基于无人机高光谱数据的玉米叶面积指数估算

无人机高光谱遥感是低成本、高精度获取精细尺度农作物生物物理参数和生物化学参数的新型手段,以此快速反演叶面积指数（Leaf Area Index, LAI）对作物长势评价、产量预测具有重要意义。以山东禹城市玉米为研究对象,利用PROSAIL辐射传输模型模拟玉米冠层反射率获取LAI特征响应波段结合相关性定量分析获取对LAI变化最为敏感的波段,并以此计算6种植被指数（Vegetation Index,VI）,利用6种回归模型分别对单一特征波段和VI进行反演建模,以实测LAI评定模型精度。研究表明,光谱反射率中516、636、702、760和867 nm等波段对LAI变化最为敏感,以此建立的单一特征波段反演模型预测LAI精度R2为0.44~0.58;RMSE为0.16~0.18,其中636 nm建立的模型(LAI=21.86exp(-29.47R₆₃₆))相比其他反演模型预测精度较高（R2=0.58,RMSE=0.16）;6种植被指数与LAI高度相关,相关性系数R ²为0.85~0.86,以此建立的反演模型相比单一特征波段反演模型精度有所提高,R2为0.66~0.72,RMSE为0.12~0.14;其中mNDVI构建的LAI估算模型（LAI=exp(2.76~1.77/mNDVI))精度最高（R2=0.72,RMSE=0.13）。无人机高光谱遥感是快速、无损监测农作物生长信息的有效手段,为指导精细化尺度作物管理提供依据。     

联合无人机激光雷达和高光谱数据反演玉米叶面积指数

叶面积指数（Leaf Area Index,LAI）是作物长势监测及产量估算的重要指标,准确高效的LAI反演对农田经济的宏观管理具有重要作用。研究探索了联合无人机激光雷达（Light Detection and Ranging,LiDAR）和高光谱数据反演玉米叶面积指数的潜力,并分析了LiDAR数据不同采样尺寸、高度阈值、点密度对LAI反演精度的影响同时确定三者的最优值。该研究分别从重采样的LiDAR数据和高光谱影像中提取了LiDAR变量和植被指数,然后基于偏最小二乘回归（Partial Least Square Regression,PLSR）和随机森林（Random Forest,RF）回归两种算法分别利用LiDAR变量、植被指数、联合LiDAR变量和植被指数构建预测模型,并确定反演玉米LAI的最优预测模型。结果表明：反演玉米LAI的最优采样尺寸、高度阈值、点密度分别为5.5 m、0.55 m、18 points/m2,研究发现最高的点密度（420 points/m2）并没有产生最优的玉米LAI反演精度,因此单独依靠增加点密度的方法提高LAI的反演精度并不可靠。基于LiDAR变量获...     

基于光谱归一化的马尾松LAI遥感估算研究

通过对比不同传感器间光谱响应函数的差异,研究基于光谱响应函数的不同传感器相似波段的归一化方法,探讨归一化后植被指数在马尾松叶面积指数（LAI）估算中的应用。以某一传感器为基准,根据波段总辐射率比值关系将其他卫星传感器归一化为基准传感器,然后计算其植被指数,建立LAI反演模型。为验证方法可行性,选取永安地区2008年3月获取的BJ-1CCD、IRS-P6LISS3和MODIS数据作为研究对象,根据三者的光谱响应函数差异,将BJ-1CCD和IRS-P6的LISS3的红光和近红外波段归一化为MODIS的相应波段,并分别计算归一化前后的NDVI值。结果表明归一化后不同传感器的植被指数关系与理想的关系y=x更加接近。利用归一化后的IRS-P6影像的NDVI反演马尾松LAI,并将其应用于MODIS和BJ-1传感器,得到归一化后不同传感器的植被指数值基本相等,表明归一化以后的植被指数应用于LAI的估算具有一定的普适性,能适用于多种传感器。     

黑河及汉江流域MODIS叶面积指数产品质量评价

叶面积指数（LAI）是MODIS地面队伍生产的一系列标准产品之一，对其进行独立的质量评价有助于用户了解数据的适用性。本文用近同时相的Landsat影像及野外实测LAI数据获得了黑河及汉江两个研究区高分辨率的Landsat LAl分布图。基于此，对MODIS LAI数据进行了质量评价，评价指标包括统计特征和空间特征。分析结果表明，就统计特征而言，MODIS LAI数据值一般低于Landsat的LAI值，在植被覆盖较好的汉江区低估约10％，在植被覆盖稀疏的黑河区，LAI值低估达58％；就空间特征而言，两个研究区的结果都表明MODIS LAI数据无法很好地体现植被空间分布信息，在黑河区存在大量低槽被覆盖像元被归类为非植被覆盖区的情况。     

