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Leaf pigment retrieval using the PROSAIL model: Influence of uncertainty in prior canopy-structure information 被引量:2
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作者 Jia Sun Lunche Wang +5 位作者 Shuo Shi Zhenhai Li Jian Yang Wei Gong Shaoqiang Wang Torbern Tagesson 《The Crop Journal》 SCIE CSCD 2022年第5期1251-1263,共13页
Leaf pigments are critical indicators of plant photosynthesis,stress,and physiological conditions.Inversion of radiative transfer models(RTMs)is a promising method for robustly retrieving leaf biochem-ical traits from... Leaf pigments are critical indicators of plant photosynthesis,stress,and physiological conditions.Inversion of radiative transfer models(RTMs)is a promising method for robustly retrieving leaf biochem-ical traits from canopy observations,and adding prior information has been effective in alleviating the“ill-posed”problem,a major challenge in model inversion.Canopy structure parameters,such as leaf area index(LAI)and average leaf inclination angle(ALA),can serve as prior information for leaf pigment retrie-val.Using canopy spectra simulated from the PROSAIL model,we estimated the effects of uncertainty in LAI and ALA used as prior information for lookup table-based inversions of leaf chlorophyll(C _(ab))and car-otenoid(C_(ar)).The retrieval accuracies of the two pigments were increased by use of the priors of LAI(RMSE of C_(ab) from 7.67 to 6.32μg cm^(-2),C_(ar) from 2.41 to 2.28μg cm^(-2))and ALA(RMSE of C_(ab) from 7.67 to 5.72μg cm^(-2),C_(ar) from 2.41 to 2.23μg cm^(-2)).However,this improvement deteriorated with an increase of additive and multiplicative uncertainties,and when 40% and 20% noise was added to LAI and ALA respectively,these priors ceased to increase retrieval accuracy.Validation using an experimental winter wheat dataset also showed that compared with C_(ar),the estimation accuracy of C_(ab) increased more or deteriorated less with uncertainty in prior canopy structure.This study demonstrates possible limita-tions of using prior information in RTM inversions for retrieval of leaf biochemistry,when large uncer-tainties are present. 展开更多
关键词 Leaf pigment prosail model Canopy structure Chlorophyll content Leaf area index Leaf angle distribution
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基于PROSAIL模型的青贮玉米叶面积指数反演
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作者 汪彦龙 王钧 崔婷 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期205-213,共9页
