及解译模型，形成了航空器低空航测遥感技术在新疆干旱区胡杨资源调查、动态监测、资源管理等方面的初步技术经验，具有重要的推广应用意义。