模拟多光谱卫星传感器数据的冬小麦白粉病遥感监测

为了解利用遥感技术快速大范围监测小麦白粉病病害情况的可行性,以Landsat5TM波段响应函数为基础,将地面实测冠层高光谱数据模拟为TM多光谱数据,从而分析卫星传感器多光谱波段对病害的响应情况,并构建多光谱指数(PMSI)估测白粉病严重度。在此基础上,采用2010年星-地配套数据对PMSI估测精度进行验证。结果表明,PMSI能够较准确地反映冬小麦白粉病发生的程度,获得较理想的病情严重度反演精度(r2=0.475,RMSE=0.129)。因此采用多光谱卫星遥感影像在小麦大面积种植区域进行病害监测具有应用潜力。     

小波特征与传统光谱特征估测冬小麦条锈病病情严重度的对比研究

为探讨通过小波特征监测小麦条锈病发病程度的可行性,利用连续小波变换提取的小麦冠层光谱350~1 300 nm范围内的9个小波特征和传统光谱特征（植被指数、一阶微分变换特征和连续统特征）,借助偏最小二乘回归（PLSR）建立反演模型,分别将传统光谱特征（SFs）、小波特征（WFs）及传统光谱特征与小波特征结合(SFs & WFs）作为模型的输入,对小麦条锈病病情进行反演。结果表明：（1）小波特征与条锈病严重度的相关性比传统光谱特征强;（2）基于小波特征的模型估测精度（R为0.837）优于基于传统光谱特征的模型估测精度（R为0.824）;（3）传统光谱特征与小波特征结合的模型精度最高,R为0.876,RMSE仅为0.096,因而传统光谱特征与小波特征相结合能够更好地对小麦条锈病病情严重度进行估测。     

利用大豆光谱特征判定地下封存CO2泄漏

碳捕捉与储存（carbon capture and storage,CCS）技术可以减少CO2气体排放,从而减缓全球气候变暖。但把CO2液化后进行地质封存具有泄漏的风险,如何大面积、快速、高效地监测CO2泄漏点是一个技术难题。该文通过野外模拟试验,以大豆为试验对象,研究了地下储存的CO2轻微泄漏对地表植被及其遥感特征的影响。大豆在2008年6月4日播种,自7月4日开始CO2气体以1 L/min的速度持续注入土壤中,每天测量土壤中CO2体积分数（土壤中CO2气体占土壤中总气体体积含量的百分比）、每周测量1次大豆叶片的SPAD值、光谱数据。试验结果表明,当土壤中 CO2体积分数小于15%时,对照（CK）与 CO2泄漏胁迫大豆 SPAD值无显著性差异（P＞0.1）,当土壤中CO2体积分数大于等于15%时,CK与CO2泄漏胁迫大豆SPAD值具有极显著性差异（P＜0.001）,随着胁迫进行大豆会早熟、落叶,甚至枯死。利用连续统去除法对大豆的光谱数据进行处理,发现随着土壤中CO2体积分数的增大,在绿光区的光谱反射率逐渐增大,而其他波段则无明显变化规律。根据CO2泄漏胁迫下大豆的光谱变化特征,设计采用面积植被指数Area(510～590 nm)（510～590 nm光谱曲线所包围的面积）识别遭受CO2泄漏胁迫的大豆。结果表明,当土壤中CO2体积分数大于等于15%时,Area(510～590 nm)指数可以较好地识别出遭受胁迫的大豆,且具有较高的可区分性及稳定性,但当土壤中CO2体积分数小于15%时,该指数在整个生育期内无法准确识别出遭受胁迫的大豆。该研究结果对未来地表生态评估、高光谱遥感监测CO2泄漏点具有重要意义与应用价值。     

小波法反演条锈病胁迫下冬小麦冠层叶片全氮含量

为监测条锈病胁迫下冬小麦的氮素营养状况,该文通过野外试验测量了感染条锈病的冬小麦冠层光谱数据和相应叶片全氮(leaf total nitrogen,LTN)含量,分析了冬小麦条锈病病情指数(disease index,DI)与LTN之间的关系,对冠层光谱进行了连续小波变换(continuous wavelet transform,CWT)处理得到小波系数,并选择一些高光谱指数,分别利用支持向量机(support vector machine,SVM)回归方法构建了小波系数、高光谱指数与冬小麦LTN含量之间的反演模型。研究表明,随着冬小麦DI增大,LTN含量逐渐减小,相关系数为-0.784;CWT处理得到的小波系数为自变量构建的反演冬小麦LTN含量的模型精度普遍高于高光谱指数为自变量的模型精度,其中以Mexican Hat小波函数处理得到的小波系数423(4)建立的反演模型为最优模型,RMSE为0.315,RE为7.62%。因此,该研究表明可以联合应用CWT与SVM方法对条锈病胁迫下冬小麦LTN含量进行反演,且具有较高的估测精度。该研究成果对小麦作物病害预防、指导作物施肥具有重要现实应用意义。     

冬小麦条锈病严重度高光谱遥感反演模型研究

通过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及其病情指数(DI).把冠层光谱一阶微分数据与相应的DI进行相关分析,采用单变量线性和非线性回归技术,建立小麦DI的估测模型,并利用不同品种小麦样本对模型精度进行可靠性检验.结果表明:DI与一阶微分在432～582 nm、637～701 nm以及715～765 nm区域内有极显著相关性,以红边峰值区(725～735 nm)一阶微分总和与绿边峰值区(521～530 nm)一阶微分总和的比值为变量的线性模型估测DI精度最高,且其对小麦品种相对不敏感.上述研究结果对利用高光谱遥感监测农作物病害及其严重程度都具有实际应用价值.     

