基于遥感与GIS技术的中藏药波棱瓜种植面积估算(1)
[收稿日期] 2014-01-08
[基金项目] 国家自然科学基金项目(41371125)；四川师范大学重点培育项目(13ZDL03)
[通信作者] *彭文甫，博士，副教授，研究方向为环境遥感，E-mail：pwfzh@126.com
[作者简介] 潘荟交，E-mail：348394874@qq.com
[摘要] 中药多种植在气候环境条件适宜的山区，山区地势复杂，种植地块分散，很难获得准确的种植面积。因此加强对复杂环境下中药种植面积监测方面的研究对于中药材种植的规模化、产业化有着至关重要的意义。该文以泸定县藏药波棱瓜种植为例，利用遥感与GIS技术，以TM，ETM影像为遥感信息源，结合地面样方调查的GPS数据，在GIS平台上进行数据分析和研究，提取出泸定县藏药波棱瓜的种植面积。结果表明：①所采用的中藏药波棱瓜种植面积估算方法、技术可行，能够在复杂的山区环境下，进行种植面积的遥感监测；②利用该方法估算出泸定县中藏药波棱瓜的种植面积是57.15 hm2，与当地统计结果相比较，误差在5%以内；③鉴于遥感数据在获取、预处理以及解译过程中存在一定的误差，遥感数据的分类结果直接作用于作物类别的提取，因此分类精度很大程度上影响着面积提取的精度，估算结果存在着一定的误差。
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[关键词] 遥感；地理信息系统；中藏药；种植面积估算；泸定县
近年来，中药产业迅猛发展，中药资源深入细致的调查对于中药产业的规模化、产业化起着至关重要的作用。传统的中药资源储量调查一直采用收购量推算，人为主观估算，缺乏科学性[1]，调查结果已经不能满足快速发展的中药产业的需求。因此，利用新技术开展中药资源调查及其蕴藏量估算成为中药资源研究、保护及利用的首要问题[2-3]。遥感技术作为一门新兴的综合性科学技术，在资源调查中能提供空间和时间上连续的区域性同步信息，体现了其技术在实际应用中的优越性。将遥感技术广泛应用于中药资源的调查中，能够为中药材重点品种的产量、资源蕴藏量、生物学特性、主产区分布及需求量等方面的调查提供更为简单、科学、准确的思路和方法。国内许多专家学者进行了利用遥感技术对药用植物资源监测的研究，并取得了一定的进展。孙宇章等所进行的野生苍术资源量监测是国内利用遥感技术对单个野生药用植物进行调查研究的开创和示范[4]；郭兰萍等研究了不同生态环境类型药用植物资源的遥感监测方法，分别对野生药用植物资源和栽培药用植物资源的监测方法进行了阐述，为不同类型的药用植物提供遥感监测的思路和方法[5]。张小波等探讨了利用遥感技术进行野生稀有药用植物遥感监测的方法和标准[6]。
, 百拇医药
中药产业的发展以及环境的破坏致使野生中药的数量和质量越来越不能够满足当今社会对中药材的需求，因此中药材的人工种植便成了解决供求问题的关键。一部分专家学者也将遥感技术运用于人工栽培类药材的研究。其中，陈士林等利用遥感技术对人参种植区的人参种植面积进行调查，建立了人参资源遥感调查的技术路线和方法，对人参进行了产区面积测算和估产，判读精度都在90%以上[7]；周应群等以三七为例研究了以遥感技术为基础栽培类药用植物资源调查方法，计算了栽培中药三七分布的面积、蕴藏量和产量[8]。但是目前大部分的研究还是针对野生资源的保护和开发而进行的面积测量以及蕴藏量的估算，以中药产业发展为目的，针对人工种植药材进行的药材长势、病虫害情况、产量预估等动态监测研究仍然处于探索阶段，实际运用研究较少。
本文以四川省甘孜州泸定县的中藏药波棱瓜种植地位研究对象，基于遥感与GIS技术为支持，以TM，ETM影像为信息来源，结合GPS地面样方调查、地面定位数据分析以及其他资料，对泸定县具有重要作用的中药材进行监测和分析，统计中药材资源的分布、数量等资源变化情况，实时掌握研究区中药材变化情况。该研究结果能够比较科学的分析泸定县藏药波棱瓜的种植情况，计算出泸定县藏药波棱瓜的种植面积，达到较高的估算结果。
