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国土资源遥感  2019, Vol. 31 Issue (3): 201-208    DOI: 10.6046/gtzyyg.2019.03.25
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基于资源三号的雷州半岛红树林种间分类研究
郑艺1,2, 林懿琼1,2, 周建1,2, 甘伟修1,2, 林广旋3, 许方宏3, 林光辉1,2()
1. 清华大学地球系统科学系教育部地球系统模拟重点实验室,北京 100084
2. 清华大学深圳研究生院海洋科学与技术学部,深圳 518055
3. 湛江国家级红树林自然保护区管理局,湛江 524000
Mangrove inter-species classification based on ZY-3 image in Leizhou Peninsula, Guangdong Province
Yi ZHENG1,2, Yiqiong LIN1,2, Jian ZHOU1,2, Weixiu GAN1,2, Guangxuan LIN3, Fanghong XU3, Guanghui LIN1,2()
1. Department of Earth System Science, Ministry of Education Key Laboratory for Earth System Modeling,Tsinghua University, Beijing 100084, China
2. Division of Ocean Science and Technology, Graduate School at Shenzhen, Tsinghua University, Shenzhen 518055, China
3. Bureau of Zhanjiang National Mangrove Nature Reserve, Zhanjiang 524000, China
全文: PDF(3790 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

利用遥感技术对区域尺度红树林进行种间分类在红树林资源调查、合理利用与保护方面具有重要意义。基于资源三号高空间分辨率影像的光谱特征、植被指数、纹理特征、形状参数等信息,结合无人机实地采集的样本点,采用面向对象结合决策树和支持向量机的方法对红树林进行区域提取和种间分类。首次得到了广东省湛江红树林国家级自然保护区红树林物种分布图,并分析了其空间分布格局。结果表明: 2014年保护区内现存红树林面积为5 949.3 hm 2,低于当前大部分文献报道的结果; 红树林在廉江市(1 556.0 hm 2)、雷州市(1 466.1 hm 2)、湛江市辖区(1 168.0 hm 2)、遂溪县(734.7 hm 2)、徐闻县(479.8 hm 2)、吴川市(544.7 hm 2)均有分布。各地红树林皆呈现由海向陆的地带性物种分布格局: 天然林区由低潮位向高潮位优势种依次为白骨壤、桐花树、秋茄、红海榄和木榄; 外来红树植物无瓣海桑在引种区主要邻白骨壤陆缘一侧分布。各优势种在雷州半岛分布面积比例依次为白骨壤(41.9%)、无瓣海桑(23.4%)、桐花树(20.9%)、秋茄(5.4%)、红海榄(4.8%)和木榄(3.6%)。这一结果表明,雷州市和湛江市辖区无瓣海桑人工林种植取得了很好的成效,但其入侵和扩张风险需要深入研究。

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郑艺
林懿琼
周建
甘伟修
林广旋
许方宏
林光辉
关键词 红树林种间分类高空间分辨率影像面向对象    
Abstract

Mapping the distribution pattern of mangrove species in regional scales with remote sensing technology is of great significance in the investigation, utilization and protection of mangrove resources. In this study, the authors mapped and analyzed the mangrove species distribution based on the spectrum characteristics of mangroves,vegetation index, texture information and shape parameters calculated from ZY-3 high-resolution multispectral images, in conjunction with the mangrove species sample points, which were collected by the unmanned aerial vehicle (UAV). The authors used object-oriented classification method,decision tree and support vector machine (SVM). The total area of mangrove forests in Leizhou Peninsula in 2014 was estimated at 5 949.3 hm 2, much less than the area reported in most previous studies. For each of the districts in Leizhou Peninsula, mangrove forests covered 1 556.0 hm 2 in Lianjiang City, 1 466.1 hm 2 in Leizhou City, 1 168.0 hm 2 in Zhanjiang Municipal City, 734.7 hm 2 in Suixi County, 479.8 hm 2 in Xuwen County and 544.7 hm 2 in Wuchuan City, respectively. Zonal distribution of native mangrove species is significant from sea to land, with Avicennia marina dominated in the low tide level, followed by Aegiceras corniculatum, Kandelia obovata, Rhizophora stylosa and Brugueria gymnorrhiza dominated from middle to high tide level; the exotic mangrove species Sonneratia apetala is mainly distributed on the land side of Avicennia marina in its introduction area. The proportions of each dominate species are Avicennia marina (41.9%),Sonneratia apetala (23.4%), Aegiceras corniculatum (20.9%),Kandelia obovata(5.4%),Rhizophora stylosa(4.8%) and Brugueria gymnorrhiza (3.6%), respectively. The results show that Sonneratia apetala planting in Leizhou City and Zhanjiang Municipal City has achieved remarkable success in the past several years; however, the risk of its invasive and distribution expansion should also be taken into consideration.

