《兴安落叶松林火后植被恢复遥感评价技术导则》

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团体标准

T/IMASXXXXX—XXXX

兴安落叶松林火后植被恢复遥感

评价技术导则

Technicalguidanceonremoteseningevaluationforpost-firevegetationrecoveryof

Larixgmeliniiforest

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（征求意见稿）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

内蒙古标准化协会  发布

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目次

前言.............................................................................................................................................II

1范围.................................................................................................................................................................3

2规范性引用文件............................................................................................................................................3

3术语和定义....................................................................................................................................................3

4评价流程........................................................................................................................................................4

5数据源与数据预处理....................................................................................................................................5

6火烧迹地调查................................................................................................................................................6

7评价方法........................................................................................................................................................7

8评价成果........................................................................................................................................................9

附录A（资料性）常用卫星遥感数据空间分辨率和光谱特征表........................................................10

附录B（规范性）火烧迹地样地调查表.................................................................................................12

参考文献......................................................................................................................................................13

I

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前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

本文件由内蒙古农业大学提出。

本文件由内蒙古标准化协会（IMAS）归口。

本文件起草单位：内蒙古农业大学、北京林业大学、内蒙古大兴安岭林业科学技术研究所、内蒙古

自治区林业监测规划院。

本文件主要起草人：张秋良、黄华国、王冰、林思美、孟勐、王嘉夫、赵旭、弥宏卓。

II

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1范围

本文件规定了兴安落叶松林火后恢复阶段与恢复速率的划分标准，确立了火后植被不同恢复阶段及

程度的遥感评价指标体系及其评价流程。

本文件适用于内蒙古自治区兴安落叶松森林火烧迹地的植被恢复遥感监测。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T20257.1-2017国家基本比例尺地图图式第1部分：1：5001：10001：2000地形图图式

GB/T20257.2-2017国家基本比例尺地图图式第2部分：1：50001：10000地形图图式

GB/T20257.3-2017国家基本比例尺地图图式第3部分：1：250001：500001：100000地形图

图式

GB/T20257.4-2017国家基本比例尺地图图式第4部分：1：2500001：5000001：1000000

地形图图式

GB/T15968-2008遥感影像平面图制作规范

LY/T2188.2森林资源数据采集技术规范第2部分：森林资源规划设计调查

LY/T2188.3森林资源数据采集技术规范第3部分：作业设计调查

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

植被恢复vegetationregeneration

指经森林火灾而退化的兴安落叶松林利用其自然恢复能力或人工促进恢复，从状态逐步恢复形成森

林的过程，这里主要是指郁闭度的恢复。

遥感时间序列分析time-seriesanalysisusingremotesensing

通过对一个区域进行一定时间段内的连续遥感观测，提取图像有关特征，形成以时间轴为横坐标的

时间序列曲线，并分析其变化过程与发展规模。

增强型植被指数enhancedvegetationindex

3

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在遥感植被指数影像产品中，一种综合考虑土壤背景、大气及饱和度问题的增强型植被指数。

TIMESAT软件包

TIMESAT软件包是由Jonsson和Eklundh共同开发用来滤波重建植被指数时间序列数据集的程序包。

内部封装了多项式滤波函数Savizky-Golay（S-G），非对称高斯函数和双Logistic曲线函数等多种拟合算

法。

S-G滤波S-Gfilter

一种基于移动窗口的加权平均算法，它可以直接用来平滑处理时间域内的数据，以达到去噪，剔除

异常值的目的。

4评价流程

流程图

兴安落叶松林火后恢复遥感评价具体流程见图1。

图1兴安落叶松林火后恢复遥感评价处理流程图

具体流程

4.2.1建立时间序列

4

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基于卫星遥感空间影像数据，通过S-G滤波算法建立兴安落叶松林火烧迹地遥感影像时间序列。

S-G滤波是遥感时间序列分析的常用算法，其计算公式见式（1）。

…………

�(1)

