全 文 ：·研究论文·
基于专家知识的新疆芍药遥感专题信息提取试验
张自力１，秦其明１，董玉芝２，戴凡伟３，姚云军１，王兆强１
（１．北京大学 遥感与地理信息系统研究所，北京 １００８７１；
２．新疆农业大学 林学院，新疆 乌鲁木齐 ８３００５２；
３．中国农业大学 观赏园艺与园林系，北京 １０００９４）
［摘要］ 目的：探讨遥感技术在野生稀有种植物资源调查的有效性和可行性。方法：综合遥感、数字高程模
型、样方调查和植物生态学特性建立新疆芍药空间分布遥感解译专家知识模型辅助资源调查。结果：获得研究区
新疆芍药的生长适宜地。结论：野外验证其总体解译精度可靠，满足资源调查的要求。
［关键词］ 新疆芍药；遥感信息提取；野生药用植物；专家知识
［中图分类号］Ｓ５６７ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００１５３０２（２００８）１６１９４１０４
［收稿日期］ ２００８０１０６
［基金项目］ 国家环境保护局环境保护项目［二（一）３２号］
［通讯作者］ 张自力，Ｔｅｌ：（０１０）６２７６５７１５，Ｆａｘ：（０１０）
６２７６５７１５，Ｅｍａｉｌ：ｚｚｌ．ｘｊ＠ｔｏｍ．ｃｏｍ
中药资源可持续利用及生物多样性保护已成为
当前中药研究领域的热点［１］。而资源调查是资源
保护的前提和基础，采用新的技术手段开展中药资
源调查，建立中药资源数据库，可以为资源保护、引
种驯化和开发利用提供更为科学、准确的依据［１］。
根据药用植物生境类型、种群优势度以及遥感调查
要求，可以将药用植物的资源遥感调查分为野生稀
有种药用植物遥感调查、野生广布种药用植物遥感
调查和栽培药用植物的资源遥感调查３类［２］。后２
种药用植物遥感调查开展较早：张本刚等采用 ＥＴＭ
卫星影像量测获得了甘草分布的面积及其蕴藏
量［３］；陈士林等利用遥感技术对人工种植的人参面
积进行调查［４］。野生稀有种药用植物资源的地理
分布不是单一种群或优势种群的集中分布，而是分
布在不同的植物群落中，卫星遥感所获得的多光谱
数据一般不能直接获取稀有种药用植物的信息。野
生稀有种药用植物资源的这些特殊性使得利用遥感
调查其分布、蕴藏量具有一定难度。孙宇章给出了
针对野生茅苍术这一稀有种中药资源的遥感监测思
路［２］。
本试验在前人研究基础上，进一步探讨遥感技
术在野生稀有种植物资源调查的有效性和可行性。
并以阿尔泰山地区的野生药用植物新疆芍药为研究
对象，综合运用遥感、数字高程模型（坡度、坡向、海
拔）、野外样点和植物生态学知识建立空间分布遥
感解译专家知识模型来辅助资源调查，获得研究区
新疆芍药的可能分布区。
１ 材料
新疆芍药ＰａｅｏｎｉａｓｉｎｊｉａｎｇｅｎｓｉｓＫ．Ｙ．Ｐａｎ，系毛
茛科Ｒａｎｕｎｃｕｌａｃｅａｅ芍药属 Ｐａｅｏｉｎａ植物，多年生草
本，在新疆作赤芍用，具有很高的药用及经济价值。
其性微寒、味苦，具有活血散瘀止痛、养血护肝、清热
凉血解毒的功效［５６］。
新疆芍药表面棕褐色，全体无毛，具粗的纵皱
纹。主根垂直多分枝，高４０～８０ｃｍ，基部具几枚鞘
状鳞片，叶为一至二回三出复叶。新疆芍药主要分
布在阿尔泰山、准噶尔西部山地的山地阴坡林下，以
成丛散生为主，生长海拔在１５００～２１００ｍ［７８］。
２ 数据
２．１ 研究区概况［９１０］ 研究区以新疆喀纳斯河流
域为中心，介于东经 ８６８～８７２９°、北纬 ４８６４～
４８９５°。该地区位于阿尔泰山麓，地理环境优越，是
新疆芍药的生长分布集中区。喀纳斯河流域受北半
球西风气流的影响，水热条件适宜，降水充沛，是我
国唯一的古北界欧洲西伯利亚动植物区系分布区，
具有明显的生物多样性特征。区内物种丰富，珍稀
特有种多，是新疆针叶树种和野生动物种数最多、人
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类影响最小而原始自然状况保存最为完整的地区之
一。整个地区共有植物８３科，２９８属，７９８种，其中
木本植物６６种，草本植物 ２７３种。该地区还是忍
冬、芍药、冬虫夏草、灵芝、鹿草和当归等具有很高经