基于HJ星高光谱数据红边参数的冬小麦叶面积指数反演

针对我国HJ-1A星搭载的高光谱成像仪(HSI)数据,探索基于HJ星高光谱影像的LAI反演研究,本文利用inverted Gaussian模型提取红谷位置、红边位置、红边振幅以及红边斜率4个红边参数,结合2009年4月、5月两期同步地面观测LAI数据,经过回归分析构建了反演叶面积指数的最优红边参数模型.结果表明红边位置、红边斜率和红边振幅与叶面积指数都达到了极显著相关,R2分别为0.5592,0.7796和0.8107说明HJ星高光谱影像数据在叶面积指数反演方面有很大的应用潜力.     

基于无人机高光谱数据的玉米叶面积指数估算

无人机高光谱遥感是低成本、高精度获取精细尺度农作物生物物理参数和生物化学参数的新型手段,以此快速反演叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)对作物长势评价、产量预测具有重要意义。以山东禹城市玉米为研究对象,利用PROSAIL辐射传输模型模拟玉米冠层反射率获取LAI特征响应波段结合相关性定量分析获取对LAI变化最为敏感的波段,并以此计算6种植被指数(Vegetation Index,VI),利用6种回归模型分别对单一特征波段和VI进行反演建模,以实测LAI评定模型精度。研究表明,光谱反射率中516、636、702、760和867 nm等波段对LAI变化最为敏感,以此建立的单一特征波段反演模型预测LAI精度R~2为0.44～0.58;RMSE为0.16～0.18,其中636 nm建立的模型(LAI=21.86exp(-29.47R636))相比其他反演模型预测精度较高(R~2=0.58,RMSE=0.16);6种植被指数与LAI高度相关,相关性系数R2为0.85～0.86,以此建立的反演模型相比单一特征波段反演模型精度有所提高,R~2为0.66～0.72,RMSE为0.12～0.14;其中mNDVI构建的LAI估算模型(LAI=exp(2.76～1.77/mNDVI))精度最高(R~2=0.72,RMSE=0.13)。无人机高光谱遥感是快速、无损监测农作物生长信息的有效手段,为指导精细化尺度作物管理提供依据。     

大豆叶面积的高光谱模型

以ASD FieldSpec-Vnir光谱仪实测不同生长季大豆的冠层反射率,同期采集对应大豆LAI,然后逐波段分析冠层光谱反射率、导数光谱与大豆LAI的相关关系;并采用单变量线性回归逐波段分析了冠层光谱反射率、导数光谱与大豆LAI确定性系数随波长的变化趋势,建立了以近红外与可见光波段冠层光谱反射率的比值植被指数RVI与大豆LAI的高光谱遥感估算模型。结果表明,冠层光谱反射率在350￣680nm、760￣1050nm波谱区与大豆LAI相关性较大,而在红边区680￣760nm的相关性变化较大;导数光谱在红边区与大豆LAI相关程度高。通RVI方式建立的遥感估算模型能较为准确估算大豆LAI,通过对红外与蓝波段建立的RVI指数与大豆LAI的回归模型,表明其预测大豆LAI的能力较好,有进一步研究的必要;通过对比发现,神经网络模型可以大大提升高光谱反演大豆LAI的水平,模型的确定系数R2为0.9661,而总均方根误差RMSE仅为0.446m2.m-2。     

玉米叶面积指数与高光谱植被指数关系研究

探讨以不同的植被指数建立的高光谱模型对玉米叶面积指数LAI的反演精度。实测不同水肥耦合作用下，玉米冠层的高光谱反射率与叶面积指数（Leaf Area Index）数据，采用高光谱红光波段（631~760 nm）与近红外波段（760~1 074 nm）逐波段构建NDVI、RVI、DVI、TSAVI、PVI植被指数，分别找出与LAI具有最佳相关性波段组合的植被指数，建立玉米LAI估算模型。结果显示，与LAI具有佳相关性的波段组合分别是NDVI（R760，R990）、RVI（R760，R1001）、DVI（R677，R1070）、TSAVI（R 760，R 975）、PVI（R658，R966），它们反演玉米LAI的确定性系数分别：R²>0.72、R²>0.74、R²＝0.95、R²>0.79、R²>0.95。结果表明，在玉米的整个生长季的47个样本中，通过PVI和DVI方式建立的遥感估算模型能够较为准确地估算玉米LAI，TSAVI次之，NDVI、RVI稍差。     