�=−�����+�

式中：

��=�

——多项式拟合值；

——影像导入原始值；

��

——第i个像元值滤波时的系数；

��+�

m——半个滤波窗口的宽度；

��

N——滤波器长度，一般取值3以上。

4.2.2确定恢复样本

结合地面火烧迹地调查，确定监测区域火烧迹地不同恢复阶段样本。

4.2.3结果评价

建立样地指标与遥感指数间的回归模型，计算获得火烧迹地不同恢复阶段与程度的遥感指数划分范

围；通过对比样地与模型结果评价回归模型精度，并根据处理结果完成兴安落叶松林火烧迹地恢复阶段

与恢复程度分布图专题产品。

5数据源与数据预处理

遥感数据

5.1.1遥感数据源选择

a数据源应为卫星遥感数据源，需根据火烧范围大小来确定，林场尺度大小的火烧迹地应考虑

选择较高分辨率的影像数据（<30m），而林业局或大区域尺度的火烧迹地可考虑中、低分辨

率的影像数据（≥30m），常见的卫星遥感数据源见附录A；

b卫星传感器应具有存档数据，包含制图区火烧事件发生前至少2年和发生后至少8年的图像，

以构建时间序列；

c卫星传感器应具有蓝光波段、红光波段、近红外波段探测通道；

d卫星影像时间分辨率应小于30天，空间分辨率应小于1km；

e选择每年生长季（6～8月）云量不超过10%的观测遥感影像。

5.1.2遥感数据预处理

a根据不同传感器选择相对应的辐射定标参数，进行影像去云、辐射定标和大气校正，获得地表

反射率数据；

b选择地面控制点进行几何校正，要求配准误差在0.5个像元之内；

c遥感影像平面坐标系应采用国家规定的统一坐标系，建议采用高斯-克吕格投影。

d根据反射率影像地物特征，人工目视勾绘火烧迹地边界矢量图，并根据火烧迹地矢量边界图，

对遥感影像进行剪裁。

e计算每年生长季（6月～8月）的增强型植被指数（EVI），求其算术平均值作为当年的生长

季平均EVI值，EVI计算公式见式（2）。

………(2)

𝐸�=2.5����−�𝑅�/(����+�1�𝑅�−�2�𝐵𝑅+�)5

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式中：

——增强型植被指数；

EVI——近红外波段反射率；

����——红光波段反射率；

�𝑅�——蓝光波段反射率；

�L𝐵𝑅——土壤调节参数，一般为1；

C1、C2——NDVI修正参数，取值分别为6.0和7.5。

其他数据

其他数据包含：

——制图区行政规划图；

——制图区域火烧迹地情况记录表；

——DEM数字高程地形图。

6火烧迹地调查

调查目的

进行地面样地调查，实测森林结构参数，用来标定、校准和验证遥感指标。

调查内容和要求

a样地选择：根据火烧迹地情况记录表（附录B），选择不同火烧年份的火烧迹地，其特征应满

足在大范围内面积连续且地物特征较为均质，对照样地应选择靠近火烧迹地范围的边界处。以

标准样地30×30m大小为基础单位，根据附录A中卫星数据的分辨率大小进行样地布设，对于

分辨率位1km的卫星数据，应在1×1km范围内的4个对角与中间分别布设标准样地，以5块

标准样地的均值代表该卫星像元对应的样地实测值。火烧迹地与对照样地对应卫星影像的样点

个数应分别不少于30个。

b样地布设：通过随机、机械或其他的抽样方法，布设圆形、方形、带状样地，并应用GPS定

位记录样地中心位置坐标。

c郁闭度调查：根据样地实际地形情况，选择目测法、机械布点法、样点法、树冠投影等合适

方法测定样地郁闭度。具体参照LYT2188.3执行。

调查数据处理

根据样地调查的有林地郁闭度，火烧迹地恢复阶段由相对郁闭度指数RCI确定，RCI计算公式见式（3）。

……(3)

式中：���=�𝑃𝑜/�𝑃𝑜𝑃�

RCI——相对郁闭度指数；

CPost——火烧样地郁闭度；

Ccontrol——对照样地郁闭度。

6

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根据相对郁闭度取值范围，将火后植被恢复划分为三个阶段，具体见表1。

表1兴安落叶松林火烧迹地植被恢复阶段样地划分指标

恢复阶段

指标

恢复早期恢复中期恢复后期

RCI≤0.40.4~0.8>0.8

7评价方法

恢复阶段评价

7.1.1计算相对增强植被指数（RIEVI）

按照式（4）逐像元计算相对增强植被指数RIEVI，获得兴安落叶松林火后RIEVI空间分布图。

…………(4)

式中：��𝐸�=𝐸�𝑃𝑜/𝐸�𝑃𝑜𝑃�

RIEVI——相对增强植被指数；

EVIPost——火烧样地EVI；

EVIcontrol——对照样地EVI。

7.1.2火烧迹地植被恢复阶段划分

基于地面相对郁闭度调查结果，提取与地面样地相同位置的RIEVI遥感指数，通过回归统计的方法建

立地面相对郁闭度指数与遥感指数RIEVI之间的关系函数（式（5）），计算得出测定的样地恢复等级所

对应的遥感指数范围，划分火烧迹地植被的不同恢复阶段。其恢复阶段与地面调查划分一致，划分为3

级，即恢复早期（Ⅰ）、恢复中期（Ⅱ）以及恢复后期（Ⅲ），具体见表2。

………(5)

式中：

��𝐸�=�×���+�

a,b——与之间线性拟合参数。

��𝐸����

表2兴安落叶松林火烧迹地植被恢复阶段遥感划分指标

恢复阶段

指标

恢复早期恢复中期恢复后期

RIEVI≤0.4×a+b0.4×a+b~0.8×a+b>0.8×a+b

7.1.3精度计算

7

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通过样地数据与模型模拟值进行回归分析，计算模型决定系数R2来评估回归模型的预测能力。通过

模型精度来调整模型参数设置，将相关系数R≥0.7的结果认为是合理参数设置的标准，其计算公式见式

（6）。

2

�……………(6)

