植被冠层光谱和叶片光谱的尺度转换

叶面积密度可以表征冠层内部叶面积的垂直分布,是作物生长发育、营养诊断和育种研究的重要结构参数。激光雷达通过发射多脉冲和接收多回波信号可以探测到作物冠层内部信息。首先基于无人机激光雷达获取60个小区多航线的玉米点云数据,采用基于接触频率的体素法对叶面积密度进行估算,再对多个体素大小进行分析得到最优体素大小（0.2 m）;其次对各航线以及航线叠加效果进行对比,得到无人机激光雷达获取点云数据的最优激光脉冲入射角（-30°~52°）;然后结合玉米叶倾角和激光脉冲入射角对叶面积密度估算模型进行校正,从而提高叶面积密度估算精度;最后通过对不同种植密度和不同品种的玉米叶面积密度分布进行分析,得到不同品种玉米的发育快慢、株型特点以及最合理的种植密度。以上结果可为基于无人机激光雷达数据估算叶面积密度提供指导,并为玉米育种和科学管理提供参考。     

基于叶片-冠层-大气耦合的植物星上光谱特性模拟分析

将植物叶片光谱模型PROSPECT、植被冠层光谱模型SAIL与大气辐射传输模型6S进行耦合,模拟不同参数条件下植被星上光谱信息在400～ 900 nm谱段的变化,并分析从地表植物叶片光谱、冠层光谱到卫星入瞳处光谱的过程中,植物叶片的叶肉结构参数、叶绿素含量、干重、叶片含水量和植物冠层的叶面积指数(LAI)、太阳天顶角、气溶胶光学厚度、地表邻近效应以及混合像元等参数对植物光谱的影响.研究结果表明,由大气引起的误差要远大于由植物本身的各种生化参数引起的误差;在叶片尺度上引起反射率发生变化的主要因素是叶绿素含量和叶肉结构参数,含水量的影响非常小,可以忽略;在冠层尺度上引起光谱发生变化的因素主要有LAI和叶片倾角.     

高光谱反演水稻叶面积指数的主成分分析法

为了通过水稻冠层反射光谱来提取水稻叶面积指数信息，尝试利用辐射传输模型PROSPECT+SAIL来模拟水稻冠层反射光谱， 比较了各植被指数中叶面积指数(LAI)和叶绿素浓度的相关性。在观察光谱曲线后发现，红边位置光谱可以较好地区分LAI和叶绿素 浓度二者引起光谱变化的差异。由此提出对700 nm~750 nm区间内的反射光谱做主成分变换，并利用第2主成分与LAI建立反演模型( 即主成分分析法)，取得了较好效果，表明在植被指数趋近于饱和以至于无法区分二者相关性时，主成分分析法可以作为一种简单 而有效提取水稻叶面积指数信息的补充手段。     

植被单叶光谱特性的理论模拟

利用PROSPECT模型和实测的玉米叶片光谱数据，得出了叶肉结构参数N，从而模拟了在不同的叶绿不比和水分含量下玉米叶片的光学特性；发现叶绿素对叶片吸收率的影响在可见光部分占了主导作用，随着叶绿素含量的增加，叶片的吸收率增加；从近红外到2400nm，水分对吸收率的影响占据了主导地位，此时，随着水分含量的增加，叶片的吸收率也开始增加。同时，给定叶绿素和水分含量，还模拟了当叶肉结构参数变化时的叶片的光学特性，随着N的增大，叶片的反射率逐渐增大，并渐趋一致，而透过率随着N的增加而渐减小，最后也逐渐靠近。     

水稻叶面积指数的高光谱遥感估算模型

通过不同氮素营养水平的水稻田间试验 ,采用单变量线性与非线性拟合模型和逐步回归分析 ,用1 999年试验数据为训练样本 ,建立水稻LAI的高光谱遥感估算模型 ,用 2 0 0 0年试验数据作为测试样本数据 ,对其精度进行评价和验证。结果表明 ,高光谱变量与LAI之间的拟合分析中 ,蓝边内一阶微分的总和与红边内一阶微分的总和的比值和归一化差植被指数是最佳的变量     

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.     

