基于高光谱数据的苔草营养成分反演方法研究

研究基于高光谱数据的苔草营养成分(侧重粗蛋白质、总氮、总磷)反演方法。结果显示,粗蛋白质的最佳反演模型是通过原始光谱反射率(偏最小二乘回归的方法)获得,R2=0.814、RMSE=0.450;总氮的最佳反演模型是通过一阶光谱反射率(偏最小二乘回归的方法)获得,R~2=0.850、RMSE=0.175;总磷的最佳反演模型是通过原始光谱反射率(偏最小二乘回归)获得,R~2=0.882、RMSE=0.025。最佳模型检验结果显示估算值和实测值之间的强相关性:粗蛋白质R2=0.801、RMSE=1.029,总氮R2=0.777、RMSE=0.234,总磷R2=0.756、RMSE=0.043。     

基于AISA高光谱数据的总磷总氮反演

在实测嘉兴南湖地区总磷总氮水质参数的基础上,利用2012年11月份获取的AISA高光谱数据,建立总磷总氮的反演估测模型并进行分析。结果表明:以968 nm、944 nm、968/944 nm为因子的总氮多元线性回归模型的拟合精度最高;总磷的最佳反演模型是以905 nm、720 nm、720/905 nm为因子的多元线性模型。     

基于MODIS数据的干旱区土壤水分反演

为了更好地研究内蒙古额济纳盆地的土壤水分时空分布及动态变化,基于MODIS数据,利用热惯量模型,计算了表观热惯量,并与实测数据进行回归分析建模,反演了内蒙古额济纳盆地的土壤水分。结果表明,利用MODIS数据产品,反演参量获取简单,可降低反演土壤含水量的复杂性,有利于大、中尺度的实际应用;砂土对应的表观热惯量均值较大,粘土次之,壤土最小;相比粘土,壤土和砂土的表观热惯量值比较大且分散;绿洲区表观热惯量值比戈壁和沙漠区大;热惯量模型在20 cm左右深度土壤水分反演效果最好,可有效反演干旱区土壤水分。     

基于高光谱数据和RBF神经网络方法的草地叶面积指数反演

基于中国农业科学院在呼伦贝尔草原实测的120组草地冠层光谱反射率及相应的叶面积指数(LAI)数据,在进行主成分分析(PCA)实现降维处理的基础上,利用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络方法对草地LAI进行了高光谱反演研究.PCA结果表明,前9个主成分的累积贡献率达到了99.782％,能包含原光谱数据的绝大部分信息.将120组LAI及相应的9个主成分样本数据随机分为校正集数据(90组)和预测集数据(30组),分别用于神经网络模型的建立和LAI的预测.所构建的神经网络模型的模拟结果表明,RBF神经网络模型对校正集样本的模拟准确率达到100％(RMSE =0.009 6,R2 =0.999);预测集样本的实测LAI和模拟LAI之间的均方误差和决定系数分别为0.218 6和0.839,取得了较好的模拟效果,有效提高了传统的多元线性回归方程(RMSE =0.416 5,R2=0.570)的计算精度.     

基于Sentinel-1A数据的土壤水分反演

土壤水分是影响作物生长的重要因素,也是监测旱情、估算作物产量的重要参量.为及时、准确地掌握土壤水分,在利用水云模型(Water Cloud Model,WCM)对Sentinel-1 A的后向散射系数校正的基础上,联合地面土壤水分数据,采用线性回归、BP神经网络和支持向量回归三类模型进行了地表土壤水分反演实验研究.实验...     

