ICS 65.020.01 B 60 DB22 吉 林 省 地 方 标 准 DB 22/T 3156—2020 高分辨率遥感影像防护林林地变化监测 技术规程 Technical regulations for the shelter forest change detection using high spatial resolution remote sensing image 2020 - 09 - 01 发布 吉林省市场监督管理厅 2020 - 09 - 20 实施 发 布 DB22/T 3156—2020 前 言 本标准按照 GB/T 1.1—2009 给出的规则起草。 本标准由吉林省林业和草原局提出并归口。 本标准起草单位：吉林省林业科学研究院。 本标准起草人：张忠辉、包广道、刘婷、翟畅、罗也、陈思羽、林士杰、张大伟、胡长群、王梓默。 I DB22/T 3156—2020 高分辨率遥感影像防护林林地变化监测技术规程 1 范围 本标准规定了高分辨率遥感影像防护林林地变化监测的监测流程、数据源及预处理、防护林林地提 取、精度评价要求、变化监测和监测产品。 本标准适用于利用高分辨率遥感影像对防护林林地面积的变化监测。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 18316 数字测绘成果质量检查与验收 GB/T 20257 国家基本比例尺地形图图示（所有部分） GB/T 30115 卫星遥感影像植被指数产品规范 GB/T 37151 基于地形图标准分幅的遥感影像产品规范 3 术语和定义 GB/T 30115 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 防护林 shelter forest 为了保持水土、防风固沙、涵养水源、调节气候、减少污染所经营的人工林分。 3.2 大气校正 atmospheric correction 消除或减弱遥感影像在获取时因大气传输中的吸收或散射作用引起的辐射畸变。 3.3 正射校正 orthorectification 利用地面控制点和数字高程模型，对影像进行几何校正和投影差改正的技术。 3.4 植被指数 vegetation index，VI 一种利用遥感影像不同谱段数据的线性或非线性组合而形成的能反映绿色植物生长状况和分布的 特征指数。 4 缩略语 下列缩略语适用于本文件。 NDVI 归一化植被指数 (Normalized Difference Vegetation Index) RVI 比值植被指数 (Ratio Vegetation Index) 1 DB22/T 3156—2020 DVI 差值植被指数 (Difference Vegetation Index) 5 监测流程 基于高分辨率遥感影像防护林林地变化监测流程见图 1。 调查数据 地形数据 高分辨率遥感影像 数据预处理 数据源 样点选取 植被指数计算 特征值计算 阈值确定 否 掩膜处理 面积提取 结果修正 精度评价 是 监测产品 图1 6 数据源及预处理 6.1 6.1.1 2 数据源 高分辨率遥感影像 基于高分辨率遥感影像防护林林地变化监测流程图 DB22/T 3156—2020 6.1.1.1 数据获取 6.1.1.1.1 依据监测尺度选择适当的图像分辨率，其中，县域以上尺度空间分辨率应优于 5 m，县域 以下尺度空间分辨率应优于 2 m。 6.1.1.1.2 卫星遥感影像应至少具有近红外和红光 2 个波段。 6.1.1.1.3 根据监测的目的确定遥感数据接收年份，按监测区植被生长季节确定数据接收月份，为最 大程度避免耕地的影响，数据宜选取五月中旬至六月上旬。 6.1.1.2 数据质量要求 数据质量要求应符合以下要求： a) 云量覆盖面积少于 5%，且不能覆盖主要监测区。 b) 相邻图像之间有不小于图像宽度 4%的重叠。 c) 影像层次丰富、色彩清晰、色调均匀、反差适中。 d) 数据不存在条带、斑点噪声、行丢失等现象。 e) 数据相对辐射精度优于 5%。 f) 数据无控定位精度优于 100 m。 6.1.2 地形数据 6.1.2.1 数据收集 收集监测区地形图、DEM数据。 6.1.2.2 6.1.2.2.1 6.1.2.2.2 6.1.3 6.1.3.1 质量要求 对纸质图要求其表面、平整度、符号、线条、图廓点及公里网完整。 对电子图的要求，应按 GB/T 18316 的规定执行。 调查数据 数据准备 6.1.3.1.1 收集监测区已有的土地利用/覆盖图、植被类型图、林业调查资料、统计数据等相关资料。 6.1.3.1.2 确定调查路线，准备实地调查。 6.1.3.1.3 根据选定的调查路线，选取典型的防护林林地区域，进行样点布设、外业图勾绘、样地描 述、实地拍摄。 6.1.3.2 质量要求 选取与某一期遥感影像获取时间相近的时间进行调查，外业调查数据定位采用GNSS设备，误差不超 过5 m。 6.2 数据预处理 6.2.1 辐射定标 应按GB/T 30115-2013中7.3的规定执行。 6.2.2 大气校正 应按GB/T 30115-2013中7.6的规定执行。 