精准且高效地估算区域内的玉米叶面积指数(LAI),对于田间管理决策、地物产量预测以及实施精准农业具有至关重要的意义。针对多尺度、大范围遥感反演中存在的尺度效应、精度低、普适性差等问题,本文以张掖市民乐县青贮玉米实验田为研究区... 精准且高效地估算区域内的玉米叶面积指数(LAI),对于田间管理决策、地物产量预测以及实施精准农业具有至关重要的意义。针对多尺度、大范围遥感反演中存在的尺度效应、精度低、普适性差等问题,本文以张掖市民乐县青贮玉米实验田为研究区,选取青贮玉米为研究对象,基于Landsat-8高光谱和Modis多光谱遥感影像,并结合地面实测数据。通过对PROSAIL模型的输入参数进行局部和全局敏感性分析,构建出青贮玉米在多个生育期内的冠层反射率-LAI的查找表和最小寻优代价函数的反演策略,确定研究区域的最佳LAI反演模型,并利用青贮玉米不同生育期内的实测值完成了反演结果的精度验证及线性拟合。结果表明:LAI反演结果总体较好,拟合精度较高,与实测值之间有较强的相关性,拔节期、抽雄期、成熟期最优决定系数R2分别为0.85、0.91、0.90;均方根误差(RMSE)分别为0.35、0.58、0.51。因此,基于多源高光谱遥感数据结合PROSAIL模型的反演策略可为作物参数反演提供新的科学依据和方法。 展开更多
关键词 青贮玉米 叶面积指数 prosail模型 反演策略 高光谱数据
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基于PROSAIL模型和Sentinel-2数据的陕北煤炭矿区植被叶绿素含量监测
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作者 赵恒谦 李美钰 +4 位作者 吴艳花 高尉 牟泓睿 付含聪 刘泽龙 《地理与地理信息科学》 CSCD 北大核心 2024年第2期29-36,共8页
为满足煤炭矿区植被叶绿素含量高精度动态监测需求,该文以陕北大柳塔矿区为研究区,首先分析PROSAIL模型对矿区典型植被欧李、野樱桃的适用性,然后根据PROSAIL辐射传输模型建立查找表,结合基于正则化的代价函数对欧李、野樱桃叶绿素含量... 为满足煤炭矿区植被叶绿素含量高精度动态监测需求,该文以陕北大柳塔矿区为研究区,首先分析PROSAIL模型对矿区典型植被欧李、野樱桃的适用性,然后根据PROSAIL辐射传输模型建立查找表,结合基于正则化的代价函数对欧李、野樱桃叶绿素含量进行反演,并利用SNAP软件反演结果与地面实测数据对PROSAIL模型反演结果进行验证,最后利用所构建模型反演得到2016—2019年大柳塔矿区植被叶绿素含量空间分布。结果表明:PROSAIL模型模拟光谱与地面实测光谱的绝对偏差平均值最大为0.016,该精度满足植被参数反演;PROSAIL模型反演得到的欧李、野樱桃叶绿素含量与地面实测数据的决定系数、均方根误差和相对均方根误差分别为0.679、1.926和4.625%,优于SNAP软件反演结果,反演得到的大柳塔矿区叶绿素含量时空变化与实际植被生态修复情况和土地利用覆盖类型一致。研究结果可为矿区植被叶绿素反演和生态修复效果评估提供技术参考。 展开更多
关键词 煤炭矿区 叶绿素含量 prosail模型 Sentinel-2影像
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基于PROSAIL模型的水稻叶片生物量反演 被引量:1
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作者 于丰华 白驹驰 +2 位作者 金忠煜 张鸿刚 许童羽 《华中农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期187-194,共8页
为解决水稻叶片生物量反演模型普遍存在的泛用性与机理性较差的问题,利用无人机高光谱遥感平台获取水稻冠层400~1 000 nm的高光谱反射率信息,对PROSAIL模型进行参数敏感性分析,根据分析结果利用连续投影法提取敏感波段,在此基础上,结合P... 为解决水稻叶片生物量反演模型普遍存在的泛用性与机理性较差的问题,利用无人机高光谱遥感平台获取水稻冠层400~1 000 nm的高光谱反射率信息,对PROSAIL模型进行参数敏感性分析,根据分析结果利用连续投影法提取敏感波段,在此基础上,结合PROSAIL作物辐射传输模型与水稻高光谱数据,运用秃鹰算法(BES)对PROSAIl模型的生物量参数进行数值优化,从而快速、精准实现水稻关键生育期的叶片生物量反演。结果显示:运用改进Sobol方法对水稻叶片生物量进行全局敏感性分析,敏感区间为700~1 000 nm。对敏感区间内光谱利用连续投影法提取了750、788、898、940、962、999 nm等6个水稻叶片生物量特征波长。结合PROSAIL模型与BES优化算法,构建了PROSAIL-BES数值优化方法。以水稻特征波段光谱反射率为模型输入,通过PROSAIL-BES数值优化方法对PROSAIL模型参数进行校正,叶片生物量反演结果 R2为0.694,RMSE为0.002。结果表明,与传统机器学习模型的反演结果对比,PROSAIL-BES数值优化方法具有更好的反演精度,在水稻生物量反演领域具有较好的实用价值和应用潜力。 展开更多
关键词 水稻 叶片生物量 反演 prosail模型 数值优化 高光谱遥感 无人机遥感技术 精准农业
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Retrieving chlorophyll content and equivalent water thickness of Moso bamboo(Phyllostachys pubescens) forests under Pantana phyllostachysae Chao-induced stress from Sentinel-2A/B images in a multiple LUTs-based PROSAIL framework 被引量:1
