基于DART模型的PROBA/CHRIS数据叶面积指数反演

叶面积指数(LAI)是生态环境研究中一个关键的生物物理变量,是陆地植被能量交换的重要途径。基于多角度高光谱植被辐射传输理论,根据DART模型,将天顶角和方位角离散成61个方向组合,建立适于多角度高光谱遥感数据的叶面积指数反演查找表;选取长白山地区高光谱多角度PROBA/CHRIS遥感数据,在进行CHRIS数据预处理的基础上,利用最小二乘原理进行CHRIS数据与LAI查找表匹配,反演研究区的LAI;并对490nm和700nm波长在不同LAI和61个离散方向的BRDF敏感性因子进行评价分析:随着LAI值的增大,490nm波长的BRDF值先增大后减小,700nm波长的BRDF值减小;BRDF值沿天顶角增大的方向下降,在天顶附近时值为最小。

多角度高光谱CHRIS/Proba植被模式数据大气校正

遥感数据大气校正是进行定量遥感的前提,大气校正的好坏直接影响到后期的定量分析、信息提取和遥感应用。选择长白山地区2008年8月30日的多角度高光谱CHRIS/Proba数据为研究对象,根据多角度高光谱CHRIS数据植被模式的特点,利用滤波进行条带噪声去除;根据MODTRAN模型原理进行多角度高光谱CHRIS/Proba植被模式数据大气校正,并对校正结果与同时过境的MODIS数据大气校正产品进行对比分析。在相同波长范围内的最大反射率误差为0.001 6,为进一步定量反演植被参数、生物量等信息提供了重要依据。

基于PROSAIL模型和多角度遥感数据的森林叶面积指数反演

【目的】基于多角度PROBA/CHRIS遥感数据和野外实测数据,结合PROSAIL模型和随机森林模型反演森林叶面积指数(LAI),以提高植被LAI遥感反演精度,为区域土壤侵蚀遥感定量监测提供新的方法和模型。【方法】以南京市紫金山和幕府山为研究区,采用野外调查、遥感影像、辐射传输模型与数学模型相结合的方法,构建基于PROSAIL模型和多角度PROBA/CHRIS遥感数据的随机森林LAI反演模型,对PROSAIL模型进行敏感性分析和适用性评价,确定最佳LAI反演模型,并利用地面实测LAI进行精度验证和评价。【结果】PROSAIL模型中各输入参数敏感性大小为LAI>叶绿素a、b含量Cab>叶片干物质含量Cm>热点参数SL>叶片内部结构参数N>等效水厚度Cw;模拟的冠层反射率精度大小为0°>36°>-36°>55°>-55°。单角度LAI反演模型中,前向观测角55°精度最高,其决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和平均绝对百分误差(MAPE)分别为0.9157、0.2357和0.0426;相比于传统垂直观测,55°模型的R2提高0.75%,RMSE和MAPE分别降低3.76%和5.12%;相比于非线性回归模型,单角度随机森林LAI反演模型的R2提高0.7%,RMSE和MAPE分别降低15.40%和11.98%;单角度LAI反演模型精度由高到低依次为55°、36°、0°、-55°、-36°。多角度LAI反演模型中,3角度组合(0°、36°、55°)LAI反演精度最高,其R2、RMSE和MAPE分别为0.9184、0.2319和0.0415,相比于单角度55°,R2提高0.29%,RMSE和MAPE分别降低1.61%和2.58%;相比于传统垂直观测,3角度组合模型的R2提高1.05%,RMSE和MAPE分别降低5.31%和7.57%;相比于非线性回归模型,多角度随机森林LAI反演模型的R2提高0.79%,RMSE和MAPE分别降低6.72%和9.19%。紫金山西部区域LAI介于0.44~6.70之间,林地LAI均值为3.04;紫金山西部林地LAI整体上呈北部和南部高、中间低的空间分布格局。【结论】最佳LAI反演模型为基于3角度组合(0°、36°、55°)的随机森林LAI反演模型;一方面,增加观测角度可提供更多植被冠层结构信息,LAI反演精度随观测角度增加而增加,但另一方面,观测角度过多会使像元空间重采样、叶片阴影和土壤阴影等问题带来更多不确定性,LAI反演精度反而下降;无论是单角度还是多角度数据,随机森林LAI反演模型精度均高于非线性回归模型,随机森林模型能够明显提高LAI反演精度,适用于区域植被LAI反演;多角度遥感数据能够反映森林立体结构信息和地物多维空间结构特征,显著改善传统垂直观测数据反演LAI精度较低的问题,从而有效提高植被LAI反演精度。

城市建筑材质-地表温度关系的多源遥感研究

利用PROBA CHRIS遥感影像对北京城市建筑材质和自然地表进行基于光谱先验知识的分层分类提取,并与Landsat5 TM热红外数据反演得到的北京城市地表温度叠加,采用统计学方法定量分析了主要建筑材质、自然地类与地表温度的关系,并重点就不同建筑材质对城市热岛的影响及其表面特性所起作用进行了分析。结果表明:北京城区中的砖瓦房表面温度最高,比其他材质高0.3K^4.0K,比自然地类高5.1K^7.8K;金属结构表面温度略低;混凝土、水泥和沥青的平均温度相当,他们是城市热环境异常的主要来源之一;另外,城市中的玻璃幕墙能够有效地降低其表面温度,比其它材质低3.3K^4.0K。反照率、热惯量和热传导性是建筑材质影响城市地表温度的3个重要表面特性,对于不同材质,它们存在较大差异。

森林冠层BRF分布模拟

森林的组成、结构及其动态变化一直是林业遥感研究的一个热点,森林冠层结构对太阳辐射能量分布以及植被冠层的生物物理参数有非常重要的影响.针对计算机模拟模型难以用于大尺度的森林场景模拟和森林参数反演等问题,基于针叶枝简化的方法,分析了利用辐射度模型(RGM)进行森林冠反射特性研究,将森林生长模型(ZELIG)和L-系统结合进行三维虚拟森林场景建模,进而利用RGM模型模拟它们在可见光和近红外波段的双向反射率因子(BRF),并将模拟光谱和长白山研究区的多角度CHRIS(the compact high resolution imaging spectrometer)数据进行了比较.结果表明:模型模拟的5个角度光谱和图像光谱基本吻合.这将对利用RGM模型和多角度CHRIS数据进行森林冠层结构参数的反演具有重要的参考价值.