基于地物波谱库构造农作物生长参数的时空分布先验知识

认识典型地物的波谱特征及其随波谱测量环境变量的变化,从积累的观测数据中提取地物波谱及其配套参数的时空分布知识,是对地表参数定量遥感反演研究的重要支撑.基于“中国典型地物标准波谱数据库”中收集的数据和模型,对典型农作物测量数据进行了系统整理,得到了我国5种农作物的主要生长参数(叶面积指数、全氮含量)在其主要生育期的统计数据,构造了这些参数的时空分布知识.文中所述的数据和方法,对于遥感反演中地表参数先验知识的初始值与不确定性估计、数据同化等相关研究,都有使用和参考价值.

遥感反演中不确定性信息处理的一种数学方法

在遥感反演中对先验知识的表达和应用方法是多阶段目标反演中急需解决的关键问题。论述一种在遥感反演中处理不确定性信息的一种数学方法 ,引入未确知有理数和盲数的概念和运算方法 ,定量计算反演参数在可能取值区间上反演前后的可信度及其改变量。为遥感反演中先验知识的积累、更新和应用提供定量的方法依据。

用针叶和阔叶树冠的观测数据对树冠断层成象算法的验证(英文)

在植被ＢＲＤＦ模型及其应用研究中，我们发展了一种树冠结构参数的间接测量方法。称为“树冠断层成象法（ＴＣＴ）”，可获取树冠内叶面倾角分布（ＬＡＤ），叶面积体密度的空间分布（ＦＡＶＤ）和叶面积指数（ＬＡＩ）。文中论述对该方法的进一步发展，利用实测的针、阔叶树冠数据对ＴＣＴ方法的验证。为了克服前文中所述的问题，我们研制了树冠断层象底视数据采集系统（ＴＣＴＳ），获取树冠的多视点底视图象。该系统由便携式微机，图象数字化板，可见光／近红外广角摄象机及其支架导轨，图象监示器组成。摄取图象可实时数字化存于计算机硬盘，并可实时监视图象采集质量。摄象机支架和导轨可控制摄象机身的姿态，并保证其在地面给定水平方向的连续移动。我们选择针叶和阔叶两种树种进行算法验证，设计进行了多次野外的多视点底视图象采集，并同期进行手工的树冠结构参数测量，包括树冠形状和叶面积体密度。ＴＣＴ方法的改进主要有：１）提取了图象采集过程中天空光的分布，作为从图象中推算方向间隙率的参考量。２）将用单张广角图象提取的叶角分布（ＬＡＤ）引入ＴＣＴ算法。３）利用近红外图象可区分枝干和叶丛，以提高ＦＡＶＤ重构的可靠性，并可区分全植被植数（ＴＰＡＩ）和ＬＡＩ。该文论述如?

两组分非同温像元热辐射中多次散射影响的解析模型和验证

具有三维结构的非同温地表像元表面热辐射的方向性 ,取决于像元组分参数 ,如组分温度、组分发射率、组分结构参数等 ;而组分的热辐射在组分间的多次散射对像元表面总热辐射方向性的贡献主要取决于像元的几何结构。本文以热辐射几何光学模型为基础 ,根据多次反弹的原理定量表述了组分热辐射在组分间的多次散射 ,对随机分布的两组分非同温像元 ,建立了解析表达的热辐射方向性模型。室内模拟实验实测数据的检验证明了模型的适用性和简单性。

考虑开放度的树冠层辐射传输模型及实验验证

基于树冠层的结构特征，从方向间隙率定义了冠层中不同空间位置对天空散射入照的开放度及其在冠层中的分布，建立了入射辐射在冠层中的衰减与传输模型。应用对冠层结构、总入射辐射、辐射在冠层中衰减等的野外观测数据，对模型进行了验证。模型成功地解释了光在树冠层中辐射传输的变化规律。

夏玉米冠层内PAR截获及FPAR与LAI的关系

论文通过对河北栾城地区夏玉米生长期内晴天和昙天冠层中PAR的观测,研究了入射PAR、玉米冠层的反射PAR、透过玉米冠层到达地表的PAR、地表的反射PAR、地表反射率、玉米冠层吸收的PAR(APAR)、玉米冠层的反射率及地表反射率的日变化情况;根据冠层中各PAR分量计算出一天中各时刻的PAR吸收系数(FPAR)和日平均值,发现从玉米拔节期到灌浆期FPAR和叶面积指数(LAI)之间有很好的线性关系,其相关系数达0.994。

基于多年产量数据的精准农业管理分区提取与尺度效应评价

本研究利用带有差分全球定位系统(DGPS)接收机和产量监测传感器的联合收割机获取的4年产量数据进行精准农业管理分区的提取研究。对经过一系列处理后的4年的产量数据进行栅格平均运算,得到分辨率为4m的综合产量图。分别采用尺度为12、20、28、36、44、52、60m的正方形窗口对分类后的综合产量图进行众数过滤,并从方差减少率、差异显著性、空间破碎化、空间一致性4个角度进行了尺度效应评价。结果表明,分类后众数过滤法有效地去除了由随机变异造成的孤立像元或碎片,保留了实际的产量变异,增加了管理分区的有效面积,提高了管理分区的连续性。分区结果可以直接作为精准农业目标产量分区图,用于作物种植前或产中适时肥料推荐管理决策。

