基于光谱曲线特征的内河航运环境污染遥感监测方法

由于传统内河航运环境污染监测方法存在监测精度较低、监测效果差等问题,故研究提出并设计了一种基于光谱曲线特征的内河航运环境污染遥感监测方法:先提取了内河航运环境遥感数据源,保证监测数据的质量,然后基于光谱曲线特征进行了航运环境污染数据分析,确定环境污染状态,最后构建了内河航运的环境异构数据监测模型,以实现环境污染遥感监测。对比实验结果表明:所提方法的监测精度更高,可控制在0.005以内,监测效果优于对比方法,极具推广价值。

新型光谱曲线特征参数与水稻叶绿素含量间的关系研究

利用高光谱信息检测作物叶绿素含量信息是田间作物长势诊断的重要研究内容。利用水稻光谱和叶绿素含量田间实测数据,从作物叶绿素含量不同,光谱曲线峰谷波形有"高矮胖瘦"形态变化的观点出发,提出光谱曲线峰谷波形中特征边的上升、下降速率以及组成峰谷波形两边的夹角等新型特征量,利用归一化光谱信息,分析了这些变量与水稻叶绿素含量间的相关关系。研究结果显示:(1)可见光波段范围520～740nm之间的归一化光谱反射率与叶绿素含量间呈良好的负相关关系;(2)绿峰反射光谱曲线特征边的变化速率及绿峰两边的夹角等变量与水稻叶绿素含量具有较好的相关性,表明利用这些新型变量开展叶绿素含量高光谱无损监测成为可能,这将为利用高光谱信息开展作物长势与营养诊断提供新的思路和方法。

水浇地与旱地春小麦新型光谱曲线特征变量与叶绿素关系的对比研究

为了利用新型光谱曲线特征变量对水浇地与旱地春小麦叶绿素含量进行估算,测定水浇地与旱地春小麦冠层光谱、叶绿素含量、叶宽和苗高,并利用各地春小麦冠层光谱曲线"峰谷"存在差异的特点,通过分析光谱曲线特征变量与水浇地和旱地春小麦叶绿素含量的相关性,分别建立了水浇地和旱地春小麦叶绿素含量最佳估算模型并检验模型精度。结果表明:在723 nm、730 nm和736 nm前后,水浇地、阴坡地、阳坡和双面坡地春小麦原始光谱与叶绿素含量的相关性表现出完全相反的变化规律。在以上波段之前,相关系数为负,之后为正。各地春小麦叶绿素含量与绿边和黄边曲线变化速率及反射绿峰两边的夹角存在很好的相关性,与水浇地、阴坡地、阳坡和双面坡相关性最好的光谱曲线特征变量分别为K pv、K b和GPA1,相关系数均大于0.80。抛物线和线性模型是估测各地类春小麦叶绿素含量的最佳模型,模型R2均超过0.89,预测能力均大于92%。研究结果为以后利用高光谱信息监测小麦长势及产量提供了新思路和方法。

基于高光谱非线性向量空间的光谱曲线特征差异性分析

地物光谱特征分析是对地物进行分类和匹配的基础,目前高光谱遥感技术应用在精细物种识别中主要采用波谱分析的方法。重点探索非线性空间里的相似性测度方法,由于光谱曲线表征复杂光谱成像的非线性过程,论文从空间目标的整体形状描述非空集合之间的差异,采用Fr′echet距离、Hausdorff距离、Euclidian距离分别定义光谱特征曲线的距离,设计算法测量光谱向量之间的非线性相似程度。结果表明,采用Fr′echet距离、Hausdorff距离、Euclidian距离度量光谱相似度的精度依次减弱,但依据Fr′echet距离的算法时间复杂度略高。基于Fréchet距离的方法充分考虑了曲线上点的位置信息及整体曲线的走势问题,其在精度、抗噪能力等方面均有提升,从而为分析光谱特征提供了可能的新途径。

