高光谱遥感技术在林业中的应用-莱森光学

一、引  言

20世纪80年代后期 ，成像光谱仪被广泛应用于大 气科学 、生态 、地质 、水文和海洋等学科 ，充分的证实了 遥感技术的应用潜力与发展前途 ，尤其是近年来 ，随着 传感器开发运用的不断加强 ，成像技术也得到了较大提 高与发展 ，遥感技术在各个研究领域的应用也变得愈加 广泛 。尤其是对林业而言 ，高光谱遥感技术的运用更是 为其提供了理论支持与技术支撑 ，并越来越得到人们的 重视 。

二、高光谱遥感技术简介

高光谱遥感（ Hy perspectral Remote Sensing ）是高 光谱分辨率的简称 ，指利用很窄的电磁波波段从感兴趣 的物体获取相关数据 ，高光谱遥感技术是在电磁波谱 的紫外 、可见光 、近红外和中红外区域获取许多及其窄 且连续的图像数据的技术， 这种全新的遥感前沿技 术于20世纪末迅速发展 ，成为现阶段人们获取地球表 面信息的一种主要手段 ，由于高光谱遥感的空间分辨 率和光谱分辨率均高于常规遥感 ，且波段多而窄 ，是对 常规遥感技术的继承 、发展与创新 ，尤其是在林业中的 应用越来越广泛 ，不仅能够估测各种植物化学成分 ，对 植物进行生态学评价 ，还能极大提高森林树种的分类与 识别的精度 ，因此得到了世界各界人士的广泛重视。

三、高光谱遥感在森林监测中的运用

高光谱遥感技术以其独特的优势在经济 、社会效益 等方面发挥着及其重要的作用被广泛应用于森林监 测 、森林信息获取以及森林健康评价等方面 ，并为其提 供了新的理论支撑与技术支持 。

3.1 森林火灾监测

森林火灾是威胁森林健康的重要风险因子之一 ，不 仅分布面积大而且又难以被发现 ，因此在某种程度上具 有突发性强 、蔓延迅速的特点，此外由于火灾发生 地的温度也远远高于周围地区 ，因此目前主要通过利用卫星的温度敏感通道实时监测林区温度异常区域 ，从而 来迅速确定发生火灾的准确地点 ，继而通过对林区 数据进行汇总和相关分类分析 ，来确定火势发生的方向 和与燃烧有关的地表生物量等情况 ，从而来制定高效的 营 救 方 案 ，除 此 之 外 还 可 以 对 灾 后 损 失 进 行 评估。据记载 １987年 5月 6日～６月２日发生在黑龙江 省大兴安岭的特大森林火灾 ，是新中国成立以来最严重 的一次火灾 ，不仅使中国境内的1800万英亩的面积受 到火灾损失 ，而且波及到苏联境内的 1200万英亩森林 ，我国利用高光谱准确检测了火点发生的具体 位置 ，并且在火点扩展阶段监测了该林区火灾的发展动 态 ，在最后阶段对火灾损失进行了准确的评估 ，取得了 显著的社会 、经济以及生态效应 。

3.2 森林病虫害监测

森林病虫害是我国主要的森林灾害之一 ，不仅对生 态环境造成严重威胁 ，而且也给森林资源带来不可估量 的损失， 遥感方法监测森林病虫害始于20 世纪30 年 代的航空实验观察 ，而目前利用高光谱遥感这一先进技 术手段监测森林病虫害 ，也因其周期短且获取信息不受 干扰等优势得到了广泛应用 ，在森林病虫害监测中具有 较强的技术优势以及巨大的发展潜力，大量调查实践均已表明传统的森林病虫害检测手 段由于存在工作量大且效率低等方面的特点 ，已经无法 满足现阶段相关部门对森林病虫害的监测分析，但与传统监测方法相比，高光谱遥感技术可以实时 、快速的 观测到植被受病虫害影响时 ，叶绿色浓度降低甚至消失 以至林区的反射和辐射光谱发生相应变化等这些特点 ， 利用高光谱遥感影像数据获取的不同时相植被指数变 化情况 ，可以快捷准确确定病虫害发生的林区以及分布 范围 ，从而制定相应的防治措施以进行预警预报和动态 监测。

3.3 森林资源变化监

森林资源作为一个动态资源 ，如果资源信息得不到 及时有效的更新 ，就不能为林业工作的决策 、发展规划 以及开展经营活动提供及时有效的信息 ，因此森林资 源变化监测成为现阶段森林资源可持续发展的必由之路是国内外相关领域的研究热点之一，高光谱以它覆盖范围广多传感器以及多时相的 点在森林资源变化监测方面的应用十分广泛，主要包括 对林业用地的利用变化监测 、林分变化监测和林权管理 监测三方面，通过提取不同时相对同一地区森林资 源变化的信息 ，可以及时 、准确的对森林资源进行动态 监测与评估 ，极大提高了监测的准确性和科学研究的精 确性 。

3.4 高光谱遥感在森林健康评价中的运用

森林健康评价是诊断由于人类活动和自然因素引 起森林生态系统的破坏所造成的森林生态系统的结构 紊乱和功能失调 ，是对森林生态系统丧失服务和价值的 一种评估。该评价用定量的方法监测森林健康 ，从 而为森林管理决策 、植被生产力模拟 、森林更新和演替 模拟以及生态学和生物学过程制图提供重要信息 。高光谱遥感在森林健康监测中的应用主要通过测 定叶绿素含量 、植物体内化学成分变化等这些植物生活 力来完成 ，可以探测到植被的精细光谱信息，尤其是近 年来高光谱遥感技术在森立健康状况评价和监测中承 担着不可替代的责任 ，可以为森林资源管理与森林更新 演替提供详细数据与重要信息 。麻坤运用高光谱遥感 从植被分布 、光合作用强弱和病虫害分布三方面的研究 结果对秦岭火地溏地区的森林健康评价与管理提供了 理论与技术支撑。

四、高光谱遥感在林业中的发展趋势   由于高光谱遥感可以探测到在宽波段遥感中不能 够探测到的物质特征 ，使得林业方面相关研究结果更为 理想和精准 ，对林业的可持续发展起到较好的指导和推 动作用 。因此 ，近年来高光谱理论与技术得到相关领域 的专家学者大力支持与广泛应用 ，逐渐发展成为林业领 域的一项核心技术，但为了让高光谱遥感技术在林业 中得到更好的发展 ，还需要对以下问题进行研究 ，有待 于进一步解决 。（１）提高高光谱遥感的计算精度 ，大力开展高光谱 技术应用和智能化分类软件研究 。 （２）不断完善高光谱的硬件技术和软件技术 ，并与 各种相关技术不断结合 ，使之成为一项高度集成化 、智 能化的综合技术 。 （３）将高光谱在林业领域的研究成果不断转化为生 产力 ，以提高其经济和社会效益 。

五、结语

高光谱作为一门集新型探测技术 、精密光学机器 、 高速信号处理技术 、计算机处理技术于一体的多学科交 叉的综合型应用技术 ，必将得到长足的发展 。随着高光 谱遥感技术的不断完善和发展 ，在国内外众多领域都得 到了广泛的应用 ，尤其是在林业的可持续发展中更是发 挥着不可替代的作用 ，为相关部门提供了强有力的科学 技术支撑。

审核编辑 黄昊宇