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作者 Zhanghua Xu Anqi He +10 位作者 Yiwei Zhang Zhenbang Hao Yifan Li Songyang Xiang Bin Li Lingyan Chen Hui Yu Wanling Shen Xuying Huang Xiaoyu Guo Zenglu Li 《Forest Ecosystems》 SCIE CSCD 2023年第2期252-267,共16页
Biochemical components of Moso bamboo(Phyllostachys pubescens)are critical to physiological and ecological processes and play an important role in the material and energy cycles of the ecosystem.The coupled PROSPECT w... Biochemical components of Moso bamboo(Phyllostachys pubescens)are critical to physiological and ecological processes and play an important role in the material and energy cycles of the ecosystem.The coupled PROSPECT with SAIL(PROSAIL)radiative transfer model is widely used for vegetation biochemical component content inversion.However,the presence of leaf-eating pests,such as Pantana phyllostachysae Chao(PPC),weakens the performance of the model for estimating biochemical components of Moso bamboo and thus must be considered.Therefore,this study considered pest-induced stress signals associated with Sentinel-2A/B images and field data and established multiple sets of biochemical canopy reflectance look-up tables(LUTs)based on the PROSAIL framework by setting different parameter ranges according to infestation levels.Quantitative inversions of leaf area index(LAI),leaf chlorophyll content(LCC),and leaf equivalent water thickness(LEWT)were derived.The scale conversions from LCC to canopy chlorophyll content(CCC)and LEWT to canopy equivalent water thickness(CEWT)were calculated.The results showed that LAI,CCC,and CEWT were inversely related with PPC-induced stress.When applying multiple LUTs,the p-values were<0.01;the R2 values for LAI,CCC,and CEWT were 0.71,0.68,and 0.65 with root mean square error(RMSE)(normalized RMSE,NRMSE)values of 0.38(0.16),17.56μg cm-2(0.20),and 0.02 cm(0.51),respectively.Compared to the values obtained for the traditional PROSAIL model,for October,R2 values increased by 0.05 and 0.10 and NRMSE decreased by 0.09 and 0.02 for CCC and CEWT,respectively and RMSE decreased by 0.35μg cm-2 for CCC.The feasibility of the inverse strategy for integrating pest-induced stress factors into the PROSAIL model,while establishing multiple LUTs under different pest-induced damage levels,was successfully demonstrated and can potentially enhance future vegetation parameter inversion and monitoring of bamboo forest health and ecosystems. 展开更多