高光谱遥感数据光谱特征的提取与应用

基于特征属性与算法原理,提出高光谱遥感光谱特征体系包括光谱曲线特征、光谱变换特征和光谱度量特征三个层次,光谱曲线特征包括直接光谱编码、光谱反射与吸收特征,光谱变换特征包括植被指数、导数光谱、光谱运算特征,光谱度量特征则包括光谱角、光谱信息散度(SID)、相关系数和距离,系统比较分析了不同特征的算法原理、特点、适用情况和应用中的一些问题。

综放工作面煤岩近红外光谱特征与机理

为研究综放工作面不同赋存位置的煤与岩石近红外光谱曲线特征和吸收机理,从同煤集团塔山矿综放工作面采集煤与岩石钻芯,按赋存位置的差异将煤与岩石钻芯依次分为:3~5号煤层夹矸、2号煤层夹矸、直接顶岩、基本顶岩、3~5号煤层所含煤,2号煤层所含煤,共计六大类、27种煤与岩石试样。在实验室利用AVANTES近红外光谱仪分别获取27种煤与岩石试样在长波近红外波段(1100~2500 nm)的反射光谱曲线。通过X射线衍射、X射线荧光、工业分析等实验手段分别测定煤与岩石试样的矿物成分、元素含量、工业成分含量。同时为研究煤与岩石光谱曲线特征差异的普适性,依次采集山西、山东、宁夏、内蒙古等矿区的22种煤与岩石试样,并分别获取其在长波近红外波段(1100~2500 nm)的反射光谱曲线。通过对塔山矿综放工作面煤与岩石试样的光谱特征和吸收机理以及不同矿区煤与岩石试样的光谱特征研究表明:①煤层夹矸与顶板岩相比,煤层夹矸的吸收特征和曲线斜率绝对值偏小,主要是因为煤层夹矸中相对较多的不透明炭质物质遮蔽了无机离子在其特征波长处的吸收特征。虽然煤中基质(主要是C,H,O元素组成的有机物)是其矿物的5.3倍,但是有机基团在近红外波段没有明显的吸收特征,且大量不透明炭质物质遮蔽了无机离子在近红外波段的吸收特征,使得煤的光谱曲线较为平滑且呈上升趋势。②煤与岩石光谱曲线的差异特征可用吸收谷深度之和、斜率和凹凸度来描述。

基于夏玉米光谱特征的叶绿素和氮素水平及氮肥吸收利用研究

本文首先分析不同施N水平条件下夏玉米冠层在6个典型生育期的光谱特征曲线,然后计算了可见光和近红外波段光谱反射率组成的归一化植被指数(NDVI)及相应时期叶片叶绿素含量和地上部分全N含量2个重要指标以及孕穗期冠层NDVI和几个N肥吸收利用效率的相关性。结果表明,孕穗期冠层光谱反射率在近红外区域反射率最大,且其可见光和近红外区域反射率差异最大;从苗期到孕穗期,NDVI和叶绿素、全N含量的相关性逐渐增强,到抽雄期减弱,灌浆期又有所增强;整体来讲绿色归一化植被指数GNDVI(560,760)在各生育期与不同农学参量的相关性比其他波段组合的指数好,其次为NDVI(660,760)波段组合。随着施N量的增加,N肥利用效率、收获指数和N肥收获指数、N素农艺效率以及N肥回收效率均逐渐降低,对各N肥吸收利用指数的预测以NDVI(660,760)、NDVI(660,1100)和GNDVI(560,760)较理想。

冬小麦特征光谱对其全氮和硝态氮的响应

通过田间试验,测定了不同施氮水平下冬小麦冠层在6个典型生育期地上部分全氮和硝态氮含量以及冠层光谱,系统分析了单波段反射率、可见光和近红外波段组合而成的归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)等8种常见植被指数与相应时期地上部分全氮和硝态氮含量的相关性。结果表明,施氮量增加,全氮、硝态氮含量、冠层近红外波段反射率都随之增加,但当施氮量增加到300 kg/hm2(一次性施入)时,上述各项指标均降低;整个生长期中孕穗期在近红外区域反射率最高,与可见光波段反射率相差最大;6个生育期单波段510~1 100 nm反射率、NDVI、RVI等8种植被指数与全氮和硝态氮含量呈显著或极显著相关,植被指数的相关性较单波段高,且与全氮的相关性明显大于与硝态氮的相关性。选择NDVI(560 nm,760 nm)和NDVI(660 nm,760 nm)可以准确拟合冬小麦地上部分全氮和硝态氮含量,对前者的拟合度>0.80,对后者的拟合度>0.53。