联合主成分分析与最小二乘支持向量机估测冬小麦叶面积指数

利用单一植被指数估测叶面积指数存在高光谱遥感丰富的波段信息易丢失和外界因素干扰大的缺点,但若将波段信息全部引入模型又会增加建模难度。为解决利用多波段信息估测叶面积指数的问题,利用主成分分析法(PCA)对光谱数据进行降维,之后将提取的主成分与最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型相结合,构建冬小麦叶面积指数的高光谱估测模型,并与以4类植被指数作为LS-SVM输入参数建立的模型进行比较。结果表明,以主成分作为LS-SVM模型的输入参数建立的模型精度最高,模型检验集R2为0.71,检验集RMSE为0.56,估测结果较使用植被指数作为输入参数建立的模型精度高,稳定性好。该方法可为利用多波段信息进行大范围冬小麦叶面积指数的无损测定提供参考。     

用投影寻踪降维方法估测冬小麦叶绿素密度

为综合更多有效信息来提高冬小麦叶绿素密度的估测精度,应用投影寻踪降维方法对条锈病胁迫下冬小麦冠层光谱进行降维,生成一维向量,然后采用支持向量机回归方法对其叶绿素密度进行估测,并与高光谱植被指数估测结果进行了比较。结果表明,以小麦冠层一阶微分光谱与叶绿素密度相关性较高的波段(400~500nm、720~770nm和840~870nm)进行投影寻踪降维得到的最优一维向量为自变量,利用支持向量机回归方法构建的冠层叶绿素密度估测模型的精度最高,决定系数为0.867,均方根误差与相对误差均最小,分别为1.135μg·cm-2和13.6%。说明利用投影寻踪降维技术对条锈病胁迫下冬小麦冠层光谱进行降维处理,可以保留有效信息,提高冬小麦叶绿素密度估测精度。     

基于L波段的裸土区土壤水分微波遥感反演研究

以北京市大兴区为研究区,探讨利用ALOS/PALSAR数据反演裸土土壤水分的方法。由于PALSAR的后向散射系数主要与土壤水分及地表粗糙度有关,本研究使用AIEM理论模型计算地表的同极化后向散射系数,Oh半经验模型计算交叉极化的后向散射系数;由分析可知,同极化与交叉极化的差异不随土壤水分的变化而变化,仅随地表粗糙度的增加而减少,为此可建立后向散射系数与粗糙度之间的函数关系。本文利用BP神经网络算法反演研究区的裸土土壤水分含量,并利用实测数据对反演结果进行验证,结果表明估测裸土土壤水分含量误差为0.035 m3/m3,相对误差为13.9%。因此,可以利用L波段主动微波遥感反演裸土土壤水分含量,且具有较高的精度。本研究成果可为农业灌溉、灾害监测、环境评估等提供信息支持,具有重要的现实意义与应用价值。     

条锈病胁迫下冬小麦冠层叶片氮素含量的高光谱估测模型

为利用高光谱遥感诊断条锈病胁迫下作物的营养状况,测量感染条锈病的冬小麦冠层反射率以及相应叶片全氮(LTN)含量,利用线性和非线性回归方法,建立了微分光谱与小麦LTN含量之间的回归模型.研究表明随病情加重,小麦LTN含量逐渐降低,并与一阶微分光谱在430～518、534～608、660～762 nm以及783～893 nm区域具有极显著相关性.经检验,以红边内一阶微分总和与蓝边内一阶微分总和比值(SDr/SDb)为变量的模型是估测LTN含量的最佳模型,其RMSE为0.3567,相对误差为8.33%.因此,利用高光谱遥感估测条锈病胁迫下作物LTN含量是可行的,且具有较高的反演精度.研究成果可为小麦氮素营养监测、精准施肥以及条锈病情诊断等提供理论依据和指导.     

低丘缓坡地空间拓展的主成分聚类分析评价

土地资源紧缺制约着社会经济的发展,开发低丘缓坡地是解决人地矛盾、优化土地配置的有效举措。以福建省邵武市为研究区域,从空间区位、自然地理、社会经济、生态环境4个方面构建评价指标体系。基于GIS和RS技术,综合运用主成分分析法(principal component analysis,PCA)对邵武市低丘缓坡地进行适宜性综合评价,并通过K-均值聚类分析(K-means clustering analysis)将建设用地适宜性分为4类。结果表明,福建省邵武市低丘缓坡土地资源总面积为119 512.71 hm~2,占邵武市总面积的41.83%;其中最适宜、较适宜面积达44 529.57 hm~2,占低丘缓坡资源的37.26%,集中分布在中心城区附近,涉及主要乡(镇)有城郊镇、水北镇等。该评价结果与规划文本相吻合,不仅能为邵武市开发低丘缓坡地提供合理的科学依据,还能为各乡(镇)制定区域规划政策指引方向。