全 文 ：　　1995- 12- 04收稿。
袁凯先工程师,包盈智(中国林业科学研究院资源信息研究所　北京　100091) ;范金阜(内蒙古自治区林业厅)。
* 本文属 1994年中国林业科学研究院开发基金项目“TM 资料在森林二类调查的面积量算和测树因子估测方面研究”
的部分内容。参加此项工作的还有王永祥、宋福宁、周广德、李玉才、李柱晓等同志。
在森林二类调查中用 T M 影象
代替航片的研究实例*
袁凯先　包盈智　范金阜
　　摘要　简述了在内蒙古两个林业局的森林二类调查中用 TM 影象代替航片进行区划、调绘、
定位和面积量算、测树因子估测的试验方法和结果。试验与生产同步展开, 进行了对照,数据表明,
用 1∶5 万 T M 影象代替航片进行区划、调绘、求积,其精度均能满足规程要求,但在测树因子估测
方面尚不理想。
　　关键词　森林二类调查、遥感估测、面积量算
　　回顾我国森林调查技术的发展史,新的信息源和先进技术的推广应用,对调查事业的发展
都起了很大的推动作用。近 30 a 来, 航天遥感资料的出现,引起了国内外科研和生产部门的重
视,在科研和应用中做了大量工作,看到了航天遥感资料用于森林二类调查的希望。
为促进遥感技术实用化的进程,本研究在以往的研究基础上, 针对森林二类调查中应用
TM 遥感数据的可能性而设计, 与生产同步进行,重点研究了以下内容:
( 1)进行 T M 影象在判读调查因子、区划林、小班、野外手图、调绘等方面的应用;
( 2)面积估算方法;
( 3)蓄积量估算方法及精度[ 1] ;
( 4)测树因子的估测方法探讨;
( 5)精度与费用的分析 [ 2]。本文重点介绍( 1)、( 2)、( 4)部分内容, ( 3)、( 5)另有文章介绍。
1　基本情况
　　研究区为大兴安岭中段东南坡的巴林、南木两个林业局, 总面积为 608 204 hm 2,森林覆盖
率为 76. 7%。采用的信息源为 1993年 8月 27日的陆地卫星 T M 数据和 1∶5 万 TM 影象,
1972年拍摄的 1∶2. 5万全色航空照片, 1973年出版的1∶2. 5万和1∶5万地形图。为检验这
项工作的实用性, 绝大部分工作都是与生产同步进行的。而且对大量的生产人员都先进行了简
单的培训。
2　TM 影象在判读调查因子,区划林,小班,野外手图调绘方面的应用
2. 1　TM影象图应用于调查因子的判读
首先对 T M 数据用计算机进行数字放大、几何校正和拉伸等处理, 获得 1∶5万比例尺彩
林业科学研究　1996, 9( 5) : 449～454
Forest Research 　　 　　
色 T M 影象,色彩丰富,色调差异显著, 山脊、沟谷、河流等地形因子反映突出, 各种地物轮廓
清晰,不同优势树种的色彩层次明显,这为目视解译提供了可靠的依据。
地类划分是按照林业部颁布的《森林资源调查主要技术规定》中技术标准,再根据所使用
遥感资料的空间分辨率和两林业局的森林资源特点进行的,划分的主要地类为天然林、疏林
地、灌木林、未成林造林地、人工林、采伐迹地、荒山荒地、农牧地、河流、水域、沼泽地、居民点、
工矿用地、道路等。有林地按优势树种(组)分为:落叶松( L arix gmelini ( Rupr. ) Rupr . )、白桦
( Betula p letyp hy l la Suk. )、柞树( Quercus mongolica Fisch. )、黑桦( B. dahurica Pall . )、山杨
( Pop ulus davidiana Dode) 5种。
依据建立的分类系统及各地类在影象上的色调、形状、分布特性等, 通过野外实地对照,建
立 T M 影象的解译标志, 作为室内判读的统一准则。实践表明, 绝大多数地类均能准确判读。
判读效果的分析:
( 1)判对率:优势树种的分布与其生物学特性有关,分布于不同坡向、坡位、龄组、密度上的
树种,其在 T M 影象上反映出的色调也不相同,各地类的分布也有自身的规律性,对应的 TM
图象色调也不同。对判读人员经过简单的训练后,结合生产经验, 在室内对两林业局进行了全
面的小班区划判读。为了检验室内判读的效果,选取6个小流域共 56个林班752个小班,进行
了野外现地验证, 得出 6项主要调查因子的判对率, 见表 1.