水稻叶面积指数的多光谱遥感估算模型研究

LAI是生态系统研究中最重要的结构参数之一,它是估计多种植冠功能过程的重要参数。通过两年的水稻田间试验,使用美国ASD背挂式野外光谱辐射仪(ASDFieldSpec),获取1999～2000年两年晚稻整个生育期的光谱数据,采用计算机测算图斑面积法测定LAI;根据已有的卫星传感器通道波段(MSS、RBV、SPOT、TM、CH)和它们的组合(比值植被指数、归一化差植被指数),以及具有物理意义的光谱区域(蓝区、绿区、黄边、红光吸收谷、红边、紫区、可见光区、近红外区、全部波段)等共有27个变量构建多光谱变量组,采用5个单变量线性与非线性拟合模型,用1999年试验数据为训练样本,建立水稻LAI的多光谱遥感估算模型。结果表明:适用于水稻LAI估算的多光谱变量是植被指数变量好于波段变量;RVI与NDVI比较,RVI好于NDVI。用2000年试验数据作为测试样本数据,对其精度进行评价和验证,非线性模型的精度高于线性模型的精度,其中以SPOT3/SPOT2为变量的对数模型,拟合R2与预测R2达到了最大,其RMSE和相对误差(%)为最低,因此,认为它是估算LAI的最佳模型。
     

不同生育期倒伏胁迫下玉米叶面积指数高光谱响应解析

为研究倒伏胁迫下不同生育期LAI高光谱响应模型,提高LAI高光谱响应模型精度,获取不同生育期倒伏玉米LAI与冠层光谱反射率,采用6种传统变换方式对高光谱反射率进行处理,构建不同生育期倒伏玉米LAI分期与统一响应模型。研究结果表明：LAI能够直接反映玉米受倒伏胁迫程度及自身恢复能力;传统光谱变换有利于提高光谱同LAI的敏感性及模型响应精度;不同生育期倒伏玉米LAI分期响应模型优于统一响应模型。该结果可有效诊断倒伏胁迫下的玉米叶面积指数,为实现不同生育期倒伏玉米长势精确监测提供理论依据和技术支撑,对玉米倒伏胁迫灾情监测可提供必要的先验知识。     

基于专家PID的带臂四旋翼无人机控制方法

相较于未带臂的无人机,带臂无人机（UAV）的飞行轨迹会出现较大偏差,更难以稳定控制。为了解决带臂UAV的精确轨迹控制问题,提出基于专家PID的带臂四旋翼无人机控制方法。首先,将机械臂搭载于UAV上把它们作为整体,并通过拉格朗日方程建立了带臂UAV的运动学和动力学系统模型;其次,设计专家PID控制器用于对系统的稳定控制;然后利用五次多项式对带臂UAV的机械臂进行轨迹规划;最后,通过仿真验证专家PID控制方法对带臂UAV稳定控制的有效性。实验结果表明,相较于常规PID控制,所提基于专家PID的控制方法提高了系统的响应速度,且能够有效地抑制外部扰动;该方法对于动作情况下的机械臂能够稳定地跟踪其轨迹,且具有很好的抗扰性和鲁棒性。     

Retrieval Rice Leaf Area Index Using Random Forest Algorithm based on GF-1 WFV Remote Sensing Data

Leaf Area Index(LAI) is an important indicator of vegetation growth and reflects the productivity of farmland ecosystems.In this study,rice LAI was mapping using LAI retrieved model based on rice vegetation indexes from multi\|temporal GF\|1 WFV and situ LAI measurements data obtained in different rice growing periods over rice fields taking Dongtai county,Jiangsu province as a case study.The LAI retrieval model was constructed using random forest algorithm(RF).Results showed that the RF model achieved high accuracy that the RMSE was 1.03 and the coefficients of determination(R²) between retrieved LAI and measured LAI reached 0.88.The mean relative error between retrieved LAI and measured LAI in different growing periods was 15%.The trend of rice LAI could be reflected by the retrieved value and GF\|1 WFV data has high ability to distinguish the waters and road network in study area.     

