河北師范大學資源與環境科學學院
河北省環境演變與生態建設實驗室
河北師范大學旅游系
環境保護南京環境科學研究所
草地生態系統對發展畜牧業、保持水土和維持生態平衡有重要作用，實時、準確地監測草地的退化具有重要意義。高光譜遙感能夠大幅度提高草地退化進程中植被結構退化的識別精度，為草原退化研究開辟新領域。利用高光譜遙感技術進行植被結構退化鑒別時，特征波段的選擇和提取至關重要。
所選取的觀測對象為河北壩上地區退化指示種和主要優勢物種，通過野外實地調查，選擇的退化指示種為狼毒、冷蒿和星毛陵菜，主要優勢種為苔草和羊草，這2種植物在研究區屬于廣布性植物。
所選儀器為美國SOC公司開發的產品SOC710VP便攜式可見光/近紅外高光譜成像儀，該儀器的光譜范圍為可見光到近紅外光的400-1000nm共有128個波段，光譜分辨率為4.68nm，使用SOC710配套軟件SRAnap710預處理軟件做數據定標處理，并使用ENVI軟件進行數據處理分析。
特征波段選擇是從原始集合中選出特征子集，能夠有效描述光譜的特征信息并實現降維。波段i的取值為373-1033nm，所有波段的光譜反射率均值置信區間構成了光譜反射率的均值置信區間帶?；诠庾V反射率均值置信區間帶提取特征波段的原理如圖1所示。
由圖1可知，在波段區間[a,b]和[c,d]內，2類植被的光譜反射率均值置信區間帶是重疊的，不適合進行植被識別。通過剔除反射率均值置信區間帶重疊的部分，篩選出最佳的植被識別波段，以達到降維目的并實現特征波段的選擇。
基于均值置信區間帶的特征波段的5種植被原始光譜曲線的對比結果如圖2-4所示。
由圖2-4可知，狼毒的特征波段為402-412nm;冷蒿的特征波段為627-689、715-929和929-1033nm;星毛委陵的特征波段為705-721nm?？芍嵌镜奶卣鞑ǘ挝挥诳梢姽獠ㄗV范圍內，可能與狼毒植株高大、葉片面積大和葉綠素含量高有關;星毛委陵菜的特征波段位于“紅邊”位置，可能與植被生長期和植被生長狀況有關;冷蒿的反射率總體趨勢與苔草、羊草相比差距較大，其特征波段在可見光波段、“紅邊”位置和近紅外波段都有涉及，可能與冷蒿表面附有絨毛，降低了葉綠素的反射特征，因而容易與其他植被區分開來有關。
基于對數光譜曲線退化指示植物的特征波段的5種植被的對數光譜曲線如圖5-7所示。
由圖5-7可知，狼毒、冷蒿和星毛委陵菜分別與苔草、羊草對比，位于550nm處的反射峰、420nm處的藍谷和670nm處的紅谷的寬度和深度均增加，物種間反射光譜曲線的差異特征更加明顯，更利于特征波段的識別。將退化指示種和主要優勢物種對數光譜曲線與原始光譜曲線相比較，其特征波段的提取結果基本一致?；诰抵眯艆^間帶的對數光譜分析結果顯示，狼毒的特征波段為402-412nm、冷蒿的特征波段為611-689、758-924和940-1038nm，星毛委陵菜的特征波段為705-721nm。
采用Manhattan距離法評價篩選特征波段對退化指示種與主要優勢物種的識別效果，以退化指示種狼毒、冷蒿和星毛委菜分別與2中主要優勢物種苔草和羊草組合，共5組，分別用檢驗樣方進行Manhattan距離的檢驗，結果見表1所示。
比較同種植被的Manhattan距離值與異種植被的Manhattan距離值發現，無論哪種植被為實驗樣本或檢驗樣本，同種植被的Manhattan距離值顯著小于異種植被的Manhattan距離值。冷蒿與苔草的Manhattan距離、冷蒿與羊草的Manhattan距離和冷蒿與冷蒿的Manhattan距離值較狼毒和星毛委陵菜與苔草、羊草的Manhattan距離相比較較大，說明冷蒿和苔草、羊草植被類型差異大，易于區分識別。