济价值和药用价值植物的天然生长地。
２．２ 试验数据 综合影像分辨率、性价比、成像时
间等多方面因素，本试验采用成像于２０００年８月７
日覆盖喀纳斯河流域的ＬａｎｄＳａｔＥＴＭ图像作为遥感
数据源（图像轨道号为 ＥＴＭ１４４ｒ２６）。该景影像数
据质量相对较好，无云覆盖，满足本试验的需要。非
遥感数据主要采用的有１∶４００万国家基础地理数据
（国家基础地理信息中心网站）和空间分辨率为９０
ｍ的 ＳＲＴＭＤＥＭ数据（数据来源：ｈｔｐ：／／ｓｒｔｍ．ｃｓｉ．
ｃｇｉａｒ．ｏｒｇ）。为减少信息提取试验中的误差，需要将
所有相关数据统一在同一投影坐标系下，试验中将
所收集到的栅格和矢量数据均统一调整为 ＵＴＭ４５
带（ＷＧＳ１９８４椭球系统），见表１。
表１ 新疆芍药遥感专家解译涉及数据类型
类型 获取 格式
样点调查资料 野外考察 电子表格
高程 ＤＥＭ 栅格
坡度 ＤＴＭ 栅格
坡向 ＤＴＭ 栅格
归一化植被指数（ＮＤＶＩ） 遥感调查 栅格
为了确保试验的科学性和样本的代表性，通过
路线设计，利用ＧＰＳ定位、野外样方调查，对研究区
中喀纳斯湖附近新疆芍药主要分布区进行定点考
察，为遥感专家解译提供了训练样本区和专家知识。
共计获得有效ＧＰＳ点４２个，获得有效调查样方１１
个，野外调查部分样方及描述见表２。
表２ 野外调查部分样方及描述
样点 经纬度 海拔／ｍ 种的群集度 多度 生境描述
喀那斯湖附近 Ｎ４８°４１７′，Ｅ８７°０′ １３９８７３ 小斑块状分布 植株尚多 半阴坡，林缘前
观鱼亭 Ｎ４８°４２８′，Ｅ８６°５８３′ １６０７２１ 散生分布 植株不多 半阴坡，林下
喀那斯河附近 Ｎ４８°４１８′，Ｅ８７°０１８′ １３５９４１ 小斑块状分布 植株尚多 半阴坡，林窗
喀那斯鉴苑山庄 Ｎ４８°４２３′，Ｅ８７°０２１′ １３６５５０ 成丛散生 植株尚多 半阴坡，林缘
３ 方法
遥感专家分类模拟了人类组合各种带有因果关
系的知识进行推理并得出结论，克服了单纯使用遥
感影像进行空间分析遇到的不确定性和多解性。遥
感专家分类不但对单像元的多光谱特征进行分析研
究，还依靠专家系统综合空间关系和其他上下文信
息，如地表高度、坡度、坡向及覆盖形状等，采取综合
利用空间运算的能力解释影像并确定专题类型或特
征［１１］。
遥感图像专家解译首先需要对遥感影像进行图
像预处理、特征提取，获得可用于遥感解译的遥感影
像。在此基础上，获取影响植被分布的光照、水分状
况等关键因素，研究遥感数据、地理背景和野生芍药
生境的关系，形成专家知识库，并以规则模型的形式
加以定量化表达。在专家知识及其规则模型的指导
下，进行遥感影像专家解译，对解译结果进行精度验
证，直至解译精度达到要求为止。整个解译流程见
图１。
３．１ 专家知识模型 各种植被类型都是在一定的
自然环境条件下形成和发育的，表现为植被类型的
地理分布和空间组合特点。野外考察和收集到的相
图１ 新疆芍药遥感专家知识解译流程图
关资料均表明新疆芍药生长分布受特定水分条件和
光照因素影响明显，体现在其具有多生长于特定海
拔、阴坡繁茂和林下丛生的地理分布特征。因此，可
以选择其生长海拔、喜阴特性等生境特征作为专家
知识模型的基本规则。本试验中，所采用的定量化
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规则主要有：①归一化植被指数（＞０３）；②海拔
（１３００～１７００ｍ）；③坡度（＜３０°）；④坡向（２０５５～
３３７５°和０～６７５°）。
３．２ 遥感图像解译结果 由于遥感专家解译是针
对每个像素进行的，由于影像分辨率和高程数据精
度存在差异等原因，解译结果往往会出现同类地物
中夹杂着离散点分布的异类地物的现象。为了消除
这种分类结果的孤岛现象，通过低通滤波对分类结
果进行类别筛选和集群合并。并选用３×３的窗口，
用众数函数（ｍａｊｏｒｉｔｙ）对提取结果作了上下文分析。
由此得到研究区中新疆芍药的生长适宜地，共计
３８１６ｋｍ２，占整个研究区总面积 １３３８９ｋｍ２的
２８５％，见图２。
图２ 新疆芍药生长适宜地提取结果
３．３ 解译精度评价 遥感解译的精度评价通常是
