接种菌根大豆叶绿素含量差异的光谱特征分析

为利用高光谱遥感监测接种菌根对植物生长的影响,在不同生育期测定接种菌根(+M)和对照(CK)两组大豆的叶片光谱及叶绿素含量.通过分析不同处理下大豆原始光谱和一阶微分各特征参数的差异,获取菌根效应影响植物叶绿素含量的光谱响应信息,选择能良好反映不同处理大豆叶绿素含量差异的特征参数作为输入因子,建立BP神经网络反演大豆叶绿素含量估测模型.结果表明:各生育期+M组的红边位置较同时期CK组的向长波方向偏移,其绿峰幅值、蓝边面积、蓝边斜率和黄边面积均小于同期CK组,而黄边斜率则大于同期CK组,特征参数差异明显.BP神经网络模型预测的大豆叶绿素含量与实测结果拟合度较好(R2=0.966 7)实验表明,接种菌根提高了大豆的光合作用,采用高光谱遥感监测并评价菌根效应对植物生长的作用是可行的.研究成果可为微生物复垦植被监测和矿区微生物复垦效果评价等提供理论依据和指导.     

基于ICA与光谱参数的玉米叶片Cu~(2+)污染估测研究

玉米受Cu~(2+)污染时其各种生物理化变量会发生一定改变,导致其叶片光谱发生微小变化,为了获取隐含在玉米叶片光谱中微弱的Cu~(2+)污染信息,提出了一种基于独立成分分析(ICA)和光谱特征参数的多维光谱估测模型.对玉米叶片光谱在445~1 340nm范围内的波段进行一阶微分处理后与玉米叶片Cu~(2+)进行相关性分析,选取相关系数(R)较大的波段结合5种植被指数(红边归一化植被指数I_1、改进红边比值植被指数I_2、改进红边归一化植被指数I_3、光化学植被指数I_4和结构不敏感色素指数I_5)分别进行主成分分析(PCA),提取6个主成分进行ICA,得到ICA1,ICA2,ICA3,ICA4和ICA5共5个一维独立成分分量,结合两种光谱特征参数红谷和近红外平台一阶微分包围面积(FAN)构建了玉米叶片Cu~(2+)污染的一维、二维和三维估测光谱模型.5种独立分量中ICA3和ICA5与玉米叶片Cu~(2+)含量的相关性系数(R)都达到了0.9以上,其他3种也达到了0.8以上;二维模型可以将Cu~(2+)胁迫梯度中的轻度、中度和重度胁迫区分开来,三维模型能使胁迫区分效果更直观.结果表明:将ICA运用到玉米叶片Cu~(2+)污染研究中是可行的;独立成分分量、红谷和FAN的多维光谱模型可以作为玉米Cu~(2+)污染程度估测的一种新方法.     

微生物复垦区接菌沙棘叶绿素含量光谱估测

以陕西大柳塔神东煤矿区微生物复垦基地6 a生沙棘人工林为研究对象,采用地物光谱仪分别测定接种丛枝菌根真菌(AMF)和不接种对照(CK)两个水平下沙棘叶片光谱反射率,同步监测相应叶绿素含量.筛选出与叶绿素含量相关性较好的光谱提取变量和常用植被指数作为因变量,利用BP神经网络和极限学习机(ELM)的建模方法反演叶绿素含量,并对反演模型进行精度评定.结果表明:接种丛枝菌根真菌6 a后沙棘叶绿素含量仍持续增加,沙棘原始光谱的绿峰值降低;不同处理各光谱特征参数对叶绿素含量的相关性不同,选取对接菌植物和对照都显著相关的特征参数,获得光谱提取变量和常用植被指数均是7个.比较BP神经网络和ELM极限学习机的建模方法,ELM建模方法显示出更好的估测能力,其中对照组与接菌组以光谱指数和光谱提取变量为自变量时模型决定系数分别高达0.814和0.862,可以较好地估测出沙棘叶片叶绿素含量,为矿区沙棘长势提供理论依据,对微生物复垦后续生态效应具有较好的现实意义.     

