全 文 ：第 源愿 卷 第 怨 期
圆 园 员 圆 年 怨 月
林 业 科 学
杂悦陨耘晕栽陨粤 杂陨蕴灾粤耘 杂陨晕陨悦粤耘 灾燥造郾 源愿袁晕燥郾 怨杂藻责郾 袁圆 园 员 圆
收稿日期院 圆园员员 原 园苑 原 猿员曰 修回日期院 圆园员圆 原 园圆 原 圆猿遥
基金项目院野十二五冶农村领域国家科技计划课题渊圆园员员月粤阅猿苑月园员园源冤曰林业公益性行业科研专项经费渊圆园员园园源园园猿 原 远冤曰林业公益性行业科
研专项经费渊圆园园愿园源园园圆 原 猿冤曰黑龙江省科技计划渊郧粤园怨月圆园员 原 园远冤遥
鄢胡海清为通讯作者遥
基于岭回归和人工神经网络估测森林可燃物负荷量鄢
王摇 强员 摇 胡海清圆
渊员援 东北林业大学高等教育研究所摇 哈尔滨 员缘园园源园曰 圆援 东北林业大学林学院摇 哈尔滨 员缘园园源园冤
摘摇 要院摇 选取东北林业大学帽儿山实验林场为研究区域袁以少量野外定位调查数据及与其对应的遥感和 郧陨杂 信
息为基础袁利用岭回归和人工神经网络分析方法袁对森林可燃物负荷量估测模型及其影响因子进行系统研究遥 结
果表明院对于 栽酝猿尧栽酝渊源 伊 猿冤 辕 苑尧栽酝源 辕 猿尧海拔等 员园 个影响可燃物负荷量估测的主要因子袁利用岭回归方法可以克
服变量间由于存在复共线性关系对求解待定参数所造成的不利影响遥 建立以像元为单位的岭回归和岭回归与神
经网络组合估测模型袁模型平均绝对百分比误差分别为 员苑郾 远豫和 员员郾 苑豫 袁圆 种方法可用于实现特定林场尺度森林
可燃物负荷量的定量估测袁其中组合模型效果较好遥
关键词院摇 可燃物负荷量曰 遥感曰 岭回归分析曰 郧陨杂曰 人工神经网络
中图分类号院杂苑远圆郾 员摇 摇 摇 文献标识码院粤摇 摇 摇 文章编号院员园园员 原 苑源愿愿渊圆园员圆冤园怨 原 园员园愿 原 园苑
耘泽贼蚤皂葬贼蚤燥灶 燥枣 云燥则藻泽贼 云怎藻造 蕴燥葬凿 月葬泽藻凿 憎蚤贼澡 砸蚤凿早藻 砸藻早则藻泽泽蚤燥灶 葬灶凿 粤则贼蚤枣蚤糟蚤葬造 晕藻怎则葬造 晕藻贼憎燥则噪泽
宰葬灶早 匝蚤葬灶早员 摇 匀怎 匀葬蚤择蚤灶早圆
渊员郾 陨灶泽贼蚤贼怎贼藻 燥枣 匀蚤早澡藻则 耘凿怎糟葬贼蚤燥灶袁 晕燥则贼澡藻葬泽贼 云燥则藻泽贼则赠 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠摇 匀葬则遭蚤灶 员缘园园源园曰 圆援 悦燥造造藻早藻 燥枣 云燥则藻泽贼则赠袁 晕燥则贼澡藻葬泽贼 云燥则藻泽贼则赠 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠摇 匀葬则遭蚤灶 员缘园园源园冤
粤遭泽贼则葬糟贼院摇 月葬泽藻凿 燥灶 凿葬贼葬 燥枣 葬 枣蚤藻造凿 责燥泽蚤贼蚤燥灶蚤灶早 泽怎则增藻赠 葬灶凿 贼澡藻 糟燥则则藻泽责燥灶凿蚤灶早 则藻皂燥贼藻 泽藻灶泽蚤灶早 葬灶凿 郧陨杂袁 贼澡藻 枣燥则藻泽贼 枣怎藻造 造燥葬凿
葬灶凿 贼澡藻 蚤灶枣造怎藻灶糟藻 枣葬糟贼燥则泽 憎藻则藻 则藻泽藻葬则糟澡藻凿 遭赠 怎泽蚤灶早 则蚤凿早藻 贼则葬糟藻 葬灶葬造赠泽蚤泽 葬灶凿 葬则贼蚤枣蚤糟蚤葬造 灶藻怎则葬造 灶藻贼憎燥则噪泽 蚤灶 酝葬燥藻则泽澡葬灶
藻曾责藻则蚤皂藻灶贼葬造 枣燥则藻泽贼 泽贼葬贼蚤燥灶 燥枣 晕燥则贼澡藻葬泽贼 云燥则藻泽贼则赠 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠援 砸蚤凿早藻 则藻早则藻泽泽蚤燥灶 皂藻贼澡燥凿 糟葬灶 燥增藻则糟燥皂藻 贼澡藻 灶藻早葬贼蚤增藻 蚤皂责葬糟贼
蚤皂责燥泽藻凿 贼澡藻 怎灶凿藻贼藻则皂蚤灶藻凿 责葬则葬皂藻贼藻则泽 贼澡藻则藻 藻曾蚤泽贼 蚤灶 贼澡藻 皂怎造贼蚤糟燥造造蚤灶藻葬则蚤贼赠 则藻造葬贼蚤燥灶泽澡蚤责 泽燥造怎贼蚤燥灶 遭藻贼憎藻藻灶 增葬则蚤葬遭造藻泽 憎澡蚤糟澡
蚤灶糟造怎凿藻 贼藻灶 皂葬蚤灶 蚤灶枣造怎藻灶糟藻 枣葬糟贼燥则泽袁 蚤援 藻援 袁 栽酝猿袁 栽酝渊源 伊 猿冤 辕 苑袁 栽酝源 辕 猿 葬灶凿 葬造贼蚤贼怎凿藻援 粤 皂燥凿藻造 憎葬泽 藻泽贼葬遭造蚤泽澡藻凿 枣燥则