基于地面高光谱数据的东亚飞蝗危害程度监测

20世纪80年代以来东亚飞蝗在中国再度猖獗,及时、准确地监测东亚飞蝗的危害程度,对于东亚飞蝗的有效防治有重要意义。本研究以河北省黄骅市为研究区,利用地面高光谱数据,分析和比较了正常生长芦苇和受蝗虫危害芦苇的冠层反射光谱和高光谱特征参数的差异,并建立了高光谱特征参数与芦苇叶面积指数（LAI）的关系模型。结果表明,其中的虫害光谱指数（DSI）最适用于反映研究区芦苇受蝗虫危害的程度。在此基础上,利用DSI对研究区蝗虫的危害程度进行了划分,即：DSI〉62.856未受危害;41.254≤DSI≤59.496轻度危害;DSI〈41.254严重危害。     

遥感估算水稻产量Ⅱ.用光谱数据和陆地卫星图像估算水稻产量

本文介绍了采用更系统的生物学方法,根据水稻在整个生长期的叶面积指数轨线,按叶面积指数的一次测量值,结合气象和光谱数据及陆地卫星MSS图像,估算大面积水稻产量的方法。 在产量与总截获的关系中,叶面积指数是最重要的参量之一。文中重点分析了由水稻在MSS波段内的光谱数据构成的绿度指数和Suits模式估算叶面积指数的结果。表明,用Suits模式计算的叶面积指数有较高的相关系数和较低的剩余标准差。并用这个方法计算了不同田块的叶面积指数,再根据这些数据和MSS图像建立关系。本文比较了卫星数据和多种绿度指数的关系,认为垂直植被指数(PVI)是估算叶面积指数的最好参量,因为它消除了土壤背景的影响,并用它求出了大面积水稻的叶面积指数分布。再根据已建立的叶面积指数轨线和作物截获的有效光合辐射(TIPAR)关系,计算了TIPAR,编制了产置分布图。文章分析了计算结果,并以1983年的例子进一步讨论了该方法的适用性。结果表明,预测的水稻产量和实测产量间的相关系数为0.9左右。     

植被生物量高光谱遥感监测研究进展

植被生物量的评估对于研究全球碳循环具有重大意义,而高光谱遥感技术为精确反演地表属性提供了重要的数据支持。针对如何更好地应用高光谱遥感技术进行植被生物量精确反演的问题,该文详细阐述了国内外应用高光谱技术估测植被生物量的研究进展。对反演植被生物量所涉及的数据源、反演模型的构建方法及其模型特点、反演模型应用对象等内容进行了综合评述,并通过分析认为,高光谱遥感技术较传统的多光谱遥感技术在生物量反演精度上有了显著的提高。同时,对建模方法、多源遥感数据融合以及模型通用性等方面的研究进行了展望,以达到在大尺度范围内对植被生物量进行准确反演的目的。     

基于被动微波遥感技术的玉米冠层叶面积指数反演

基于玉米冠层结构参数实测数据和Matrix-Doubling(MD)模型构建了玉米出苗期至抽穗期的冠层多波段、双极化微波辐射特性模拟数据库;通过对模拟数据的回归分析得到了玉米冠层在各波段的微波发射率及其与透过率之间的经验关系,并将经验关系应用于0阶微波辐射传输模型;结合土壤发射率模型构建了玉米冠层覆盖地表的微波辐射亮温参数化计算模型,并基于该参数化模型、利用玉米样地微波亮温观测试验数据,采用迭代方法进行了玉米叶面积指数(LAI)的反演.研究表明,LAI反演值与实测值的相关系数r＞0.9,说明多波段被动微波遥感数据在植被冠层LAI反演方面具有较大的应用潜力.     

水稻本田期冠层叶色变化节奏的光谱监测

以Ｅｘｏｔｅｃｈ１００ＢＸ光谱辐射计对不同类型水稻材料无肥处理本田期的监测结果表明，晚熟类型材料武育粳２号，冠层叶色显示出“三黑三黄”的变化节奏。“三黑”出现的时间是：移栽至分蘖末期，枝梗分化期至颖花分化期，花粉母细胞形成及减数分裂期至始穗期；“三黄”出现的时间是：分蘖末期至枝梗分化期，颖花分化期至花粉母细胞形成及减数分裂期，始穗至灌浆期。中熟类型材料汕优６３，冠层叶色显示出“二黑二黄”的变化节奏。“二黑”出现的时间是：移栽至颖花分化期，花粉母细胞形成及减数分裂期至始穗期：“二黄”出现的时间是：颖花分化期至花粉母细胞形成及减数分裂期，始穗至灌浆期。早熟类型材料亚优２号，冠层叶色显示出“一黑一黄”的变化节奏。“一黑”出现的时间是：移栽至颖花分化期；“一黄”出现的时间是：颖花分化期至灌浆期。     

城市大比例尺CAD数据到GIS数据的转换

CAD数据是城市大比例尺数据中常用的数据格式,但在很多GIS应用,CAD数据格式受到限制,需要进行数据的转换处理。本文以在地理信息公共服务平台建设中应用的城市CAD数据到GIS数据的转换工作为基础,对CAD数据到GIS转换的主要工作流程进行介绍。     