通过解译数据与检验样本数据的比较而实现。本试
验利用２００７年７月对研究区新疆芍药分布进行的
野外调查所获得芍药样方调查结果作为检验样本
（２７个），建立混淆矩阵，计算其总体精度（ｏｖｅｒａｌ
Ａｃｃｕｒａｃｙ）和Ｋａｐｐａ系数（Ｋａｐｐａｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔ）分别为
８７％和０８４３５，表明本次解译试验解译精度较高，
满足资源调查的精度要求。
４ 结论与讨论
以新疆芍药为调查对象，使用 ＴＭ影像数据，建
立新疆芍药遥感解译专家知识模型，获得了研究区新
疆芍药遥感解译分布图，总体解译精度在８５％以上。
解译结果表明，研究区中新疆芍药的分布较少，
仅占整个研究区总面积的２８５％。分布上，新疆芍
药的生长明显体现出西多东少、南多北少的特点，以
喀纳斯河流域西南侧山地林缘为集中。这些为新疆
芍药进一步的资源调查提供了有益参考。
由于缺乏研究区林相图、植被分布图和足够的
野外样方调查，本次遥感解译只能获得新疆芍药的
空间分布。下一步研究可考虑加强本底资料调查和
野外样方调查，改进遥感专家解译模型进行其资源
量估算。对比传统野生植物资源调查方法，遥感调
查具有更新迅速、精度高的优势，可以满足地势复
杂、交通不便情况下的大面积调查。根据药用植物
生境类型、种群优势度，建立遥感解译专家知识模型
辅助调查，可以提高野生药用植物资源的调查精度
和效率。
［参考文献］
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Ａｕｇｕｓｔ，２００８
ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆＰａｅｏｎｉａｓｉｎｊｉａｎｇｅｎｓｉｓｒｅｓｏｕｒｃｅｓｕｓｉｎｇｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇａｎｄ
ｅｘｐｅｒｔｋｎｏｗｌｅｄｇｅ
ＺＨＡＮＧＺｉｌｉ１，ＱＩＮＱｉｍｉｎｇ１，ＤＯＮＧＹｕｚｈｉ２，ＤＡＩＦａｎｗｅｉ３，ＹＡＯＹｕｎｊｕｎ１，ＷＡＮＧＺｈａｏｑｉａｎｇ１
（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇａｎｄＧＩＳ，ＰｅｋｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７１，Ｃｈｉｎａ；
２．ＣｏｌｅｇｅｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，ＸｉｎｊｉａｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｕｍｑｉ８３００５２，Ｃｈｉｎａ；
３．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＯｒｎａｍｅｎｔａｌＨｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ：Ｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｒａｒｅｓｐｅｃｉｅｓｏｆｗｉｌｄｐｌａｎｔ
ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｍｅｔｈｏｄ：ＴｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＰａｅｏｎｉａｓｉｎｊｉａｎｇｅｎｓｉｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｔｏｆｉｎｄｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｅｘｔｒａｃｔｉｎｇｆｒｏｍ
ＴＭｉｍａｇｅｒｙ．ＡｎｅｘｐｅｒｔｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｗｉｔｈＬａｎｄｓａｔＴｈｅｍａｔｉｃＭａｐｐｅｒｄａｔａｔｏｄｅｒｉｖｅＰ．ｓｉｎｊｉａｎｇｅｎｓｉｓ．Ｔｈｅｎｌｏｇｉｃａｌｄｅｃｉｓｉｏｎ