基于高光谱的香樟叶绿素含量估测模型研究

以滁州市琅琊山香樟为研究对象,旨在通过研究叶片叶绿素含量情况,并以采集的高光谱数据和测定的植物叶片SPAD值为依据,结合Excel和MATLAB选取适宜的波段作为敏感波段,最终实现回归模型的建立。研究结果表明:在香樟落果前后叶片光谱存在同物异谱现象。通过利用敏感波段以及它们的差值、比值、归一化差值指数与特定红边位置计算得到的光谱值与SPAD值建立模型相关性较好。其中,归一化差值植被指数(NDVI)与SPAD值建立的回归模型拟合度最高(R~2=0.718 2,RSME=2.98)。     

琅琊山风景区水体叶绿素a浓度遥感估测研究

实地采集高光谱数据和水质数据进行叶绿素a浓度遥感估测分析。通过叶绿素a浓度与高光谱反射率之间的相关关系,分别使用单波段法、一阶微分法、反射率比值法建立一元、二元和三元线性回归模型进行叶绿素a浓度的估测,并对几种模型进行比较分析。结果表明:原始光谱反射率经过归一化处理后,叶绿素a浓度和反射率的相关性得以提升。而经过一阶微分处理的数据,光谱反射率和叶绿素a浓度的相关性在857nm处达到0.8。在使用单波段法、一阶微分法、波段比值法对琅琊山风景区水体进行估测,建立的多种回归模型中,利用一阶微分法所建的三元线性模型效果最佳,特征波段比值法的反演效果较差。     

锰胁迫青葙的高光谱变异特征与叶冠金属元素含量的关系模型

针对喜锰植物青葙,在模拟15个浓度级别的锰含量胁迫生长环境下,观测其生长的过程中不同时段的高光谱变异特征,最终测定锰等33种主微量元素的含量,提取11种可见光波段(400～1 200 nm)的波谱特征参量,与选取的13种重金属元素,以及其经过因子分析组成的地球化学因子之间进行偏回归分析,从而建立胁迫植物青葙的光谱特征与叶冠中重金属含量间的反演模型。研究表明:随着锰胁迫浓度的增加,光谱在红边、蓝红谷位移以及吸收深度产生规律变化。同时,绿峰面积等波谱特征参量随着锰胁迫浓度以及生长周期发生了先增后减的律动。对多组波谱特征参量和重金属元素进行多元回归分析,叶冠中Mn、Cr、Co、Cu、Sr、Mo、Sn、Cs、Zr、Hf、Ti、Th、U和地球化学指标因子,与波谱特征参量组的复相关系数大于0. 8,相关性较强。在此基础上,F_1/F_4的地球化学指标组合,可以作为中观层面指示沉积型锰矿的富集指标,此间接模型也可以为高植被覆盖区开展高光谱遥感寻找矿产预测,以及为通过遥感进行生态修复评估提供依据。     

基于高光谱遥感的玉米叶绿素含量估测模型

运用粒子群优化算法和支持向量机构建叶片尺度玉米叶绿素含量高光谱估测模型,估测玉米叶片叶绿素含量.通过辐射传输模型(PROSPECT)模拟的玉米光谱和所对应的叶绿素含量建立训练数据集;采用粒子群优化算法和支持向量机(PSO-SVM)学习训练数据集,建立研究区实测叶片叶绿素含量估测模型;利用近地高光谱遥感获取的玉米光谱建立验证数据集,将玉米叶片叶绿素含量估测模型运用到验证数据集,估测研究区玉米叶绿素含量.叶绿素含量反演结果的方根误差MSE=76.178 6,叶绿素含量实测值与叶绿素含量估测值的相关系数R2=0.871 2.结果表明:粒子群优化算法和支持向量机构建的反演模型能准确预测玉米叶绿素含量,能够解决小样本玉米采样点情况下叶绿素含量反演问题,可以作为玉米叶绿素含量快速、无损估测的一种新方法.     

