高光谱吸收特征参数反演草地光合有效辐射吸收率

在植被光合有效辐射吸收率(FAPAR)遥感估算中被广泛采用的植被指数法,其估算精度往往受到"红波段吸收峰"峰值点光谱反射率易饱和特征的影响。考虑到高光谱吸收特征参数能较好地诠释地物光谱吸收特征的细节信息,基于微分法与包络线去除法研发"高光谱曲线特征吸收峰自动识别法"识别对FAPAR敏感的特征吸收峰,再结合连续统去除法以及光谱吸收指数(SAI)提取FAPAR的高光谱吸收特征参数,构建估算天然草地冠层水平FAPAR的高光谱吸收特征参数模型。结果表明:(1)天然草地冠层FAPAR与高光谱吸收特征参数具有很好的相关性,其中,"红波段吸收峰"SAI对FAPAR变化最为敏感,在植被覆盖度较高时,其饱和性相比"红波段吸收峰"峰值点反射率与归一化植被(NDVI)值有较大的提升。(2)以"红波段吸收峰"SAI为变量的对数方程为FAPAR的最佳估算模型,在植被覆盖度处于中与高时,其FAPAR预测精度比NDVI模型有不同程度的提高。研究采用的高光谱吸收特征参数一定程度上弥补了部分植被指数因饱和问题在估算FAPAR时的不足,可作为植被FAPAR反演的新参数,适用于中、高覆盖度的天然草地FAPAR监测。     

基于混合像元分解理论的路域植被等量水厚度遥感反演

为削弱混合像元对植被参数反演的影响，提出了基于混合像元分解理论反演路域植被等量水厚度的方法。利用PRO4SAIL模型正演获得的高光谱窄波段数据，模拟Landsat 8遥感影像宽波段植被冠层光谱数据，并进行等量水厚度的敏感植被指数的筛选；对覆盖研究区域的Landsat 8遥感影像进行线性混合像元分解，获取更加精确的植被冠层光谱反射率；同时，利用支持向量机构建等量水厚度估测模型，实现对路域植被等量水厚度的遥感反演。研究结果表明，利用混合像元分解后得到的植被冠层光谱参与模型反演得到的路域植被等量水厚度更加符合实际情况，为遥感影像反演植被参数提供了有效数据。     

基于PROSPECT＋SAIL模型的遥感叶面积指数反演

以PROSPECT+SAIL模型为基础，从物理机理角度反演植被叶面积指数(LAI)。首先，通过FLAASH模型进行大气校正，使得图像像元值表达植被冠层反射率； 然后，根据LOPEX 93数据库和JHU光谱数据库选择植物生化参数和光谱数据，以PROSPECT模型模拟出的植物叶片反射率和透射率作为SAIL模型的输入参数，得到植被冠层反射率，将结果与遥感影像的植被冠层反射率对应，回归出植被LAI； 最后，以地面实测数据对遥感反演数据进行验证，并分析了误差的可能来源。     

一种三江平原湿地的植被冠层叶绿素反演

针对三江平原洪河湿地保护区内主要特征植被冠层的叶绿素含量,采用PROSAIL模型从物理角度进行反演。首先将叶面积指数、叶片结构参数、等价水厚度、叶绿素实测含量等一些植被理化参数的实测值输入模型得到模拟光谱数据,然后与实测光谱数据对比验证其准确性。在模型中,通过固定其他参量不变,取叶绿素含量为唯一值时,考察在不同叶面积指数下叶绿素含量对冠层反射率的影响。结果显示,植被冠层叶绿素含量的敏感波段为555nm和720nm。基于PROSAIL模型的叶绿素反演方法较传统的统计模型相比是较好且稳健的方法。     

冠层反射光谱对植被理化参数的全局敏感性分析

植被理化参数与许多有关植物物质能量交换的生态过程密切相关,定量分析植被反射光谱对理化参数的敏感性是遥感反演理化参数含量的前提。本文采用EFAST(Extended Fourier Amplitude Sensitivity Test)全局敏感性分析方法,利用PROSAIL辐射传输模型分析了冠层疏密程度对叶片生化组分含量、冠层结构以及土壤背景等多种参数敏感性的影响,并对植被理化参数反演所需先验知识的精度问题进行了初步探讨。研究表明:(1)对于较为稠密的冠层,可见光波段的冠层反射率主要受叶绿素含量的影响,近红外和中红外波段的冠层反射率主要受干物质量和含水量的影响;(2)对于稀疏的冠层,LAI是影响400—2500 nm波段范围内冠层反射率的最重要参数,土壤湿度次之,叶片生化参数对冠层反射率的敏感性较低;(3)在已知稀疏冠层LAI的情况下进一步确定土壤的干湿状态,可显著提高冠层反射率对叶绿素含量的敏感度,有助于稀疏冠层叶绿素含量的反演。     