表 1　各项因子判对率 (单位: % )
小流域号 各流域平均判对率 土地种类 优势树种 龄　　组 郁闭 度 坡　　向 坡　　位
1 86 99 84 74 62 99 100
2 82 92 75 82 44 100 100
3 86 100 73 53 92 100 100
4 88 92 72 80 81 100 100
5 82 85 64 91 83 100 100
6 89 85 81 92 75 100 100
平均判对率 86 92 75 79 68 100 100
　　从表 1可见, 6个小流域的总平均判对率达 86% ,在森林资源二类调查中完全可以满足质
量要求, 从 6个小流域的各平均判对率都在 82%以上,说明判读效果是稳定可靠的。土地种类
是小班区划的首要因子,其平均判对率高达 92. 2%,判对率最高达 100%。郁闭度的判对率较
低,可通过地面调绘加以纠正。
( 2)最小小班面积判读分析:在森林二类调查规程中,对区划的最小小班面积有一定的要
求。规程规定的最小小班面积是根据基本图的不同比例尺、信息源的信息量以及经营活动的需
要等多方面因素确定的,因此, 对 1∶5万比例尺 T M 影象所能区划的最小小班面积进行了检
验,结果全部达到或超过了规程规定要求, 达到了 1∶2. 5万比例尺航片的规程要求,最小可区
划到 1 hm2范围, 小班界清晰可判。说明利用 TM 影象图区划小班是完全适用的。
2. 2　区划林、小班并作为野外调绘手图
建立了各地类的解译标志后,对判读人员进行了野外实地判读训练。然后,将地形图上的
局、场和林班界转到 T M 影象图上,再在 1∶5 万比例尺 TM 影象图上直接区划小班,按林场
界或公里网将影象图裁成小块,用胶纸贴在硬纸板上, 作为野外调绘手图用。在野外,林班区
450 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　　9 卷
划、样地定位、小班调绘时用它定位、定性,并修正小班线和各项调查因子。成图时在画有局、
场、林班界的基本图上,将野外区划的小班透绘上去,按调查记录的内容进行林、小班注记。实
践证明, 1∶5万比例尺的彩色 T M 影象,替代航片做野外调绘手图用是可行的。
在进行林、小班区划时, 由于 T M 影象的图幅面积大、宏观性强, 所以在 T M 影象上区划
林、小班,免去了使用航片时要画使用面积的过程,同时消除了航片间相互拼接时所带来的误
差,在用工日上与航片区划林、小班相比,减少了 116个工作日。
由于 TM 影象现势性好, 信息量大、对现地新增地物、人工林等必须要实测的地类,均使
用 1∶5万比例尺 T M 影象进行小班调绘,免去了现地实测工作量。经实践证明,在旧航片失
真的情况下, 调绘人员每天最多完成100～150 hm2的调绘工作。使用 1∶5万比例尺的 TM 影
象图, 调绘人员每天可完成 300～400 hm2的调绘工作,即可减少近 3/ 5的外业工作量。若 TM
影象配上地理座标系统(公里网) ,则更能提高精度和效益(经检验, 1995年调查使用的 TM 影
象上座标系统的精度达 3‰以上,完全可以满足二类调查应用要求)。
3　面积估算方法及精度效益分析
　　森林面积是定量说明森林特征的主要指标,也是森林二类调查中应获取的基础资料。它的
准确与否,直接影响到调查的总精度。因此, T M 影象在二类调查中面积统计方面的应用研究
是非常重要的。
目前,不少林区缺乏新航片,旧航片由于拍摄的年代久远,提供的现势资源信息有限,给各
地类面积的统计工作带来很大困难。且航片是中心投影,使地物变形较大。在纠正过程中往往
出现多种因素造成的综合误差。精度受到一定影响。地形图图幅面积准确,但没有森林分类的
信息。按规程要求,各地类林、小班界都需从航片转绘过来,也会产生面积误差。1∶5万比例尺
TM 影象,是多中心垂直投影,近似地形图的垂直投影体系。同时,经过处理后的 TM 影象,地
形地物清晰, 各地类界明显,位置准确,且现势性极好, 可以认为 T M 影象将新航片与地形图
的优势集于一身。
基于上述分析,研究了 1∶5万比例尺 TM 影象在森林二类调查中面积估测方面的适用
性,并与旧航片进行了对比。
3. 1　方法
