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国土资源遥感  2020, Vol. 32 Issue (2): 130-137    DOI: 10.6046/gtzyyg.2020.02.17
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光学遥感植被指数与SAR遥感参数的相关性及其主要影响因素研究
王川1, 范景辉2, 林思美1, 饶月明1, 黄华国1()
1.北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室,北京 100083
2.中国自然资源航空物探遥感中心,北京 100083
Study of the correlation between optical vegetation index and SAR data and the main affecting factors
Chuan WANG1, Jinghui FAN2, Simei LIN1, Yueming RAO1, Huaguo HUANG1()
1. The Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China
2. China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Natrual Resources, Beijing 100083, China
全文: PDF(2953 KB)   HTML  
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摘要 

建立合成孔径雷达(synthetic aperture Radar,SAR)数据和光学植被指数的定量关系有助于融合这两种数据源,提高山区森林遥感的时序监测能力。为此,以内蒙古大兴安岭根河林区为例,首先分析了归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)、绿度植被指数(greenness vegetation index,GVI)和归一化水分指数(normalized difference water index,NDWI)与C波段雷达数据的相关性,接着对比了不同森林干扰下NDVI,NDWI与X,C,L波段雷达数据的相关性差异。结果表明: ①极化比(polarization ratio,PR)和干涉相干系数与各植被指数呈显著负相关,PR与NDVI,EVI,GVI线性趋势好(R2=0.40~0.49),VH的干涉相干系数与各植被指数线性趋势好(R2=0.43~0.51); ②地表类型会影响VH与NDVI线性回归结果,在植被密集的灌草、火烧迹地和森林内线性趋势好(R2=0.64~0.76); ③不同森林干扰下相关性存在差异: 在火烧迹地内NDVI与X波段HH和C波段PR呈显著负相关,NDWI与C波段VH呈显著正相关; 在未受干扰林地内NDVI和NDWI与C波段PR呈显著正相关; 在采伐迹地内L波段PR与NDVI呈显著负相关,L波段VV和VH的PR与NDWI呈显著负相关。

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王川
范景辉
林思美
饶月明
黄华国
关键词 植被指数SAR遥感参数火烧迹地森林采伐相关性    
Abstract

Vegetation index is an important approach in vegetation monitoring and investigation. SAR data are free with weather condition observing data day and night. Building relationships between SAR data and vegetation indices can contribute to fusing two data to improve temporal monitoring in forest of mountain areas. Therefore, the authors made a statistical analysis between vegetation indices including NDVI, EVI, GVI, NDWI and C band SAR data and then made a comparison about difference of correlation between NDVI, NDWI and X, C, L band SAR data in different forest disturbances in Genhe forest region of Da Hinggan Mountains in Inner Mongolia. The results are as follows: ①PR and interferometry coefficients both have significant negative correlations with optical vegetation indices, PR has strong linear correlations with NDVI, EVI, GVI (R2=0.40~0.49), and interferometry coefficients have strong linear correlations with all optical indices (R2=0.43~0.51). ②Ground cover can affect linear regression between VH and NDVI. Scrub-grass land and fires scars with thick vegetation layer and forest land have a strong linear correlation with NDVI (R2=0.64~0.76). ③The correlations are different for different forest disturbances: In fires scars, NDVI has significant negative correlations with X- band HH, and C band PR and NDWI have a significant positive correlation with C band VH. In deforestation areas, L-band PR has significant negative correlations with NDVI, and L band VV and VH have significant positive correlations with NDWI. In undisturbed forest land, C-band PR has significant negative correlations with NDVI and NDWI.