藻泽贼蚤皂葬贼蚤灶早 枣燥则藻泽贼 枣怎藻造 造燥葬凿 憎蚤贼澡 贼澡藻 怎灶蚤贼 燥枣 责蚤曾藻造袁 葬灶凿 砸蚤凿早藻 砸藻早则藻泽泽蚤燥灶 葬灶凿 粤则贼蚤枣蚤糟蚤葬造 晕藻怎则葬造 晕藻贼憎燥则噪泽 酝粤孕耘援 栽澡藻
凿藻增蚤葬贼蚤燥灶 燥枣 藻泽贼蚤皂葬贼蚤燥灶 遭赠 贼澡藻 贼憎燥 皂燥凿藻造泽 憎葬泽 员苑郾 远豫 葬灶凿 员员郾 苑豫 援 栽澡藻 则藻泽怎造贼 蚤灶凿蚤糟葬贼藻凿 贼澡葬贼 贼澡藻 择怎葬灶贼蚤贼葬贼蚤增藻 藻泽贼蚤皂葬贼蚤燥灶 燥枣
枣燥则藻泽贼 枣怎藻造 造燥葬凿 枣燥则 则藻早蚤燥灶葬造 枣燥则藻泽贼泽 糟燥怎造凿 遭藻 葬糟澡蚤藻增藻凿援
运藻赠 憎燥则凿泽院摇 枣怎藻造 造燥葬凿曰 则藻皂燥贼藻 泽藻灶泽蚤灶早曰 郧陨杂曰 则蚤凿早藻 贼则葬糟藻 葬灶葬造赠泽蚤泽曰 葬则贼蚤枣蚤糟蚤葬造 灶藻怎则葬造 灶藻贼憎燥则噪
摇 摇 森林可燃物是森林燃烧的物质基础袁是林火行
为的主体遥 开展森林可燃物负荷量研究袁是现代林
火管理中最重要的基础工作袁其研究结果可广泛应
用于地表可燃物管理尧森林火险预报尧林火发生预报
和林火行为预报等研究遥 近年来袁学者们对可燃物
负荷量估测开展了广泛的研究袁如建立基于林分年
龄尧郁闭度尧平均树高尧胸径等林分特征因子的可燃
物负荷量估测模型 渊邸雪颖等袁员怨怨源曰刘晓东等袁
员怨怨缘曰杂澡葬灶 藻贼 葬造援袁 圆园园圆曰 胡海清等袁圆园园缘曰胡海清袁
圆园园缘冤袁这些模型大都取得了较好的拟合效果袁证明
利用林分特征因子估测可燃物负荷量是可行的遥 随
着遥感和地理信息技术的不断发展袁学者们开始尝
试基于遥感数据对可燃物负荷量进行估测袁先后走
过了从直接分配法到间接分配法渊灾葬灶 宰葬早贼藻灶凿燥灶噪袁
员怨怨怨曰 酝蚤造造藻则 藻贼 葬造援袁 圆园园猿 冤尧 从单纯植被特征法
渊韵泽憎葬则凿 藻贼 葬造援袁员怨怨怨冤到综合因子约束法渊杂糟燥贼贼 藻贼 葬造援袁
圆园园圆冤尧从简单关系法到林分模型法渊运藻葬灶藻 藻贼 葬造援袁
员怨怨愿葬曰 员怨怨愿遭曰 圆园园园曰 圆园园员曰月则葬灶凿蚤泽 藻贼 葬造援袁圆园园猿冤的发
展历程袁取得了一系列的成果遥 但目前这些方法也
存在着明显的不足袁最突出的是整体准确率不高袁林
下可燃物区分能力差渊金森袁 圆园园远冤遥 虽然利用遥感
图像估测可燃物负荷量是当前经济技术条件下较先
进的方法袁但遥感自身的特点决定单一遥感数据不
能完全反映森林可燃物复杂的空间差异袁不能精确
地预测所有条件下的可燃物负荷量遥
虽然目前利用遥感估测可燃物负荷量存在一定
摇 第 怨 期 王摇 强等院 基于岭回归和人工神经网络估测森林可燃物负荷量
不足袁但在特定地区尧特定条件下袁利用遥感数据估
测地表可燃物负荷量还是可行的遥 已有学者对利用
林分年龄尧郁闭度尧平均胸径等林分因子建立地表可
燃物负荷量模型进行了大量研究袁同时对利用遥感
数据估测蓄积量尧郁闭度等林分因子的研究渊赵宪
文袁圆园园员冤也已经开展多年袁能否将这 圆 种方法结合袁
针对林场尺度内可燃物类型变化不大的特点袁以少
量外业调查数据及与其对应的遥感和 郧陨杂信息为基
础袁利用岭回归及人工神经网络分析方法建立地表
可燃物负荷量估测模型袁并通过选用合适的模型减
少因使用模型而产生的误差袁将是本文的主要研究
内容遥
员摇 研究区与数据
员郾 员摇 研究区概况
研究区设立在东北林业大学帽儿山实验林场袁林
场位于 员圆苑毅猿园忆要员圆苑毅猿源忆耘和 源缘毅圆园忆要源缘毅圆缘忆晕之间袁
林场总面积圆远 缘园苑 澡皂圆袁平均海拔 猿园园 皂袁坡度 员园 耀
员缘毅遥 属温带季风气候袁年平均降雨量 苑圆源 皂皂袁年蒸
发量员 园怨源 皂皂袁年平均湿度为 苑园豫袁年日照时数为
圆 源苑员郾 猿 澡袁无霜期为 员圆园 耀员源园天遥
本区植被属典型长白植物区系袁主要乔木树种
为白 桦 渊月藻贼怎造葬 责造葬贼赠责澡赠造造葬冤尧 蒙 古 栎 渊匝怎藻则糟怎泽
皂燥灶早燥造蚤糟葬冤尧山杨渊孕燥责怎造怎泽 凿葬增蚤凿蚤葬灶葬冤尧紫椴渊栽蚤造蚤葬
葬皂怎则藻灶泽藻冤尧水曲柳渊云则葬曾蚤灶怎泽 皂葬灶凿泽澡怎则蚤糟葬冤尧胡桃楸
渊允怎早造葬灶泽 皂葬灶凿泽澡怎则蚤糟葬冤尧 长 白 落 叶 松 渊蕴葬则蚤曾
燥造早藻灶泽蚤泽冤 和红松渊孕蚤灶怎泽 噪燥则葬蚤藻灶泽蚤泽冤 等遥灌木树种为
茶藨子 渊砸蚤遭藻泽 葬糟怎皂蚤灶葬贼怎皂冤尧 金银忍冬 渊蕴燥灶蚤糟藻则葬