叶片辐射等效水厚度计算与叶片水分定量反演研究

在分析叶片水分对叶片反射率光谱影响的基础上,结合叶片内部水、干物质、叶绿素等光谱吸收系数曲线特征,分析了975nm波长水气吸收特征处叶片与光线相互作用原理,并利用Beer定律和945nm,975nm波长光谱反射率差值,推导了975nm波长辐射等效水厚度REWT的计算公式。由于表面反射、杂散射光、非均匀介质和叶片内部多次散射等因素,光在叶片内部的辐射传输不能直接用Beer定律描述,且利用Beer定律计算的REWT与叶片等效水水厚度EWT之间会有较大的偏差。论文设计和获取了多植物、不同水分梯度的叶片光谱获取试验数据,整理和分析了欧盟Lopex93数据,利用这两组独立数据和论文提出的REWT计算公式,比对验证了975nm波长叶片REWT和叶片EWT的统计模型,结果表明：由于光在叶片内部的多次散射,REWT是EWT的3.3倍左右。论文研究结果一方面为叶片EWT定量遥感探测提供了一种快速、简单且有较强通用性的计算方法和模型,另一方面,探测叶片REWT和EWT的定量关系,有助于了解叶片内部的光辐射传输情况,特别是间接了解近红外波段叶片内部的多次散射情况。     

基于冠层反射光谱的水稻产量预测模型

基于地面实测的水稻冠层反射光谱,计算了常用的8个植被指数,并在产量形成生理特征的基础上,系统分析了水稻籽粒产量及其构成因素与各植被指数之间的关系。结果表明,通过单一生育时期或某个生育阶段的光谱植被指数来直接估测产量精度较低。发现叶面积氮指数(叶片氮百分含量与叶面积指数的乘积)的变化趋势很好地反映了产量的形成过程,且与光谱植被指数极显著正相关,基于此建立了水稻的光谱植被指数-累积叶面积氮指数-产量估测模型(VICLANIYieldModel)。并将其与LAD-产量模型、多生育期复合估产模型进行了比较,表明本模型预测精度最高。     

应用LSF概念模型反演草冠层叶面温度的试验

试验在已知土壤表面温度的前提下，分别利用AVHRR卫星遥感资料和准同步地面观测数据，应用LSF概念模型成功反演了草冠层叶面温度。通过对星、地资料反演的草冠层叶面温度比较发现，二者反演结果相差小于0．2K，说明利用卫星遥感资料，应用LSF概念模型反演草场冠层叶面温度可获得比较满意的结果。假设其他参数不变，分别对不同叶面发射率和不同土壤表面发射率反演的叶面温度分析发现，组分发射率的估算精度对反演结果影响较小，而整层空气柱可降水量的估算精度对卫星资料反演草冠层叶面温度影响大，用探空资料和露点温度估算的整层空气柱可降水量可导致反演的叶面温度相差达1．1K。在水分供应充足条件下，晴天11：00-17：00时，即使太阳总辐射强，叶面温度的变化幅度比土壤表面温度、空气温度小。以1999年8月6日为例，叶面温度变化仅有1．22K，而同时土壤表面温度变化为9．5K，1．5m高的空气温度变化为6．0K，叶面温度变化幅度比土壤表面温度、空气温度平缓。试验结果还表明，采用Becker和李召良的分裂窗模型反演青藏高原东南缘地区的陆地表面温度效果较好。     

线性和非线性光谱混合模型模拟土壤、植被混合光谱的效果分析

论述模拟混合光谱形成的几种主要光谱混合模型,并用实验数据对线性模型和一种非线性模型的模拟效果进行比较.结果表明在实验区域中非线性模型模拟的效果并不比线性模型好,但因为非线性模型考虑了土壤、植被光谱之间的相互作用,其模拟的效果通常不会比线性模型差.     

空间数据尺度转换方法与应用

首先提出了空间数据尺度转换的重要性和基本概念,总结归纳了常用的尺度转换方法;最后以河南理工大学为例,给出了不同尺度下空间数据精度损失。     

空间数据尺度转换问题研究

空间尺度是GIS领域研究的一个热点问题,它几乎影响GIS应用的每个方面.本文首先提出了空间数据尺度转换的重要性和基本概念,总结归纳了常用的尺度转换方法;最后以河南理工大学为例,给出了不同尺度下的空间数据精度损失.     

苹果冠层/叶片高光谱数据库系统的设计与建立

设计与建立苹果冠层/叶片高光谱数据库,实现苹果冠层/叶片高光谱数据的获取、整理、存储与应用分析,可以为苹果养分含量的高光谱遥感反演提供数据服务和支持。利用ASD Field Spec 3地物光谱仪采集的苹果冠层/叶片高光谱数据,在Microsoft Visual Studio 2010开发环境下,基于C#语言与SQLServer 2008关系型数据库,采用C/S开发模式,设计与建立了苹果冠层/叶片高光谱数据库系统,完成了对高光谱数据批量录入、存储、导出与数据处理多项功能。