关键词 Moso bamboo Chlorophyll content Equivalent water thickness prosail model Multiple LUTs Pantana phyllostachysae Chao Sentinel-2A/B images
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基于PROSAIL混合反演模型的MODIS LAI产品改进及评估
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作者 赫晓慧 张乐涵 +2 位作者 乔梦佳 田智慧 周广胜 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第22期9328-9341,共14页
叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是定量陆地生态系统中光合作用、呼吸作用、蒸腾、碳和养分循环等过程中物质与能量交换的重要结构参数。目前大、中尺度的气候和生态水文建模使用的LAI产品主要来源于中分辨率成像光谱仪(MODIS),但由于... 叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是定量陆地生态系统中光合作用、呼吸作用、蒸腾、碳和养分循环等过程中物质与能量交换的重要结构参数。目前大、中尺度的气候和生态水文建模使用的LAI产品主要来源于中分辨率成像光谱仪(MODIS),但由于其反演过程中的不确定性因素导致MODIS LAI产品在部分地区存在质量问题。以青海省复杂植被地区为研究区域,基于实地考察与采样验证了区域内MODIS LAI所存在的质量问题分布,并揭示了不确定因素的影响。与此同时,提出了一种基于PROSAIL模型与深度神经网络(DNN)的混合建模技术,针对MODIS LAI生成机制中地表分类数据、地表反射率数据和反演算法的不确定性进行改进,并基于青海省大范围实测LAI数据评估了改进前后产品的准确度,实测数据的验证结果发现:改进模型的LAI准确度(RMSE=0.48,R^(2)=0.64)显著高于MODIS LAI(RMSE=0.71,R^(2)=0.56),预测结果与实测结果之间的偏差显著减少;区域尺度上,柴达木荒漠植被低覆盖典型区域、三江源高寒草甸中覆盖典型区域与青海湖牧场草地高覆盖典型区域的RMSE分别提高了0.19、0.10、0.54,改进方法有效解决了MODIS LAI产品中高覆盖植被饱和效应导致的高估以及低覆盖植被未检索导致低估的质量问题,改进结果分布连续,更符合真实植被状况。基于以上研究,充分证明了研究方法对MODIS LAI产品的改进具有可靠性,能够在缺少实测样本数据的情况下有效提高MODIS LAI的质量,为全球植被环境监测与生态建模提供重要的数据支持。 展开更多
关键词 MODIS LAI prosail模型 叶面积指数 深度神经网络
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基于PROSAIL模型的广州市过渡带森林植被冠层可燃物含水率估算 被引量:1
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作者 闻宏睿 国巧真 +3 位作者 魏书精 曾宇怀 吴泽鹏 孙震辉 《热带地理》 CSCD 北大核心 2023年第3期545-553,共9页
基于PROSAIL模型,结合野外实测叶片等水分厚度、干物质重量、叶面积指数数据,构建一种基于归一化红外指数和归一化干物质指数的植被冠层可燃物含水率估算方法。首先,在PROSAIL模型输入实测参数模拟植被冠层光谱曲线,计算归一化红外指数... 基于PROSAIL模型,结合野外实测叶片等水分厚度、干物质重量、叶面积指数数据,构建一种基于归一化红外指数和归一化干物质指数的植被冠层可燃物含水率估算方法。首先,在PROSAIL模型输入实测参数模拟植被冠层光谱曲线,计算归一化红外指数、归一化干物质指数用于叶片等水分厚度、干物质重量的反演。结果表明:归一化红外指数与叶片等水分厚度、归一化干物质指数与干物质重量存在明显的线性关系,基于该关系建立叶片等水分厚度、干物质重量的经验估算模型,经验证估算结果精度较高;将该经验模型推广至利用Landsat 8数据拟合植被冠层可燃物含水率,并与实测数据进行验证,结果显示R^(2)达到0.743,RMSE达到34.2%,具有较高的精度。文章提出的植被冠层可燃物含水率估算模型,可实现广州市过渡带森林大面积、较高精度植被冠层可燃物含水率监测,为预防森林火灾提供参考。 展开更多
关键词 prosail模型 叶片等水分厚度 干物质重量 植被冠层 可燃物含水率 LANDSAT 广州市
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基于PROSAIL模型与光谱指数的紫花苜蓿冠层含水量估算 被引量:1
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作者 唐源 王小平 +1 位作者 鲁聪聪 赵传燕 《兰州大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期55-62,共8页
