天然草地植被覆盖度的高光谱遥感估算模型

利用1988年tm图像和2003年etm+图像,基于植被指数(ndvi),反演二滩库区米易县植被覆盖度,并借助gis技术,对米易县1988-2003年植被覆盖动态变化进行分析。研究表明,研究区植被覆盖度变化与人类活动、自然因素有密切关系。其中二滩水库的蓄水作用对研究区生态环境变化产生重大影响,对植被覆盖度变化有重要意义。基于遥感技术进行库区植被覆盖度动态变化分析的研究思路和方法,将为水电开发生态环境影响的回顾评价提供重要的参考和借鉴。

植被覆盖度(盖度)是水文、生态、气象等研究中的一个重要因子,目前目估是野外获取盖度的传统方法。本研究利用多光谱相机拍摄的相片,分析每一个像元的归一化指数,区分植被和土壤,以获取盖度,并与目估法进行对比,评估两种方法的优缺点。结果表明,目估盖度具有较大的主观性,而多人平均值具有一定的参考性;利用多光谱相片能够快捷准确地获取盖度;归一化植被指数取0.4作为阈值较理想;利用阈值的方法区分植被和土壤需要像元所代表的空间尺度不能超过0.2cm。分析疏勒河上游地区盖度和多年冻土分布的关系发现,多年冻土区盖度显著高于季节冻土区和过渡区(p<0.01)。

高光谱遥感提供一个通过窄波段的地物光谱反射率、诊断和检测植被叶绿素光谱特征波段的手段,为精确反演森林叶绿素含量提供更高光谱分辨率的数据。利用epp-2000地物光谱仪测量叶片的反射光谱,并用spad-502对观测叶片进行叶绿素含量的同步测量;采用统计相关分析方法,分析叶片反射光谱、光谱特征参数及其各种植被指数与叶片叶绿素含量的相关关系,并建立相应的估算模型。结果表明:叶绿素含量的敏感性参数分别为diff(r749)、log(r466)、红边参数rvp以及比值叶绿素指数pssr。通过多元统计回归分析,剔除不相关和存在共线性的参数后,得到叶绿素含量的估算模型为:spad=54.559-0.865×pssr+65.146×diff(r749)-6.030×log(r466)-0.238×rvp,模型及其参数均通过统计检验,模型的决定系数r2达到0.812,均方根误差rmse=13.35379,模型精度为88.743258%。

基于塔里木河下游地区1999年tm、2002年etm和2004年aster遥感影像及其基础背景数据,对应急输水工程前后研究区植被覆盖度和土地沙漠化的动态变化进行了研究.结果表明:随着应急输水工程的实施,塔河下游地区中、高植被覆盖度的面积逐年增加,分别由1999年的7447.16、17146.80hm2增加至2004年的9129.16、26236.61hm2,低、劣植被覆盖度面积分别减少了9989.10和782.71hm2;1999—2004年间,研究区沙漠化总面积由506258.06hm2减少至498043.93hm2,呈逐年缩小趋势.研究期间,部分沙漠化地区出现了较为明显的逆转,生态环境趋于好转,应急输水工程对塔河下游生态环境的改善起到了重要作用.

以厦门市1995、2005、2015年landsat遥感影像为数据源,利用太阳光谱卫星信号的二次模拟(6s)模型进行大气校正并计算地表反射率,在envi5.2软件支持下获取3期的归一化植被指数(ndvi)和植被覆盖度(fvc),得到厦门市1995、2005、2015年的平均fvc值分别为0.35、0.22、0.31.运用监督分类中最大似然法提取土地利用信息,利用arcgis10.1软件将fvc与土地利用分类图进行叠加分析,得到了厦门市1995—2015年间fvc对土地利用变化的响应.结果表明:厦门市fvc在1995—2005年间降低了37%,在2005—2015年间增加了29%;厦门市的平均fvc在水域增加17%,在建设用地增加35%,在耕地增加22%,在林地减少27%,并依此为厦门市城市发展和生态建设提供建议.

通过设计实验首先确定是否可以用油菜叶片反射率光谱预测其氮素含量,以及是否可以用预测的光谱特征值与氮素含量建立相关模型。实验结果表明,反射率光谱的转化形式r的一阶微分为预测油菜氮素含量的最佳形式,最佳波段选择与其他研究结果相似。短波红外光谱波段能较好预测氮素含量,但是选择的高相关性短波红外区域一般都较窄,因此可用高光谱和高辐射分辨率来准确描述油菜光谱特征。短波红外反射率的变化主要是由于植被化学信号的改变而引起的。直接太阳辐射率、观测设备、叶片振动以及大气湿度的细微变化都可能引起光谱一阶微分的变化。冠层反射率一阶微分r′建立的逐步回归模型拟合度较高。

对青海湖地区高寒草地围栏内外植被进行调查分析。结果显示,围栏封育措施使高寒草地植被的盖度、高度、生物量均明显增加,从不同经济类群分析,其禾草、莎草等可食牧草比例增加,而不可食牧草比例相对下降。围栏封育措施对群落组成结构及植物种的重要值产生不同程度的影响,主要表现在生物多样性增加,一些可食牧草的重要值增加,而不可食牧草的重要值相对下降。