应用高光谱遥感数据估算土壤表层水分的研究

土壤水分是土壤的重要组成部分，它在陆地表层和大气之间的物质和能量交换方面扮演着重要角色，寻求快速而准确的方法估算土壤水分具有重要意义。通常，从可见光一近红外对土壤表层水分的估计多是建立在土壤水分与反射率的关系之上的。而在土壤水分含量不高时，土壤水分的增加使土壤光谱反射率在整个波长范围内降低，尤其在760nm，970nm，1190nm，1450nm，1940nm和2950nm等水分吸收波段，而在土壤水分含量较高时，土壤水分的增加会使土壤光谱反射率在某些光谱波段升高。而土壤水分的估计往往是基于土壤水分与土壤水分吸收波段的吸收强度之间的线性关系上，虽然这些经验的方法对于估算某些土壤的表层水分含量是有效的，但这些关系应用于其它条件(如不同种类土壤、土壤湿度变化范围很大的情况)时却面临很多困难，这与土壤的光谱反射率是由土壤的组成成分(土壤水分、有机质、氧化铁和粘土矿物等)的含量和它们在土壤中的分布密切相关。微分技术处理“连续”的光谱是遥感中常用的数学方法，微分技术能部分消除低频光谱成分的影响。现在微分光谱已广泛地应用于研究植被的生物物理参数、矿物和有机质等。然而利用微分光谱对土壤水分反演的研究却鲜见报道。本文通过对实验室中多种不同类型的土壤进行光谱与土壤表层水分含量进行观测，探讨了通过土壤反射率与微分光谱对土壤表层水分的反演方法。4种类型的土壤光谱数据(反射率(R)，反射率倒数的对数(log(1／R))，反射率的一阶微分光谱(dR／dλ)，反射率倒数的对数的一阶微分光谱(d(log(1／R))／dλ))与土壤表层水分之间的关系在本文中得到分析，R与log(1／R)对于不同土壤类型与土壤表层水分都很敏感，说明通过R与log(1／R)反演土壤表层水分受土壤类型的影响很大，而dR／dλ，d(log(1／R))／dλ)对土壤类型却不敏感，对土壤表层水分较为敏感，说明dR／dλ和d(log(1／R))／dλ)对于反演不同类型土壤具有很大的潜力，微分光谱与土壤水分在某些波段具有显著的相关性。通过随机对9种土壤(各具有4个土壤水分)的数据建立反演土壤水分的模型，并其他9种土壤(各具有4个土壤水分)的数据进行验证模型，结果表明，dR／dλ和d(log(1／R))／dλ)能够显著提高R与log(1／R)对于不同土壤类型土壤表层水分的反演精度，由于吸收过程是非线性的，在四种类型的土壤光谱数据中，总体来说，d(log(1／R))／dλ)具有最好的能力预测不同类型土壤的表层水分含量。     

基于ERS散射计数据的土壤水分反演方法

在全球能量与水循环研究中,地表土壤水分是非常关键的参数之一。ERS散射计因具有观测尺度大、重复周期短等优势而在地表土壤水分监测方面日益受到关注。采用目前最先进的理论模型AIEM(改进的积分方程模型),根据ERS散射计的参数设计模拟出一个涵盖较宽地表粗糙度和介电常数输入范围的数据库,利用这个数据库发展出一个参数化模型。该模型采用了一个综合均方根高度(RMS height)与相关长度(Correlation length)的粗糙度参数,该参数在每个入射角度下都可以用同一个函数来描述,解决了多角度数据情况下粗糙度参数的表达问题。应用新发展的参数化模型进行土壤水分的反演结果表明,该模型具有较高的精度。     

高光谱和LiDAR联合反演森林生物量研究

估算森林地上生物量(AGB)对于全球实现碳中和目标至关重要。本文以美国缅因州Howland森林为研究区域,借助地面实测样地数据,对比分析协同不同数据源(高光谱和LiDAR)和机器学习算法(随机森林、支持向量机、梯度提升决策树和K最邻近回归)的研究,以改善Howland森林的生物量估计精度。结果表明,采用LiDAR和高光谱植被指数变量模型的最佳精度分别为0.874和0.868,协同高光谱和LiDAR变量并采用梯度提升决策树回归模型的精度为0.927,即多源遥感数据要优于单一数据源。高光谱和LiDAR数据的协同使用对于提高类似于Howland地区或更广泛区域的生物量估计的准确性,具有普遍的适用性与一定的应用前景。     