水稻遥感估产的农学机理研究——Ⅰ.不同氮素水平的水稻光谱特征及其敏感波段的选择

介绍了大田与盆栽条件下不同氮素水平的水稻冠层、叶片和稻株的光谱反射特征曲线。经过光谱差异性检验,找出了诊断水稻氮素营养水平的敏感波段范围,结合考虑实用性确定冠层敏感波段为760～900nm、630～690nm和520～550nm;叶片敏感波段为760～900nm、630～660nm和530～560nm。

主要道路路面材料高光谱特征分析

随着公路建设的发展，路面材料变得更加多元化。利用高光谱监测不同性质的路面材料，非常值得关注。本研究采用美国ASD公司生产的地物波谱辐射仪（波段范围350～2500nm），开展了对沥青、混凝土、裸土和草地等典型路面材料的高光谱数据的野外观测，利用光谱均值、一阶微分、二阶微分、倒数后对数等方法，对原始光谱数据进行变换，得到4种材料的光谱特征曲线图，并进行对比和分析。结果表明：在多种数据变换方法中，倒数后对数方法最好，利用高光谱遥感方法能实现对不同路面材料的分类和识别，说明高光谱遥感技术能实现对道路材料和结构的监测。

棉花主要栽培生理参数的高光谱估测研究

应用地物光谱仪获取近地高光谱遥感数据 ,用高光谱技术提取和估计棉花主要栽培生理参数。结果表明 ,棉花叶片具有绿色植物典型的反射光谱曲线特征 ;早衰的棉花反射光谱红谷区谷低变浅 ,最小波段光谱反射率Ro及数值积分面积SRo增大 ,与叶片光合速率呈显著负相关。经逐步回归分析 ,确定的一阶微分光谱值与棉叶叶绿素浓度的最大相关系数是 0 .734 4 (n =2 1) ,发生在 75 0nm波段处 ;群体叶面积指数 (LAI)与归一化差值植被指数 (ND VI)呈很好的对数相关关系 ;红边、蓝边、黄边每边的积分面积积累了多波段信息 ,在估测棉花冠层叶片全氮含量中有较大的应用潜力。研究建立了棉花主要栽培生理参数叶绿素含量、LAI和冠层叶片全氮含量等的遥感估测统计模型。

光谱成像技术快速鉴别五加皮及其混淆品香加皮

目的:运用光谱成像技术快速鉴别中药五加皮与混淆品香加皮,为其质量控制和品质鉴别提供新的方法。方法:应用电可控液晶滤光光谱成像装置,测定不同市售来源的香加皮饮片5种,五加皮饮片2种。光谱最高分辨率5nm,光谱范围400～680nm,空间分辨率4000×4000。从成像光谱立方体中提取特征光谱,构建其指纹图谱,并用类平均距离法等方法进行聚类分析。结果:五加皮和香加皮的光谱成像指纹图谱相似度分析与其中药鉴定学结果相吻合。结论:光谱成像技术可用于中药真伪鉴别和质量评价,其操作方法简便、快捷、无损。

不同生育期冬小麦光谱特征对叶绿素和氮素的响应研究

研究测定了不同施氮水平条件下冬小麦冠层在七个典型生育期叶片叶绿素、地上部分全氮含量以及冠层光谱,分析了单波段反射率、可见光和近红外波段组合而成的归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)与相应时期叶片叶绿素和地上部分全氮含量的相关性。结果表明,施氮量增加,两个农学参量、冠层近红外波段反射率都随之增加,但当施氮量增加到300kg hm-(2一次性施入)时,上述各项指标均降低;整个生长期中孕穗期在近红外区域反射率最高,与可见光波段反射率相差最大;除分蘖期外,其它时期单波段510nm～1100nm反射率、NDVI、RVI与叶绿素和全氮含量显著相关,植被指数的相关性较单波段高,且从分蘖期到乳熟期,相关性逐渐增强;整体来讲,可见光中560nm、660nm和近红外760nm、1100nm和1200nm组合的NDVI在各生育期与两个农学指标的相关性较好,选择NDVI(560,760)可以准确拟合叶片叶绿素和地上部分全氮含量。