3 DB22/T 3156—2020 6.2.3 几何校正 应按GB/T 37151的规定执行。 7 防护林林地提取 7.1 样点选取 7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.2 在监测区域内采用目视解译方法均匀选取防护林林地样点。 样点应具有代表性，能够反映监测区防护林林地整体光谱特征。 每景遥感影像样点数量不少于 200 个，可根据监测面积实际大小适当增加。 数据计算 7.2.1 植被指数计算 7.2.1.1 NDVI 为近红外波段反射率与红光波段反射率之差与之和的商，按公式（1）计算。 NDVI = R NIR − R RED .................................. (1) R NIR + R RED 式中： R NIR ——近红外波段反射率； R RED ——红光波段反射率。 7.2.1.2 RVI 为近红外波段反射率除以红光波段反射率，按公式（2）计算： RVI = R NIR ...................................... (2) R RED 式中： R NIR ——近红外波段反射率； R RED ——红光波段反射率。 7.2.1.3 DVI 为近红外波段反射率与红光波段反射率之差，按公式（3）计算： DVI = R NIR − R RED ................................... (3) 式中： R NIR ——近红外波段反射率； R RED ——红光波段反射率。 7.2.2 特征值计算 7.2.2.1 4 平均值 DB22/T 3156—2020 M = 1 N ∑i N =1 M i .................................... (4) 式中： M ——监测区植被指数平均值； N ——监测区各地类样点个数； i ——监测区第 i 个样点； M i ——监测区第 i 个样点的植被指数。 7.2.2.2 标准差 1 σ = N ∑j N =1 (M j −M ) 2 ............................... (5) 式中： σ ——监测区植被指数的标准差； N ——监测区样点个数； M j ——监测区第 j 个样点的植被指数； M ——监测区植被指数平均值。 7.2.2.3 阈值确定 植被指数阈值计算可参照以下计算方法，按公式（6）计算： M = M − σ ± Δ .................................... (6) 式中： M ——植被指数阈值； M ——监测区植被指数的平均值； σ ——监测区采样点植被指数的标准差； Δ ——依据实际提取效果调整值。 7.3 掩膜处理 针对建设用地中的林地，参考相关矢量数据及调查数据，用建设用地边界做掩膜，去除建设用地中 的植被干扰信息。 7.4 面积提取 利用已筛选出的最优植被指数提取防护林林地面积。通过阈值对监测区影像做二值化处理，将防护 林林地设为1，其他设为0，最终得到防护林林地面积。 7.5 结果修正 5 DB22/T 3156—2020 采用上述方法提取后，仍然存在部分“错分”和“漏分”的像元，需要借助监测区的调查数据、土 地覆盖等其他相关资料对提取结果进行人机交互修正，至满足精度要求为止。 8 精度评价要求 8.1 精度检验方法 8.1.1 在有地面调查样点区域，选取地面样本点进行精度验证； 8.1.2 对于无地面验证点的监测区，采用与进行防护林林地面积监测的遥感影像获取时间相近、空间 分辨率更高的遥感数据，进行验证点采集，依据监测尺度确定验证点数量。 8.1.3 县域以上监测尺度验证点数量不少于 100 个，县域以下监测尺度验证点数量不少于 50 个。 8.2 精度评价 基于参考样点，统计被正确分类的像元，计算分类精度，要求精度达到90%以上。若达不到规定精 度，修正植被指数阈值重新提取，直至监测结果达到精度要求。 P = n ........................................ (7) N 式中： P ——分类精度； n ——验证正确分类像元个数； N ——验证总像元个数。 9 变化监测 9.1 监测周期 根据监测区域的社会经济及林业资源情况确定监测周期，推荐每1 年～2 年开展一次变化监测。 9.2 面积变化 将欲比较的两期防护林林地提取数据进行二值化处理，设防护林区域为 1，其他为 0，得到防护林 林地栅格提取结果，通过波段运算得到防护林林地面积变化数据。 ΔS = S i − S j ..................................... (8) 式中： ΔS ——为防护林林地变化总面积； S i ——为监测年防护林林地总面积； S j ——为本底年防护林林地总面积。 其中， ΔS 为正值表示防护林林地面积增加， ΔS 为负值表示防护林林地面积减少。 9.3 6 防护林林地变化总面积占监测区的比例 DB22/T 3156—2020 P = Si - Sj × 100% .....................