皂葬葬糟噪蚤蚤冤尧山丁子 渊酝葬造怎泽 遭葬糟糟葬贼葬冤 和东北山梅花
渊孕澡蚤造葬凿藻造责澡怎泽 泽糟澡则藻灶噪蚤蚤冤 等遥本区土壤主要为暗棕
壤袁在常年积水或有季节性积水的地方有草甸化尧白
浆化尧潜育化的暗棕壤遥
员郾 圆摇 数据获取与数据处理
员郾 圆郾 员摇 外业调查及室内试验摇 在研究区内选择代
表性林型利用机械布点法设置 圆园 皂 伊 圆园 皂 试验样
地袁共计 苑愿 块遥 采用常规调查方法进行坡度尧坡向尧
郁闭度尧胸径尧树高尧年龄等林分尧立地因子的测定曰
收集研究区内的帽儿山林场 员苑怨 块森林清查样地的
数据遥
在每块样地内随机设置 缘 块 圆 皂 伊 圆 皂 样方遥
测量每个样方内地表可燃物质量袁同时全部收集取
样带回实验室测定含水率遥 把取回样品放入烘箱
内袁在员园缘 益下连续烘干圆源 澡至绝干质量袁通过计算
得出不同样方地表可燃物的含水率袁再根据样方内
可燃物含水率及可燃物重量计算样方内可燃物负荷
量袁计算出每块样地可燃物的负荷量渊贼窑澡皂 原圆冤遥
员郾 圆郾 圆 摇 数据预处理与获取 摇 遥感数据选用
蕴葬灶凿泽葬贼鄄苑 耘栽酝 垣数据袁利用帽儿山矢量数据对数据
进行剪裁袁并通过双线性内插法对 栽酝 图像进行精
几何校正袁得到经线方向误差园郾 圆远缘 园像素袁纬线方
向误差园郾 圆怨怨 圆像素袁总误差园郾 猿怨怨 苑像素的帽儿山
地区 栽酝图像袁见图 员遥
利用设置样地坐标袁提取校正后图像数据文件
中与坐标对应的灰度值遥 设校正后遥感图像起始像
元的地理坐标为 渊曾园袁赠园冤袁 样地信息的地理坐标为渊曾员袁赠员冤袁满足 粤月杂 渊曾员 原 曾园冤 臆员缘 和 粤月杂 渊赠员 原 赠园冤臆 员缘袁通过编程读取各固定样地对应像元的灰度
值遥 同时读取 渊曾园 原 猿园袁赠园冤袁渊曾园 垣 猿园袁赠园冤袁渊曾园袁赠园 垣猿园冤袁渊曾园袁赠园 原 猿园冤 源 个位置灰度值袁求与 渊曾园袁赠园冤 的
灰度值平均值遥
图 员摇 帽儿山林场 栽酝图像
云蚤早援 员摇 栽酝 凿葬贼葬 燥枣 酝葬燥藻则泽澡葬灶
利用已获得的帽儿山实验林场 阅耘酝数据袁结合
野外调查设立的样地坐标袁获得样地对应像元的坡
度尧坡向尧海拔等 郧陨杂信息遥
圆摇 研究方法
为了提高估测模型的精度袁且去除最小二乘估
计法不能克服的复共线性关系袁本文选用岭回归和
人工神经网络方法建立可燃物负荷量估测模型袁主
要做法是分别建立岭回归模型和岭回归与人工神经
网络组合模型估测地表可燃物负荷量袁将 圆 种模型
估测结果精度进行对比袁寻求建立一种有效且精度
较高的地表可燃物负荷量估测模型遥
圆郾 员摇 模型变量的设置
综合学者们相关研究渊赵宪文等袁圆园园员曰王强袁
圆园园缘冤袁选取遥感和 郧陨杂 信息设置为自变量袁共 圆园
个遥 其中地理地形数据 远 项袁分别为纵坐标渊 赠 冤尧
怨园员
林 业 科 学 源愿 卷摇
横坐 标 渊 曾 冤尧 坡 度 渊 泽凿袁 泽造燥责藻 凿藻早则藻藻 冤尧 坡 向
渊 葬泽责藻糟贼 冤尧 海 拔 渊 葬造贼蚤贼怎凿藻 冤尧 郁 闭 度 渊 糟凿袁 糟葬灶燥责赠
凿藻灶泽蚤贼赠冤曰栽酝数据各波段灰度值 远 项袁分别为 栽酝员袁
栽酝圆袁栽酝猿袁栽酝源袁栽酝缘袁栽酝苑曰波段灰度值比值 愿 项袁
分别为 栽酝源 辕 猿袁栽酝苑 辕 猿袁栽酝猿 辕 撞袁栽酝渊源 伊 猿冤 辕 苑袁栽酝渊源
伊缘冤 辕 苑袁栽酝渊源 原 猿冤 辕 渊源 垣 猿冤袁栽酝渊源 垣 缘 原 圆冤 辕 渊源 垣 缘
垣 圆冤和 栽酝渊缘 垣 苑 原 圆冤 辕 渊缘 垣 苑 垣 圆冤遥 因变量为样地
地表可燃物负荷量的实测值遥
圆郾 圆摇 岭回归模型的建立
根据已确定的对森林可燃物负荷量估测起主要
作用的变量及样地对应的主要因子的值袁组成观测
阵 载 袁为便于进行区域性估测袁在建立实际估测方
程时袁参选因子未进行中心标准化袁建立可燃物负荷
量与影响因子间岭回归估测模型为院
再 越 载酌渊噪冤 垣 藻遥 渊员冤
式中袁 再是样地的实测可燃物负荷量组成的观测向
量曰 载为影响因子观测阵袁 酌渊噪冤 为岭回归系数袁 藻为
样地可燃物负荷量观测误差遥
根据岭回归原理可确定主要影响因子的岭回归
值求解方程为院
酌夷渊噪冤 越 渊载栽载 垣 噪陨冤 原员载栽再 遥 渊圆冤