小麦生物量和真实叶面积指数的高光谱遥感估算模型

利用大田小麦的参数数据和冠层光谱数据,基于光谱一阶微分技术和光谱响应函数,构建等效MODIS植被指数,建立小麦生物量(本文指总干生物量,下同)和真实叶面积指数的高光谱遥感估算模型.结果表明:①小麦生物量与冠层光谱在552 nm,721 nm处呈现最显著相关关系,叶面积指数与冠层光谱的相关性在400～1100 nm范围内较显著;②红边位置与生物量的关系最为显著,相关系数R为0.818;③6种等效MODIS植被指数中,增强型植被指数对生物量最为敏感;④红边位置估算小麦总生物量的指数模型最优,决定系数R2为0.829;⑤增强型植被指数与小麦叶面积指数的指数模型拟合度最强,决定系数R2为0.94.利用实测光谱模拟MODIS等效反射率构建植被指数反演小麦参数的方法,可为利用卫星数据进行大面积、无破坏和及时获取地面植被信息研究提供重要手段.     

大豆残茬光谱响应特征研究

利用HR-768型便携式光谱仪,测定了不同大豆残茬覆盖度下的地面光谱,利用照相法获取对应的大豆残茬覆盖度。采用线性回归方法分析了单波段反射率、反射率一阶导数、归一化指数、比值指数与大豆残茬覆盖度的相关性,获取了不同覆盖度水平下大豆残茬的光谱响应特征,并结合MODIS、TM、HJ-1B星的波段响应函数建立了大豆残茬覆盖度最优估算模型。结果表明,在2050—2150nm和2250—2350nm两个波段范围内,大豆残茬与裸土的光谱差异最显著,可用于二者的区分;大豆残茬的光谱特征与玉米、小麦残茬的光谱特征相似,仅在920—967nm范围内存在特殊的吸收峰;以高光谱数据为数据源,941.6nm处的反射率、2151.8nm处反射率一阶导数、1461.3nm和2404.4nm反射率构建的归一化指数以及2247nm和608.6nm反射率构建的比值指数适宜用于作物残茬覆盖度估算,以宽波段数据为数据源,短波红外与红波段反射率构建的比值指数适宜用于大豆残茬覆盖度估算。     

GF-6影像下的南方路域针叶植被LAI反演研究

为了更好应用国产高分辨率遥感影像监测评价南方路域植被环境,研究南方路域针叶植被叶面积指数遥感反演.该文以长益高速研究区域的高分六号影像(GF-6)为基础,提出了可适用于针叶叶片的LIBERTY+ SAIL耦合模型并结合多元线性回归、局部加权回归反演路域植被针叶LAI的方法.研究中以耦合模型模拟的冠层光谱反射率、GF-6影像和野外实测生化参数为数据源,通过相关性分析,将与LAI相关性较高的SAVI、RVI和EVI 3种植被指数作为反演因子,结合组合模型反演LAI并评定模型的反演精度.结果 表明,耦合模型对南方路域针叶植被LAI的估算精度整体较高,对比分析两种叶面积指数的组合预测模型,耦合模型结合局部加权回归组合反演LAI具有优越性,可更好地反演路域植被针叶LAI.     

农作物冠层光谱分析及反演技术综述

农作物的冠层光谱反射率与作物的氮含量、叶绿素含量及叶面积指数等参数之间具有很强的相关性，通过对作物冠层光谱进行分析可反演出作物的生物物理参数，并应用在长势分析、产量预测、病虫害预警等领域。本文首先阐述了作物冠层反射率采集方法，对地面、机载及遥感卫星3个采集层面的优缺点进行了对比；其次给出了植被指数构建原理及常用植被指数，分析了物理模型反演法和统计反演法的复杂度和性能；最后提出了农作物冠层光谱分析及反演技术的下一步发展方向及面临的挑战。     

路域植被叶绿素多光谱遥感定量反演研究

叶绿素是植被光合作用的主要物质,准确估算叶绿素含量对植被生长健康状况和生态环境研究具有重要意义。本文利用辐射传输机制的PRO4SAIL模型模拟植被冠层光谱,以TM影像为数据源,分析物理模型模拟反射率和遥感影像反射率与叶绿素含量之间的相关性,研究利用多光谱信息定量反演路域植被叶绿素含量的可行性。研究结果表明,植被光谱反射率与叶绿素含量之间有较强的相关性;利用PRO4SAIL模型模拟的冠层反射率反演叶绿素含量具有一定可行性。该研究成果为大面积路域植被冠层叶绿素含量遥感监测提供理论依据与参考。     