高光谱与高空间分辨率遥感数据的亚热带森林生物量反演

精确估算森林生物量对全球碳平衡以及气候变化的研究有重要意义。以亚热带天然次生林为研究对象,借助地面实测样地数据,通过对机载LiCHy(LiDAR,CCD and Hyperspectral)传感器同时获取的高光谱和高空间分辨率数据进行信息提取和数据融合,建模反演森林生物量。首先通过面向对象分割方法进行单木冠幅提取,然后融合从高光谱数据提取的光谱特征变量和从高空间分辨率数据提取的单木冠幅统计变量,构建多元回归模型估算地上、地下生物量,最后利用地面实测生物量经交叉验证评价模型精度。结果表明,综合模型的精度(R~2为0.54—0.62)高于高光谱模型(R~2为0.48—0.57);在高光谱模型中地上生物量模型精度(R~2为0.57)高于地下生物量模型(R~2为0.48);在综合模型中地上生物量模型精度(R~2为0.62)同样高于地下生物量模型(R~2为0.54)。交叉验证结果表明,与仅使用高光谱数据(单一数据源)相比,通过集成高光谱和高空间分辨率数据的生物量反演效果有所提升,可以更加有效地估算亚热带森林生物量。     

基于PLSR的陕北土壤盐分高光谱反演

选取陕北盐渍土为研究对象,通过采集高光谱数据及土壤样品测定,研究土壤盐分含量与反射率之间相关性,遴选盐分特征波段,利用常规回归分析及偏最小二乘回归分析建立土壤盐分的定量反演模型,并利用检验样点进行对比分析和精度检验。研究结果表明,482 nm,1 365 nm,1 384 nm,2 202 nm及2 353 nm为土壤盐分含量的特征波段,利用高光谱数据进行盐分定量反演具有良好的精度;精度检验结果表明,通过Matlab进行偏最小二乘回归计算的反演模型,实测值与预测值相关性更好,精度较高。     

Remote Sensing of Soil Moisture Using Airborne Hyperspectral Data

Landscape assessment of soil moisture is critical to understanding the hydrological cycle at the regional scale and in broad-scale studies of biophysical processes affected by global climate changes in temperature and precipitation. Traditional efforts to measure soil moisture have been principally restricted to in situ measurements, so remote sensing techniques are often employed. Hyperspectral sensors with finer spatial resolution and narrow band widths may offer an alternative to traditional multispectral analysis of soil moisture, particularly in landscapes with high spatial heterogeneity. This preliminary research evaluates the ability of remotely sensed hyperspectral data to quantify soil moisture for the Little River Experimental Watershed (LREW), Georgia. An airborne hyperspectral instrument with a short-wavelength infrared (SWIR) sensor was flown in 2005 and 2007 and the results were correlated to in situ soil moisture values. A significant statistical correlation (R ² value above 0.7 for both sampling dates) for the hyperspectral instrument data and the soil moisture probe data at 5.08 cm (2 inches) was determined. While models for the 20.32 cm (8 inches) and 30.48 cm (12 inches) depths were tested, they were not able to estimate soil moisture to the same degree.     

基于GIS的X波段面雨量雷达数据提取研究

为了在水文中实现区域面雨量的监测及应用,研究面雨量的快速提取方法。首先对雨量雷达的数据格式进行说明,设计了雷达极坐标数据向面雨量栅格数据转换的方法,能够将面雨量数据无缝融合到水文GIS地图中,并采用基于Arc GIS Engine二次开发的面雨量提取软件,为测雨雷达进一步在水文中应用提供方法支撑。     

The Extraction of Urban Surface Water from Hyperspectral Data Based on Spectral Indices

To prevent confusion between water and buildings in the extraction of urban surface water from hyperspectral data, we analyzed the spectra of shadows and water in hyperspectral images, and proposed an anti-shadow water extraction method. This method first uses the normalized difference vegetation index (NDVI) for initial water extraction, then uses the height of the reflectance peak at 588 nm to eliminate the shadow of buildings. The method was validated by two hyperspectral datacubes, which were obtained for Jiaxing City and Zhoushan City in Zhejiang Province, China. Compared to the common spectral indices used to extract a water body, such as the NDVI, normalized difference water index, hyperspectral difference water index, and index of water index, the proposed method could effectively eliminate the shadow of buildings. The commission error reduced from more than 40% to about 15%, and the Kappa coefficient was increased from 60 and 70% to over 80% for the two datacubes. This indicated that the proposed method can inhibit the shadow of buildings and does not have a regional dependence.     