针对植被结构在调控坡面土壤侵蚀机理需要深入探讨的问题,通过人工模拟降雨方法,采用不同下垫面,对不同坡度和雨强下草被根系和冠层对坡面流水动力学参数影响进行了定量研究。研究表明在黄土高原地区寻求发达根系固土增糙耗能降蚀是减少大暴雨水土流失的关键因素。

【目的】结合地上生物量及盖度分析光谱曲线来研究围栏封育的效果及其光谱的特征。【方法】研究选取了天山北坡荒漠草原草地围栏内外、山地低草草甸草地围栏内外4种类型,采用svchr768地物光谱仪测量草地冠层的光谱反射率,生成光谱曲线;利用目测法测定植被的盖度,利用样方测定的方法测定植被的地上生物量。【结果】围栏封育一定时间后,围栏内的盖度及地上生物量均远远大于围栏外的;2011和2012年荒漠草原草地围栏内及2012年山地低草草甸草地围栏内外的光谱曲线均具有明显的绿色植物的光谱特征,而荒漠草原草地围栏外的反射峰和水分吸收谷都不太明显。【结论】围栏封育对植被恢复具有一定的效果;不同草地类型的光谱曲线存在很大的差异;相同草地围栏内外的光谱曲线也不相同。

[目的]探讨不同覆盖度沙棘对林下草本植被的修复效果。[方法]经过对林下植被的盖度、生物量、物种多样性的分析研究内蒙古自治区鄂尔多斯地区不同覆盖度沙棘人工林对林下植被的影响。[结果]沙棘林覆盖度达10%以后,林下草本植被多样性指数变化平稳;当沙棘林地覆盖度为20%～25%时,林下植被盖度与生物量达最大值。[结论]研究区沙棘林的覆盖度应该以15%～25%为宜。

研究利用土壤样本实验反射光谱,分析了土壤镁(mg)含量与土壤反射光谱的关系,比较了主成分回归分析(pcr)、偏最小二乘回归分析(plsr)和支持向量机回归分析(svmr)等方法,以及土壤反射光谱及其变换光谱与土壤mg含量之间的估算模型,为土壤mg含量高光谱估算提供依据。结果表明:pcr、plsr、svmr3种建模方法在mg含量的估算中,svmr的估算精度相对较高,估算精度平均达到80.96%,分别比pcr和plsr提高了6.16%、4.20%;对于不同的数学变换处理方法,一阶微分变换相对较好,估算精度平均为80.76%,分别比反射率、倒数对数变换提高了4.95%、4.61%。因此,运用土壤反射光谱一阶微分变换的svmr进行建模,可以相对较好地估算全mg含量,精度达84.04%。

采用森林水文学、陆地水文学及3s技术原理与方法,基于遥感影像ndvi指数与水文学模型参数的关联,构建森林植被覆盖率与洪水淹没耦合关系模型,计算了现状和高植被覆盖率情景下潖江滞洪区可能出现的洪水灾害。当潖江口分洪百年一遇洪水时,70%植被覆盖率情景与现状条件相比,淹没面积减少32.8%,农业损失减少40%,固定资产投资减少13.4%,提高了人员生命安全的保障程度。

制冷型红外探测器技术取得的最新进展已使得用于各种环境应用如高光谱遥感、空间成像与监视的许多红外遥感仪器获得快速发展。由于低温制冷探测器的灵敏度特别高,人们已经用它研制了可在波长长达25μm的各种谱段成像的红外系统。

在黄河源区-青海省果洛藏族自治州玛沁县选取4个不同退化程度的天然草地,以围栏内封育和围栏外自由放牧草地作比较,采用样方法调查草地围栏内外的群落结构特征和草地初级生产力生物量,并通过计算地上与地下生物量比值以及植物群落干鲜比来评价围栏封育的效果。结果表明:不同退化程度围栏内外的植被组成存在显著差异;随着退化程度的加剧,植物群落的盖度、高度以及多样性指数有下降趋势,且围栏内的盖度、高度及多样性指数均大于围栏外的;植物群落高度、盖度、地上生物量和生物量干鲜比随着退化程度加剧有减小的趋势。围栏封育有利于改善青藏高原退化高寒草地的植物群落结构,提高草地植物群落的盖度和生物量,促进其恢复演替。

基于高光谱遥感技术快速、无损的检测优势,以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲为例,探讨利用反射光谱来预测土壤含盐量的可行性。利用野外采集的土壤样本,在实验室内测得了土壤含盐量及原始光谱反射率。利用光谱分析技术计算高光谱指数,与土壤样本含盐量进行相关性分析,筛选出土壤含盐量的光谱特征波段,基于逐步多元线性回归和偏最小二乘回归建立土壤盐分动态监测模型。通过精度检验,结果表明：基于偏最小二乘回归方法,以对数二阶微分光谱特征波段所构建的盐渍化遥感监测模型最优,模型的稳定性和预测精度最高。利用反射光谱来预测土壤含盐量可实现区域尺度上的土壤盐渍化实时监测和评价。