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1 研究区概况
泸定县位于四川省西部二郎山西麓、甘孜藏族自治州东南部，界于邛崃山脉与大雪山脉之间，大渡河由北向南纵贯全境(图1)。东与石棉县相连，位于东经101°46′—102°25′，北纬29°54′—30°10′。南北长69.2 km，东西宽49.9 km，全县总面积2 165.35 km2(未含争议区域面积198.48 km2)。泸定县地处四川盆地到青藏高原过渡带上，受东南、西南季风和青藏高原冷空气双重影响，气候垂直差异明显，海拔1 800 m以下地区属亚热带季风气候，为有名的干热河谷地区。县境内最高海拔(贡嘎山)7 556 m。泸定气候冬无严寒，夏无酷暑，冬季干燥温暖，季均温度7.5 ℃；夏季温凉湿润，季均温度22.7 ℃；年平均气温16.5 ℃，年平均无霜期279 d，年均降雨量664.4 mm。波棱瓜生长在海拔1 500～3 500 m，喜欢凉爽、湿润、向阳的环境，泸定县的气候条件适合波棱瓜的人工栽培。本次研究选取的研究区域是泸定县冷碛镇、兴隆镇。这2个镇从2005年开始种植波棱瓜到目前已经形成一定的规模，种植地块相对集中。
2 数据来源与研究方法
2.1 数据来源及处理 研究区中藏药波棱瓜种植面积的遥感监测的数据包括：①波棱瓜种植地区的TM，ETM遥感影像，来源于中国科学院；②DEM数据(30 m)，来源于USGS；③泸定县土地利用信息和泸定县乡镇行政边界矢量图，来源于四川师范大学西南土地资源与评价教育部重点实验室；④GPS野外实测点、线、面数据，包括数码相机拍摄相信息；⑤泸定县自然、社会和经济概况以及其他的环境背景资料，来源于泸定县政府。
图1 研究区位置, 百拇医药(潘荟交 毛欢 彭文甫 樊淑云 方清茂 刘显福)
[基金项目] 国家自然科学基金项目(41371125)；四川师范大学重点培育项目(13ZDL03)
[通信作者] *彭文甫，博士，副教授，研究方向为环境遥感，E-mail：pwfzh@126.com
[作者简介] 潘荟交，E-mail：348394874@qq.com
[摘要] 中药多种植在气候环境条件适宜的山区，山区地势复杂，种植地块分散，很难获得准确的种植面积。因此加强对复杂环境下中药种植面积监测方面的研究对于中药材种植的规模化、产业化有着至关重要的意义。该文以泸定县藏药波棱瓜种植为例，利用遥感与GIS技术，以TM，ETM影像为遥感信息源，结合地面样方调查的GPS数据，在GIS平台上进行数据分析和研究，提取出泸定县藏药波棱瓜的种植面积。结果表明：①所采用的中藏药波棱瓜种植面积估算方法、技术可行，能够在复杂的山区环境下，进行种植面积的遥感监测；②利用该方法估算出泸定县中藏药波棱瓜的种植面积是57.15 hm2，与当地统计结果相比较，误差在5%以内；③鉴于遥感数据在获取、预处理以及解译过程中存在一定的误差，遥感数据的分类结果直接作用于作物类别的提取，因此分类精度很大程度上影响着面积提取的精度，估算结果存在着一定的误差。
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[关键词] 遥感；地理信息系统；中藏药；种植面积估算；泸定县