依据光谱和植物生理参数再联合PROSAIL模型模拟光谱曲线对应的冠层含水量(E)敏感指数,与实际光谱曲线的E敏感光谱指数对比,PROSAIL模型模拟光谱曲线精度较高,相关系数R2>0.8.对光谱的E敏感波段进行单因素和整体敏感性分析,E敏感波段... 依据光谱和植物生理参数再联合PROSAIL模型模拟光谱曲线对应的冠层含水量(E)敏感指数,与实际光谱曲线的E敏感光谱指数对比,PROSAIL模型模拟光谱曲线精度较高,相关系数R2>0.8.对光谱的E敏感波段进行单因素和整体敏感性分析,E敏感波段分别为1240、1450、1650 nm.通过水分指数、水分压力指数(MSI)、归一化差异红外指数(NDII)和结合E敏感波段构建的4个广义归一化差异水指数(NDWI)对紫花苜蓿E进行反演,7个指数均具有较好的反演效果,R2>0.8,均方根误差为0.0010~0.0019 g/cm2,其中传统水分敏感光谱指数的E-MSI、E-NDII、E-NDWI((860,1240))和基于广义光谱指数的E-NDWI((1240,1650))的反演效果最佳. 展开更多
关键词 prosail模型 冠层含水量 敏感性分析 紫花苜蓿
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应用PROSAIL模型对森林冠层叶面积指数遥感估测 被引量:4
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作者 何金有 贾炜玮 +1 位作者 张小勇 孙毓蔓 《东北林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期86-94,共9页
为了及时准确的获取森林冠层的叶面积指数(L_(AI)),对森林长势进行监测,验证估测模型的普适性。以凉水实验林场为研究区,通过对PROSAIL模型的参数进行全局敏感性分析,确定敏感性较高的参数,构建PROSAIL模型模拟反射率与遥感影像反射率... 为了及时准确的获取森林冠层的叶面积指数(L_(AI)),对森林长势进行监测,验证估测模型的普适性。以凉水实验林场为研究区,通过对PROSAIL模型的参数进行全局敏感性分析,确定敏感性较高的参数,构建PROSAIL模型模拟反射率与遥感影像反射率的代价函数,并用遗传算法求解代价函数,通过调整PROSAIL模型高敏感性的关键参数值模拟叶面积指数;利用人工神经网络(ANN)映射植被冠层反射率与叶面积指数特征变量的关系估测叶面积指数;然后用实测数据集对两个模型模拟的结果进行验证比较。结果表明:PROSAIL模型模拟的各波段反射率中红外波段和近红外波段对叶面积指数具有较高的敏感度;PROSAIL模型反演叶面积指数的决定系数(R^(2))为0.7228,人工神经网络估测的叶面积指数的决定系数(R^(2))为0.3338,PROSAIL模型反演叶面积指数的精度较高,而且PROSAIL模型的估测结果与实测叶面积指数值有较好的一致性;人工神经网络对训练集、测试集叶面积指数估测精度的决定系数(R^(2))分别为0.8871和0.8809,而估测值与实测数据的决定系数(R^(2))仅有0.3338,PROSAIL模型优于人工神经网络模型,且具有更好的普适性。 展开更多
关键词 叶面积指数 prosail模型 全局敏感性分析 遗传算法 人工神经网络
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Soil-adjusted power comparison and application conditions of vegetation indices based on PROSAIL model 被引量:3
10
作者 XU Wenjing WANG Shaojun 《遥感学报》 CSCD 北大核心 2014年第4期826-842,共17页
原文传递
基于PROSAIL模型的玉米冠层参数敏感性分析
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作者 李青 《科技创新与应用》 2023年第23期18-22,共5页
PROSAIL模型是一种基于辐射传输理论建立的植被冠层反射率模拟模型,其输入参数包括叶片结构和生理特征、冠层结构、土壤反射率、天空光散射比和观测几何等。为分析不同参数在不同波段对模型输出结果的影响,该文以玉米冠层为研究对象,对P... PROSAIL模型是一种基于辐射传输理论建立的植被冠层反射率模拟模型,其输入参数包括叶片结构和生理特征、冠层结构、土壤反射率、天空光散射比和观测几何等。为分析不同参数在不同波段对模型输出结果的影响,该文以玉米冠层为研究对象,对PROSPECT模型的输入参数进行定性的OTA局部敏感性分析和定量的EFAST全局敏感性分析,并得到以下结论:全局敏感性较强的输入参数为冠层叶面积指数、叶片叶绿素含量、叶片水分含量和平均叶倾角。叶片叶绿素含量对冠层反射光谱的影响主要集中在绿光和红光波段,能够解释超过一半的反射率方差变化。叶片水分含量在1 150~1 850 nm波段为敏感性最高的输入参数。在400~500 nm、750~950 nm和1 900~2 000 nm波段,LAI对反射率方差的贡献最大,全局敏感性指数均超过0.5。 展开更多
关键词 prosail模型 敏感性分析 冠层反射率 EFAST OAT
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基于优化PROSAIL叶倾角分布函数的玉米LAI反演方法 被引量:19
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作者 苏伟 郭皓 +2 位作者 赵冬玲 刘婷 张明政 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期234-241,271,共9页
