黄土高原半干旱区春小麦冠层光谱对不同程度水分胁迫的响应

于2011年在定西地区开展了观测试验,主要测定了不同水分控制条件下春小麦冠层高光谱反射特征,同步测定了各项生理参数响应.在分析不同水分胁迫下春小麦冠层光谱特征基础上,研究了该地区春小麦冠层光谱对不同水分胁迫的响应特征.结果表明:在水分胁迫下春小麦冠层光谱在可见光区(VIS)和近红外区(NIR)均呈现明显的趋势性变化,随水分减少,VIS光区与短波红外光区(SWIR)反射率都呈增加趋势,而NIR光区反射率呈下降趋势;小麦水分指标冠层等效水厚度(EWTcanopy)比叶片相对含水量(F MC)能够更敏感地体现水分胁迫变化;光谱指数对不同水分胁迫的响应分析表明,WI指数的监测效果较差;反演半干旱区冠层尺度作物水分,红边植被指数与EWTcanopy相关性最高,PRI指数可反映作物水分胁迫后的光合效率变化,间接反映水分状况,但不适合监测重旱;OSAV I对土壤调节系数的修订比SAVI提高了相关性;短波红外波段对水分胁迫的变化响应比较稳定,进一步结合红边波段构建新的水分指数有望提高研究区冠层水分的监测精度.     

不同氮素水平下油菜高光谱特征分析

利用小区试验获得的油菜主要生育期的冠层反射光谱,对不同品种、不同生育期和不同供氮水平下油菜冠层光谱进行了特征分析.结果表明:对于不同品种和不同生育期,冠层光谱分别在近红外和可见光区域存在一定的差异;对于不同的施氮水平,随着施氮水平的提高,在可见光区域反射率值减小,而在近红外区域则呈相反的变化趋势;一阶导数光谱随着施氮水平的增加,具有向长波方向移动的趋势,同时随施氮水平的增加,"双峰"现象则愈显著.红边位置随生育期和氮素水平的变化不明显,红边面积与红边幅值几乎在所有的生育期中呈现出随着供氮水平的提高而表现为增大的趋势.对于同一供氮水平下不同生育期,冠层红边面积与红边幅值随着生育期的推移呈"波浪"形状变化趋势.     

基于EO-1 Hyperion的中国典型森林冠层高光谱特征分析

由于冠层结构和功能性状的差异,不同森林表现出不同的光谱特征.分析不同森林冠层的光谱特征差异可以为精确森林分类和冠层参数反演提供依据.因此,理解我国典型森林类型的高光谱特征将有助于提高我国森林分类以及森林理化参数反演的精度.研究以中国生态网络中的长白山、神农架、千烟洲和鼎湖山4个典型森林站点为研究对象,利用EO-1 Hyperion星载高光谱数据提取4种森林像元尺度上的反射光谱曲线,并进行一阶微分变换,同时计算多种遥感光谱指数,定量分析其光谱特征差异.结果表明:(1)神农架阔叶混交森林光谱反射率在整个光谱范围内显著高于其他3种森林类型.千烟洲针叶混交森林在整个光谱范围内表现出较低的反射特征.长白山和鼎湖山森林的反射率居中.(2)4种森林的红边斜率存在显著差异.神农架森林的红边斜率最高,暗示了其冠层叶绿素含量高,健康状况最好.千烟洲的红边位置相比其他3种森林有所红移,红边位于720 nm左右.(3)遥感指数方面,神农架阔叶林具有较高的归一化氮指数(NDNI),千烟洲马尾松湿地松为主的针叶林具有较低的NDNI,反映出树种间真实的叶片氮浓度差异.另外,由于森林覆盖度较高,增强型植被指数(EVI)比归一化植被指数(NDVI)更能够指示森林类型之间绿度和覆盖度的变化.研究对于我国森林参数的遥感反演和森林类型高精度分类具有一定的参考意义.     