基于高分辨率遥感图像的树冠面积提取方法

树冠面积调查是城市绿化调查中的一个主要内容。随着遥感技术的发展,如何利用高分辨率遥感图像快速、准确地提取树冠面积信息已成为城市绿化遥感研究的问题。该文提出一种基于射线法的半自动树冠面积提取算法,通过设定树冠中心点位置,引出若干条光谱射线,进行高次曲线拟合,求其拐点作为树冠边界点,从而得到树冠的面积信息。实验表明,对于重叠较少的树冠面积提取精度为87.82%,重叠较多的树冠面积提取精度为84.91%。

采煤塌陷区周边土壤典型重金属污染监测方法研究

为降低采煤塌陷区的重金属含量及污染情况,提出一种采煤塌陷区周边土壤典型重金属污染监测方法研究。通过三层采样法采集土壤样本,使用ADS光谱仪测定所得样本光谱曲线,并对曲线做去除高光谱包络线、反射率倒数对数、一阶微分和二阶微分指标处理,通过光谱曲线特征得出样本中含有Hg、As、Cu、Ni、Cr、Pb、Zn七种典型重金属元素,计算各元素含量完成污染程度测定。实验结果表明所设计监测方法监测结果符合事实,具有较高的实用价值。

基于landsat8影像的植被信息提取最佳波段组合研究——以浙江省龙泉市为例

以龙泉市为例,运用最佳指数OIF法,同时结合Landsat8各个波段的统计信息和相关系数、地物光谱特征曲线及各波段主要用途进行综合分析,探讨了Landsat8影像用于植被信息提取时的最佳波段组合的选择。结果显示:256波段组合信息量最为丰富,为植被信息提取的最佳波段组合。

干旱区湖泊水体研究的最优遥感影像选择——以艾比湖为例

利用CBERS-2、Landsat-7 ETM+、ASTER遥感影像的光谱信息并结合实测光谱数据,获得艾比湖水体光谱特征。在对3种卫星影像进行几何校正、大气校正、图像镶嵌等预处理的基础上,提取各卫星影像上样点的各波段灰度值。然后对其求均值后生成反射折线图,通过与艾比湖水体光谱特征曲线进行对比,来选择最适合艾比湖水体研究的卫星影像。

基于光栅光谱的中药光谱成像检测装置的设计

针对目前中药市场上存在的中药材质量问题,设计了一套基于推扫式光谱成像技术的光栅光谱成像装置。采用光栅分光,利用电控位移台在空间一维方向上扫描成像,通过图像拼接后获取了中药的光谱立方体。该装置成本低,无需特殊环境即可实现对中药的快速、无损检测。所测试系统参量包括定标波长、系统光谱响应范围、光谱分辨率、空间分辨率和系统稳定性等。以西洋参为例进行检测,得到了西洋参的光谱图像及其对应的光谱立方体,据此绘制其特征光谱曲线和空间荧光强度分布图像,得出了中药材西洋参的光谱特征和其主要活性成分人参总皂甙的空间分布。

基于高分辨率遥感图像的树冠面积提取方法

树冠面积调查是城市绿化调查中的一个主要内容。随着遥感技术的发展，如何利用高分辨率遥感图像快速、准确地提取树冠面积信息已成为城市绿化遥感研究的问题。该文提出一种基于射线法的半自动树冠面积提取算法，通过设定树冠中心点位置，引出若干条光谱射线，进行高次曲线拟合，求其拐点作为树冠边界点，从而得到树冠的面积信息。实验表明，对于重叠较少的树冠面积提取精度为87．82％，重叠较多的树冠面积提取精度为84．91％。