Key wordsvegetation index    SAR remote sensing parameter    fire scar    deforestation    correlation
收稿日期: 2019-07-12      出版日期: 2020-06-18
:  TP79  
基金资助:国家重点研发计划项目“大兴安岭火烧及采伐迹地植被恢复遥感监测及其辅助决策技术”(2017YFC0504003-4);国家自然科学基金项目“基于相关生长理论的森林光学微波信息互补机理研究”(41971289)
通讯作者: 黄华国
作者简介: 王 川(1994-),男,硕士研究生,研究方向为植被定量遥感。Email: W3170099@bjfu.edu.cn。
引用本文:   
王川, 范景辉, 林思美, 饶月明, 黄华国. 光学遥感植被指数与SAR遥感参数的相关性及其主要影响因素研究[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(2): 130-137.
Chuan WANG, Jinghui FAN, Simei LIN, Yueming RAO, Huaguo HUANG. Study of the correlation between optical vegetation index and SAR data and the main affecting factors. Remote Sensing for Land & Resources, 2020, 32(2): 130-137.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/gtzyyg.2020.02.17      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2020/V32/I2/130
Fig.1  研究区卫星遥感影像
(底图为Google Earth B3 (R),B2(G),B1(B)影像)
火烧时间 面积/hm2 火烧时间 面积/hm2
2003年 238.05 2010年 369.77
2003年 102 136.62 2010年 121.57
2003年 137.57 2010年 138.73
2003年 3 377.03 2010年 99.39
2003年 716.92 2010年 1 740.77
2003年 1 307.02 2010年 98.35
2003年 137.48 2010年 221.82
2004年 61.67 2010年 389.75
2008年 1 740.77 2012年 171.18
2010年 1 174.03 2012年 948.42
2010年 77.08 2016年 728.81
Tab.1  火烧迹地基本信息
采伐时间 面积/hm2 采伐时间 面积/hm2
1984年 1.51 1989年 2.80
1984年 9.13 1989年 4.25
1984年 7.99 1989年 6.05
1984年 7.05 1989年 2.76
1984年 3.79 1989年 2.34
1984年 3.40 1989年 7.03
1984年 4.98 1989年 11.41
1984年 3.45 1989年 7.96
1985年 9.63 1990年 3.99
1985年 4.02 1990年 2.17
1985年 2.32 1990年 1.32
1987年 2.50 1990年 0.96
1988年 4.31 1991年 2.80
1988年 3.24 1991年 2.42
Tab.2  采伐迹地基本信息
卫星及传感器 波段 成像时间 空间分辨率/m 极化模式 数量/景 分析用途
Landsat8 OLI 光学 2018年8月 30 2 根河林区植被指数与SAR数据相关性分析和回归分析
Sentinel-1B C 2018年8月 30 VV+VH 2
Landsat5 TM 光学 2011年5月16日 30 1 火烧、采伐、对照区域植被指数与SAR数据相关性分析
Landsat8 OLI 光学 2017年4月30日 30 2
TerraSAR-X X 2011年4月24 日 11 HH 1
Sentinel-1B C 2017年5月2日 30 VV+VH 2
ALOS
PALSAR2
L 2017年4—5月 4.4 HH+VV+
HV+VH
5
Tab.3  各卫星传感器参数和分析用途
Fig.2  光学植被指数与极化SAR数据相关分析流程
Fig.3  森林干扰对光学植被指数与极化SAR数据相关性影响分析
植被
指数
R1 R2
VV VH PR VV VH PR
NDVI 0.06 0.49** -0.71** -0.03 0.37** -0.67**
EVI 0.09 0.47** -0.64** 0.04 0.43** -0.68**
GVI 0.10 0.48** -0.63** -0.03 0.36** -0.66**
NDWI 0.31** 0.59** -0.54** 0.31** 0.54** -0.49**
Tab.4  Sentinel-1B影像SAR数据与Landsat8影像植被指数的相关性分析
植被指数 8月14日 8月30日
γVV γVH γVV γVH
NDVI -0.51** -0.72** -0.49** -0.70**
EVI -0.49** -0.68** -0.47** -0.66**
GVI -0.50** -0.67** -0.48** -0.66**
NDWI -0.50** -0.68** -0.42** -0.59**
Tab.5  干涉相干系数与Landsat8影像植被指数的相关性分析
植被
指数
R12 R22 R32 R42
VH PR VH PR γVV γVH γVV γVH
NDVI 0.23 0.50 0.14 0.45 0.26 0.51 0.24 0.47
EVI 0.21 0.39 0.18 0.44 0.24 0.46 0.21 0.43
GVI 0.22 0.39 0.13 0.44 0.24 0.45 0.22 0.43
NDWI 0.34 0.28 0.29 0.23 0.24 0.46 0.18 0.35
Tab.6  Sentinel-1B影像VH极化、PR、干涉相干系数与Landsat8影像植被指数的相关性分析
Fig.4  后向散射系数与NDVI的散点分布
Fig.5  AH类型和BH类型不同地物特征像元频数统计结果
Fig.6  灌草和火烧迹地内NDVI分布特征
Fig.7  火烧迹地恢复时间和NDVI分布特征
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