基于高光谱成像的不同花期薇甘菊特征分析及监测模型研究

薇甘菊是世界上危害巨大的杂草之一,入侵能力强,严重威胁当地生态系统.使用SOC710VP成像光谱仪获取薇甘菊不同花期高光谱数据,选取与薇甘菊不同花期显著相关的参数,建立不同花期监测模型.结果表明,盛花期和未开花期光谱反射率存在明显"绿峰"和"红谷",整体值大小依次为盛花期、未开花期、枯花期;一阶微分曲线在绿光波段、红边,未开花期、盛花期和枯花期均存在明显波峰,且值的大小依次为未开花期、盛花期、枯花期;在750～900 nm,盛花期和未开花期波峰、波谷出现波段范围大致相似,枯花期出现3个波峰,峰值依次减小;薇甘菊不同花期与光谱反射率及光谱一阶微分在529～671、734～744、770～786、791～796 nm和833～838 nm极显著相关,以NDVI、RVI、GI、DVI和HI特征参数构建的多元线性回归模型的拟合效果最佳.根据薇甘菊高光谱特征参数建立的监测模型,可有效地监测薇甘菊不同花期,研究结果可用于薇甘菊发生发展的监测.     

基于高光谱的湿地植被冠层叶绿素反演研究

植被冠层叶绿素含量直接反映植物的生长健康情况.以三江平原洪河湿地自然保护区为研究区,采用地面实测光谱数据为数据源,通过对光谱数据预处理以及特征参数(植被光谱指数、吸收特征)提取,在冠层尺度上,利用统计方法分析了植被叶绿素的敏感波段,并对植被叶绿素含量和光谱特征参数进行了相关性分析,最后,构建了植被叶绿素冠层反演模型并进行了验证.结果表明,原始光谱反射率在690~720,755~770nm叶绿素含量具有较高的相关性,植被指数DD与叶绿素含量有非常高的相关性.研究证明,基于吸收特征反演植被叶绿素也是较好的方法之一.     

博斯腾湖西岸湖滨绿洲土壤含盐量高光谱估算

以博斯腾湖西岸湖滨绿洲土壤盐分及其对应的高光谱数据为研究对象,对原始光谱反射率(R)进行均方根(R)、对数(lg R)、倒数(1/R)、对数倒数(1/lg R)变换,引入分数阶微分对变换的光谱反射率进行0～2内的微分预处理,通过显著性检验优选特征波段,并利用特征波段进行偏最小二乘回归的建模和验证。结果表明:1)通过显著性检验较多的特征波段是:1/R为691个波段,比通过原始波段多226个波段;且随着阶数的增加,在各阶数中通过显著性检验的波段数量呈先增加后减少的趋势;通过数量较多的特征波段是1/R的0. 4阶和0. 6阶,分别为145、150;2)原始光谱反射率的相关性极大值绝对值是:2阶为0. 53,其他4种数学变换的相关性极大值绝对值比R高0. 11～0. 16,特征波段主要集中在600～1 000 nm和2 020～2 330 nm;3)在原始光谱反射率及其变换值的各分数阶微分利用偏最小二乘回归建模中,1/lgR的0. 2阶建立的模型为最佳模型,R_C~2=0. 78,RMSE_C=1. 56,R_V~2=0. 63,RMSE_V=1. 44。     

扬花期冬小麦叶面积指数高光谱遥感反演研究

利用扬花期冬小麦实测冠层高光谱数据与同步叶面积指数(LAI)数据,分析350～1 000 nm波段范围内冠层反射率与LAI之间的相关性,分别在蓝波段、红波段、绿波段及近红外波段选取光谱特征波段,并用其计算6种被广泛应用于植被LAI反演的植被指数.通过相关分析、回归分析等统计方法,构建扬花期冬小麦LAI反演模型并进行真实性检验.研究结果表明,6种植被指数与冬小麦LAI均具有显著相关性,其中NDGI和EVI反演模型效果较好,拟合方程决定系数R~2均高于0. 6,分别为0. 634和0. 623.最后通过精度验证,得出结论:EVI反演模型R~2最高,为0. 779,故选取EVI为自变量的二次模型为扬花期冬小麦LAI最佳反演模型.研究可为作物长势监测及产量估算等提供一定的理论依据.     