式中袁岭参数 噪 的作用是为了改善方阵 载栽载 的特征
根接近于 园 的程度袁使所求参数尽可能达到最优遥
将该式中 酌 的各分量作为 噪 的函数袁当 噪 在咱园袁 垣
肄 暂变化时袁在平面直角坐标系所绘出的图形称为
岭迹遥 岭迹图可直观反映各自变量对可燃物负荷量
估测的作用尧相互关系袁借助岭迹图确定岭参数 噪 袁并
根据自变量筛选原则渊赵宪文袁圆园园员曰王强袁圆园园缘冤袁来
选择影响可燃物负荷量估测的主要遥感和 郧陨杂信息遥
根据所绘岭迹图求解渊圆冤式袁可得估测因子的系数袁进
而得到可燃物负荷量岭回归估测模型遥
本文确定的岭迹分析筛选自变量原则为院去掉
岭回归系数比较稳定且绝对值比较小的自变量曰去
掉岭回归系数不稳定但随岭参数 噪的增加迅速趋于
园 的自变量曰根据方阵 载栽载 的特征根袁借助接近于 园
的特征根袁去掉一个或多个具有不稳定岭回归系数
的自变量遥
圆郾 猿摇 人工神经网络模型的建立
本研究选用 酝燥造造藻则发现的 杂悦郧算法构建人工神
经网络模型袁这样可以避免耗时的现行搜索袁实现在
共轭梯度方向上的搜索比急度梯度下降更快的收敛遥
调用 酝粤栽蕴粤月远郾 缘提供的神经网络工具箱的 贼则葬蚤灶泽糟早
函数进行设计袁构建的人工神经网络模型结构包含输
入层尧输出层和隐含层遥 各层输出值计算如下院
输入层输出值院 葬员 越 枣员渊 陨宰员袁员责 垣 遭员冤曰
隐层输出值院 葬圆 越 枣圆渊 陨宰圆袁圆葬员 垣 遭圆冤袁 葬猿 越
枣猿渊 陨宰猿袁圆葬圆 垣 遭猿冤曰
输出层输出值院葬猿 越 枣猿喳蕴宰猿袁圆 枣圆咱蕴宰圆袁员 枣员渊 陨宰员袁员 责垣 遭员冤 垣 遭圆暂 垣 遭猿札 越 赠遥
由于现有研究还无法从理论上对中间神经元的
数目尧学习率等参数确定袁故采用经过多次拟合的方
法得到相对较好的参数遥 为防止训练中出现过度拟
合现象袁研究中设置 酝泽藻则藻早 作为执行函数袁保证模
型具有较小的权重和偏移避免过度拟合曰同时为了
防止总误差未达到预定目标袁但继续训练就会产生
过度拟合的情况袁设置 皂蚤灶赃早则葬凿参数为 缘耘 原园园苑袁保
证自动完成训练的情况下实现提前模型结束遥
酝泽藻则藻早函数为院
酝泽藻则藻早 越 酌酝泽藻 垣 渊员 原 酌冤酝泽憎遥 渊猿冤
式中袁 酝泽藻 越 员晕移晕蚤 越 员 渊 贼蚤 原 葬蚤冤圆袁 酝泽憎 越 员灶移
灶
躁 越 员
憎圆躁 袁 酌
为执行速率遥
在构建人工神经网络模型过程中输入变量的设
置为 圆 种院设置全部 圆园 个自变量和岭回归筛选出的
变量遥 通过大量拟合选择模型拟合效果较好的变量
设置方式遥
圆郾 源摇 模型精度评价
对于模型精度的评价运用误差平均值渊粤耘冤尧平
均绝对百分比误差渊酝粤孕耘冤方法袁其公式为院
粤耘 越 移灶蚤 越 员 渊赠蚤夷 原 赠蚤冤 辕 灶袁 渊源冤
酝粤孕耘 越 员灶移灶蚤 越 员 赠蚤 原 赠
夷
蚤赠蚤 伊 员园园豫 遥 渊缘冤
圆郾 缘摇 帽儿山林场地表可燃物负荷量估算
选取获得的最优估测方法对帽儿山林场设置的
样地建立可燃物负荷量估测模型袁获取样地代表的
像元可燃物负荷量估测值袁利用克里金插值法得到
最优无偏估计量袁并绘制帽儿山地区可燃物负荷量
分布图遥
猿摇 结果与分析
猿郾 员摇 岭回归模型估测结果
在试验样地中抽出 员园园 个样地进行建模袁并将
每一样地可容纳物负荷量对应的 圆园 个变量组成观
测阵 载 袁经中心标准化后袁由观测阵 载 计算方阵
载栽载袁由方阵 载栽载计算 圆园 个因子的特征根及各特征
根对应的特征向量袁从中分析可能存在的复共线性袁
其中各参选因子的特征根如表 员 所示遥 由表 员 可
见院有多个特征根接近于 园袁说明在 圆园 个影响因子
园员员
摇 第 怨 期 王摇 强等院 基于岭回归和人工神经网络估测森林可燃物负荷量
摇 摇 表 员摇 方阵的特征根
栽葬遭援 员摇 蕴葬贼藻灶贼 则燥燥贼泽 皂葬贼则蚤曾 载栽载
编号杂藻则蚤葬造 灶怎皂遭藻则 特征根耘蚤早藻灶 则燥燥贼泽 增葬造怎藻 编号杂藻则蚤葬造 灶怎皂遭藻则 特征根耘蚤早藻灶 则燥燥贼泽 增葬造怎藻 编号杂藻则蚤葬造 灶怎皂遭藻则 特征根耘蚤早藻灶 则燥燥贼泽 增葬造怎藻
