MODIS-NDVI時(shí)序圖譜庫(kù)的構(gòu)建及應(yīng)用研究.pdf

1、土地覆蓋是對(duì)陸表覆蓋情況的真實(shí)反映。人類通過(guò)對(duì)土地的利用和改造活動(dòng)，使土地覆蓋發(fā)生變化，進(jìn)而對(duì)地球的生物、物理、化學(xué)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換以及地球生物化學(xué)圈層的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響。近年來(lái)，隨著全球環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重和全球變化研究的不斷深入，人們逐漸意識(shí)到土地覆蓋變化研究的重要性和迫切性。而開展土地覆蓋變化研究，首先要及時(shí)、高效、準(zhǔn)確地獲取土地覆蓋數(shù)據(jù)。
　　為獲取更加精確的土地覆蓋信息，目前相關(guān)研究多從土地覆蓋分類方法、分類特征、分類體系

2、以及降低遙感影像噪聲污染的方法或改進(jìn)土地覆蓋分類后處理方法等角度出發(fā)，即通過(guò)改進(jìn)土地覆蓋產(chǎn)品生成之前或生成過(guò)程中的某（幾）個(gè)環(huán)節(jié)以實(shí)現(xiàn)提高土地覆蓋分類精度的目的。而在現(xiàn)有土地覆蓋產(chǎn)品基礎(chǔ)上，針對(duì)其精度較低區(qū)域的改進(jìn)研究還未見相關(guān)報(bào)導(dǎo)。對(duì)于現(xiàn)有土地覆蓋產(chǎn)品，尤其是大區(qū)域土地覆蓋產(chǎn)品，雖存在著數(shù)據(jù)整體精度較低，不能滿足實(shí)際需要的缺陷。但不可否認(rèn)的是這些數(shù)據(jù)產(chǎn)品在某些區(qū)域的分類精度還是很高的，只不過(guò)某些區(qū)域精度較低，使得整體精度不盡人意。因此

3、，在現(xiàn)有土地覆蓋產(chǎn)品基礎(chǔ)上，改進(jìn)其分類精度較低區(qū)域的產(chǎn)品精度的研究是有必要的。故，本研究從現(xiàn)有土地覆蓋產(chǎn)品精度較低區(qū)域入手，試圖通過(guò)提高該區(qū)域的產(chǎn)品精度，從而實(shí)現(xiàn)提高土地覆蓋產(chǎn)品精度的目的。圍繞此目的，本文以河南省為例，利用MODIS NDVI時(shí)序數(shù)據(jù)，主要開展了以下研究工作并得到了相應(yīng)成果：
　?。?）構(gòu)建MODIS-NDVI時(shí)序圖譜庫(kù)。本文以全國(guó)1:25萬(wàn)土地覆被數(shù)據(jù)為參考，通過(guò)梳理相關(guān)文獻(xiàn)和資料，最終在全國(guó)范圍內(nèi)選取了38個(gè)

4、涵蓋17種土地覆蓋類別的典型樣本區(qū)。通過(guò)多種濾波平滑方法相結(jié)合，重建了MODIS NDVI時(shí)間序列。利用樣本區(qū)NDVI時(shí)序數(shù)據(jù)，提取了17種土地覆蓋類別參考時(shí)序 NDVI曲線，并以此構(gòu)建了MODIS-NDVI時(shí)序圖譜庫(kù)。
　?。?）探討時(shí)序NDVI與土地覆蓋分類的關(guān)聯(lián)性。基于MODIS-NDVI時(shí)序圖譜庫(kù)，本研究分別提取了2005年和2013年河南省土地覆蓋信息，并分別利用比較評(píng)價(jià)和樣本評(píng)價(jià)的精度評(píng)價(jià)方式，對(duì)其結(jié)果進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。其

5、中，比較評(píng)價(jià)結(jié)果表明，相對(duì)于2005年1:25萬(wàn)土地覆蓋數(shù)據(jù)，基于MODIS-NDVI時(shí)序圖譜庫(kù)提取的土地覆蓋結(jié)果，一級(jí)土地覆蓋總體精度為71.08％，kappa系數(shù)達(dá)到0.46，二級(jí)土地覆蓋總體精度為48.26%，kappa系數(shù)為0.33；樣本評(píng)價(jià)結(jié)果表明，2013年土地覆蓋提取結(jié)果的絕對(duì)總體精度高達(dá)79.57%。由此說(shuō)明，時(shí)序NDVI是土地覆蓋分類的重要分類特征，時(shí)序NDVI與土地覆蓋分類關(guān)聯(lián)性強(qiáng)；利用時(shí)序NDVI來(lái)提高土地覆蓋分類