土地利用现状更新调查中大气校正对反演植被盖度影响的研究

定量反演植被盖度是评价土地荒漠化程度的重要手段.以科尔沁沙地为研究对象,选择Landsat5-TM遥感影像数据,在定量反演荒漠化地区植被盖度时,对大气校正前后的归一化植被指数(NDVI)的变化进行对比研究,并对所建立的植被盖度的遥感信息模型进行精度比较.研究表明:对于科尔沁沙地,运用大气校正后图像计算出的NDVI,采用三次拟合曲线建立的植被盖度的遥感信息模型,其实际精度相应提高约11%.     

基于水体特征指数的广西北部湾近岸海域叶绿素a 浓度反演

为了弥补传统水质监测的不足, 加强赤潮的风险管控, 基于Landsat 8 OLI 遥感影像和实地监测数据, 分析了遥感影像光谱特征对叶绿素a 浓度变化的响应关系, 统计各种水体指数(FAI、VB-FAH、NDCI等)与叶绿素a 实测浓度之间的相关关系, 对最佳的相关性指数FAI 进行改进; 再分别基于相关系数较高的水体指数(改进的FAI、 FAI、VB-FAH)建立叶绿素a 浓度反演模型, 并评价反演精度。结果表明: 改进的FAI 模型和叶绿素a 浓度的相关性最高, 相关系数R 达到0. 74; 构建的一阶线性反演模型的精度最高(R2为0. 79, RMSE 为1. 66, MAPE 为26%)。利用改进FAI 建立的一阶线性反演模型对整个研究区域的叶绿素a 浓度进行反演, 结果表明: 叶绿素a 浓度与到岸距离呈负相关关系, 河流入海口叶绿素a 浓度较高, 南流江入海口的叶绿素a 浓度值相较于其他入海口更高, 河流流域水质整体较差。改进的FAI 建立的一阶线性反演模型计算简单、精度较高, 可以快速有效地反演北部湾近岸海域的叶绿素a 浓度。     

归一化植被指数测量仪的研制与应用

合理施用氮肥是降低生产成本、提高作物增产的关键技术之一.文中提出了一种由4个专门设计的光电探测器直接得到归一化植被指数的测量方法,该参数能够反映作物的生长状态,知道不同季节的农作物对氮的需求量,对实施变量精准施肥具有重要的指导作用.理论上证明了,经过实验室标定的测量装置无须再作现场校正就可得到归一化植被指数.经国家农业信息化工程技术研究中心,颜色科学与工程国家专业实验室检测表明:该测量技术能准确反映植物的颜色特征,该测量装置可用以取代昂贵笨重的地物光谱仪直接获取被测目标的归一化植被指数值,与地物光谱仪测试结果偏离在5%以内.     

基于RS和GIS的淮南市植被覆盖时空特征研究

为研究淮南市森林植被的时空特征变化,在RS技术与GIS技术的支持下,以淮南市2006年、2011年、2016年3个时期的landsat7遥感影像数据为数据源提取归一化植被指数(NDVI),再应用像元二分模型反演植被覆盖度。利用空间分析、植被覆盖度空间分布特征、绿量时间变化、植被覆盖年际变化程度以及植被覆盖的分区统计,对淮南市森林植被的时空变化进行分析,并对森林植被时空变化的原因进行讨论。结果表明:淮南市整体植被环境良好,且研究时段内裸地减少,植被覆盖度上升。     

基于一种简单物理模型的叶面积指数反演

叶面积指数(LAI)是植被冠层结构最基本的参量之一,也是植被定量遥感的重要参数,反演方法主要有经验模型、半经验模型与物理模型.提出了一种基于四分量的简单物理模型,能快速准确地模拟森林冠层反射率并建立查找表,以Landsat-7ETM+遥感图像中单个像元作为测算单位,对大野口典型森林区叶面积指数进行反演,利用研究区地面实测数据对模型反演结果进行验证和精度分析.结果表明:相比二分量物理模型,改进的四分量物理模型能较好地描述遥感图像植被覆盖混合像元真实的物理组成,提高冠层光谱曲线模拟精度,使LAI反演准确度有所提高,R2(R为相关系数)由0.240 3提高到0.772 7,均方根误差由0.983 0降低到0.114 8,说明四分量模型能真实地反映研究区叶面积指数分布状况.     

