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遥感地表真实面积和垂直投影面积差异的定量化模拟


□ 李文航 龚建华

  摘要:将从遥感影像中提取的面积直接在分析中使用容易引起垂直投影面积和地表真实面积的概念混用,针对此问题设计了理想状态下的虚拟实验进行研究。使用1:1万的DEM模拟出不同的地表类型,计算每一种地表类型下的两种面积大小,分析两种面积之间的差值随地表类型变化的规律。实验结果表明,两者差异随地表起伏加剧而不断增加,当地形坡度均值为44.34°时,两者之间的差异达到38.08%。因此,遥感影像的垂直投影面积并不能完全作为地表真实面积在所有地表类型下使用,尤其是对地形起伏较剧烈的地区而言,为了更准确的精度应尽可能地使用地表真实面积。
  关键词:地表真实面积; 垂直投影面积; 虚拟实验; 遥感; 模拟
  中图分类号:TP311文献标志码:A
  文章编号:1001-3695(2008)04-0983-03
  
  遥感数据因其动态、方便、廉价的优点已经在土地利用变化、森林资源调查、作物面积监测等领域得到了广泛的应用[1,2]。一方面,许多学者把从校正后的影像中获取的面积直接应用于土地利用变化分析[3]、森林[4]和农作物[5]等面积估算中去;另一方面,为了提高面积获取的准确度,许多学者关注于遥感影像分类精度的提高,尝试使用诸如混合像元分解[6]、神经网络[7]、波谱库及专家知识[8]等提高影像的解译精度。但上述研究或多或少地忽略了一个问题:面积获取准确性以及精度的提高,一方面在于遥感影像分类精度,另一方面却在于面积概念的选择。经过几何精校正、正射校正的遥感影像可以看做是地表覆盖在水平面上的投影,即从影像中获取的地物面积是地物的垂直投影面积。但地表并非绝对的平坦,而是三维的空间分布,总会产生各种各样的起伏,尤其是在地形起伏较剧烈的地区。这时候,森林、农作物等地物的面积不仅与二维空间分布相关,而且与高程的变化也密切相关,这就使得其真实面积并不能完全与二维遥感影像中获取的面积等同。因此,直接把遥感影像中获取的面积在各种面积相关的,尤其是以绝对数值为主的定量分析中使用,很可能会引起某种程度的误差甚至是得出错误的结论。
  当然也有一些学者注意到了这个问题。例如程乾等人在估算水稻种植面积时注意到了水稻种植易受地表起伏影响的特点,在分析时加入了坡度信息[9];Jenness从动物空间行为的调查和地表粗糙度的计算出发,指出许多时候是需要使用地表真实面积的概念,并由此出发对比了GRID和TIN两种方式提取地表面积的精度差异[10]。但他们对两种面积概念差异的判断仍处于定性角度,对于两者差异的定量规律没有作进一步的研究。鉴于实际应用中以垂直投影面积代替地表真实面积的普遍性,很有必要对两种概念在不同地表类型下的差异和变化规律作定量化的分析对比,以引起人们对这两种面积概念选择上的重视。
  
  1面积差异定量化模拟 ......
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