遥感NDVI估算植被覆盖度

遥感NDVI估算植被覆盖度

植被覆盖度是指植被（包括叶、茎、枝）在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比。容易与植被覆盖度混淆的概念是植被盖度，植被盖度是指植被冠层或叶面在地面的垂直投影面积占植被区总面积的比例。两个概念主要区别就是分母不一样。植被覆盖度常用于植被变化、生态环境研究、水土保持、气候等方面。

植被覆盖度的测量可分为地面测量和遥感估算两种方法。地面测量常用于田间尺度，遥感估算常用于区域尺度。

1、估算模型

目前已经发展了很多利用遥感测量植被覆盖度的方法，较为实用的方法是利用植被指数近似估算植被覆盖度，常用的植被指数为NDVI。下面是李苗苗等在像元二分模型的基础上研究的模型：

VFC = (NDVI -NDVIsoil)/ ( NDVIveg - NDVIsoil)  （1）

其中, NDVIsoil 为完全是裸土或无植被覆盖区域的NDVI值，NDVIveg 则代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI值，即纯植被像元的NDVI值。两个值的计算公式为：

NDVIsoil=（VFCmax*NDVImin-VFCmin*NDVImax）/( VFCmax-VFCmin)  （2）

NDVIveg=（(1-VFCmin)*NDVImax-(1-VFCmax)*NDVImin）/( VFCmax-VFCmin)  （3）

利用这个模型计算植被覆盖度的关键是计算NDVIsoil和NDVIveg。这里有两种假设：

1） 当区域内可以近似取VFCmax=100%，VFCmin=0%。

公式（1）可变为：

VFC = (NDVI - NDVImin)/ ( NDVImax - NDVImin)   （4）

NDVImax 和NDVImin分别为区域内最大和最小的NDVI值。由于不可避免存在噪声，NDVImax 和NDVImin一般取一定置信度范围内的最大值与最小值，置信度的取值主要根据图像实际情况来定。

2） 当区域内不能近似取VFCmax=100%，VFCmin=0%

当有实测数据的情况下，取实测数据中的植被覆盖度的最大值和最小值作为VFCmax和 VFCmin，这两个实测数据对应图像的NDVI作为NDVImax 和NDVImin。

当没有实测数据的情况下，取一定置信度范围内的NDVImax 和NDVImin。VFCmax和 VFCmin根据经验估算。

2、实现流程

下面我们以“当区域内可以近似取VFCmax=100%，VFCmin=0%”情况下，整个影像中NDVIsoil 和NDVIveg 取固定值，介绍在ENVI中实现植被覆盖度的计算方法。

使用的数据是经过几何校正、大气校正的TM影像。

(1)       选择Transform->NDVI，利用TM影像计算NDVI。

(2)     选择BasicTools->Statistics ->Compute Statistics，在文件选择对话框中，利用研究区地区的矢量数据生成的ROI建立一个掩膜文件。

                                                                         

图1 选择统计文件及掩膜文件

 

图2 计算统计参数

(3)      得到研究区的统计结果。在统计结果中，最后一列表示对应NDVI值的累积概率分布。我们分别取累积概率为5%和90%的NDVI值作为NDVImin和NDVImax。这里得到：

(1975年最大-最小值分别为0.631373，0.164706)

（1982年最大-最小是分别为0.433304，0.033548）

(1994年最大-最小值分别为 0.193801, -0.136407)

（2003年最大-最小值分别为0.695966，0.359034）

(2014年最大-最小值分别为0.542876 , 0.195782) 

 

NDVImax=0.522991

NDVImin=0.031766

图3 统计结果

(4)       根据公式（4），我们可以将整个地区分为三个部分：当NDVI小于0.031766，VFC取值为0；NDVI大于0.522991，VFC取值为1；介于两者之间的像元使用公式（4）计算。利用ENVI主菜单->Basic Tools->Band Math，在公式输入栏中输入：

(b1 lt 0.031766)*0+(b1 gt0.522991)*1+(b1 ge 0.031766 and b1 le 0.522991)* ((b1-0.031766)/(0.522991-0.031766))

1975年图像：(b1 lt 0.164706)*0+(b1gt 0.631373)*1+(b1 ge 0.164706 and b1 le 0.631373)* ((b1-0.164706)/ (0.631373-0.164706))

1982年图像：(b1 lt 0.192913)*0+(b1 gt 0.433304)*1+(b1ge 0.192913 and b1 le 0.433304)* ((b1-0.192913)/ (0.433304-0.192913))

1994年图像：(b1 lt  -0.136407)*0+(b1 gt 0.193801)*1+(b1 ge-0.136407 and b1 le 0.193801)* ((b1+0.136407)/ (0.193801+0.136407))

2003年图像：(b1 lt 0.359034)*0+(b1 gt 0.695966)*1+(b1ge 0.359034 and b1 le 0.695966)* ((b1-0.359034)/ (0.695966-0.359034)) 

2014年图像：(b1 lt 0.195782)*0+(b1 gt 0.542876)*1+(b1ge 0.195782 and b1 le 0.542876)* ((b1-0.195782)/ (0.542876-0.195782))

b1：选择NDVI图像

(5)      得到一个单波段的植被覆盖度图像文件，像元值表示这个像元内的平均植被覆盖度。在Display显示。

(6)      选择Tools->Color Mapping->DensitySlice，单击Clear Range按钮清除默认区间。

(7)       选择Opions->Add New Ranges，根据上面的对照表依次添加10个区间，分别为每个区间设置一定的颜色，单击Apply得到如下的植被覆盖图。

                                          

      图4  植被覆盖度遥感估算结果