翅碱蓬高光谱植被指数对土壤化学性质的响应

植被覆盖区土壤化学性质遥感监测一直是一个难点,往往只能通过生物地球化学的方法,利用上覆植被信息间接地反映。该研究通过野外采样分析的17个翅碱蓬(Suaeda salsa)光谱数据和其下土壤样品的理化分析配对数据,探讨土壤化学性质与翅碱蓬高光谱植被指数间的关系。结果表明:上覆翅碱蓬高光谱植被指数与土壤有机质、全氮、速效钾之间均无显著相关,高光谱植被指数(NDNI)可用于初步反映土壤全磷的含量变化,NDVI705可用于初步反映土壤pH值的变化,而高光谱植被指数(MSI)可以很好地反映土壤盐分含量的变化。在此基础上,建立了土壤全盐量与19个高光谱植被指数的偏最小二乘回归模型,这为翅碱蓬覆盖区域土壤盐渍化遥感监测提供了一种方法。     

基于SAIL模型的多角度多光谱遥感叶面积指数反演

随着多角度传感器的陆续出现及植被遥感传输机理研究的深入,多角度遥感逐渐成为地表信息反演的热点问题.以SAIL冠层反射率模型为基础,通过联合多角度和多光谱数据,可以从物理机理角度进行植被叶面积指数(LAI)反演的应用研究.首先通过计算得到多角度多光谱遥感影像的角度信息,并经6S模型纠正后得到多光谱多角度植被冠层反射率数据.然后将PROSPECT模型模拟出的植被叶片反射率和透过率,以及多角度观测数据、LAI和其它实测数据输入SAIL模型,模拟得到了多角度多光谱冠层反射率,进而建立多角度多光谱冠层反射率与LAI的查找表.最后,将影像的多角度多光谱冠层反射率与查找表进行匹配,实现植被LAI的反演.最后对反演结果进行了验证和分析,结果表明反演精度较高,误差均在合理范围之内.     

基于高光谱数据的天山北坡积雪孔隙率反演研究

以新疆天山北坡中段典型流域季节性积雪为研究对象,基于高光谱遥感监测技术,分析了融雪期积雪孔隙率与光谱反射率的相关性。采用偏最小二乘法(PLS)对相关性较高的波段进行压缩,并提取贡献率最高的前四个主成分,以此用来确定神经网络的隐含节点数、输入层、输出层的初始权值,建立PLS-BP模型进行积雪孔隙率反演研究。结果表明:当隐含节点数为3,模型的线性确定相关系数(R²)较高为0.9159,RMSE为0.04,相对误差为0.23。与传统偏最小二乘回归(PLSR)、主成分回归(PCA)建模方法相比,精度较高,所建定量模型可用于高光谱遥感反演积雪孔隙率。     

水分胁迫条件下棉花生理变化及其高光谱响应分析

利用ASD地物光谱仪,测定水分胁迫条件下棉花不同生育时期内叶片的光谱反射率,应用微分技术处理棉花的反射光谱,并结合棉花叶面积指数(LAI)、叶绿素(a b)含量(Chlt)、叶片全氮(TN)含量等生物参数进行分析,研究棉花水分胁迫情况下的高光谱特征,结果表明,一阶微分光谱720nm波段的数值与LAI的正相关(R=0．7656);750nm处一阶微分值与叶绿素含量呈显著正相关关系(R=0．7774);微分光谱690nm～740nm数值积分面积与TN含量呈正相关(R=0．7669),采用比值反射率对反射光谱1300nm～1500nm波段范围内最小值与棉花叶片的含水量作相关分析,达到极显著水平(R^2=0．8298),验证了一阶微分光谱数据与棉花的生理参数有很好的相关性,可见光和近红外波段光谱反射率能够反映出棉花生长发育的动态特征;证明了棉花的花铃期是高光谱遥感对棉花长势和生理参数定量诊断的最佳时期。本研究通过建立一系列线性光谱模型对棉花生理参数进行估测,为基于高光谱数据的棉花生长模型和棉花长势的遥感监测提供了理论依据。     