3维场景植被冠层多波段模拟研究进展

植被冠层辐射散射信号中蕴含了丰富的植被信息,通过构建植被冠层辐射散射模型,可以实现植被结构等生物物理参数的遥感定量反演。迄今为止,可见光/近红外、热红外、微波波段均已发展了大量的模型,这些模型在参数反演方面各具优势,但不同波段的模型又有其自身的局限性。跨波段的联合模拟可以实现模型间的优势互补,进而提高地表参数的反演精度,近年来已有学者专注于可见光/近红外与热红外模型,热红外与微波模型,主被动微波模型,以及可见光/近红外与微波模型的联合模拟和协同反演,但多是两两联合,且主要是基于经验模型或解析模型。基于3维场景的植被冠层辐射散射特性模拟模型可以细致刻画不同组分的结构和空间分布特征,对于由植被结构引起的多次散射和组分比例变化的考虑具有优势。本文主要介绍了3维模拟模型在可见光/近红外、热红外和微波波段,以及跨波段联合模拟方面的研究进展,从模型机理、场景统一、以及组分理化参数的统一的角度,探讨了构建多波段3维模拟系统的可行性,展望了多波段3维模拟模型的发展趋势。     

估算混合植被叶绿素含量的理想波段分析

应用Lopex数据库评价了19个波谱指数对物种的敏感性, 分析了叶绿素含量与波谱反射率以及波谱导数的相关性, 目的在于探寻对叶绿素含量变化的敏感性, 对物种和叶片结构变化不敏感的理想波段, 应用大尺度遥感数据估算混合植被冠层叶绿素含量。分析结果表明：红边指数对混合植被的叶绿素含量具有较好的指示作用；估算冠层叶绿素含量的理想波段为698—710nm附近较窄的波段范围；对于波谱导数, 估算混合植被叶绿素含量的理想波段范围为720—735nm和535—550nm附近波谱导数。     

基于高光谱曲线峰度、偏度的植被叶绿素含量反演模型研究

本文分析了高光谱反射率及红边位置与叶片绿度的相关性,建立了基于敏感波段和红边位置的叶绿素估算模型。通过对不同叶绿素含量高光谱曲线特征的分析,提出了基于高光谱曲线峰度和偏度的叶绿素估算新思路,并分别建立基于原始光谱560-760nm波段和一阶导数光谱660-760nm波段对应峰度、偏度的叶绿素反演模型。结果表明,法国梧桐、无花果和白毛杨基于敏感波段的叶绿素含量反演模型的拟合度,与传统估算模型相比,本文提出的新估算模型可以明显提高高光谱反演叶绿素含量的能力。     

北京地区冬小麦冠层光谱数据与叶面积指数统计关系研究

以北京地区冬小麦为研究对象,利用TM传感器的光谱响应函数处理地面测量获得的冬小麦冠层光谱数据,得到对应于TM传感 器红光波段和近红外波段的反射率,进而计算出冬小麦冠层的归一化植被指数NDVI。建立了LAI与NDVI之间的不同经验关 系模型,对实验结果进行分析后得出,LAI与NDVI之间具有高度的指数相关性。     

栎树氮碳含量反演叶片与冠层尺度差异分析

在叶片和冠层两个尺度上,分析了栎树叶片氮碳两种生化组分含量与其反射率特性的统计关系;采用逐步回归法,分别利用地面光谱和航空高光谱曲线对叶片和冠层尺度进行了反演,选择进入回归方程的波段分别为719 nm、1 854 nm/1 861 nm、359 nm和767.9 nm/1 319.0 nm。研究表明,叶片尺度由于受到干扰较小,反演结果明显优于冠层尺度;冠层尺度的反演受大气水汽、冠层结构、植被下垫面等诸多因素影响较大,因此在进行冠层尺度生化组分反演时,必须充分考虑上述因素的影响。     

植被光能利用率高光谱遥感反演研究进展

光能利用率是表征植被通过光合作用将所截获/吸收的能量转化为有机干物质效率的指标。光能利用率是植被光合作用的重要概念,也是区域尺度以遥感参数模型监测植被生产力的关键参数。不同植被类型的光能利用率具有明显的时空差异,水分、温度、养分供给等环境胁迫因素会影响植被的光能利用率。随着高分辨率光谱测量传感器的使用,位于可见光和近红外区域的窄波段可以捕捉到植被冠层反射率的细微变化,也促进了光能利用率遥感反演技术的发展。本文结合国际植被光能利用率遥感反演最新研究成果,从基于环境胁迫因子的光能利用率反演,基于植被光谱指数的光能利用率反演、基于叶绿素荧光的光能利用率反演,以及基于涡度相关测量数据和遥感数据相结合的光能利用率反演四个方面,详细介绍了植被光能利用率遥感反演的主要技术方法,并对植被光能利用率遥感研究存在的主要问题和发展趋势进行了讨论。     