��

2�=1�−��−�

�22

�=��

式中：�=1�−��−�

n——样本总数；

xi、yi——分别代表样地实测值与模型模拟值；

、——分别代表样地实测值；

�I�——样本号。

恢复速率评价

7.2.1时间序列曲线构建

基于TIMESAT软件，构建遥感时间序列数据，具体处理步骤如下：

a)导入制图区遥感影像时间序列数据集，并建立EVI光谱指数的时间列表文件，统一将影像文

件格式装换为img格式。

b)读取图像列表文件，采用S-G滤波工具，反复调式参数窗口大小m与多项式次数，确定最佳

拟合参数，运行并保存滤波函数，获得重构后的影像数据。

c)对比S-G滤波前后时间序列曲线平滑程度变化对滤波结果进行定性评价。

7.2.2计算EVI斜率

逐像元提取时序数据中每年生长季EVI均值，按照时间顺序排列。以火后年份为横坐标ti，以EVI均

值为纵坐标EVIi，拟合线性函数获得函数斜率值，用表示（式（7））。拟合的要求：

拟合点最少8个，为火后8年的EVI。P<0.01，呈显著相关。

𝐵�����,𝐸��

�……(7)

�=1(𝐸��−���)(��−�)

���2

式中：𝐵����,𝐸�=�=1(��−�)

——时间序列中，第i年的EVI值；

——EVI均值；

𝐸��

——第i个EVI值所对应的时间；

���

——时间均值。

��

7.2.3�计算相对恢复速率（RTI）

按照式（8）计算大兴安岭林区火后植被恢复速率遥感指数。RTI为基于EVI时间序列计算的相对

恢复时间，它反映EVI恢复到植被火前水平时所需要花费的时间，RTI值越大，说明其植被恢复程度越

低，反之，则表明其植被恢复程度越高。

……(8)

𝐸𝑙𝑅−𝐸��0

式中：𝑅�=𝐵���(��,𝐸��)

8

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——相对恢复时间指数；

𝑅�——火烧当年EVI平均值；

𝐸��0——火前EVI平均值。

�𝑅

7.2.4𝐸�恢复速率划分

逐像元计算可以得到相对恢复速率指数分布图像。并将火后植被恢复速率划分为三个等级：恢复快

速、恢复中速和恢复慢速，见表3。

表3兴安落叶松林植被恢复速率划分指标

恢复速率（年）

指标

快中慢

RTI≤44～8>8

8评价成果

制图

专题制图要素包括图名、图例、比例尺、恢复程度、行政区划信息等。基本地图要素制作方式按GB/T

20257、GB/T15968完成。

评价报告

大兴安岭地区植被火后恢复程度遥感评价报告内容包括火烧迹地基本发生情况、受害面积、样地现

状、卫星传感器的选择、遥感数据处理过程、拟合回归模型过程、专题图内容解析、恢复评价及其建议

等。

在遥感评价报告中，重点针对植被恢复早期阶段，并且恢复速率慢的火烧迹地开展分析和经营措施

规划建议。

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附录A

（资料性）

常用卫星遥感数据空间分辨率和光谱特征表

表A.1常用卫星遥感数据空间分辨率和光谱特征表

遥感卫星传感器运行时间/a波段光谱范围空间分重返时间/d

/μm辨率

可见光0.405-0.421km

可见光0.438-0.481km

可见光0.483-0.4931km

可见光0.526-0.5361km

TerraMODIS1999~可见光0.546-0.5561km1

可见光0.662-0.6721km

可见光0.673-0.6831km

可见光0.743-0.7531km

近红外0.862-0.8771km

蓝0.45-0.5230m

绿0.52-0.6030m

红0.63-0.6930m

LandsatTM1984~2013近红外0.76-0.9030m16

短波红外1.55-1.7530m

热红外10.4-12.560m

短波红外2.08-2.3530m

10

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深蓝0.43-0.4530m

蓝0.45-0.5130m

绿0.52-0.6030m

红0.63-0.6830m

OLI2013~近红外0.84-0.8830m

短波红外1.56-1.6630m

短波红外2.10-2.3030m

全色0.50-0.6815m

卷云1.36-1.3930m

Sentinel-2MSI2A:2015~海岸/气溶胶0.43-0.4560m

2B:2017~蓝0.45-0.5410m

绿0.54-0.6810m

红0.68-0.7110m

植被红边0.71-0.8020m5

近红外（宽）0.80-0.9110m

近红外（窄）0.85-0.8820m

水蒸气0.93-0.9660m

短波红外1.34-2.3260、20m

SPOTSPOT-62012~全色0.455-0.7451.5m

蓝0.455-0.5256m

绿0.53-0.596m26

SPOT-72014~

红0.625-0.6956m

近红外0.76-0.896m

ALOSAVNIR-2006~2011全色0.52-0.772.5m

2蓝0.42-0.510m

绿0.52-0.610m2

红0.61-0.6910m

近红外0.76-0.8910m

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附录B

（规范性）

火烧迹地样地调查表

表B.1火烧迹地样地调