暖地泥炭藓在不同水位及光照条件下的光谱特征分析

在实验室内模拟不同水位条件下,对暖地泥炭藓的高光谱反射数据进行分析.结果表明,在不同的水位条件和光照条件下,暖地泥炭藓光谱曲线表现出很大差异,随着水位的降低其在可见光和近红外的反射率均有升高,且在近红外的几个水吸收波段的吸收谷深度随着水位的增加不断加深.对暖地泥炭藓光谱的一阶导数分析,结果表明过高和过低的水位对于植物本身都造成了胁迫,其体内叶绿素含量下降,导致其红边位置向短波方向移动.在过强的光照强度下,暖地泥炭藓叶片发生不同程度光合色素含量的下降,从而导致在绿波段反射率的增加.本研究将为野外实地光谱测量的验证以及高分辨率卫星遥感监测泥炭藓湿地水分状况提供地面光谱反射依据.     

基于光谱特征的沉水植物种类识别研究

沉水植物种类的光谱特征识别可为大尺度遥感监测沉水植被提供种类识别的有效参数.本研究利用高光谱地物光谱仪获取上海市郊最大的天然淡水湖泊淀山湖6种典型沉水植物狐尾藻、竹叶眼子菜、金鱼藻、大茨藻、黑藻和苦草群落冠层的反射光谱,分析不同种类沉水植物的原始光谱和一阶导数光谱特征,通过主成分分析(Principal Components Analysis,PCA)筛选对沉水植物光谱种间差异敏感的植被指数和光谱指数,探寻能够有效识别不同种类水生植物的光谱识别方法.研究结果表明:①不同种类沉水植物的光谱曲线形状在可见光和近红外波段近似,但光谱反射率值差异较大;②光谱指数NAV、REP和NGP是识别6种沉水植物最敏感的特征指数,这些指数综合体现和放大了不同种类沉水植物在形态结构、叶绿素含量、光合和保护色素等方面的特征及所栖居的水体环境特征的种间差异.研究结果可为高光谱遥感影像准确解译与提取沉水植物群落组成、分布和生物多样性的动态变化信息提供理论依据和技术支持.     

野生和栽培红毛五加的比较研究

为比较野生和栽培红毛五加形态、光合、光谱及生理特征差异,制定合理的红毛五加人工栽培方案提供技术支持,对野生与栽培红毛五加叶片的外部形态与解剖特征、光合气体交换参数、叶绿素荧光参数、叶片及冠层光谱特性及以刺五加苷E、绿原酸为代表的次生代谢产物含量进行比较。①与野生红毛五加叶片相比,栽培红毛五加叶片厚度、叶面积明显增加,叶片长宽比明显减少,栅栏组织较厚而海绵组织较薄;②栽培红毛五加光合速率及光能利用率较高;③野生和栽培红毛五加都具有典型的植株反射光谱特征,但同野生红毛五加相比,栽培红毛五加叶片和冠层光谱在近红外波段的反射率都较高,一阶导数光谱中的红边振幅和红边面积也较大,红边位置红移10 nm;④2009年所测的栽培红毛五加茎皮中的绿原酸、刺五加苷E含量较野生红毛五加,栽培6年后,上述两种成分含量有所上升,且刺五加苷E含量符合《四川省中药材标准》相关标准。结果表明光照条件的改变影响着红毛五加的叶片形态,充足的光照有利于红毛五加的光合作用和正常生长,研究结果将有助于指导红毛五加的人工驯化栽培工作。     

野鸭湖湿地牛鞭草不同覆盖度的光谱特征分析

采用导数法和包络线去除法,分析了不同覆盖度牛鞭草的光谱特征.结果表明,不同覆盖度的牛鞭草在绿光波段出现反射峰,在红光波段出现吸收谷,近红外波段处具有"红边效应".不同盖度的牛鞭草光谱反射率的差异主要体现在绿光(520～600 nm)和近红外波段(760～900 nm).在近红外波段范围内,反射率随覆盖度的增加而增大,两者呈极显著正相关(P<0.01).此外,红光波段比蓝光波段有更为强烈的吸收效应.我们的研究表明,高光谱遥感可以有效地应用于湿地植物覆盖度或与之相关的生长情况的监测之中.     