全球变化与地表参数的定量遥感

从全球变化研究对遥感获取地表时空多变要素信息的需求 ,论述定量遥感中对地表多尺度空间信息作地学描述的新思路和新方法。在分析了变差图描述方法的特点及其不足的基础上 ,提出了直方变差图的概念 ,通过定义驻点和边界点 ,尝试采用直方变差图分解的方法分析地物空间分布规律 ,并通过一个实验对此方法进行了说明。进而基于对地表空间分布信息的提取 ,将可见光、近红外波段遥感信息用于热红外遥感的地温反演 ,利用地表空间结构和大气温度空间分布模式的差异 ,将热红外遥感图像分为地表贡献和大气贡献两部分 ,通过空间相关性分析 ,寻求从热红外遥感图像中直接分离出大气的空间分布模式的方法 ,以解决地温反演中面临的困难。已有的研究结果说明了在全球变化和定量遥感研究中 ,对地表多尺度空间变化信息作简洁的地学描述的必要性及其重要的应用意义。

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。

利用高光谱指数进行冬小麦条锈病严重度的反演研究

通过选取不同条锈病抗性品种(高抗、高感、中间)进行田间不同梯度(对照、轻度、中度、重度)的接种试验,在接种后每隔7d左右,同步测定了不同品种、不同处理的冠层光谱、单叶光谱和对应目标的病情指数以及叶面积指数、叶倾角等生物物理参数和叶绿素、SPAD数值等生物化学参数。通过对获取的光谱数据和生物物理参数和生物化学参数进行统计分析。研究结果表明,小麦被条锈病感染以后,叶片叶绿素含量急剧下降,通过研究叶片绿度值(SPAFD)值与叶绿素含量之间的关系,建立了叶片叶绿素含量和叶片SPAD数值之间的线性关系方程。通过在借鉴前人研究结果的基础上,通过筛选光谱指数,在冠层水平上构建作物冠层结构不敏感色素反演指数(CCII=TCARI/OSAVI)来反演全生育期不同处理的SPAD数值,此反演结果受品种类型、冠层结构和土壤背景的影响较小,线性方程的决定系数达到极显著的水平。在单叶水平选取归一化的光化学指数(NPRI)来反演单叶的病情指数(DI),线性方程的决定系数达到极显著的水平。所以该文通过选取适当的高光谱指数进行冬小麦条锈病严重度的反演的理论和方法是可行的。且反演结果受不同品种、不同叶面积指数和土壤背景等的影响均较小。

夏玉米结构参数计算及大田玉米冠层的可视化研究

本文在几何图形法、参数法和直接测量法的基础上 ,利用实测数据和数字图像数据建立了计算 L AI,L AD的数字图像方法 ,并对此方法进行了验证。这种方法与传统计算 L AI、L AD的方法相比 ,可以对植株进行无破坏的连续观测 ,一次完成 L AI、L AD的计算 ,提高了计算效率 ,减少了野外观测的工作量。同时根据所获取的结构参数 。

基于多时相和多角度光谱信息的作物株型遥感识别初探

作物群体具有一定的冠层几何结构(株型),对于不同株型的品种,在相同的叶面积指数时冠层反射光谱往往不同,使得利用冠层反射光谱来反演叶面积指数等生物物理和生物化学参数时存在不同株型产生的误差,该文定量研究了不同叶面积指数条件下,作物株型对冠层反射光谱的影响,并提出运用波长800nm处起身期的冠层反射光谱与该波长处拔节期和起身期冠层反射光谱的比值,可以初步实现高密度披散型品种、低密度披散型品种、高密度中间型品种、低密度中间型品种、高密度直立型品种和低密度直立型品种的遥感识别,结合一定条件下选取的15°、30°和45°观测天顶角下,与可见光和近红外波段(波长)处的二向反射冠层反射光谱数值大小进行结合,可以初步实现作物株型的遥感识别。

遥感反演中参数的不确定性与敏感性矩阵

多角度遥感中二向性反射 (BRDF)物理模型的反演 ,是当前国际遥感界学术研究的热点之一。反演中先验知识的表达和利用 ,参数敏感性的判别和处理 ,已提出了若干年 ,但只是到最近 ,才有了将参数的先验概率引入拟合误差平方加权 ,及定义参数对观测值敏感性的尝试。该文简述了这些最新进展 ,并首次建议了反演中参数的“不确定性与敏感性矩阵”的定义。并以作者最近的反演实例 ,说明这样定义的矩阵 。

一种简单加入空间关系的实用图像分类方法

遥感图像分类是遥感图像处理的一项基本内容 ,也是遥感应用中关键的一步。为了提高分类的精度 ,一方面是对光谱信息的合理利用 ;另一方面 ,可以加入新的信息源 ,即进行多源数据处理 ,并加入地学知识 ,尤其是对空间信息的利用是至关重要的。但是由于地学知识的复杂性及空间信息利用的难度以及数据源的限制 ,尚无公认的实用方法。该文提出了一种简单加入空间关系的分类方法 ,在没有其它数据源的情况下 ,利用空间关系特性 ,在分类中构造两个空间关系波段 ,实现空间约束 ,部分消除仅依赖光谱数据分类而引起的同物异谱和同谱异物造成的分类错误。简单实用 ,同时也验证了空间关系在分类中的重要性。