首先选取 6个小流域(小流域选取时, 尽量使旧航片上反映的现势地物变化不太大) ,面积
共 22 397 hm2 ,各小流域的面积作为控制面积(从地图上量得)。按规程要求采用自然区划法,
在地形图上区划林班, 共 56个。然后将地形图上的小流域界及林班界转绘到旧航片与 TM 影
象上,再在航片和 T M 影象上区划小班,分别作为现地调绘用手图。
用三种方法对照进行面积估算精度和效益分析:
( 1)在小流域内的 1∶2. 5万旧航片上区划小班,经野外调绘, 确认无误后,转绘到地形图
上求积。
( 2)在小流域内的 1∶5万 T M 影象上区划林、小班。经野外对照检查, 确认无误后,根据
局部控制配准法转绘到地形图上求积。
然后对在航片上求得的小班面积的误差分布与 TM 影象上求得的小班面积的误差分布
进行比较。
4515 期　　　　　　　　袁凯先等: 在森林二类调查中用 TM 影象代替航片的研究实例
( 3)在 1∶5万 T M 影象上区划林、小班。经野外对照检查, 确认无误后,直接在 T M 影象
上求算面积。
以上求积过程是按二类调查规程要求进行的,按林业局→林场→林班→小班逐级进行区
划成图, 然后按这一区划系统逐级进行求积平差。本次使用KP-80N 型求积仪求积,各林、小班
各求积两次, 然后取均值。
3. 2　结果与分析
( 1)旧航片小班面积误差与 TM 影象小班面积误差分布分析。在同一地区,不同的调绘人
员即便使用相同的调绘手图,区划的小班大小、位置和数量也不尽相同。由此造成了旧航片与
TM 影象比较上的难度。为此,在旧航片上区划小班时参考了林业局的资料,与 T M 影象上区
划小班的数量达到一致。
以 6个小流域的面积为控制面积(地形图上求得,两次误差不得超过 1%) ,然后所有林班
按比例系统平差。各小班控制面积是综合了林业局的造林、采伐、抚育更新面积等记录,及旧航
片、TM 影象上的信息得到的。之后对旧航片所求小班面积和T M 影象所求小班面积的误差分
布进行了对比。将小班面积误差分为 1. 0%以下、1. 1%～3. 0%、3. 1%～5. 0%、5. 1%以上四
个级距统计。
结果表明, T M 影象所求林班面积误差分布全部在 1. 0%以下, 通过航片所求林班面积误
差分布仅 75%在 1. 0%以下。由于旧航片失真,增加了对新增地物(或减少地物)的调绘难度,
造成了小班界的不准确,这就必然影响了各地类的面积精度。
TM 影象小班面积误差有 65. 6%在 1. 0%以下,而航片为56. 7%在 1. 0%以下。其中在第
1小流域的 160个小班中, TM 影象小班面积的误差在 1. 0%以下的占 96. 9%。由此可知 TM
影象量算的各地类面积精度高于航片。另外,旧航片现地调绘工作量又大大高于 T M 影象的
调绘工作量。
( 2) TM 影象上区划结果转绘到地形图后的面积统计。在此将小流域代表林场,各小流域
之和代表林业局。将求积结果与 1992年内蒙古自治区地方标准《森林资源规划设计调查技术
规程》1)要求进行对照。结果表明,合计面积的误差仅为 0. 08% ,大大低于规程的要求, 每个小
流域的面积误差均大大低于 1%,最低误差为 0。也完全符合规程的要求。各主要地类面积求
算结果的精度,均高于规程要求 95%的精度,有林地、疏林地面积精度达到了 99. 93% ,这与实
际面积相差无几。
为了比较各林、小班的求积结果及精度,对第 2小流域的 10个林班共 151个小班,按规程
的精度要求与控制面积进行了比较, 结果均列于表 2、3中。
表 2　小流域(代林场)面积及林班和面积精度比较
区划
单位
面　　　积( hm 2)
理论值 卫片实求 差值 卫转地实求 差值
规程要
求精度
实际达到精度
卫片 卫片转地形图
小流域 3 312 3 304 8 3 320 8 1/ 300 0. 7/ 300 0. 7/ 300
林班和 3 312 3 301 11 3 306 6 1/ 100 0. 35/ 100 0. 2/ 100
　　从表 2可见, 各林班面积和与小流域(代表林场)控制面积的误差为 0. 2% ,比规程要求低
　　1)内蒙古自治区林业局.森林资源规划设计调查技术规程. 1992, 38.
