一种面向高分五号高光谱影像的云检测算法

云层覆盖影响高光谱影像的质量,降低了影像的应用价值,因此云检测已成为高光谱影像应用需首要解决的问题之一。针对高分五号卫星(GF5)高光谱影像特点,提出视觉彩色特征和云物理光谱特征相结合的云检测算法。基于原始数字量化值(digital number, DN)影像,利用云的色调-饱和度-明度(hue-saturation-value, HSV)色彩空间分布特征,结合云与典型地物的光谱特征差异,构建出云概率影像,动态设定云检测阈值,实现GF5高光谱影像的云检测。该算法整体云识别精度在90%以上,且算法执行快、自动化程度高,对不同地区、不同时间的GF5高光谱影像都有一定的适应性,便于工程化应用。

不同光谱植被指数反演冬小麦叶氮含量的敏感性研究

【目的】氮素是作物生长发育过程中最重要的营养元素之一,研究叶氮含量反演的有效光谱指标设置,为应用高光谱植被指数反演作物叶氮含量,以及作物的实时监测与精确诊断提供重要依据。【方法】以冬小麦为例,选取涵盖冬小麦全生育期不同覆盖程度225组冠层光谱与叶氮含量数据,通过遥感方法建立模型,模拟了不同光谱指标,即中心波长、信噪比和波段宽度对定量模型的影响,通过模型精度评价指标决定系数(coefficient of determination,R^2)、根均方差(root mean square error,RMSE)、平均绝对误差(mean absolute error,MAE)、平均相对误差(mean relative error,MRE)和显著性检验水平(P<0.01)确定最优模型及最佳指标,分析光谱指标对叶氮含量定量模型反演的敏感性和有效性。【结果】反演冬小麦叶氮含量的最佳植被指数为MTCI_B,与实测叶氮含量的相关性最好(R^2=0.7674,RMSE=0.5511%,MAE=0.4625%,MRE=11.11个百分点,且P<0.01),对应的最佳指标为中心波长420 nm、508 nm和405 nm,波段宽度1 nm,信噪比大于70 DB;高覆盖状况反演的最优指数为RVIinf_r(R^2=0.6739,RMSE=0.2964%,MAE=0.2851%,MRE=6.44个百分点,且P<0.01),最优中心波长为826 nm和760 nm;低覆盖状况反演的最优指数为MTCI(R^2=0.8252,RMSE=0.4032%,MAE=0.4408%,MRE=12.22个百分点,且P<0.01),最优中心波长为750 nm、693 nm和680 nm;应用最适于高低覆盖的植被指数RVIinf_r和MTCI构建的联合反演模型(R^2=0.9286,RMSE=0.3416%,MAE=0.2988%,MRE=7.16个百分点,且P<0.01),明显优于最佳单一指数MTCI_B;模拟Hyperion和HJ1A-HSI传感器数据,联合反演模型精度(R^2为0.92—0.93,RMSE在0.37%—0.39%,MAE为0.285%左右,MRE约为7.00个百分点)明显优于单一植被指数反演精度(R^2为0.79—0.81,RMSE为0.63%—0.66%,MAE为0.455%左右,MRE约为10.90个百分点)。【结论】利用高光谱植被指数可有效实现作物叶氮含量反演,作物叶氮含量定量反演对不同光谱指标—中心波长、信噪比和波段宽度,具有较强敏感性。应用多指数联合反演模型,可显著提高反演精度,并且联合反演模型在不同高光谱传感器下有一定普适性。

应用高光谱植被指数反演冬小麦叶绿素含量的光谱指标敏感性研究

高光谱植被指数反演叶绿素含量的精度除与模型有关外,光谱指标中心波长、波段宽度、信噪比等的差异也会带来一定的影响。研究基于实测光谱数据,结合波段模拟、噪音分析等方法,研究不同的光谱指标对植被指数反演叶绿素含量的影响,分析用于反演的光谱指标的敏感性,结果表明:1最佳中心波长的位置与适用于高低覆盖的植被指数类型有关,反演精度在一定范围内并不随着波段宽度的增加而提高;2不同植被指数抗噪声能力有一定的差异,其中DVI(difference vegetation index),NDVI(normalized difference vegetation index)等抗噪能力比较强,MCARI(modified chlorophyll absorption ratio index)和TCARI(transformed chlorophyll absorption ratio index)抗噪能力比较弱;3联合反演模型反演结果为R^2=0.741 5,RMSE=0.402 6,优于MTCI(MERIS terrestrial chlorophyll index)的反演结果,通过模拟HJ1A-HSI,Hyperion等数据,研究出联合反演模型在不同高光谱传感器下有一定的适用性。

2000—2010年神东矿区植被NPP的变化特征及影响因素分析

基于EOS/MODIS NPP数据集,对神东矿区植被净初级生产力（NPP）变化的时空特征及主要影响因素进行分析。研究表明,2000—2010年,神东矿区植被年NPP主要介于（98-160）g C/（m^2·a）区间,11 a平均值为139.80 g C/（m^2·a）,低于同期全国植被年平均NPP值360.97 g C/（m^2·a）约61.3%,低于同期矿区10 km缓冲区年平均NPP值142.49 g C/（m^2·a）约2%,同时也低于同纬度对比区域年均NPP值161.97 g C/（m^2·a）约13.7%。11 a NPP值一元线性回归分析表明,3个区域2000—2010年平均NPP变化趋势及斜率特征大致相符,相关系数均达到0.94以上;植被NPP与同期气候因子的相关性分析表明,神东矿区植被年NPP与年降水量相关系数较大,为0.716。

冬小麦典型多参量冠层高光谱反演的光谱指标敏感性研究

高光谱遥感反演作物参量多集中在单一参量研究上,缺乏多参量综合反演研究。因此,面向多参量反演,需要对传感器参数的有效设置,以及同一指标对不同参量的适宜程度进行综合研究。以冬小麦为例,通过实测冠层光谱反射率和LAI、叶绿素、氮素含量数据,分析了中心波长、波段宽度、信噪比等指标的变化对各参量定量模型的影响,及光谱指标对LAI、叶绿素和氮素定量模型反演的敏感性和有效性,以及对冬小麦典型参量高光谱遥感反演的光谱指标进行了综合性分析。结果表明:反演冬小麦LAI的最佳植被指数为DVI(R^2=0.457,RMSE=0.614%),对应的最佳指标为:中心波长为768 nm和732 nm,波段宽度在5 nm以内,信噪比大于70 d B;反演冬小麦叶绿素的最佳植被指数为MSR(R2=0.554,RMSE=0.548%),对应的最佳指标为:中心波长为768 nm和736 nm,波段宽度在5 nm以内,信噪比大于70 d B;反演冬小麦氮素的最佳植被指数为NDVI_(g_b)(R^2=0.733,RMSE=0.600%),对应的最佳指标为:中心波长为500 nm和454 nm,波段宽度为5 nm以内,信噪比大于70d B。植被指数SAVI在一定波段范围内可同时反演LAI、叶绿素和氮素;MSAVI、DVI、RDVI和NDVI均可在一定波段范围内同时反演LAI和叶绿素含量,而反演LAI和氮素含量的适宜波段以及反演叶绿素和氮素的适宜波段存在差异。利用高光谱植被指数可实现作物参量的有效反演,且作物参量的定量反演对不同的光谱指标,即中心波长、波段宽度和信噪比具有较强的敏感性。