土壤氯化钠含量高光谱估算模型研究

基于光谱反射率快速、无损的检测优势,以于田地区不同氯化钠含量土壤光谱反射率作为信息源,探讨利用反射光谱估算土壤氯化钠含量的可行性。于2012年7月对于田地区进行野外调查,在测定土壤光谱反射率及氯化钠含量的基础上,对光谱反射率数据进行预处理并建立了逐步多元线性回归(SMLR)模型和偏最小二乘回归(PLSR)模型,并利用决定系数R2和均方根误差RMSE对模型稳定性和预测能力进行检验,进而比较不同预处理方法和不同模型估算结果的适用性。结果表明:反射率二阶微分光谱是预测土壤样本氯化钠含量的最佳光谱指标;偏最小二乘回归(PLSR)模型是建立土壤光谱与氯化钠含量关系的最优模型,R2和RMSE分别为0.812和0.105。利用反射光谱估算土壤氯化钠含量,通过各种光谱预处理方法提高估算精度,可实现在区域尺度上的土壤盐渍化监测和评价。     

亚热带针阔混交林光化学植被指数与光能利用效率关系研究

利用光化学植被指数(PRI)反演区域尺度植被光能利用效率(LUE)的动态变化特征是当前生态系统生产力遥感研究的一个重要方向。基于2014年4月-2015年3月在广东省肇庆市鼎湖山森林生态试验站开展了植被冠层光谱和涡度相关通量同步观测,探讨亚热带常绿针阔混交林LUE与PRI的相关性及其调控因素。研究表明:(1)亚热带常绿针阔混交林LUE-PRI存在显著相关关系,但其相关性存在较大的季节性差异,冬季的相关性(R~2=0.40,P0.01)明显优于夏季(R~2=0.04,P0.01);(2)削弱植被自身的色素含量以及观测区内部的冠层结构、土壤背景、观测和光照条件影响后的?PRI难以有效表征亚热带常绿针阔混交林的LUE动态变化(表征程度为10%左右);(3)植被吸收的光合有效辐射(PAR)对LUE-PRI关系影响较大,饱和水汽压差(VPD)和日均温(Ta)对LUE-PRI相关性的影响较弱。需要进一步分析森林冠层结构、物候变化等因素对两者关系的影响,提高PRI作为亚热带森林LUE动态变化指示器的精度。     

基于偏最小二乘法的玉米FPAR高光谱反演模型研究

以ASD FR便携式光谱仪与LI-191SA光量子仪对吉林中西部的玉米田进行多次观测,采集到123组有效数据,基于偏最小二乘法(PLS)对玉米FPAR进行高光谱反演。对可见光与近红外光谱(400～1 500nm)进行分析并建立反演模型,对FPAR预测效果进行验证,验证模型的R2为0.785,RMSE为0.117;同时进行了玉米FPAR与光谱反射率、反射率一阶导数之间的关系分析及植被指数与玉米FPAR之间的回归分析。研究结果表明,PLS方法建立的模型可有效地从玉米高光谱反射率数据反演出FPAR含量,反演结果精度较植被指数高。     

成像光谱数据的光谱信息特点及最佳波段选择--以北京顺义区为例

波段宽度为纳米级的成像光谱数据,具有几十乃至几百个光谱通道,它们各有不同的特点。如何根据具体的应用目的,在这众多的波段中选择出最佳波段,对于有效地进行成像光谱数据的处理、分析及信息提取是至关重要的。本文以北京顺义区成像光谱数据为例,首先根据所有通道的相关性,将其分为若干组,然后通过全面分析成像光谱数据的光谱信息特征,在综合考虑各波段的信息含量、波段间的相关性、波段的可分性以及地物光谱的吸收特性等因     

河西走廊沙漠反射光谱分析

地物反射光谱特性测试是遥感应用的基础理论研究,遥感图象的灰度值与地物反射率的大小关系极为密切。本文通过野外实测光谱资料的分析,获得以下结论:(1)沙土粒越大,反射率越低,粒度越小,反射率越高;(2)沙土含盐量越大,反射率越高,含盐量越小反射率越低;(3)沙土有机质和金属氧化物含量的增加,一般反射率时显降低。     

基于反射率和亮度温度的锡林郭勒积雪深度估算

积雪是我国西北干旱半干旱区重要的水资源,也是影响全球气候变化的重要因子之一。 目前光学影像反射率和雷达亮温数据是积雪遥感领域的主要数据,本文首次结合两类遥感数据估 算积雪深度,并比较偏最小二乘法和机器学习算法（人工神经网络、支持向量机和随机森林算法） 在积雪深度估算方面的表现。以锡林郭勒盟 2012—2015 年积雪深度数据为例,基于反射率和亮度 温度相结合的积雪深度估算精度优于单个数据源,且随机森林算法表现最好,均方根误差为 2.93 cm,满足实际应用的需求。研究结果对我国西北地区水资源分布、生态环境评估等研究具有重要 意义。     