土壤有机质高光谱反演模型研究

土壤有机质含量的多少是衡量土壤肥力的一个重要指标。针对传统的土壤养分化学测定方法存在耗时、费力等问题,力图用小波变换、一阶导数、对原始光谱的平均值处理、光谱背景及深度方法对土壤反射值光谱数据进行变换,同时利用人工神经网络构建土壤有机质高光谱反演模型来解决这一问题,结果表明:利用小波变换与原始光谱的平均值处理这两种方法和神经网络结合得到的反演模型有较高的预测精度,其预测值与实测值相关系数达到0.63,且其均方根误差小于0.17,具有实际应用的潜力。     

汉江流域上游植被指数变化的影响因素分析

汉江是南水北调中线工程的水源地,在变化环境下其植被的变化会对流域水文过程产生不可忽视的影响。采用来自MODIS/Terra网站的归一化植被指数遥感影像数据,对汉江流域上游2000—2015年的8月份归一化植被指数遥感影像数据进行像元尺度的影响因素分析。结果表明,7-8月的平均降水量和7月平均气温与归一化植被指数的相关性最强。植被指数与降水呈负相关的区域基本上与气温呈正相关,而植被指数与降水呈正相关的区域基本与气温呈负相关。复直线回归分析显示,气象因素对植被生长、演化起到了促进作用,人类活动使得植被指数等级变得更加均匀。人类活动表现为抑制植被生长演化的区域占汉江流域上游总面积的45. 92%,人类活动表现为促进植被生长的区域占汉江流域上游总面积的54. 08%,说明有一半以上区域的人类活动对植被生长起到了促进作用;与气象因素相比,现阶段人类活动对近年来汉江流域上游植被指数的影响十分微小。     

基于HJ-1B数据的作物根系土壤水分遥感监测

针对作物生长期不同土层田间耗水发生变化的特点,在对植被供水指数(VSWI)和归一化水体指数(NDWI)构建原理进行分析的基础上,综合VSWI和NDWI构建了作物根系土壤水分监测指数(CRM),采用HJ-1B数据计算VSWI、NDWI、CRM等指数,基于不同指数分别建立土壤水分监测模型并对反演结果进行对比分析。结果表明:与单一指数模型相比,综合VSWI和NDWI的作物根系土壤水分监测指数与实测土壤水分的相关性更高,相关系数达0.6以上;降雨后浅层土壤含水量增高时,作物根系土壤水分监测指数反演精度提高更为明显,可减轻降雨对土壤水分监测的影响。     

基于近红外高光谱成像技术的马铃薯淀粉含量无损检测

以马铃薯为研究对象,应用近红外高光谱成像技术(900¹ 700 nm)对马铃薯淀粉含量进行无损检测.采用多元散射校正法(MSC)对原始光谱进行预处理,并通过回归系数法(RC)和连续投影算法(SPA)选择特征波长.分别建立两种特征波长下的多元线性回归模型(MLR)和偏最小二乘回归模型(PLSR),并对比建模效果.结果表明,对于两种建模方法,采用连续投影算法选择特征波长建模的效果较好;SPA-MLR建模效果优于SPA-PLSR建模效果,其校正模型的相关系数(Rc)和均方根误差(RMSEC)分别为0.972、0.329;验证模型的相关系数(Rp)和均方根误差(RMSEP)分别为0.982、0.249.     