基于高分五号卫星数据的红树林群落光谱特征分析

为解决高分五号(GF-5)高光谱数据空间分辨率较低的问题，本研究采用葛拉姆-施密特(Gram-Schmidt, GS)正交变换融合算法对GF-5高光谱数据与高分二号(GF-2)数据进行空谱融合，利用1 m分辨率的GF-5高光谱数据结合实地样本数据提取不同红树林群落与互花米草群落的平均反射率，通过包络线去除与一阶微分计算的方法分析不同红树林群落与互花米草群落的复合光谱特征，从光谱特征探讨红树林群落的可分性。结果表明，在原始光谱曲线680-900、980-1 320、1 530-1 750 nm区间4种群落的光谱差异最大；经过包络线去除与一阶微分计算后的4种群落的光谱反射率分别在1 170-1 400 nm与1 330-1 470 nm波长范围处表现出明显差异。综上可知，不同红树林群落与互花米草的光谱反射率在近红外波段范围内的差异性最大，近红外波段可作为识别不同红树林群落与互花米草的优势波段。     

辣椒、水稻与烤烟叶片反射光谱特征的比较研究

在350~2 500nm波长范围内研究了辣椒、水稻和烤烟3种作物的叶片光谱特征.结果表明,依据350~2 500nm波段范围内的叶片光谱反射率曲线,可以容易将水稻从辣椒和烤烟中区别出来;辣椒和烤烟能依据350~759nm以及1 554~1 775nm波段的反射率进行区别.根据蓝边幅值Db,蓝边位置λb,黄边幅值Dy,红边幅值Dr,红边位置λr,绿峰反射率ρg,红谷反射率ρr,比值植被指数RVI,归一化植被指数NDVI,差值植被指数DVI,绿波段归一化植被指数NDVIg和绿波段比值植被指数RVIg12个指标之一或全部可以快速识别水稻;辣椒和烤烟则能依据D_b,λ_r,ρ_g,ρ_r,RVI,NDVIg和RVIg7个指标之一或全部进行识别.这为高光谱技术识别这3种作物提供了依据.     

联合空谱信息和Gabor特征的高光谱人脸识别算法

提出一种采用高光谱图像的人脸识别算法.根据人脸肤色在可见光范围内的光谱特征进行波段选择并依据人脸结构特征,对选定波段的灰度图像进行Gabor特征提取.最后分别进行特征层上的融合识别和决策层上的融合识别.特征层融合的权重系数由反射率和正确识别率共同决定,决策层融合算法采用"最高票当选制"原则.利用香港理工大学的高光谱人脸数据库对进行验证.结果证明,本文算法在识别速度和正确识别率方面都得到了显著改善,在3幅训练样本情况下,正确识别率达到96.5%.相对于全波段参与识别,识别速度提高了约3倍.      

玛纳斯河流域山区积雪反射光谱特征分析

以新疆玛纳斯河流域为研究区,利用三次野外观测获取的山区积雪光谱数据(波段范围为350~2500nm),分析研究区内的典型地物光谱曲线特征,以及新雪、污化雪、陈雪和风吹雪的反射特性,探讨污染物类型和浓度、雪层含水量、雪粒径、雪与枯草混合物对积雪反射特性的影响,为山区积雪识别提供依据.结果表明:受污染物、雪层含水量、雪粒径、雪与枯草混合物等因素影响,污化雪、陈雪、雪与枯草混合物的光谱曲线兼有积雪与非雪地物的反射特性;在可见光波段,污化雪、陈雪的反射率有不同程度的下降,但是依然高于非雪地物的反射率;在近红外波段,新雪、污化雪、陈雪、风吹雪、雪与枯草混合物的光谱曲线在1020nm、1250nm处均出现积雪特有的吸收谷,在1080nm、1320nm、2246nm波段均出现积雪特有的反射峰.另外,污染物在降低积雪反射率的同时,使得污化雪在可见光波段的光谱曲线呈现上升趋势,即呈现污染物自身的光谱曲线特征,与其它类型的积雪形成明显对比,是区分污化雪与其它类型积雪的关键所在.     