452 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　　9 卷
表 3　小班和林班面积与林班控制面积比较 (单位: hm2)
项　　　目 林　　　　班　　　　号
14 15 20 21 22 38 39 40 41 42
计
卫　　片
卫片转地形图
面积
( hm2)
误差
面积
( hm2)
误差
林班理论 349 324 366 289 278 351 344 303 432 275 3 311
林班实求 348 324 365 287 278 351 342 303 430 276 3 304
小班求积和 349 321 372 290 276 352 351 302 435 275 3 323
小班求积和 0 - 3 6 1 - 2 1 7 - 1 3 0 12
% 0 0. 9 1. 6 0. 3 0. 7 0. 3 2. 0 0. 3 0. 7 0 0. 4
林班理论 354 320 374 288 272 352 344 393 442 273 3 312
林班实求 353 319 373 288 271 351 344 393 441 273 3 306
小班求积和 359 317 373 285 270 352 340 395 442 270 3 303
小班求积和 5 - 3 - 1 - 3 - 2 0 - 4 2 0 - 3 - 9
% 1. 4 0. 9 0. 3 1. 0 0. 7 0 1. 2 0. 5 0 1. 1 0. 3
5倍。表 3最后一行为各小班面积之和与林班面积的误差,从这一行可见,最大误差为 0. 7/ 50,
完全达到了二类调查规程要求。
( 3)卫片区划林、小班直接量算面积。结果表明:有两个小流域面积误差未达到精度要求,
其它小流域误差比前一种方法也普遍较高, 分析其原因为: TM 影象的表面非常光滑,易使求
积仪打滑, 这就必然造成了面积误差。为此,在第 2小流域 TM 影象直接求积时,又采用了在
TM 影象上覆盖硫酸纸求积的方法,其求积结果见表 2、3。在表 2倒数第二列可见,其林班面
积和与小流域面积误差完全达到了规程的要求。
从表 3卫片一栏最后一行可见, 其最大误差为 1/ 50,最小误差为 0, 均满足了规程的要求。
从分析可见, 用 TM 影象直接求积时,在 T M 影象上覆盖一层光滑度适中的透明膜或透明纸,
其各级求积精度是完全可以保证的。
从( 2)、( 3)的求积方法,可得出结论,使用航天遥感影象进行森林二类调查面积的统计是
完全可行的, 并且此方法已经相当成熟,完全可替代航空照片。
4　测树因子的遥感估测
　　在森林二类调查中,小班因子的调查是一个必要的内容。用航天遥感方法估测小班因子,
还无人尝试过,为了充分将航天遥感资料应用于二类调查中, 此次在这方面进行了探讨。
研究的主要内容是以 TM 资料为基础, 用多元估测方法对树高、胸径和郁闭度三个主要
小班因子进行估测,并与地面测定结果比较。
方法为:用卫片上相应点的 4、7波段密度值和筛选出的 6个波段比值, 并选用坡向、树种
组、坡位三个定性因子, 和地面样地实测值分别建立树高和直径多元估测模型,随机估测了若
干小班,与实测进行对照。结果:测树因子落实到小班, 还不够理想,仅有 40%以上达到要求,
随着将来新一代卫星资料分辨率的提高,将会有较大应用潜力,还需进一步研究。
5　小　　结
　　以上实践表明, T M 影象比旧航片定量、定位、定性性能优越, 比地形图信息量丰富,其成
本比新摄航片低 14倍[ 2] ,虽然在小班测树因子估测方面还不理想,但实际上用航片估测小班
4535 期　　　　　　　　袁凯先等: 在森林二类调查中用 TM 影象代替航片的研究实例
测树因子也很困难。可以说航片在森林调查中所起的作用, T M 影象也基本都能达到, 而且成
图、求积比航片更方便、快捷,并可用于估测蓄积 [ 1] , 因此它可作为主要信息源用于森林二类调
查,在生产中推广、应用是切实可行的。
参　考　文　献
　　1　包盈智,袁凯先,赵宪文,等.森林二类调查中蓄积量估测遥感方法应用实例.林业科学研究, 1996, 9( 3) : 234～238.
2　包盈智,李全基,赵宪文,等.卫星数据用于森林资源二类调查的效益评估分析.林业资源管理, 1996, ( 4) :
Research on the Use of TM Image Instead of Aerial Photo
in Forest Management Inventory
Yuan K aix ian 　Bao Yingz hi 　Fan J inf u
　　Abstract　This paper int roduced the experimental method and results of using TM data
instead of aerial photo to do the forest division. Sketching on-the-spot , calulat ion of area and
est imat ion o f stand factors in subcompar tment . T he r esults show s that using 1: 50 000 TM
image instead o f aerial photo to do these items mentioned above can fully meet the need o f
the operat ion rules in forest management invento ry, ex cept the est imat ion of stand facto rs in
subcompartment . Bo th the laboratory w or k and tr aditional inventory w er e car ried out at the
same t ime, in tw o Fo rest ry Bureaus in Inner M ongo lia.
　　Key words　fo rest management , remo te sensing est imat ion, calculation of area
　　Yuan Kaixian, Engineer, Bao Yingzh i ( T he Research In st itute of Forest Resource Infor mat ion T echniques　Beijing
100091) ; Fan Jinfu( T he Forest ry Bu reau of Inner Mon gol ia) .
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