基于ETM+的滇东南石漠化区域植被指数与叶面积指数反演关系研究

为了建立遥感数据获取的植被指数与石漠化区域叶面积指数之间的关系,以此来反演遥感光谱信息与石漠化程度之间的定量关系,本研究选择云南省石漠化最严重的滇东南地区作为研究区域,以ETM+为研究对象,采用仪器野外实测数据内插生成叶面积指数图,经过大气地形校正后的遥感影像数据生成植被指数图,找出两者之间的规律.考虑到高原山地地区特殊的大气地形条件,为提高校正的精度,减低遥感信号和陆地表面参数反演的影响,本研究在原有的类型匹配法的基础上进行改进,综合考虑湿度、能见度后进行地表反射率反演、气溶胶光学厚度估计以及临近效应的纠正,再结合阴影函数运算法,同时进行大气地形的校正.研究表明,经过大气地形校正后不同土地利用类型的植被指数NDVI与叶面积指数LAI的相关系数很高,且与LAI呈非线性函数关系.采用一阶关系式,复相关系数达到0.712;二阶复相关系数达到0.765.     

多特征联合的高光谱图像分类方法研究

在植被类型丰富区域的地物精细分类中,如何有效地利用不同特征和合适的分类方法一直都是地物精细分类研究的重要问题.为了研究在植被类型丰富区域高光谱图像较大时地物精细分类性能,利用雄安新区马蹄湾村航空高光谱图像,研究一种多特征联合的高光谱图像分类方法.首先对高光谱图像进行最小噪声分离变换(NNF),同时提取对应纹理特征;然后计算高光谱图像归一化植被指数(NDVI)和归一化水体指数(NDWI);最后联合上述3类特征,采用最大似然法、支持向量机(SVM)和随机森林法分别进行地物精细分类.实验结果表明,基于文中方案二特征组合方式,即联合NNF前11个特征、对应空间纹理特征、NDVI、NDWI总计101个特征,采用随机森林法分类总体精度达到90.79％,Kappa系数为0.895 1.     

漓江流域近15年遥感植被覆盖度fveg变化特征

为研究漓江流域近 １５年植被覆盖度变化情况,以 １９９１、２０００、２００６年 ３个时相的 ＴＭ／ＥＴＭ＋影像为基础,采用基于归一化植被指数 （ＮＤＶＩ）的像元二分模型对漓江流域植被覆盖度进行估算,分析了植被覆盖度时空变化特征;结合研究区地质数据,进一步分析地质条件对植被覆盖度的影响。结果表明：①受气候和人类活动的影响,１９９１—２０００年漓江流域植被覆盖度有所增加,表现为高和较高植被覆盖区面积增加,中度、较低和低植被覆盖区面积减少;２０００—２００６年漓江流域植被覆盖度略有降低,表现为高植被覆盖区面积减少,较高和中度植被覆盖区增加,较低和低植被覆盖区面积减少;②由于地质条件的影响,非岩溶区的平均植被覆盖度高于岩溶区,两者的变化趋势与流域整体变化基本一致;③从空间分布上看,１９９１—２００６年漓江流域植被覆盖度的变化较显著。     

漓江流域近15年遥感植被覆盖度f_(veg)变化特征

为研究漓江流域近15年植被覆盖度变化情况,以1991、2000、2006年3个时相的TM/ETM+影像为基础,采用基于归一化植被指数(NDVI)的像元二分模型对漓江流域植被覆盖度进行估算,分析了植被覆盖度时空变化特征;结合研究区地质数据,进一步分析地质条件对植被覆盖度的影响。结果表明:①受气候和人类活动的影响,1991—2000年漓江流域植被覆盖度有所增加,表现为高和较高植被覆盖区面积增加,中度、较低和低植被覆盖区面积减少;2000—2006年漓江流域植被覆盖度略有降低,表现为高植被覆盖区面积减少,较高和中度植被覆盖区增加,较低和低植被覆盖区面积减少;②由于地质条件的影响,非岩溶区的平均植被覆盖度高于岩溶区,两者的变化趋势与流域整体变化基本一致;③从空间分布上看,1991—2006年漓江流域植被覆盖度的变化较显著。