基于Hyperion影像的水稻冠层生化参量反演

采用小区实验与大田应用相结合的方法, 依据扬州实验小区地面实测拔节期、抽穗期及灌浆期的水稻叶片、冠层光谱及氮和叶绿素含量, 采用光谱吸收特征和植被指数分析方法, 得到估算水稻氮和叶绿素含量的最佳光谱特征参数; 结合覆盖江苏姜堰地区大田的Hyperion高光谱遥感影像, 建立反演水稻冠层氮和叶绿素含量的模型, 对研究区大田水稻冠层氮和叶绿素含量进行了反演及制图。结果表明: 经波深中心归一化方法分析, 发现以670nm为中心的光谱吸收特征面积与水稻氮含量呈显著相关性; 基于反转归一化光谱, 结合560nm和670nm两个波段, 建立的植被指数NDVI560_670能很好地反演水稻叶绿素含量。     

基于高分一号与Landsat-8影像的水体浊度反演比较

为分析高分一号WFV传感器16 m遥感影像在水质反演方面的能力,本文选取南四湖为研究区,以高分一号卫星影像与Landsat-8卫星OLI影像为数据源,结合地面同步实测水体浊度数据,建立反演水体浊度的原始光谱反射率模型、归一化反射率模型和波段比值模型,并对各模型进行精度评价,分别比较两个传感器在浊度反演能力方面的差异。结果表明:利用高分一号WFV 16m遥感影像进行水质反演具有较高的精度,且具备更高的空间分辨率和更短的重访周期,可以替代Landsat-8多光谱数据。     

FluorMOD模拟叶绿素荧光夫琅和费暗线反演算法不确定性分析

目前,利用夫琅和费暗线提取叶绿素荧光的3种最常用的算法有标准FLD方法、3FLD和i FLD方法。上述3种夫琅和费暗线算法在叶绿素荧光反演中得到了广泛应用,但各算法的不确定性研究相对薄弱,尚缺乏系统的分析。因此,本文的目标是阐明氧气吸收波段叶绿素荧光反演的不确定性,优化叶绿素荧光遥感探测指标,提高叶绿素荧光反演精度。利用Fluor MOD模型,模拟不同植被冠层参数、光谱分辨率SR、信噪比SNR条件下的冠层光谱,并比较分析这3种反演方法在不同参数条件下的不确定性。结果表明:3种方法在O2-A波段的反演精度均比在O2-B波段精度高,其中,i FLD和3FLD算法的反演精度相对较高,标准FLD的反演结果较差;随着SR的下降,3种算法的反演精度均有不同程度的下降,标准FLD算法的荧光提取精度受传感器SR的影响最大;随着SNR的增大,3种算法的反演精度有不同程度的升高,i FLD算法的荧光提取精度受信噪比的影响最大。由结果可以得出,3种反演算法在不同的参数条件下有其各自的局限性和优势;利用氧气吸收波段进行叶绿素荧光反演存在诸多不确定性,不确定性主要来源于吸收线内外反射率和荧光比值的真实值与估计值的偏差,叶绿素含量是影响这种偏差的一个主导因素;传感器性能对荧光提取结果也有显著的影响。     

辐射传输模型模拟与深度学习结合的高分一号卫星植被光合有效辐射吸收比例产品反演算法

植被光合有效辐射吸收比例FPAR (Fraction of absorbed Photosynthetically Active Radiation)是碳循环光能利用率模型中的关键参数之一。高分系列卫星的发射，为反演定量遥感产品提供了高时空分辨率的卫星遥感数据，基于高分数据的植被光合有效辐射吸收比例产品能够为生态系统碳循环的分析评估提供更加精细、精度更高的输入参数产品。本文发展了一种基于深度学习的光合有效辐射吸收比例反演方法。该方法利用SAIL(Scattering by Arbitrarily Inclined Leaves)模型模拟多种太阳入射角度、观测角度、大气条件下的植被冠层光合有效辐射吸收比例及冠层反射率，形成海量输入—输出模拟数据集，具有鲁棒性及更好的普适性；基于深度信念网络对数据集进行训练，得到高分一号（GF-1）卫星光合有效辐射吸收比例遥感反演模型。利用中国科学院怀来遥感综合试验站及黑河流域地表过程综合观测网FPAR地面站点连续观测数据对玉米作物、芦苇草地等下垫面反演的FPAR进行了对比验证，RMSE分别为0.15和0.17。本方法以辐射传输模型模拟的多维大气及地表输入...