塔里木河流域中下游典型地物光谱变化规律

由于塔里木河流域中下游距离河道在垂直向的差别,以及气候与人为因素的影响,使植被的空间分布具有异构性.典型地物光谱变化的研究为中下游生态环境的遥感监测提供了基础,实验研究表明:绿色全荣植物中,棉花由于其具有明显绿峰、水分吸收谷和近红外的高反射峰而更加容易识别,其他植物主要差别则集中在550,680,1420 nm附近的反射峰、吸收谷和1920～2500 nm之间的反射率;与绿色植被相比,枯枝的光谱在可见光部分的绿峰和红光吸收谷不明显,但在可见光部分波形有所差别,而与流沙土壤光谱相比,各波段反射率变化较大;对比不同荣枯比例的植物光谱发现,同一种植物随着荣枯配比的变化,除可见光绿峰、近红外反射峰和各水分吸收谷变化外,最明显的是在近红外1420～1820 nm之间和短波红外1920～2500 nm之间反射率随着枯枝的比例增加而明显升高;关于土壤光谱,中下游各断面占主要类型的流沙土光谱相差不大,但是盐碱土和含有一定水分的盐碱土则变化较大,而且反射率基本低于流沙土,结壳土则除在近红外和短波红外部分变化更加平缓而有所差别外,其余波段接近流沙土;同样的土壤背景下,近红外和短波红外部分反射率的差别能够在一定程度上反映覆盖度的变化.     

无人机遥感估算绿化园林三维绿量——以福州大学旗山校区为例

针对传统的三维绿量估算方法存在耗时费力的缺点,提出利用可见光无人机影像快速估算绿化树木三维量的方法.首先获取高于10cm分辨率的无人机可见光遥感影像;其次结合可见光波段的光谱特征与无人机数据点云的高程特征获得研究区的冠层高度模型;再次通过局部最大值算法与标记控制分水岭算法提取单木树高、株数以及冠径参数,通过野外实测数据构建“树高-冠高”关系模型得到冠高;最后结合树种分布情况,按照不同的树冠形状构建三维绿量估算模型.     

用高光谱微分指数识别冬小麦条锈病害研究

人工田间诱发不同等级小麦条锈病,在不同生育期测定染病冬小麦冠层光谱和相应的病情指数。对小麦冠层一阶微分光谱进行分析,结果表明随病情指数增大,一阶微分光谱在绿边(500～560nm)内逐渐增大,在红边(680～760nm)内逐渐降低。红边内一阶微分总和(SDr)与绿边内一阶微分总和(SDg)的比值,能够在症状出现前12d识别出健康作物与病害作物。因此,微分植被指数SDr/SDg能够较为理想地识别作物病害信息。     

光谱分数阶微分与玉米叶片重金属铜含量的相关性分析

常用的整数阶一阶和二阶微分光谱曲线差异较大,而分数阶微分可实现光谱信息细化,能将整数阶微分容易忽略的信息充分利用起来,更能深度挖掘光谱中的潜在信息。以重金属铜胁迫的盆栽玉米为研究对象,在玉米叶片受不同浓度CuSO_4胁迫下,光谱反射率和Cu~(2+)含量的实验室测量数据基础上,对光谱反射率进行0~1内0.1阶的11个阶次微分处理,将各阶次的微分值与测得的玉米叶片中Cu~(2+)含量进行相关性分析;并对各阶次的微分光谱值进行0.01和0.05显著性水平的检验。分析结果表明,与常用的一阶微分相比,分数阶微分可以突显某些波段的光谱反射率与叶片中Cu~(2+)含量的相关性,扩大特征波段的选择空间。     

TM图像大气校正及其对地物光谱响应特征的影响分析

基于辐射传输理论的大气校正模型,具有明确的物理意义,易于操作,应用广泛.虽然这类模型通常会提供几种标准大气模式供用户选择,但是有限的几种模式难以合理描述具体研究区的大气状况,因此,在缺乏实测资料时,有必要对大气参数进行合理选择或估计,参数的选择直接影响大气校正的结果.因此,首先对Landsat-5 TM图像大气校正参数的确定进行了详尽分析,然后从光谱响应曲线、归一化植被指数(NDVI)、能见度等方面,探讨了大气校正对TM图像地物光谱响应特征的影响.研究表明:(1)TM图像经大气校正后,地物在可见光波段反射率明显减小,而在近红外和短波红外反射率增大;(2)大气校正后的NDVI增幅明显;(3)能见度对水体和植被在可见光波段的地表反射率影响均较大;在近红外波段对水体的影响比对植被的更为强烈;随着能见度的增大,地物地表反射率增大.采用的参数确定方法可为类似研究提供参考与借鉴.