近年来，中药产业迅猛发展，中药资源深入细致的调查对于中药产业的规模化、产业化起着至关重要的作用。传统的中药资源储量调查一直采用收购量推算，人为主观估算，缺乏科学性[1]，调查结果已经不能满足快速发展的中药产业的需求。因此，利用新技术开展中药资源调查及其蕴藏量估算成为中药资源研究、保护及利用的首要问题[2-3]。遥感技术作为一门新兴的综合性科学技术，在资源调查中能提供空间和时间上连续的区域性同步信息，体现了其技术在实际应用中的优越性。将遥感技术广泛应用于中药资源的调查中，能够为中药材重点品种的产量、资源蕴藏量、生物学特性、主产区分布及需求量等方面的调查提供更为简单、科学、准确的思路和方法。国内许多专家学者进行了利用遥感技术对药用植物资源监测的研究，并取得了一定的进展。孙宇章等所进行的野生苍术资源量监测是国内利用遥感技术对单个野生药用植物进行调查研究的开创和示范[4]；郭兰萍等研究了不同生态环境类型药用植物资源的遥感监测方法，分别对野生药用植物资源和栽培药用植物资源的监测方法进行了阐述，为不同类型的药用植物提供遥感监测的思路和方法[5]。张小波等探讨了利用遥感技术进行野生稀有药用植物遥感监测的方法和标准[6]。
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中药产业的发展以及环境的破坏致使野生中药的数量和质量越来越不能够满足当今社会对中药材的需求，因此中药材的人工种植便成了解决供求问题的关键。一部分专家学者也将遥感技术运用于人工栽培类药材的研究。其中，陈士林等利用遥感技术对人参种植区的人参种植面积进行调查，建立了人参资源遥感调查的技术路线和方法，对人参进行了产区面积测算和估产，判读精度都在90%以上[7]；周应群等以三七为例研究了以遥感技术为基础栽培类药用植物资源调查方法，计算了栽培中药三七分布的面积、蕴藏量和产量[8]。但是目前大部分的研究还是针对野生资源的保护和开发而进行的面积测量以及蕴藏量的估算，以中药产业发展为目的，针对人工种植药材进行的药材长势、病虫害情况、产量预估等动态监测研究仍然处于探索阶段，实际运用研究较少。
本文以四川省甘孜州泸定县的中藏药波棱瓜种植地位研究对象，基于遥感与GIS技术为支持，以TM，ETM影像为信息来源，结合GPS地面样方调查、地面定位数据分析以及其他资料，对泸定县具有重要作用的中药材进行监测和分析，统计中药材资源的分布、数量等资源变化情况，实时掌握研究区中药材变化情况。该研究结果能够比较科学的分析泸定县藏药波棱瓜的种植情况，计算出泸定县藏药波棱瓜的种植面积，达到较高的估算结果。
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1 研究区概况
泸定县位于四川省西部二郎山西麓、甘孜藏族自治州东南部，界于邛崃山脉与大雪山脉之间，大渡河由北向南纵贯全境(图1)。东与石棉县相连，位于东经101°46′—102°25′，北纬29°54′—30°10′。南北长69.2 km，东西宽49.9 km，全县总面积2 165.35 km2(未含争议区域面积198.48 km2)。泸定县地处四川盆地到青藏高原过渡带上，受东南、西南季风和青藏高原冷空气双重影响，气候垂直差异明显，海拔1 800 m以下地区属亚热带季风气候，为有名的干热河谷地区。县境内最高海拔(贡嘎山)7 556 m。泸定气候冬无严寒，夏无酷暑，冬季干燥温暖，季均温度7.5 ℃；夏季温凉湿润，季均温度22.7 ℃；年平均气温16.5 ℃，年平均无霜期279 d，年均降雨量664.4 mm。波棱瓜生长在海拔1 500～3 500 m，喜欢凉爽、湿润、向阳的环境，泸定县的气候条件适合波棱瓜的人工栽培。本次研究选取的研究区域是泸定县冷碛镇、兴隆镇。这2个镇从2005年开始种植波棱瓜到目前已经形成一定的规模，种植地块相对集中。
2 数据来源与研究方法
2.1 数据来源及处理 研究区中藏药波棱瓜种植面积的遥感监测的数据包括：①波棱瓜种植地区的TM，ETM遥感影像，来源于中国科学院；②DEM数据(30 m)，来源于USGS；③泸定县土地利用信息和泸定县乡镇行政边界矢量图，来源于四川师范大学西南土地资源与评价教育部重点实验室；④GPS野外实测点、线、面数据，包括数码相机拍摄相信息；⑤泸定县自然、社会和经济概况以及其他的环境背景资料，来源于泸定县政府。
图1 研究区位置, 百拇医药(潘荟交 毛欢 彭文甫 樊淑云 方清茂 刘显福)