基于格雷码的无人机图像传输自适应译码算法

传统的无人机与地面接收机之间的信道编码采用Turbo码、LDPC码等.Turbo码和LDPC码译码复杂、实时性不足、硬件成本高,其中LDPC码在高信噪比时候易导致错误地板.格雷码运算复杂度低,运算时间少,硬件实现简单且功耗也相对更低.针对这一现状,本文提出了基于格雷码的无人机图像传输自适应译码算法.在格雷码软硬判决译码算法的基础上设计了依据奇偶校验位的译码判决机制.仿真结果表明,该算法复杂度低、运行速度快、可靠性好,硬件成本低,可在满足图像精度需求下自适应地选择合适的解码方法,提高解码速度.     

基于ENVISAT/ASAR的神经网络反演人工林叶面积指数研究

对我国西北黑河地区的人工林,进行了基于ENVISAT/ASAR数据构造神经网络的反演杨树林叶面积指数研究。首先,分析了白杨树林、沙枣树林的叶面积指数(LAI)与ENVISAT/ASAR不同极化后向散射系数的相关关系,研究表明人工林的空间分布均一性是影响雷达后向散射和LAI关系的首要因素,其次,不同的入射角对后向散射也具有明显的差异。基于上述分析,通过神经网络算法,利用不同时相、不同入射角的ENVISAT/ASAR雷达影像对白杨树林LAI进行了反演研究,对验证样本、训练样本、所有样本实测值与预测值进行了比较验证,其决定系数R²分别为0.61\,0.91和0.82,表明基于ENVISAT/ASAR雷达数据利用神经网络算法反演人工林叶面积指数的可行性。     

基于双目视觉的无人飞行器目标跟踪与定位

针对小型无人飞行器跟踪目标的问题,提出了一种基于双目视觉和Camshift算法的无人飞行器目标跟踪以及定位算法。双目相机得到的左右图像通过Camshift算法处理可得到目标中心特征点,对目标中心特征点进行三维重建,得到机体坐标系下无人飞行器与目标间的相对位置和偏航角,应用卡尔曼滤波算法对测量值进行了优化,将所得估计值作为飞行控制系统的反馈输入值,实现了无人飞行器自主跟踪飞行。结果表明所提算法误差较小,具有较高的稳定性与精确性。     

Reprocessing the MODIS Leaf Area Index products for land surface and climate modelling

Land surface and climate modelling requires continuous and consistent Leaf Area Index (LAI). High spatiotemporal resolution and long-time record data are more in demand nowadays and will continue to be in the future. MODIS LAI products meet these requirements to some degree. However, due to the presence of cloud and seasonal snow cover, the instrument problems and the uncertainties of retrieval algorithm, the current MODIS LAI products are spatially and temporally discontinuous and inconsistent, which limits their application in land surface and climate modelling. To improve the MODIS LAI products on a global scale, we considered the characteristics of the MODIS LAI data and made the best use of quality control (QC) information, and developed an integrated two-step method to derive the improved MODIS LAI products effectively and efficiently on a global scale. First, we used the modified temporal spatial filter (mTSF) method taking advantage of background values and QC information at each pixel to do a simple data assimilation for relatively low quality data. Then we applied the post processing-TIMESAT (A software package to analyze time-series of satellite sensor data) Savitzky-Golay (SG) filter to get the final result. We implemented the method to 10 years of the MODIS Collection 5 LAI data. In comparison with the LAI reference maps and the MODIS LAI data, our results showed that the improved MODIS LAI data are closer to the LAI reference maps in magnitude and also more continuous and consistent in both time-series and spatial domains. In addition, simple statistics were used to evaluate the differences between the MODIS LAI and the improved MODIS LAI.     

无人机自主飞行航迹规划研究

在分析无人机飞行轨迹问题的基础上,建立二维、三维情况下的航迹规划模型,求得在飞行高度安全的前提下无人机的最短飞行轨迹。作出模型的基本假设,根据维数给出目标探测概率的计算过程以及最短航迹的规划思路。通过设计具体的仿真环境,对不同维数情况下的航迹分别进行求解和分析,验证了模型的合理性。     

无人机自适应姿态角度估计仿真

针对复杂环境下传感器噪声未知且不断变化,会导致姿态融合结果不准确的问题,设计了一种基于单新息自适应算法的卡尔曼滤波器,对加速度计和陀螺仪噪声协方差进行在线估计。首先,介绍了能够结合各个传感器优势的无人机姿态融合算法。然后,设计了采用基于单新息自适应算法的卡尔曼滤波器,给出了能够在线估计加速度噪声协方差R和陀螺仪噪声协方差Q的自适应算法。MATLAB仿真表明单新息自适应卡尔曼滤波器在环境噪声变化时,能够更准确地获得无人机的姿态信息,提高了姿态融合精确度,提高了滤波器的鲁棒性。