叶面积指数(LAI)是描述玉米冠层结构的重要参数之一,PROSAIL模型是常用于反演LAI的机理模型,能较为真实地反演植被冠层真实情况,但PROSAIL模型中使用的叶倾角分布函数假定区域内所有作物叶倾角分布是相同的,不能反映玉米植株真实的叶倾... 叶面积指数(LAI)是描述玉米冠层结构的重要参数之一,PROSAIL模型是常用于反演LAI的机理模型,能较为真实地反演植被冠层真实情况,但PROSAIL模型中使用的叶倾角分布函数假定区域内所有作物叶倾角分布是相同的,不能反映玉米植株真实的叶倾角分布情况。本研究以高分一号遥感影像和地基激光雷达点云数据作为数据源,充分利用地基激光雷达(TLS)在获取植被结构参数上的优势,通过体素化的方法对玉米叶片回波点云进行分割,获取每个拟合叶片单元的叶倾角,进而得到玉米植株真实的叶倾角分布,结合椭球分布函数得到玉米精确的叶倾角分布函数,实现对PROSAIL模型中叶倾角分布函数的优化。研究过程中分别基于未改进的PROSAIL模型和经过TLS优化后的PROSAIL模型反演黑龙江825农场主要玉米种植区的LAI。LAI反演结果表明:2种反演方法得到的LAI与实测LAI都具有较好的相关性,决定系数R2分别为0.557 6和0.858 3,模型可信度较高;但基于PROSAIL模型反演所得LAI结果偏低,在利用TLS数据提取叶倾角对模型进行优化后,反演LAI的估算精度由26.53%提高到96.23%。由此可知,通过引入TLS点云数据改进农作物叶倾角分布函数能大幅度提高LAI反演的准确性。 展开更多
关键词 玉米 prosail模型 叶倾角分布函数 叶面积指数 地基激光雷达 高分一号
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无人机观测时间对玉米冠层叶绿素密度估算的影响
13
作者 周丽丽 冯海宽 +8 位作者 聂臣巍 许晓斌 刘媛 孟麟 薛贝贝 明博 梁齐云 苏涛 金秀良 《浙江农业学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期18-31,共14页
为探讨不同时间获取的无人机多光谱数据对玉米冠层叶绿素密度(canopy chlorophyll density,CCD)估算的影响,分别在玉米抽雄吐丝期、籽粒建成期、乳熟期和蜡熟期选择同一天的10:00—10:59、11:00—11:59、13:00—13:59和14:00—14:59进... 为探讨不同时间获取的无人机多光谱数据对玉米冠层叶绿素密度(canopy chlorophyll density,CCD)估算的影响,分别在玉米抽雄吐丝期、籽粒建成期、乳熟期和蜡熟期选择同一天的10:00—10:59、11:00—11:59、13:00—13:59和14:00—14:59进行无人机多光谱观测试验,并结合PROSAIL模型模拟结果与实测CCD数据,分析一天中不同时刻典型植被指数的变化规律及CCD估算结果的差异。结果表明:在同一天中,无人机玉米冠层反射率和与实测CCD相关性较好的植被指数值均随时间变化,近红外波段的反射率变化最明显,越接近12:00,实测的植被指数值越低,而在一天的不同时间PROSAIL模型模拟的植被指数值几乎没有差异。在同一天,基于不同观测时间获取的同一植被指数与实测CCD的相关性存在较大差异,且不同生育时期和不同指数间的差异不一致;而模拟得到的同一植被指数与CCD的相关性在同一天不同时间的差异不明显。在不同生育时期,基于不同观测时间无人机数据构建的CCD估算模型均可以取得较好的精度,但不同观测时间的估算结果存在差异,决定系数最低的为0.53,最高的为0.80。这些结果表明,在传统的光谱数据获取时间范围内(10:00—14:00),无人机影像获取时间仍对玉米CCD估算有影响,越接近12:00,估算精度越高。研究结果可为后续作物的CCD精准估算提供基础支撑。 展开更多
关键词 冠层叶绿素密度 观测时间 机器学习 prosail模型 玉米
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基于Landsat-8遥感数据和PROSAIL辐射传输模型反演叶面积指数 被引量:6
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作者 杜育璋 姜小光 +3 位作者 张雨泽 黄成 刘朝霞 刘亮 《干旱区地理》 CSCD 北大核心 2016年第5期1096-1103,共8页
为了探讨Landsat 8 OIL数据在LAI大范围反演方面的应用潜力,使用Landsat 8 OIL影像,通过PROSAIL辐射传输模型,采用3种波段组合(Band2-7,Band2-5,Band3-5)建立了3个模拟冠层反射率-叶面积指数(LAI)查找表,用2种代价函数(Geman and Mc Cl... 为了探讨Landsat 8 OIL数据在LAI大范围反演方面的应用潜力,使用Landsat 8 OIL影像,通过PROSAIL辐射传输模型,采用3种波段组合(Band2-7,Band2-5,Band3-5)建立了3个模拟冠层反射率-叶面积指数(LAI)查找表,用2种代价函数(Geman and Mc Clure代价函数,均方根误差代价函数)实现了对玉米、土豆、森林LAI的定量反演,并用LAI-2200测量数据作为相对真值对反演精度进行评价。结果表明:(1)使用Landsat 8数据,通过PROSAIL模型反演叶面积指数的精度是可以接受的,RMSE范围为在[0.892 4,1.205 0],R2范围为[0.721 3,0.873 3]。(2)Band5(近红外),Band4(红)Band3(绿)的波段组合反演效果在3种组合中精度最高,平均RMSE=0.993 1,R2=0.787 3。(3)Geman and Mc Clure代价函数比常用的均方根误差代价函数得到了更高的反演精度,平均RMSE=0.940 5,R2=0.817 5。(4)相对最优的反演策略是Band5,Band4,Band3的波段组合结合GM代价函数,RMSE=0.892 4,R2=0.873 3。(5)存在玉米土豆的反演值普遍低于测量值,而森林的反演值普遍高于测量值的问题。 展开更多