高级星载热辐射热反射探测仪(aster)为对地观测提供更高质量的信息源。本文对福州市aster影像数据进行了主成分分析、波段运算和自动分类,结果表明其能较好地提取地面的人工建筑物信息。

通过模拟酸雨大棚试验,测定了3个酸雨梯度下4个时期杜英和山核桃高光谱反射率以及对应的叶绿素相对含量(spad相对值),并利用反高斯模型拟合红边光谱曲线,构建红边位置λp及红边宽度等光谱特征参量。结果表明:在ph较低的酸雨处理下杜英的叶绿素含量有一定的升高,而山核桃则是呈现下降的趋势;在可见光区,杜英在ph5.6处理下的平均光谱反射率要高于ph2.5的处理;而山核桃在ph5.6处理下的平均光谱反射率普遍要低于ph2.5的处理;杜英红光区域叶绿素吸收最小反射率值r0在ph5.6的处理要低于ph2.5的处理,山核桃相反;杜英的λp值表明其反射率光谱曲线发生了"红移"现象,而山核桃则产生了"蓝移"。这表明或可建立叶片的光谱反射率同酸雨危害程度之间的定量或定性关系。

本文以山东禹城为研究区,利用地面实测光谱数据,探讨不同植被指数和红边参数建立高光谱模型反演冬小麦叶面积指数的精度。通过逐波段分析计算了4种植被指数(ndvi、rvi、savi、evi),结合同步观测lai数据,确定反演叶面积指数的最优波段;计算了5种常用的高光谱植被指数mcari、mcari2、osavi、mtvi2、msavi2,同时利用4种常用方法计算红边位置和红谷,与实测lai进行回归分析,比较植被指数和红边参数模型对冬小麦lai的估测精度。结果表明各因子与lai均具有较高的相关性,整个研究区归一化植被指数具有最高的反演精度,确定了估算冬小麦lai的最优模型,并使用独立的lai观测数据对模型进行了验证。

在科尔沁沙地的天然植被中,疏林草地是最稳定,也是分布面积比较大的植被类型。因此,流动沙丘恢复为疏林草地植被,是适应自然规律,投入少见效快的治理方式。试验表明,在350mm左右降水量地区,对沙丘首先进行围封,促进自然植被恢复,借助风力,削平沙丘顶部,降低沙丘高度。同时,进行人工喷播灌木和人工栽植乔灌木树种。经过4～5年,人工栽植的乔木树种覆盖度达到10%,天然更新的小叶杨、家榆等的覆盖率也达10%,人工喷播的灌木达到20%,天然草本植物的覆盖度由15%,增加到60%。流动沙丘基本稳定,并且恢复为疏林草地植被类型

可见/近红外高光谱技术与建模方法是当前土壤近地传感器研究领域的重要方向,可应用于土壤养分信息的快速获取和农田作物的精确施肥管理。以浙江省水稻土为研究对象,利用以非线性模型为核心的数据挖掘技术,包括随机森林、支持向量机、人工神经网络等方法分别建立了不同建模集和验证集的原始光谱与有机质含量的估测模型。结果表明:研究比较的1∶1,3∶1和全部样本建模并全部验证的三种样本模式划分对建模的结果有一定的影响。相较于目前常用的偏最小二乘回归(plsr)建模方法而言,非线性模型rf和svm也取得了较好的建模精度,三种模式下其rdp值均大于1.4。特别是采用svm建模方法所得模型具有很好的预测能力,模式二下其rdp值达到2.16。同时引入ann方法改进建立的plsr-ann方法显著提高了plsr的模型预测能力。

使用fieldspechandheldtm地物光谱仪采集不同发病程度的油茶冠层光谱数据,并实地调查油茶炭疽病病情指数,将光谱数据进行一阶微分与滑动平均滤波相结合的预处理,提取与病情指数相关性较高的敏感波段,并采用主成分分析法(principalcomponentanalysis,pca)对敏感波段的光谱数据进行降维,分别以敏感波段和pca降维处理后的敏感波段作为输入变量建立了病情指数的bp神经网络反演模型。两种建模方法建立的bp神经网络模型计算出的预测值与观测值之间的决定系数(r2)均达99%以上。精度检验证明,以pca降维所得到的前10个主成分作为输入变量建立的10-7-1三层bp神经网络模型预测精度更高,模型计算出的预测值与观测值之间的决定系数(r2)和均方根误差(rmse)分别为0.9986和0.8148。该研究表明,利用地面高光谱数据结合主成分分析和bp神经网络算法反演油茶炭疽病病情指数是一种有效的方法。

从测量得到的火焰光谱数据出发,对火焰探测器的光谱匹配因数进行研究,导出了光谱匹配因数的表达式,并在1～14μm波段范围内,计算了insb红外探测器对不同温度黑体辐射的光谱匹配因数,为新型火焰探测器的研制提供一些必要的理论依据。