垄行结构玉米冠层方向亮温模型研究

基于热红外成像仪获取的玉米冠层图像,对垄行结构玉米的方向亮温(DBT)进行模型化描述并开展了初步验证工作。模型中假设某一方向上的冠层DBT是组分亮温及各组分在视场中所占面积权重的函数,它们在视场中的比例依赖太阳与传感器的几何位置关系,以及在作物行内,作物行与行之间孔隙的分布。对于玉米冠层的几何特征,简化为横截面是矩形的、其中有空隙透光的一组无限长的平行立方体;立方体内双向孔隙率的方向变化由Kuusk函数来描述。模型模拟表明,玉米亮温组分在视场中的权重具有垄行特性。中午前后,通过对中等密度的冠层DBT模拟,在DBT极坐标图形上发现了一个明显位于垄行方向的热条带的出现,热点出现在太阳位置的周围。最后,利用实地观测的结果与模型模拟结果作对比,对该模型的不足和以后的改进作了初步分析。

玉米地组分亮度温度分类变化研究

以玉米整个生长期野外热红外辐射观测数据为基础,对两种组分亮温分类方法作了比较,并对玉米地组分亮温的变化特征展开了分析。结果表明,农田亮温组分的数目和数值随测量时间和日期改变。在整个测量期间,在当地时间中午前后,农田呈现出3个亮温组分植被、被阳光照到的亮土和植被阴影下的暗土。观测早期,植被亮温分布相对集中;随着农田植被覆盖率的增高,植被亮温分布逐步分散,组分间温差缩小,部分亮温值相互重叠。产生这些现象的原因将在以后的研究中加以探讨。

垄行作物玉米方向亮温野外测量中视场角影响的简单分析

基于透视原理、地面试验中对于较高目标的观测存在着一定的偏差。这种偏差随传感器高度、观测角度、视场角大小、观测位置等多个因素改变。由于垄行作物空间结构和温度分布的复杂性 ,在采用较大视场角测量方向亮温的地面实验中 ,将不可避免地存在着误差。采用一个简化的三分量二维结构模型对这种误差进行初步的分析与估算。亮温三分量分别为植被、被阳光照到的亮土和植被阴影下的暗土。作物的结构简化为剖面为矩形的无限长平行体。通过对这三个分量在传感器视场中面积权重的计算来模拟目标结构、传感器高度、位置、视场角大小、观测角度等因素对测量结果产生的影响。模拟结果表明 ,在垂直观测中 ,视场中的植被权重往往被高估 ,偏差随传感器高度的降低急剧增加。在倾斜观测中 ,由于一种互补效应的产生 ,偏差被限制在一个较低的范围内。经过分析 ,减小误差的最有效办法是提高传感器高度。最后 ,实验数据与模拟结果进行了比较。恰当地选取模型输入 ,两种数据能非常好的吻合。

采用热像仪测量玉米冠层半球方向亮温的四种方法比较

为了提高玉米冠层半球方向亮温(DBT)测量的准确性,对一套由工业用起重机平台和热红外成像仪组成的地面观测系统的四种测量方法进行了对比和评价。这些方法基于不同的测量原理:(1)通过移动起重机和平台,从不同的角度去测量一个样区的DBT;(2)固定起重机和平台的位置,通过旋转热像仪,从不同的区域收集不同角度的DBT;(3)对方法2的改进,转动热像仪朝向的同时,吊车沿作物垄行方向运动,得到大区域内平均的DBT;(4)当热像仪沿着垂直于垄行方向的起重机臂运动时,用高成像频率对目标热辐射进行采样。在对这些方法进行比较时,着重考虑了玉米冠层亮温分布的时间和空间变化所产生的影响,对本观测系统的优点和局限性进行了初步探讨。最后,本文从实际应用的角度,提出了一个基于这个系统且优化了的DBT测量方法。

利用夜间热红外遥感影像研究玉米冠层孔隙率分布

为了测量高覆盖条件下(LAI=5)玉米冠层的方向孔隙率,利用一台基于工业用吊车平台的窄视角热红外成像仪开展测量。在此基础上建立了一个几何光学和辐射传输混合模型模拟半球空间的孔隙率分布。测量结果表明,大多数的孔隙出现在邻近的植株行之间,这导致了在热红外图像中,冠层还保持着垄行结构的特征。基于已经得到的几何参数,本研究发展的模型具有垄行作物孔隙率分布特征,模拟的孔隙率与被观测的孔隙率保持很好的一致。更进一步的改进,需通过计算机模拟以建立更加真实的作物结构描述,这也是以后的一个研究方向。