姿 栽酝猿 辕 撞 园郾 园园园 怨缘 姿 栽酝源 辕 猿 园郾 猿远远 源苑 姿 栽酝源 圆怨郾 苑员苑 苑苑姿 栽酝渊缘 垣 苑 原 圆冤 辕 渊缘 垣 苑 垣 圆冤 园郾 园园苑 园员 姿 糟凿 员郾 苑源缘 苑远 姿 栽酝猿 源园郾 猿源怨 园愿姿 栽酝渊源 伊 缘冤 辕 苑 园郾 园员猿 远 姿 葬造贼蚤贼怎凿藻 圆郾 愿远远 苑员 姿 栽酝圆 源苑郾 猿远员 远源姿 栽酝渊源 垣 缘 原 圆冤 辕 渊源 垣 缘 垣 圆冤 园郾 园员苑 源猿 姿 葬泽责藻藻贼 远郾 远员苑 苑愿 姿 栽酝员 员园怨郾 猿员远 愿姿 栽酝渊源 原 猿冤 辕 渊源 垣 猿冤 园郾 园缘圆 员缘 姿 泽凿 员园郾 员苑愿 源 姿 曾 员怨猿郾 远猿远 苑姿 栽酝苑 辕 猿 园郾 员缘缘 猿猿 姿 栽酝苑 员源郾 缘园远 愿怨 姿 赠 猿员缘郾 愿源愿 猿姿 栽酝渊源 伊 猿冤 辕 苑 园郾 圆圆猿 苑远 姿 栽酝缘 圆缘郾 园员苑 圆圆
间存在多个复共线性关系袁需要删除这些因子袁才能
消除共线性关系关系遥 为了确定删除的自变量袁利
用 阅孕杂统计软件进行岭迹分析遥
摇 摇 由所绘岭迹图渊图 圆冤可以看出院在岭参数 噪 越
园郾 园源缘时袁参选因子的岭迹图基本稳定遥 根据变量选
择的第一条原则袁变量 栽酝员尧栽酝渊源 伊 缘冤 辕 苑 等有较稳
定且绝对值比较小的岭回归系数袁这些变量应该去
掉曰根据第二条原则袁变量 栽酝渊源 垣缘 原 圆冤 辕 渊源 垣 缘 垣 圆冤
等岭回归系数很不稳定袁且随着 噪 的增加很快趋于
零袁这些变量也应该去掉曰同样变量纵坐标尧横坐标的
岭回归系数较稳定且绝对值很小袁应去掉遥 于是最后
选择海拔尧坡向尧栽酝猿尧栽酝源尧栽酝缘尧栽酝苑尧栽酝源 辕 猿尧栽酝苑 辕
猿尧栽酝渊源 原猿冤 辕 渊源 垣猿冤和 栽酝渊源 伊猿冤 辕 苑 等 员园 个变量为
影响森林可燃物负荷量估测的主要因子遥
图 圆摇 参选因子岭迹
云蚤早援 圆摇 砸蚤凿早藻 皂葬责 燥枣 砸杂 葬灶凿 郧陨杂 枣葬糟贼燥则泽
摇 摇 对筛选出的 员园 个自变量袁利用 阅孕杂 软件做估测
样本总体观测阵主成分分析袁得到的前 源个主成分在
员园个变量上的系数见表 圆遥 由协差阵的特征根计算
表明院前 源个主分量的贡献率累计达到 怨园豫以上遥 这
说明选用变量可以很好的表现森林可燃物负荷量的
变化袁同时也说明岭迹分析选出的自变量比较准确遥
依据岭回归原理利用公式 员袁圆 进行计算袁确定
影响因子的岭回归值求解方程袁可得 员园 个估测因子
的待定系数袁进而得到可燃物负荷量岭估测模型为院
摇 再 越 圆郾 苑园猿 猿 垣 园郾 园员怨 愿栽酝猿 原 园郾 源缘缘 愿栽酝源 垣
园郾 苑苑远 愿栽酝缘 原 园郾 怨猿怨 怨栽酝苑 垣 园郾 园员猿 怨栽酝源 辕 猿 垣
园郾 园园缘栽酝苑 辕 猿 垣 员员郾 圆远源栽酝渊源 伊 猿冤 辕 苑 垣
远郾 猿苑圆 愿栽酝渊源 原 猿冤 辕 渊源 垣 猿冤 原 园郾 园圆员粤泽责藻糟贼 垣
猿郾 缘苑苑 源粤造贼蚤贼怎凿藻遥 渊远冤
表 圆摇 主成分分析结果
栽葬遭援 圆摇 粤灶葬造赠泽蚤泽 燥枣 糟燥皂责燥灶藻灶贼泽
变量灾葬则蚤葬贼蚤燥灶
主成分 员孕则蚤灶糟蚤责葬造糟燥皂责燥灶藻灶贼 员
主成分 圆孕则蚤灶糟蚤责葬造糟燥皂责燥灶藻灶贼 圆
主成分 猿孕则蚤灶糟蚤责葬造糟燥皂责燥灶藻灶贼 猿
主成分 源孕则蚤灶糟蚤责葬造糟燥皂责燥灶藻灶贼 源
坡向粤泽责藻糟贼 原 园郾 苑员怨 园郾 远猿远 原 园郾 员猿圆 园郾 员圆源
海拔粤造贼蚤贼怎凿藻 园郾 苑缘源 园郾 猿猿园 园郾 园怨园 原 园郾 员缘员
栽酝猿 园郾 愿猿圆 园郾 猿源怨 原 园郾 园缘员 园郾 园猿远
栽酝源 原 园郾 源远苑 园郾 愿苑圆 原 园郾 员员愿 园郾 园苑圆
栽酝缘 园郾 缘怨远 园郾 苑愿愿 原 园郾 园员员 原 园郾 园猿园
栽酝苑 园郾 怨员怨 园郾 猿苑怨 园郾 园园园 原 园郾 园缘园
栽酝源 辕 猿 园郾 圆员苑 原 园郾 员愿猿 原 园郾 远苑圆 园郾 员缘苑
栽酝苑 辕 猿 园郾 员圆愿 园郾 园源猿 园郾 缘猿愿 园郾 苑怨愿
栽酝渊源 伊猿冤 辕 苑 原 园郾 猿园源 园郾 员缘远 园郾 缘苑远 原 园郾 源愿怨栽酝渊源 原 猿冤 辕渊源 垣 猿冤 原 园郾 愿员圆 园郾 缘园源 原 园郾 员园猿 园郾 园员愿
员员员
林 业 科 学 源愿 卷摇