关键词 叶面积指数 prosail模型 LANDSAT 8 查找表
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基于PROSAIL模型的温性草甸草原FPAR遥感反演 被引量:2
15
作者 李刚 张华 +2 位作者 王道龙 张宏斌 辛晓平 《中国草地学报》 CSCD 北大核心 2014年第2期61-69,共9页
利用地面实测草地冠层反射率、叶绿素含量等数据,结合PROSAIL模型,分析了其反演草地FPAR的效果,并模拟叶绿素含量、LAI影响下的连续植被冠层反射率的变化情况,分析了冠层反射率与FPAR的关系,建立了草地冠层FPAR遥感估算模型。结果表明:... 利用地面实测草地冠层反射率、叶绿素含量等数据,结合PROSAIL模型,分析了其反演草地FPAR的效果,并模拟叶绿素含量、LAI影响下的连续植被冠层反射率的变化情况,分析了冠层反射率与FPAR的关系,建立了草地冠层FPAR遥感估算模型。结果表明:利用PROSAIL模型模拟的温性草甸草原生长季羊草群落和贝加尔针茅群落草地冠层FPAR值与MODIS反演的FPAR比较而言,PROSAIL模型能够很好地模拟生长季FPAR的季节动态,且比MODIS反演的FPAR与实测值更相近,但不同草地类型略有不同。 展开更多
关键词 温性草甸草原 辐射传输模型 MODIS FPAR产品 prosail模型 验证
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基于核岭回归算法的PROSAIL模型反演高空间分辨率叶面积指数 被引量:4
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作者 郭恒亮 李晓 +1 位作者 付羽 乔宝晋 《草业学报》 CSCD 北大核心 2022年第12期41-51,共11页
准确估算叶面积指数(LAI)在生态、环境和气候变化研究方面具有重要作用。依靠卫星遥感技术能够获取大范围LAI产品,但其空间分辨率较低且依赖大量地面实测数据,难以满足高精度、大范围研究的需求。本研究基于30 m空间分辨率地表反射率数... 准确估算叶面积指数(LAI)在生态、环境和气候变化研究方面具有重要作用。依靠卫星遥感技术能够获取大范围LAI产品,但其空间分辨率较低且依赖大量地面实测数据,难以满足高精度、大范围研究的需求。本研究基于30 m空间分辨率地表反射率数据,在不依赖大量地面实测数据的情况下,提出基于核岭回归算法的PROSAIL物理模型反演LAI,首先对PROSAIL模型的输入参数进行敏感性分析,以确定输入参数并生成模拟数据集,从而建立模拟反射率与LAI之间的核岭回归反演模型,进行高空间分辨率LAI反演,并与基于多层感知机的PROSAIL模型、基于随机森林回归的PROSAIL模型进行对比分析。结果表明:基于核岭回归的PROSAIL模型获得了最高的LAI反演精度,模型决定系数(R2)为0。8089,均方根误差(RMSE)为0。2492,基于多层感知机和随机森林回归的PROSAIL模型反演精度较差,模型R2分别为0。7726和0。7118,RMSE分别为0。2781和0。2432。研究认为基于核岭回归的PROSAIL模型可以有效提升LAI反演精度,为快速准确的区域性高空间分辨率LAI反演提供了技术和方法。 展开更多
关键词 叶面积指数 核岭回归算法 prosail模型 反演
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基于PROSAIL模型和遗传算法优化的BP神经网络模型的不同大豆种群叶面积指数反演比较 被引量:5
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作者 赫晓慧 冯坤 +1 位作者 郭恒亮 田智慧 《河南农业大学学报》 CSCD 2021年第4期698-706,共9页
以大豆叶面积指数(Leaf area index,LAI)反演为研究目标,利用PROSAIL模型和遗传算法优化后的BP神经网络模型,分别对重组自交系(Recombinant Inbred Lines,RIL)和自然野生大豆种群的LAI进行反演。结果表明,在对人工定向培育的RIL大豆种... 以大豆叶面积指数(Leaf area index,LAI)反演为研究目标,利用PROSAIL模型和遗传算法优化后的BP神经网络模型,分别对重组自交系(Recombinant Inbred Lines,RIL)和自然野生大豆种群的LAI进行反演。结果表明,在对人工定向培育的RIL大豆种群冠层叶片LAI反演中,PROSAIL模型表现出了更优异的反演能力,而对品种繁多的自然野生大豆种群LAI反演中,遗传算法优化后的BP神经网络模型表现出了更好的适用性,并且上述2种模型在始粒期(R5)时性能最佳,PROSAIL模型和遗传算法优化后的BP神经网络模型R2分别为0.89和0.85,RMSE分别为0.11和0.13,EA均为97%,典型生育期内的反演性能均优于全生育期综合反演性能。因此,针对同一农作物不同种群的表型特征反演,需要根据研究对象的特征来选择合适的模型,以便于精确的估测大豆长势情况,为农作物的规模化育种监测提供数据支持。 展开更多
关键词 叶面积指数 反演 BP神经网络 遗传算法 prosail模型
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基于PROSAIL模型偏差补偿的水稻叶绿素含量遥感估测 被引量:12
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作者 刘潭 许童羽 +3 位作者 于丰华 袁青云 郭忠辉 王永刚 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期156-164,共9页