ｒｕｌｅｓｗｅｒｅｕｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｄａｔａｓｅｔｓｔｏａｓｓｉｇｎｖａｌｕｅｓ．Ｒｅｓｕｌｔ：ＴｈｅｌａｎｄｆｏｒＰ．ｓｉｎｊｉａｎｇｅｎｓｉｓｐｏｓｓｉｂｌｅｇｒｏｗｔｈｗｅｒｅｍａｐｐｅｄａｎｄａｃ
ｃｕｒａｃｙｔｅｓｔｅｄｗａｓａｐｐｒｏｖｉｎｇ．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ：Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｕｇｇｅｓｔｔｈａｔｔｈｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｅｘｐｅｒｔｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｕｓｉｎｇｓａｔｅｌｉｔｅｉｍａｇｅ
ｒｙａｎｄａｎｃｉｌａｒｙｄａｔａｗｉｌｂｅｆｅａｓｉｂｌｅｆｏｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｒａｒｅｗｉｌｄｍｅｄｉｃｉｎａｌｐｌａｎｔｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．
［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ Ｐａｅｏｎｉａｓｉｎｊｉａｎｇｅｎｓｉｓ；ｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇ；ｅｘｐｅｒｔｓｙｓｔｅｍ；ｗｉｌｄｍｅｄｉｃｉｎａｌｐｌａｎｔｓ
［责任编辑 吕冬梅］
［收稿日期］ ２００７１０１５
［基金项目］ 国家科技支撑计划项目（２００７ＢＡＤ８９Ｂ１５）；四川
省科技厅攻关招标项目（２００６Ｚ０８０９１）
［通讯作者］ 袁继超，Ｔｅｌ：（０８３５）２８８５８２３，Ｅｍａｉｌ：ｙｕａｎｊｉｃｈａｏ５＠
１６３．ｃｏｍ
春季追肥对川芎产量、阿魏酸和
总生物碱含量的影响
张 毅１，范巧佳２，郑顺林３，周 虹３，袁继超３，马逾英４，蒋桂华４
（１．四川农业大学 资源环境学院，四川 雅安 ６２５０１４；２．四川农业大学 动物科技学院，四川 雅安 ６２５０１４；
３．四川农业大学 农学院，四川 雅安 ６２５０１４；４．成都中医药大学 药学院，四川 成都 ６１００７５）
［摘要］ 采用田间试验方法，研究了春季追肥对川芎生长发育和产量与品质的影响。结果表明，春肥可在一
定程度上延长川芎的根长，增加其茎蘖数，使植株变高，并显著提高其叶片的叶绿素含量，增加干物质积累，特别是
地下部的干物质量，从而显著提高川芎的产量，改善其品质，增加经济收入，其中以单施尿素５８７ｋｇ·ｈｍ－２（纯氮
２７ｋｇ·ｈｍ－２）的效果最佳，其次为氮磷钾配施。
［关键词］ 川芎；产量；品质；春季追肥
［中图分类号］Ｓ５６７ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００１５３０２（２００８）１６１９４４０４
川芎 Ｌｉｇｕｓｔｉｃｕｍｃｈｕａｎｘｉｏｎｇ为伞形科多年生草
本植物，以根茎供药用，全生育期２８０～２９０ｄ。主产
于四川的都江堰、崇庆、彭县和新都等地。川芎能活
血行气，祛风止痛，是著名的川产药材。近年来，随
着我国中医药行业的发展，在各级政府与公司的引
导下，形成了有组织、分片区的规模化生产形势，这
就要求以规范的优质高产栽培技术作为保障。前人
在川芎的生长发育特性及一般高产栽培技术方面已
作过一些研究［１３］，但缺乏追肥技术方面的系统资
料，生产中也没有施用春肥的习惯，但春季又是川芎
产品器官的主要形成期，掌握川芎在这阶段的需肥
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