基于粗集均值滤波的Hyperion高光谱数据滤噪方法

高光谱图像滤噪处理直接影响后续分析结果的精确度乃至正确性,鉴于此,针对Hyperion高空间分辨率和高光谱分辨率的特征,在比较分析目前各种高光谱遥感数据噪声滤波方法的基础上提出一种基于粗集均值滤波的噪声滤除方法,即先用上下近似空间和门限值刻画边缘,再用均值滤波。将该方法的实验结果与常用的高光谱数据MNF噪声分离算法和低通滤波算法的结果进行比较,发现基于粗集概念的均值滤波具有较好的保边去噪效果,其误差小、光滑性好、自适应能力强以及能够较好的保留细节信息,但需要通过交互确定门限;在处理不完整性、不确定性等问题时,粗集算法比硬计算效果更好。     

福建三明马尾松树轮宽度对气候变化的响应

运用树木年代学的基本原理和方法,研究三明地区马尾松(Pinus massiniana)径向生长对气候要素的响应。结果表明:夏季温度限制着马尾松的径向生长,年轮宽度与上一年和当年7—8月平均气温均呈显著负相关(P0.01);马尾松的径向生长受到降水和湿度的影响较大,与上一年1—3月降水量和2—3月平均相对湿度显著负相关(P0.01),与当年6—11月平均降水量和7—8月相对湿度显著正相关(P0.01);同时宽度年表与上一年2—3月太阳日照时数显著正相关(P0.01);另外,宽度年表与6—11月PDSI显著正相关(P0.05),生长季的干旱胁迫抑制了马尾松的生长。研究说明本地区限制马尾松树木生长的因素较多,1年中不同时期限制马尾松径向生长的气候因子不同。     

基于高光谱特征选择和RBFNN的城市植被胁迫程度监测

以Hyperion星载高光谱数据为例,基于指数提取-特征选择-分类识别-模式分析的思路,分析广州市的城市植被胁迫状况。提取与胁迫相关的高光谱植被指数,对其进行相关分析,滤除相关性很高的植被指数,利用选取的特征应用RBF(径向基函数)神经网络对城市的植被胁迫程度进行分类,对广州市受胁迫植被的空间分布及其原因进行分析。研究表明:运用特征选取和RBF神经网络可以较好的区分城市植被受胁迫的程度;城市植被受胁迫的程度与城市交通污染、人为干扰相关性比较大;受胁迫植被的强度分布呈现从城市中心向外的梯度变化,在大块绿地外围呈环状分布。     

基于NDVI与偏最小二乘回归的荒漠化地区植被覆盖度高光谱遥感估测

以星载高光谱影像Hyperion为数据源,系统比较了NDVI与偏最小二乘回归（PLS）估测荒漠化地区植被覆盖度的能力,模型的建立（n=46）与独立检验所用样本（n=10）均为地面实测数据。研究结果表明,基于星载高光谱数据的NDVI与PLS模型可以有效地估测荒漠化地区植被覆盖度。相比于宽波段NDVI（RMSEP=10.5618）及基于803.3/671.02 nm计算的标准高光谱NDVI（RMSEP=8.3863）,选择特定高光谱波段（823.65/701.55 nm）构建的NDVI预测植被覆盖度的误差明显较低（RMSEP=6.5189）。基于高光谱所有波段原始反射率、一阶导数及包络线去除光谱的PLS回归模型表现,要明显优于仅利用两个波段信息的NDVI,其中基于原始反射率的PLS回归模型表现最佳,RMSEP为4.4998,约为因变量平均值的23%。     

基于经验线性法的Hyperion高光谱图像地表反射率反演研究

基于经验线性大气校正法,分别选择水体和水泥堤坝作为暗、亮目标,对目前唯一在轨运行的高光谱图像Hyperion进行大气校正。与表观反射率的比较说明大气作用与地物实际反射率大小有关;与实测光谱进行对比研究,表明经验线性法所得结果在近红外和短波红外区域精度较高,绝对误差小于10％,最小值为2．6％,而在可见光波段精度较低,绝对误差在10％～13％。在实际应用中,该方法的关键是合理选择校正目标场。     

