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国土资源遥感  2018, Vol. 30 Issue (4): 108-114    DOI: 10.6046/gtzyyg.2018.04.17
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基于Sentinel-1多时相InSAR影像的云南松切梢小蠹危害程度监测
薛娟1, 俞琳锋1, 林起楠1, 刘广2, 黄华国1()
1. 北京林业大学林学院省部共建森林培育与保护教育部重点实验室,北京 100083
2. 中国科学院遥感与数字地球研究所,北京 100094
Using Sentinel-1 multi-temporal InSAR data to monitor the damage degree of shoot beetle in Yunnan pine forest
Juan XUE1, Linfeng YU1, Qinan LIN1, Guang LIU2, Huaguo HUANG1()
1. Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China
2. Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China
全文: PDF(7195 KB)   HTML  
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摘要 

森林病虫害是森林健康生长的重要威胁之一,开展其危害程度监测对森林保护具有重要意义。基于多时相Sentinel-1C波段雷达数据、云南松物候和地面高度2 m处的相对湿度资料,对SAR相干系数和后向散射系数的时变特征及与相对湿度的相关性进行了分析,提出一种利用合成孔径雷达干涉(interferometric synthetic apertrue Radar,InSAR)影像进行森林病虫害危害程度监测的方法; 并以云南省祥云县为研究区,进行了云南松健康林与不同程度受害林的分类研究。结果表明: ①后向散射系数和相干系数的时序变化均与云南松物候期相关; ②相干系数与相对湿度的相关性很小,后向散射系数与相对湿度有一定的相关性,其中轻度受害林的相关性达到0.78; ③通过实测数据验证,用多时相相干系数进行分类,精度高于后向散射系数分类,其中降轨数据的精度最高,可达到83.15%,表明多时相C波段SAR相干数据可有效识别健康林与不同程度的受害林; ④该方法对多云雨地区的森林病虫害监测与分类有一定的优势,可以进一步提升遥感监测病虫害的能力。

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薛娟
俞琳锋
林起楠
刘广
黄华国
关键词 多时相 InSAR云南松病虫害分类    
Abstract

Forest pests constitute one of the important threats to the healthy growth of forests, and the monitoring of its damage is of great significance to forest protection. In this paper, a method of monitoring the degree of forest pests by using interferometric synthetic aperture Radar (InSAR) is proposed. Xiangyun County of Yunnan Province was selected as the study area and the multi-temporal C-band Sentinel-1 images were applied. Based on the information of Radar backscattering intensity, interference phase and coherence coefficient, the time-varying characteristics of coherence coefficient and backscattering coefficient were analyzed by combining the phenological phase of Yunnan pine and relative humidity in the height of 2 meters. Fusion of multi-temporal data was applied to the classification of health forest and different degrees of damaged forest. Some conclusions have been reached: ① The temporal variation of the backscattering coefficient and the coherence coefficient are related to the phenological phenology of Yunnan pine. ② The correlation between the relative humidity and backscattering coefficient is higher than coherence coefficient, which reaches 0.78 in the mildly damaged forest. ③ Field data validation shows that classification accuracy of the multi-temporal coherence coefficient is higher than the backscattering coefficient, and the descending image has the highest precision which reaches 83.15%. The result shows that the coherence coefficient of C-band SAR time series can effectively identify the problem as to whether the forest is healthy or suffers different degrees of damage. ④ The method has certain advantages in monitoring and classification of forest pests in cloudy areas as well as in further enhancing the capability of remote sensing on monitoring pests.

Key wordsmulti-temporal InSAR    Yunnan pine forest    pests    classification
收稿日期: 2017-05-08      出版日期: 2018-12-07
:  TP79  
基金资助:林业公益性行业科研专项项目“重大森林虫灾监测预警的关键技术研究”(201404401);国家自然科学基金项目“耦合害虫胁迫的森林热红外遥感信息模型研究”共同资助(41571332)
通讯作者: 黄华国
作者简介: 薛娟(1993-),女,硕士,主要研究方向为林业遥感。Email: xuejuan@bjfu.edu.cn
引用本文:   
薛娟, 俞琳锋, 林起楠, 刘广, 黄华国. 基于Sentinel-1多时相InSAR影像的云南松切梢小蠹危害程度监测[J]. 国土资源遥感, 2018, 30(4): 108-114.
Juan XUE, Linfeng YU, Qinan LIN, Guang LIU, Huaguo HUANG. Using Sentinel-1 multi-temporal InSAR data to monitor the damage degree of shoot beetle in Yunnan pine forest. Remote Sensing for Land & Resources, 2018, 30(4): 108-114.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/gtzyyg.2018.04.17      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2018/V30/I4/108
Fig.1  研究区地理位置
Landsat8 OLI B4(R),B3(G),B2(B)彩色合成图像

Fig.2  2015年5月16日—6月9日强度影像与干涉影像处理结果
Fig.3  单景影像方差分析结果
Fig.4  SAR参数时序特征分析
时间 云南松物候期 特点
3月上旬 顶芽萌发期 树液流动,顶芽萌发
4—5月 抽梢期 新梢生长,针叶抽长变绿
7月 针叶生长盛期 枝梢高生长缓慢
9月 营养生长期 高生长、粗生长缓慢
11月—次年2月 休眠期 树液停止流动,生长停止
Tab.1  云南松物候期及生长特点
Fig.5  相对湿度与SAR参数的相关性分析
Fig.6  分类结果
分类方法 健康
林/%
轻度受
害林/%
重度受
害林/%
总精
度/%
Kappa
系数
相干
系数
升轨 92.59 26.92 91.67 73.03 0.579 4
降轨 100 42.31 100 83.15 0.739 9
后向散
射系数
升轨 100 26.92 80.65 70.79 0.556 5
降轨 5.88 55.56 47.22 57.30 0.353 3
Tab.2  分类精度验证
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