Key wordsmangroves    inter-species classification    high-resolwution imagery    object-oriented
收稿日期: 2018-05-11      出版日期: 2019-08-30
:  TP79  
基金资助:科技部全球变化重大研究计划973项目“碳循环关键过程及其与气候系统耦合的研究”资助(2013CB956601)
通讯作者: 林光辉
作者简介: 郑 艺(1993-),女,硕士研究生,主要从事红树林物种分布和生物量研究。Email: zhengyi15@tsinghua.org.cn.。
引用本文:   
郑艺, 林懿琼, 周建, 甘伟修, 林广旋, 许方宏, 林光辉. 基于资源三号的雷州半岛红树林种间分类研究[J]. 国土资源遥感, 2019, 31(3): 201-208.
Yi ZHENG, Yiqiong LIN, Jian ZHOU, Weixiu GAN, Guangxuan LIN, Fanghong XU, Guanghui LIN. Mangrove inter-species classification based on ZY-3 image in Leizhou Peninsula, Guangdong Province. Remote Sensing for Land & Resources, 2019, 31(3): 201-208.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/gtzyyg.2019.03.25      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2019/V31/I3/201
Fig.1  雷州半岛的位置示意图及2个关键研究区域遥感影像
红树林树种 训练样点 检验样点 所有样点
白骨壤 380 163 543
桐花树 178 76 254
秋茄 108 46 154
红海榄 43 18 61
木榄 131 56 187
无瓣海桑 202 87 289
总计 1 042 446 1 488
Tab.1  用于训练分类器和检验精度的照片样点统计
Fig.2  决策树提取规则
特征变量 变量描述
原始单波段 B1—B4
波段组合 B2,B3 B2+B3
B1,B4 B1+B4
B1,B2,B3 B1+B2+B3
B2,B3,B4 B2+B3+B4
植被指数 NDVI NDVI=B4-B3B4+B3
NDWI NDWI=B4-B2B4+B2
简单比值植被指数 RVI=B4B3
增强型植被指数 EVI=2.5B4-B3B4+6B3-7.5B1+1
纹理参数 均值 ME=i,j=1Ni·Pi,j
方差 VAR=i,j=1NPi,j(i-ME)2
均匀度 HOM=i,j=1NPi,j1+│i-j│
对比度 CON=i,j=1N(i-j)2·Pi,j
相异性 DIS=i,j=1NPi,j│i-j│
信息熵 EN=i,j=1NPi,j(-lnPi,j)
二阶矩 SM=i,j=1NPi,j2
相关度 COR=i,j=1N(i-ME)(j-ME)Pi,j2VAR
Tab.2  用于红树林种间分类的遥感影像特征变量
桐花树 白骨壤 木榄 秋茄 红海榄 无瓣海桑 生产者精度/%
桐花树 91 4 9 0 0 0 88
白骨壤 8 96 0 2 3 8 82
木榄 20 1 33 0 0 0 61
秋茄 2 2 1 8 1 0 57
红海榄 0 3 0 1 9 3 56
无瓣海桑 0 14 0 0 2 37 70
用户精度/% 75 80 77 73 60 77
总体精度: 0.765 4 Kappa系数: 0.687 7
Tab.3  红树林种间分类混淆矩阵
Fig.3  雷州半岛红树林分布空间格局
地市 白骨壤/hm2 桐花树/hm2 秋茄/hm2 木榄/hm2 红海榄/hm2 无瓣海桑/hm2 总计/hm2 比例/%
廉江市 530.3 779.7 101.2 97.6 45.8 1.4 1556.0 26.2
雷州市 530.3 80.5 57.4 1.2 27.2 769.5 1466.1 24.6
湛江市辖区 482.8 106.0 84.6 44.4 42.0 408.2 1168.0 19.6
遂溪县 147.1 234.4 50.0 61.9 50.1 191.2 734.7 12.3
吴川市 423.1 35.5 7.0 2.6 66.0 10.5 544.7 9.2
徐闻县 379.8 4.2 21.8 9.3 55.4 9.3 479.8 8.1
总计 2493.4 1240.3 322.0 217.0 286.5 1390.1 5949.3 100.0
比例/% 41.9 20.9 5.4 3.6 4.8 23.4 100.0
Tab.4  雷州半岛红树林种间分类结果统计分析
不同研究 时间 数据源 空间分辨率/m 红树林面积/hm2 差值/hm2 差值比例/%
本研究 2014年 ZY-3 5.8 5 949.3
韩维栋等[15] 2001年 林业调查 7 305.8 +1 356.5 +22.8
吴培强等[14] 2010年 Landsat5/7 30 7 566 +1 616.7 +27.2
贾明明[2] 2013年 Landsat7/8 30 8 861 +2 911.7 +48.9
但新球等[3] 2013年 CBERS-CCD 19.8 10 665 +4 715.7 +79.3
Chen等[4] 2015年 Landsat7/8,Sentinel-1 30 6 518.9 +569.6 +9.6
吕婷婷等[16] 2015年 Landsat8 30 5 576.4 -372.9 -6.3
Tab.5  不同研究中雷州半岛红树林面积对比
Fig.4  不同研究中红树林分类结果对比
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