6、精度是有根據(jù)的。
　　（3）基于MODIS-NDVI時(shí)序圖譜庫(kù)提高現(xiàn)有土地覆蓋產(chǎn)品分類精度。文中基于MODIS-NDVI時(shí)序圖譜庫(kù)，通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有土地覆蓋產(chǎn)品MCD12Q1低精度區(qū)域產(chǎn)品精度，生成了2005年和2013年兩期新的土地覆蓋產(chǎn)品AMCD_2005和AMCD_2013。然后，分別采用比價(jià)評(píng)價(jià)和樣本評(píng)價(jià)來(lái)對(duì)比對(duì)新的土地覆蓋產(chǎn)品和現(xiàn)有土地覆蓋產(chǎn)品MCD12Q1的分類精度。其中，比較評(píng)價(jià)結(jié)果表明：AMCD_2005較MCD12Q

7、1的總體精度和kappa系數(shù)分別提高11.81%和0.27；AMCD_2013較MCD12Q1的總體精度和kappa系數(shù)分別提高10.29%和0.25。同時(shí)，樣本評(píng)價(jià)結(jié)果表明：AMCD_2013的絕對(duì)總體精度比MCD12Q1提高17.20%。因此，基于MODIS-NDVI時(shí)序圖譜庫(kù)能夠提高現(xiàn)有土地覆蓋產(chǎn)品分類精度。
　?。?）時(shí)序NDVI曲線相似度匹配模型優(yōu)劣的比較。文中，利用最小距離法和光譜角度匹配法兩種曲線相似性測(cè)度方法，分別

8、提取了河南省2005年和2013年的土地覆蓋信息，得到SAM_2005、MD_2005、SAM_2013以及MD_2013四套土地覆蓋產(chǎn)品。然后，分別采用比價(jià)評(píng)價(jià)和樣本評(píng)價(jià)來(lái)評(píng)價(jià)四套產(chǎn)品的分類精度，其中比較評(píng)價(jià)結(jié)果表明：MD_2005比SAM_2005的總體精度和kappa系數(shù)分別提高1.81%、0.05；MD_2013比SAM_2013分別提高8.51%和0.13。同時(shí)，樣本評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MD_2013比SAM_2013的絕對(duì)總體精度

9、高出12.90%。由此可見，最小距離法整體上優(yōu)于光譜角度匹配法。
　?。?）探討現(xiàn)有土地覆蓋產(chǎn)品精度顯著提高的土地覆蓋類別。通過(guò)對(duì)比新的土地覆蓋產(chǎn)品AMCD_2013和現(xiàn)有土地覆蓋產(chǎn)品MCD12Q1發(fā)現(xiàn)：林地的用戶精度由88.53%降低到83.85%，降低4個(gè)百分點(diǎn)，而制圖精度提高35.36%；草地的用戶精度提高48.99%、制圖精度提高29.51%；耕地的用戶精度和制圖精度分別提高9.6%、2.98%；人工地表分別提高39.49

10、%、6.96%；水體分別提高5.98%和6.11%，可以看出5種土地覆蓋類別的精度都有提高，其中林地、草地以及人工地表3種土地覆蓋類別精度提高顯著。具體到林地的二級(jí)土地覆蓋類別來(lái)說(shuō)，常綠針葉林的用戶精度和制圖精度分別提高21.01%、39.9%；常綠闊葉林分別提高25.61%、46.67%；落葉針葉林分別提高1.39%、2.66%；混交林分別提高38.09%、0.19%；灌叢分別提高54.62%、0.01%；落葉闊葉林的用戶精度雖稍有降

11、低（11.87%），但其制圖精度提高顯著，為57.32%。整體上看，林地各二級(jí)土地覆蓋類別的精度均有提高，并且常綠針葉林和常綠闊葉林兩類更為顯著。
　　綜上，本文通過(guò)選取不同土地覆蓋類別的樣本區(qū)，利用MODIS時(shí)序數(shù)據(jù)，獲取了17種土地覆蓋類別參考時(shí)序NDVI曲線，以此構(gòu)建了MODIS-NDVI時(shí)序圖譜庫(kù)?；贛ODIS-NDVI時(shí)序圖譜庫(kù)，通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有土地覆蓋產(chǎn)品精度較低區(qū)域的分類精度，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有土地覆蓋產(chǎn)品分類精度的提高。本文