以东北水稻为研究对象,以提高叶绿素估测精度和模型可解释性为目标,提出了一种混合建模方法。以PROSAIL辐射传输机理模型为基础,模拟水稻冠层光谱,建立叶绿素含量的查找表,初步估测叶绿素含量,并采用最小二乘支持向量机(LSSVM)建立误差... 以东北水稻为研究对象,以提高叶绿素估测精度和模型可解释性为目标,提出了一种混合建模方法。以PROSAIL辐射传输机理模型为基础,模拟水稻冠层光谱,建立叶绿素含量的查找表,初步估测叶绿素含量,并采用最小二乘支持向量机(LSSVM)建立误差模型,对PROSAIL模型偏差进行补偿,弥补PROSAIL建模时产生的误差。为验证模型的估测能力,选取13种与作物叶绿素关系较为密切的植被指数,通过不同统计模型的模拟分析,筛选出4种较优的植被指数,分别建立单因子输入的最优预测模型(GNDVI、RSI、(SDr-SDb)/(SDr+SDb)的乘幂模型及MCARI的指数模型)。以4种植被指数作为输入,利用偏最小二乘法(PLS)、LSSVM回归法、BP神经网络及本文提出的混合建模方法分别构建水稻叶绿素含量多因子预测模型,并进行估测和验证。结果表明,相比单因子输入的最优预测模型,混合模型具有较低的预测偏差,其建模集R^2=0.7406,RMSE为0.9852 mg/dm^2,验证集R^2=0.7332,RMSE为1.0843 mg/dm^2。与采用其他多因子预测模型相比,本文方法具有较高的估测精度和良好的鲁棒性。另外,混合建模方法以PROSAIL模型为基础,物理意义较为明确,提高了预测模型的可解释性。本文可为作物叶绿素含量估测提供新的思路和方法,为诊断水稻氮营养含量和监测水稻长势提供参考。 展开更多
关键词 水稻 叶绿素含量 光谱分析 prosail模型偏差补偿 混合建模
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基于PROSAIL辐射传输模型的毛竹林分冠层反射率模拟研究 被引量:6
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作者 曾琪 余坤勇 +4 位作者 姚雄 郑文英 张今朝 艾婧文 刘健 《植物科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期699-707,共9页
冠层光谱反射率直接关系到毛竹(Phyllostachys pubescens Mazel)林冠层参数的反演,对毛竹林地土壤肥力间接估测具有重要意义。以PROSPECT5、PROSAIL模型为基础,从叶片尺度和冠层尺度分析模型参数对叶片和冠层反射率的影响,构建毛竹冠层... 冠层光谱反射率直接关系到毛竹(Phyllostachys pubescens Mazel)林冠层参数的反演,对毛竹林地土壤肥力间接估测具有重要意义。以PROSPECT5、PROSAIL模型为基础,从叶片尺度和冠层尺度分析模型参数对叶片和冠层反射率的影响,构建毛竹冠层叶面积指数(LAI)-冠层反射率查找表并通过代价函数选取最优冠层反射率,从而实现毛竹林分冠层反射率的准确模拟。结果表明,在叶片尺度,PROSPECT模型参数敏感性从高到低依次为叶肉结构参数(N)>叶绿素含量(C_(ab))>等效水厚度(EWT)>干物质含量(C_m)>类胡萝卜素含量(C_(ar));在冠层尺度,PROSAIL模型参数敏感性从高到低依次为LAI>C_(ab)>EWT>C_m>N>C_(ar)>ALA(平均叶倾角);叶片尺度反射率整体大于冠层尺度反射率;在400~900 nm波长范围内,PROSAIL模型模拟的冠层光谱反射率与实测光谱反射率拟合效果较好,相对误差为6.71%。 展开更多
关键词 毛竹 prosail模型 尺度效应 冠层反射率
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基于PROSAIL模型的夏玉米叶绿素含量垂直分层模拟 被引量:3
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作者 王声锋 徐亚泽 +5 位作者 彭致功 魏征 张宝忠 蔡甲冰 王菲宇 牟彦文 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第6期603-610,共8页
为了给精准施肥灌溉及病虫害防治等提供基础数据支撑,开展以作物垂直分层叶绿素监测的模拟研究.于2019—2020年进行了不同施氮水平下夏玉米叶绿素含量与光谱反射率监测试验,并模拟了夏玉米叶绿素含量垂直分层规律.结果表明:夏玉米的叶... 为了给精准施肥灌溉及病虫害防治等提供基础数据支撑,开展以作物垂直分层叶绿素监测的模拟研究.于2019—2020年进行了不同施氮水平下夏玉米叶绿素含量与光谱反射率监测试验,并模拟了夏玉米叶绿素含量垂直分层规律.结果表明:夏玉米的叶绿素含量随着冠层深度的增加呈侧放的铃形;利用叶绿素最敏感波段699~722 nm的反射率构建夏玉米叶绿素模拟代价函数,实现了基于PROSAIL的夏玉米叶绿素含量垂直分层模拟;综合分析不同生育期各层叶绿素的估算精度,在平均叶绿素模拟相对误差RE控制在45%范围内的基础上,进一步厘清了夏玉米叶绿素垂直分层模拟效果,即第1层叶片在抽雄期与灌浆期、其他层在全生育期模拟的决定系数R^(2)在0.0260~0.7993,均方根误差RMSE在2.23~12.13μg/cm^(2),相对误差在9.67%~98.22%.相关研究结果可为作物叶绿素垂直分层模拟应用提供理论与技术支持. 展开更多
关键词 夏玉米 叶绿素 高光谱 prosail模型 分层模拟
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