基于TASI热红外数据的黑土土壤发射率光谱与土壤全钾含量关系研究

土壤钾元素含量是评价土壤营养程度重要的指标之一。利用热红外发射率(TASI)数据对钾元素的反演研究较少且模型精度较低。利用在黑龙江海伦地区采集的热红外航空成像光谱仪TASI数据,经过预处理和温度与发射率分离后,探究黑土土壤热红外发射率与钾元素含量关系。在对比了常规的多元逐步回归与偏最小二乘建模方法后,使用了一种新的逐步回归方法-全二次多元逐步回归建立模型,相对于常规多元逐步回归,引入了更多的参数进行模型的建立,有效提高反演精度。研究发现,土壤发射率数据对于选用有效特性波段建立的模型对钾元素具有较高的反演精度,所选特征波段均为负相关,波段分别为6(8.602μm), 11(9.150μm), 15(9.588μm), 23(10.464μm),相关系数依次为-0.658,-0.673,-0.645和-0.627。钾元素通过多元逐步回归建模与预测的均方根误差RMSE:0.027和0.032,判定系数R^2:0.667和0.82,相比于常规多元逐步回归建模与预测的均方根误差RMSE:0.031和0.031,判定系数R^2:0.569和0.78与偏最小二乘法建模与预测的均方根误差RMSE:0.033和0.037,判定系数R^2:0.45和0.51评价指标精度均有所提高,说明该方法有效提高了利用发射率数据对钾元素的反演精度。在利用学生化残差对模型进行去除异常值的改进后发现,建模精度有了明显提高但是测试精度却有所降低,过度拟合训练集数据导致模型泛化性下降,因此不建议对模型过度拟合。

机载遥感系统在精准农业中的应用(英文)

数十年来,遥感技术一直被用作精准农业的重要数据采集工具。根据距离地面的高度,遥感平台主要包括卫星、有人驾驶飞机、无人驾驶飞机系统和地面车辆。这些遥感平台上搭载的绝大多数传感器是成像传感器,也可以安装激光雷达等其他传感器。近年来,卫星成像传感器的发展极大地缩小了基于飞机的成像传感器在空间、光谱和时间分辨率方面的差距。最近几年,作为低成本遥感平台的无人机系统的出现极大地填补了有人驾驶飞机与地面平台之间的间距。有人飞机具有飞行高度灵活、飞行速度快、载荷量大、飞行时间长、飞行限制少以及耐候性强等优势,因此在未来仍将是主要的精准农业遥感平台。本文的第1部分概述了遥感传感器的类型和三个主要的遥感平台(即卫星、有人驾驶飞机和无人驾驶飞机系统)。接下来的两个部分重点介绍用于精准农业的有人机载成像系统,包括由安装在农用飞机上的消费级相机组成的系统,并详细描述了部分定制和商用机载成像系统,包括多光谱相机、高光谱相机和热成像相机。第4部分提供了五个应用实例,说明如何将不同类型的遥感图像用于精准农业应用中的作物生长评估和作物病虫害管理。最后简要讨论了将不同遥感平台和成像系统用于精准农业上的一些挑战和未来的努力方向。

机载光学全谱段遥感林火监测

森林火灾是一种危害极大的自然灾害,是森林扰动的主要类型之一,直接影响森林生态系统结构、碳循环甚至全球气候的变化。近年来,航空平台和传感器的技术进步有效地提升了机载遥感系统探测和监测森林火灾的能力,推动了机载遥感在森林可燃物调查及载量评估、火险测报预测、火场态势及火情监测、灾害损失评估以及火烧迹地生态修复治理等方面的应用。本文首先介绍了中国林业科学研究院机载光学全谱段遥感系统CAF-LiTCHy(Chinese Academy of Forestry’s LiDAR,Thermal,CCD and Hyperspectral airborne observation system),描述了激光雷达扫描仪、热红外相机、CCD相机和高光谱传感器等传感器的参数;然后,阐明了集成方案和观测数据的处理方法;最后,以四川省西昌市"3.30森林火灾"作为该系统火后灾情遥感调查和灾情评估应用示例,综合多传感器数据特征,进行森林火烧程度评价,分析该系统采集的正射影像、冠层高度模型、高光谱影像、热红外影像在森林火灾监测评价中的潜力。研究结果表明CAF-LiTCHy机载遥感观测系统能有效获取森林火灾的灾情信息、火场及火环境参数,可为预防、预报预警、扑救指挥、灾害评估和生态修复提供支持。

机载高光谱热红外数据的地表温度和发射率反演与应用

机载高分辨率遥感是高分对地观测的重要部分,其中高分辨率高光谱热红外数据的光谱发射率可以用于矿物识别,是对可见光遥感地物识别的有效补充。机载高光谱热红外传感器TASI(Thermal Airborne Hyperspectral Imager)在8—11.5μm范围内设置了32个波段,在国内外常被用于地表热辐射信息、矿产资源探测等领域。本文利用2018-10在新疆富蕴县研究区的TASI航空飞行数据,首先基于再分析大气廓线NCEP数据与MODTRAN实现了TASI高光谱热红外数据的大气校正,并在基础上发展了温度与发射率分离方法TES(Temperature and Emissivity Separation method)反演研究区地表温度与发射率,采用多波段热辐射计CE312测量的地面发射率对反演结果进行了有效验证,结果表明波长大于9.6μm的波段的发射率误差约为0.01。最后,结合反演的TASI发射率光谱曲线,采用光谱角度匹配方法提取了研究区高岭石的空间分布。研究工作涉及的相关算法与应用成果可为星载高分辨率热红外载荷数据的应用提供了相关参考。