基于空间连续性聚类算法的精准农业管理分区研究

该研究在K均值算法KM的基础上,根据空间单元位置的相互依赖关系,提出了一种新的空间连续性聚类算法SCKM。以北京精准农业示范基地获取的OMIS图像为数据源,选用K均值算法、等间隔法、分位数法、自然断点法等传统分区方法和SCKM算法,对肥水需求关键时期的小麦的长势差异进行了管理分区提取研究,并引入了权重方差和聚集度两种分区效果评价指标,对分区结果进行了比较和评价。结果表明SCKM算法与传统分区方法分区结果相比,区内方差差异不显著;而空间聚集度远好于后者,利用SCKM法分区能够有效地去除大量的孤立单元或碎片。

红边参数在作物营养诊断和品质预报上的应用

通过对红边参数与反映作物碳氮代谢典型的生物化学参数叶片全氮和叶片可溶性糖进行相关分析,结果表明,可运用红边位置来反演叶片可溶性糖含量,归一化最小振幅来反演叶片全氮含量。并建立了基于红边参数的生化组分统计回归模型和基于叶片全氮与可溶解性糖比值与籽粒蛋白品质指标间的回归方程,并对建模试验所建立方程进行了检验。表明利用运用红边参数反演叶片全氮和可溶性糖含量进而预测小麦蛋白品质是可行的。为生产上利用遥感手段大面积、无破坏、及时评价冬小麦生长状态和在开花期进行小麦品质的预测预报研究提供重要依据。

气溶胶光学厚度与水平气象视距相互转换的经验公式及其应用

气溶胶光学厚度作为描述气溶胶光学特性的重要参数之一 ,在辐射传输和大气订正中被广泛应用。与此同时 ,被广泛应用的大气辐射传输软件MODTRAN却采用水平气象视距作为其输入参数 ,两者之间在遥感应用中存在“脱节”。将两者联系起来对于气溶胶数据的合理利用是很有用的。本文的分析表明两者之间的关系随气溶胶垂直廓线的分布不同而异 ,为此 ,本文根据MODTRAN的模拟结果归纳出一个经验公式 ,分析表明 ,不同季节经验公式的系数是不同的 ,不考虑这种差异时 ,从相同的气象视距下转换得到的气溶胶光学厚度的误差最大可达 0 0 2 9。最后我们将经验公式用于大气订正中。

融合多源遥感数据生成高时空分辨率数据的方法对比

融合多源遥感数据生成高时空分辨率数据具有重要的应用价值.对目前常用的3种时空融合方法进行对比分析,即基于时序数据(STIFM)、基于混合像元分解(STDFM)和增强型自适应遥感图像(ESTATFM)的时空融合方法.以盈科灌区为例,由多时相的MODIS数据提取地物的时间变化信息,结合初期的ASTER/TM影像的空间信息,融合生成30 m具有MODIS时间分辨率的数据.以真实的ASTER数据为基准,从光谱特征和地物类别的角度定量评价结果,表明STDFM和ESTATFM分别在红波段和近红外波段取得效果最优,相关系数分别为0.91和0.71,3种方法融合的NDVI效果基本相当,相关系数均高于0.84.在地物类别空间信息的表达方面,ESTATFM方法在异质性较强的玉米和小麦区域具有较好的适用性.

基于植被指数和土地表面温度的干旱监测模型

干旱是一种周期性发生的自然现象,其发生过程中有关参数如地表覆盖度、温度和土壤表层含水量等可以通过遥感的途径进行定量反演,而这些参数客观地反映了地表的综合特征。综述了运用遥感反演产品———土地表面温度和归一化植被指数在干旱监测中的应用前景和进展,分析了距平植被指数、条件植被指数、条件温度指数和归一化温度指数等干旱监测方法的优缺点,在前人研究的基础上,提出了条件植被温度指数的干旱监测模型,探讨了其应用前景。

冬小麦灌浆期蚜虫危害高光谱特征研究

为了有效控制农业生产中麦蚜的危害,提高利用遥感技术对麦蚜监测预报的时效性,在冬小麦蚜虫发生的关键生育时期(灌浆期),获取了26个地面调查点的蚜害等级和冠层光谱数据。对比分析了不同蚜害等级的冠层光谱,发现随着蚜虫危害程度的加重,在可见光、近红外和短波红外波段的冬小麦冠层反射率均逐渐减小。通过进一步筛选各波段范围的最敏感波段,初步构建了冬小麦蚜害高光谱指数,并建立了蚜害高光谱指数与蚜害等级的遥感反演模型。结果表明,该模型可以用来反演灌浆期冬小麦的蚜害等级,为高光谱遥感识别和监测冬小麦灌浆期蚜虫危害提供理论依据。