式渊远冤中袁 再 为可燃物负荷量渊 贼窑澡皂 原圆冤遥 用未参加
建模的 苑愿 个样地数据对岭估测模型进行检验袁依据
公式渊源冤袁渊缘冤检验模型精度袁可燃物负荷量估测值
的误差平均值为园郾 园圆源 源袁平均绝对百分比误差为
员苑郾 远豫 袁可燃物负荷量预测值与实测值散点图见
图 猿遥
图 猿摇 可燃物负荷量岭回归模型预测值
与实测值
云蚤早援 猿摇 杂糟葬贼贼藻则 凿蚤葬早则葬皂 燥枣 藻泽贼蚤皂葬贼藻凿 枣怎藻造 造燥葬凿 葬灶凿 燥遭泽藻则增藻凿
枣怎藻造 造燥葬凿 遭赠 砸蚤凿早藻 藻泽贼蚤皂葬贼蚤燥灶
猿郾 圆摇 人工神经网络模型估测结果
分别以设置的 圆园 个自变量和岭回归选取的 员园
摇 摇
个自变量作为输入层建立人工神经网络估测模型袁
经过反复试验多次训练得到以下结论院
为满足精度要求袁利用 贼则葬蚤灶泽糟早函数训练网络必
须使用 猿 层网络袁其中前两层网络的神经元转换函
数使用野贼葬灶泽蚤早冶时效果较好袁而第 猿 层网络神经元转
换函数则应使用野责怎则藻造蚤灶冶遥 而且当网络模型前两层
神经元个数分别在 缘园 左右时袁就可以有效地预报可
燃物负荷量袁人工神经网络模型结构见图 源遥 试验
中由于网络初始化确定权值和阈值具有一定的随机
性袁会出现同一网络相同输入样本进行任意多次训
练袁每次训练结束后的网络权值和阈值可能会有一
定的偏差的情况袁而且用其预报相同样地的可燃物
负荷量袁预测结果也会有一定的偏差袁这种偏差不大
可忽略遥
经过多次网络拟合试验后发现院选取依据岭回
归筛选出影响可燃物负荷量估测的 员园 个因子作为
训练网络的输入变量时袁网络的收敛速度尧稳定性及
预报精度都较 圆园 个因子全部作为网络的输入变量
效果要好袁所以选定可燃物负荷量的人工神经网络
估测模型的输入变量为海拔尧坡向尧栽酝猿尧栽酝源尧栽酝缘尧
栽酝苑尧栽酝苑 辕 猿尧栽酝源 辕 猿尧栽酝渊源 原 猿冤 辕 渊源 垣 猿冤和 栽酝渊源 伊
猿冤 辕 苑 等 员园 个因子遥
图 源摇 神经网络模型
云蚤早援 源摇 酝燥凿藻造 燥枣 晕藻怎则葬造 晕藻贼憎燥则噪泽
摇 摇 用未参加建模的 苑愿 个样地信息通过公式渊源冤袁
渊缘冤检验训练好的人工神经网络精度袁杂悦郧 人工神
经网络模型估测可燃物负荷量的误差平均值为
园郾 园圆园 愿袁平均绝对百分比误差为 员员郾 苑豫 袁可燃物负
荷量预测值与实测值见图 缘遥
猿郾 猿摇 模型估测结果分析
通过岭迹分析袁可以定量尧直观显示影响可燃物
负荷量估测的遥感尧郧陨杂 等因子的贡献大小及彼此
间的相互关系遥 试验表明利用遥感和 郧陨杂信息估测
可燃物负荷量袁都起到非常重要的作用遥 但要减少
可燃物负荷量估测模型的误差袁必须通过遥感和
郧陨杂信息二者有效结合遥
利用上述遥感尧郧陨杂 数据构建可燃物负荷量估
测模型袁输出变量为可燃物负荷量袁输入变量为海
拔尧坡向尧栽酝猿尧栽酝源尧栽酝缘尧栽酝苑尧栽酝苑 辕 猿尧栽酝渊源 原 猿冤 辕
渊源 垣 猿冤尧栽酝渊源 伊猿冤 辕 苑 和 栽酝源 辕 猿遥 在对 苑愿 个样地估
图 缘摇 可燃物负荷量神经网络模型预测值
与实测值
云蚤早援 缘摇 杂糟葬贼贼藻则 凿蚤葬早则葬皂 燥枣 藻泽贼蚤皂葬贼藻凿 枣怎藻造 造燥葬凿 葬灶凿
燥遭泽藻则增藻凿 枣怎藻造 造燥葬凿 遭赠 晕藻怎则葬造 晕藻贼憎燥则噪泽
测对比中袁岭回归 原 杂悦郧 人工神经网络组合模型估
测的平均绝对百分比误差为 员员郾 苑豫 袁岭回归模型的
平均绝对百分比误差为 员苑郾 远豫 遥
由于本文样地数据均来自帽儿山林场袁林场区
圆员员
摇 第 怨 期 王摇 强等院 基于岭回归和人工神经网络估测森林可燃物负荷量
域内植被类型变化不大袁所以在岭回归变量确定中袁
纵尧横坐标均被剔除遥 假若试验区域范围较大袁植被
类型多样袁作为植被类型直接体现的坐标数据可能
会在模型中起较大作用遥 另外 栽酝源 辕 猿 作为自变量
出现袁也证明其作为绿色植物的灵敏指示参数袁与
蕴粤陨尧叶干生物量尧叶绿素含量相关性高曰栽酝渊源 原
猿冤 辕 渊源 垣 猿冤在估测模型中起到重要作用袁能反映出
植物冠层的背景影响与植被覆盖有关的特点一致遥
利用岭回归模型和岭回归 原 杂悦郧 人工神经网
络组合模型估测可燃物负荷量袁基本能满足林场可
燃物管理尧森林防火工作的需要遥 其中岭回归 原