基于高光谱影像数据的戈壁表面砾石粒径定量反演潜力评估

在新疆哈密境内的噶顺戈壁选取样地,采集不同粒径砾石的光谱数据,分析光谱吸收特征,并利用光谱混合分析技术,以地物光谱为端元从EO-1 Hyperion 高光谱影像中提取了不同粒径的丰度图,分析戈壁表面砾石与高光谱影像的相关关系。结果表明:获取的地物光谱特征显示出粒径的差异对光谱具有明显的影响。所有光谱都展现出在2 250 nm处具有Al–OH 的吸收特性,而且粒径d=41 cm的吸收特性比其他粒径都更显著。而与更小粒径相比,粒径d=53 cm和d=83 cm在480 nm和920 nm处具有较弱的Fe³⁺ 吸收特性。粒径d=0.8 cm(R²=0.637)、d=3.4 cm(R²=0.687)、d=16.3 cm(R² =0.644)及d=41 cm(R²=0.622) 与相应的丰度影像具有显著相关性,而粒径d=53 cm(R²=0.181)和d=83 cm(R²=0.167)与相应的丰度影像相关性不显著。EO-1高光谱影像适用于对戈壁区砾石分布特征的确定,在进一步的研究中将高分辨率影像与高光谱影像相结合,可以提高判别精度。     

应用地统计学方法定量评价森林截留的地理变化规律

收集大量森林生态系统类型林冠截留功能研究资料,应用地统计学方法模拟了我国主要森林生态系统类型林冠截留的地理变化规律。结果表明:我国主要森林生态系统类型林冠截留与环境因素经度和纬度之间存在一定的地理变化规律,地统计学方法模拟的回归优度达88.15%,明显优于前人提出的三因素多元地理空间模型的模拟效果(回归优度为56.42%),能更真实反映我国主要森林生态系统类型林冠截留的地理变化规律,从而为我国主要森林生态系统林冠截留时空分布的模拟与分析提供可靠方法。这些主要森林生态系统包括:寒温带、温带山地落叶针叶林;寒温带、温带山地常绿针叶林;亚热带、热带东部山地常绿针叶林;亚热带、热带西部山地常绿针叶林;亚热带西部高山常绿针叶林;温带山地落叶与常绿针叶林;温带、亚热带山地落叶阔叶林;亚热带山地常绿阔叶林;亚热带山地常绿落叶阔叶混交林;亚热带竹林;南亚热带山地季风常绿阔叶林;热带半落叶季风雨林;热带山地雨林。     

基于高光谱数据的小麦叶绿素含量反演

近年来,遥感高光谱技术为获取农作物的某些生理化参数提供了丰富的数据来源。该文使用北京小汤山地区实验获取的小麦高光谱数据,应用偏最小二乘回归方法,建立了冬小麦冠层波谱与叶绿素含量的回归反演计算模型。研究结果显示:模型在350～1060nm波段具有较高的反演精度。本研究为应用高光谱数据反演冬小麦叶绿素含量提供了有效途径。     

基于Hyperion数据的南四湖叶绿素浓度反演研究

通过对2005年5月7日南四湖Hyperion高光谱影像的几何纠正和6S模型辐射校正,以及水体光谱数据分析,对22个水体样点原始光谱数据分别采用归一化处理和包络线消除处理后,以波段比值数据构建叶绿素浓度反演模型,选取相关系数最大的反演模型,获得南四湖叶绿素浓度的空间分布图。研究表明,包络线消除法能很好地去除水体的光谱曲线背景影响,突出光谱曲线的吸收和反射特征,与归一化处理相比,反演模型的相关系数都有很大提高。R700/R560波段比值数据构建的模型相关性最高,相关系数为0.834,可用于叶绿素浓度反演研究。     

腾格里沙漠典型植物含水率与地物光谱的关系分析

地物光谱特征不仅是遥感机理研究的重要内容,亦是遥感应用分析的重要依据。用ASD手持式光谱仪测定了腾格里沙漠10种典型植物的冠层光谱,对测得光谱数据进行包络线去除和一阶微分处理,并在实验室采用烘干法得到植物的含水率,运用相关系数法分析植物含水率与经包络线去除的光谱数据之间的关系,同时分析了不同含水率植物的红边特征。结果表明：研究区植物最大含水率为88.19%,最小含水率为37.34%;含水率与包络线去除的光谱数据在可见光（561~718 nm）和近红外（861 nm,894 nm）波段均存在极显著相关性,并建立了两者之间的回归模型,说明可见光近红外波段可以反映沙漠植物的水分状况;不同含水率植物的红边参数有所差异。