基于波段组合的高光谱数据湿地分类研究

对高光谱数据进行波段组合,可以减少信息量的冗余,提高数据的处理速度。对黄河口入海口湿地进行分类,对合理利用、开发保护该地区湿地资源具有重要意义。本文首先分析了“珠海一号”高光谱数据各个波段的信息量及波段之间的相关系数,然后利用最佳波段指数(OIF)方法选出波段组合B7-B8-B32,进一步在OIF基础上设置信息量与相关系数阈值,选出波段组合B7-B18-B32,实验结果证明分类精度提高了5.4%。最后,根据地物的光谱特征分析,选择光谱差异较大的波段进行组合B6-B13-B18,分类后精度比OIF筛选出的波段组合精度高12.6694%。经实验验证,结合地物光谱特征的波段组合可以大大提高分类精度。     

利用高光谱数据对作物群体叶绿素密度估算的研究

叶绿素是农作物生长中重要的因素。叶绿素含量既表明作物生长的状况,又表征了作生的生产能力。而叶绿素密度（单位面积农作物的叶绿绿素含量）是估计农作物群体生产力的重要指标。对早播稻、晚播稻和玉米的多时相的群体光谱测量数据和相应的叶片叶绿素密度的测量数进行了相关分析,结果表明早播、晚播稻和玉米的群体光谱的反射率数据以及其导数光谱数据绿素密度具有委好多的相关性,并且可以对这几种农作物建立统一的线性回归关系。     

基于CCI和MODIS数据的淮河流域地表土壤湿度降尺度方法研究

土壤湿度是控制陆地和大气间水热能量交换的一个关键参数,同时也是陆面生态系统水循环的重要组成部分。本文选用25 km分辨率的CCI(Climate Change Initiative)土壤湿度产品数据,并结合1 km分辨率的MODIS数据,构建微波土壤湿度产品数据降尺度回归算法,获取淮河流域1 km空间分辨率的土壤湿度数据。降尺度后所获取淮河流域1 km空间分辨率的土壤湿度数据总体上提高了25 km空间分辨率的CCI土壤湿度产品数据的精度.     

基于OOS-TEN的三维数据模型构建方法研究

分析了现有的三维数据模型——实体模型、不规则四面体模型,在此基础上研究了三维实体的对象化过程,并提出了一种基于面向对象的实体-不规则四面体格网(OOSolid-Tetrahedral Network,简称OOS-TEN)的三维数据模型构建方法,对三维空间数据信息进行有效的组织,并建立基于Oracle Spatial的三维数据信息数据库,从而对三维数据信息进行有效的组织和管理。     

基于支持向量机和多变量分析的高光谱遥感数据分类

从支持向量机和多变量分析的基本理论出发,建立一个基于支持向量机和多变量分析的高光谱分类器,并利用国产OM IS传感器获得的北京某地区高光谱遥感数据进行试验,采取网格搜寻的方法来确定误差惩罚参数和径向基核参数的值。主要选取独立成分分析和主成分分析这两种多变量分析方法。结果表明,当进行独立成分分析后的数据应用支持向量机分类的时候,分类精度随着维数的增加而递增,10~20维的时候达到最大值,然后随之递减,分类精度最大为78.93%。随后的主成分分析中,得到同样的结论,但精度最高的时候是选择5维特征,精度为88.61%。     

高光谱数据的波段序结构分析与应用研究

把高光谱数据近似于连续的细分波段作为波段序列数据,由此提出波段序结构分析技术,主要包括波段序列直方图、左(右)偏度参量分析、相关(似)矩阵分析和回归偏度分析等。通过对波段序结构分析技术在高光谱数据的统计特征分析与数据质量评价、"蚀变异常"信息潜在性评价与特征波段选择及矿物蚀变信息提取等几个方面的应用研究与实践,阐述了这一技术思想的科学性与实用价值。