杂悦郧人工神经网络组合模型袁既能够解决最小二乘
估计方法可能存在的复共线性袁剔除所设置的 圆园 个
变量中作用较小的变量袁相比岭回归模型又能取得
较高的精度遥
本研究的误差主要来自样地误差和时间误差袁
由于所设样地面积小于 栽酝 图像像素袁而卫星照片
校正的误差为园郾 猿怨怨 苑个像素袁可能会发生样地位置
偏移遥 本文采用了提取样地所在像素及周围的四个
像素取平均值的补救方法袁这样会使样地数据距离
实际值的波动减小袁但也会带来相应的误差曰时间误
差体现在使用的 栽酝 图像与样地数据的时间相隔 圆
年袁其间在样地所在林地可能实施森林经营措施如
间伐尧抚育等人为活动会造成样地数据与遥感信息
不匹配袁这也可能对模型的误差产生相当的影响遥
图 远摇 帽儿山地区森林可燃物负荷量估算
云蚤早援 远摇 阅蚤葬早则葬皂 燥枣 藻泽贼蚤皂葬贼藻凿 酝葬燥藻则泽澡葬灶 枣怎藻造
造燥葬凿 遭赠 晕藻怎则葬造 晕藻贼憎燥则噪泽
猿郾 源摇 帽儿山地区森林可燃物估算
利用所建立的岭回归 原 杂悦郧 人工神经网络组
合模型对帽儿山林场设立的 圆缘苑 个样地进行森林可
燃物负荷量估测袁并对负荷量估测数值进行克里金
插值袁做出帽儿山林场的可燃物负荷量分布图渊图
远冤袁完成对帽儿山林场森林地表可燃物负荷量的初
步估算遥
源摇 讨论
本文设置样地不多袁导致构建模型时显得样本
数不够多袁如建立大样本估测模型能较准确地估算
出可燃物负荷量袁今后还将继续累积这方面数据遥
另外在研究地表可燃物的同时袁还应大力开展研究
时滞可燃物与林分因子等变量之间的关系袁在模型
因子引入上应该考虑细分因子的影响袁对各因子之
间的交互作用也应进行研究遥 由于林分郁闭度大于
园郾 愿 时袁林下植被的有效辐射将有大部被林冠散射
和反射袁所以今后应研究不同郁闭度下可燃物负荷
量的估测模型袁对郁闭度与可燃物负荷量的关系也
应进行细致研究遥
参 考 文 献
胡海清援 圆园园缘援 利用林分特征因子预测森林地被可燃物载量的研
究援林业科学袁 源员渊缘冤院 怨远 原 员园园援
胡海清袁 王摇 强援 圆园园缘援利用林分因子估测森林地表可燃物负荷量援
东北林业大学学报袁 猿猿渊远冤院 员苑 原 员愿援
刘晓东袁 王摇 军袁 张东升袁 等援 员怨怨缘援大兴安岭地区兴安落叶松林可
燃物模型的研究援森林防火袁 渊猿冤院 愿 原 怨援
金摇 森援 圆园园远援 遥感估测森林可燃物载量的研究进展 郾 林业科学袁
源圆渊员圆冤院 远猿 原 远苑援
赵宪文援 圆园园员援森林火灾预报的新视角 郾 中国工程科学袁 员圆渊缘冤院 远远
原 苑员援
王摇 强袁 金摇 森 郾 圆园园愿援利用 砸杂 和林分因子估测帽儿山林场森林可
燃物负荷量 郾 东北林业大学学报袁 渊怨冤院猿缘 原 猿怨援
月则葬灶凿蚤泽 运袁 允葬糟燥遭泽燥灶 悦郾 圆园园猿郾 耘泽贼蚤皂葬贼蚤燥灶 燥枣 增藻早藻贼葬贼蚤增藻 枣怎藻造 造燥葬凿 怎泽蚤灶早
造葬灶凿泽葬贼 栽酝 蚤皂葬早藻则赠 蚤灶 灶藻憎 杂燥怎贼澡鄄宰葬造藻泽袁 粤怎泽贼则葬造蚤葬郾 陨灶贼藻则灶葬贼蚤燥灶葬造
允燥怎则灶葬造 燥枣 宰蚤造凿造葬灶凿 云蚤则藻袁 员圆渊圆冤院 员愿缘 原 员怨源援
运藻葬灶藻 砸 耘袁 月则怎早葬灶 砸袁 灾葬灶 宰葬早贼藻灶凿燥灶噪 允郾 圆园园员郾 酝葬责责蚤灶早 憎蚤造凿造葬灶凿
枣怎藻造泽 枣燥则 枣蚤则藻 皂葬灶葬早藻皂藻灶贼 葬糟则燥泽泽 皂怎造贼蚤责造藻 泽糟葬造藻泽院 蚤灶贼藻早则葬贼蚤灶早 则藻皂燥贼藻
泽藻灶泽蚤灶早袁 郧陨杂袁 葬灶凿 遭蚤燥责澡赠泽蚤糟葬造 皂燥凿藻造蚤灶早郾 陨灶贼藻则灶葬贼蚤燥灶葬造 允燥怎则灶葬造 燥枣
宰蚤造凿造葬灶凿 云蚤则藻袁 员园院 猿园员 原 猿员怨援
运藻葬灶藻 砸 耘袁 酝蚤灶糟藻皂燥赠藻则 杂 粤袁 杂糟澡皂蚤凿贼 运 酝袁 藻贼 葬造 郾 圆园园园郾 酝葬责责蚤灶早
增藻早藻贼葬贼蚤燥灶 葬灶凿 枣怎造藻泽 枣燥则 枣蚤则藻 皂葬灶葬早藻皂藻灶贼 燥灶 贼澡藻 郧蚤造葬 晕葬贼蚤燥灶葬造 云燥则藻泽贼
悦燥皂责造藻曾袁 晕藻憎酝藻曾蚤糟燥郾 哉杂阅粤 云燥则藻泽贼 杂藻则增蚤糟藻袁 砸酝砸杂鄄郧栽砸 原 源远袁
员圆苑援
运藻葬灶藻 砸 耘袁 郧葬则灶藻则 允 蕴袁 杂糟澡皂蚤凿贼 运 酝袁 藻贼 葬造郾 员怨怨愿葬郾 阅藻增藻造燥责皂藻灶贼 燥枣
贼澡藻 蚤灶责怎贼 凿葬贼葬 造葬赠藻则泽 枣燥则 贼澡藻 云粤砸杂陨栽耘 枣蚤则藻 早则燥憎贼澡 皂燥凿藻造 枣燥则 贼澡藻
杂藻造憎葬赠赃月蚤贼贼藻则则燥燥贼 宰蚤造凿藻则灶藻泽泽 悦燥皂责造藻曾袁 哉杂粤郾 哉杂阅粤 云燥则藻泽贼 杂藻则增蚤糟藻
郧藻灶藻则葬造 栽藻糟澡灶蚤糟葬造 砸藻责燥则贼 砸酝砸杂郧栽砸 原猿袁员圆员援
运藻葬灶藻 砸 耘袁 蕴燥灶早 阅 郧袁 杂糟澡皂蚤凿贼 运 酝袁 藻贼 葬造郾 员怨怨愿遭郾 酝葬责责蚤灶早 枣怎藻造泽 枣燥则
泽责葬贼蚤葬造 枣蚤则藻 泽蚤皂怎造葬贼蚤燥灶泽 怎泽蚤灶早 则藻皂燥贼藻 泽藻灶泽蚤灶早 葬灶凿 遭蚤燥责澡赠泽蚤糟葬造
皂燥凿藻造蚤灶早郾 孕则燥糟藻藻凿蚤灶早泽 燥枣 贼澡藻 杂藻增藻灶贼澡 云燥则藻泽贼 杂藻则增蚤糟藻 砸藻皂燥贼藻 杂藻灶泽蚤灶早
粤责责造蚤糟葬贼蚤燥灶泽 悦燥灶枣藻则藻灶糟藻郾 晕葬泽泽葬怎 月葬赠袁 栽藻曾葬泽袁 远 原 员园 粤责则蚤造 员怨怨愿袁
猿园员 原 猿员远援
酝蚤造造藻则 允 阅袁 阅葬灶扎藻则 杂 砸袁 宰葬贼贼泽 允 酝袁 藻贼 葬造 郾 圆园园猿援 悦造怎泽贼藻则 葬灶葬造赠泽蚤泽 燥枣
猿员员
林 业 科 学 源愿 卷摇
泽贼则怎糟贼怎则葬造 泽贼葬早藻 糟造葬泽泽藻泽 贼燥 皂葬责 憎蚤造凿造葬灶凿 枣怎藻造泽 蚤灶 葬 酝葬凿则藻葬灶
藻糟燥泽赠泽贼藻皂郾 允燥怎则灶葬造 燥枣 耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼葬造 酝葬灶葬早藻皂藻灶贼袁 远愿院 圆猿怨 原 圆缘圆援
韵泽憎葬造凿 月 孕袁 云葬灶糟澡藻则 允 栽袁 运怎造澡葬增赠 阅 蕴袁 藻贼 葬造郾 员怨怨怨援 悦造葬泽泽蚤枣赠蚤灶早 枣怎造藻泽
憎蚤贼澡 葬藻则蚤葬造 责澡燥贼燥早则葬责澡赠 蚤灶 藻葬泽贼 栽藻曾葬泽郾 陨灶贼藻则灶葬贼蚤燥灶葬造 允燥怎则灶葬造 燥枣
宰蚤造凿造葬灶凿 云蚤则藻袁 怨渊圆冤院 员园怨 原 员员猿援
杂糟燥贼贼 运袁 韵泽憎葬造凿 月袁 云葬则则蚤泽澡 运袁 藻贼 葬造 郾 圆园园圆援 云怎藻造 造燥凿葬凿蚤灶早 责则藻凿蚤糟贼蚤燥灶
皂燥凿藻造泽 凿藻增藻造燥责藻凿 枣则燥皂 葬藻则蚤葬造 责澡燥贼燥早则葬责澡泽 燥枣 贼澡藻 杂葬灶早则藻 凿藻 悦则蚤泽贼燥 葬灶凿
允藻皂藻泽 皂燥怎灶贼葬蚤灶泽 燥枣 晕藻憎酝藻曾蚤糟燥袁 哉杂粤郾 陨灶贼藻则灶葬贼蚤燥灶葬造 允燥怎则灶葬造 燥枣
宰蚤造凿造葬灶凿 云蚤则藻袁 员员渊员冤院 愿缘 原 怨园援
杂澡葬灶 再葬灶造燥灶早袁 匀怎 匀葬蚤择蚤灶早袁 蕴蚤怎 月葬燥凿燥灶早袁 藻贼 葬造郾 圆园园圆郾 阅蚤增蚤泽蚤燥灶 燥枣 枣燥则藻泽贼
枣怎藻造 贼赠责藻 葬则藻葬泽 燥枣 匀藻蚤造燥灶早躁蚤葬灶早 孕则燥增蚤灶糟藻 遭赠 怎泽蚤灶早 郧陨杂郾 允燥怎则灶葬造 燥枣
云燥则藻泽贼则赠 砸藻泽藻葬则糟澡袁 员猿渊员冤院 远员援
灾葬灶 宰葬早贼藻灶凿燥灶噪 允 宰郾 员怨怨怨郾 哉泽藻 燥枣 贼澡藻皂葬贼蚤糟 皂葬责责藻则 蚤皂葬早藻则赠 贼燥 皂葬责 枣怎藻造
皂燥凿藻造泽郾 孕则燥糟藻藻凿蚤灶早泽 燥枣 贼澡藻 员猿 贼澡 悦燥灶枣藻则藻灶糟藻 燥灶 枣蚤则藻 葬灶凿 枣燥则藻泽贼
皂藻贼藻燥则燥造燥早赠郾 蕴燥则灶藻袁 粤怎泽贼则葬造蚤葬郾
渊责任编辑摇 朱乾坤冤
叶长江三峡库区退耕还林工程生态效益检测与评价曳
渊长江三峡库区森林生态系统研究系列冤
摇 摇 本书是国家科技部野十一五冶科技支撑课题野林业生态工程效益监测与碳汇计量技术冶的研究成果之一遥
基于长江三峡库区生态监测站渊点冤尧试验区和系列样地的监测尧调查与分析数据与应用模型模拟相结合袁反
映三峡库区生态环境演变过程袁并总结三峡库区退耕还林生态模式袁以水源涵养尧水土保持尧农业面源污染控
制及土壤有机碳变化等指标袁对三峡库区的退耕还林工程进行功能监测与评估遥
本书可供从事森林植被建设尧流域管理尧水土保持尧土地利用等专业的研究人员尧大专院校师生和管理
者尧技术人员参考遥
肖文发尧黄志霖尧唐万鹏等著袁陨杂月晕 怨苑愿 原 苑 原 园猿 原 园猿源苑缘愿 原 怨 辕 杂窑园苑怨源袁定价 苑缘援 园园 元袁开本 月缘袁平装袁
圆园员圆 年 远 月出版遥
源员员