基于MODIS和NOAA/AVHRR的荒漠化遥感监测方法

土地荒漠化是中国西部最严重的生态环境问题,荒漠化遥感监测技术是掌握荒漠化发展趋势的重要手段。基于空间分辨率为1 km的NOAA/AVHRR和MODIS遥感数据,首先依据湿润指数法确定了荒漠化范围和气候分区。然后选取出了可以反映不同荒漠化特征,并且能够通过中低分辨率的NOAA/AVHRR和MODIS遥感影像反演出来的5个荒漠化遥感监测指标,通过精度评价分析,确定了最佳指标组合。由于MODIS和NOAA/AVHRR数据的影像特征存在较大差异,针对每一气候分区, 建立了分别适用于MODIS和NOAA/AVHRR数据的两套遥感指标分类体系。通过不同分类方法的比较,确定了最佳分类方法－决策树分类法。通过对中国1995年和2001年的荒漠化动态变化状况进行了分析,结果表明,本文提出的荒漠化遥感监测方法,不仅能够成功地进行大尺度的荒漠化遥感监测,而且能够取得较好的监测效果。     

NOAA／AVHRR与EOS／MODIS的积雪监测模式对比

积雪是地表覆盖的重要部分,目前用于积雪监测的卫星主要是EOS/MODIS,NOAA/AVHRR,FY等.本文分别介绍了EOS/MODIS及NOAA/AVHRR的积雪监测模式.在MODIS的积雪算法中主要运用归一化差分积雪指数(NDSI)和反射率,其中用NDSI来区分雪与云,而NOAA/AVHRR利用可见光波段和近红外波段的信息作为积雪监测的基础,以此来区分高云、中云、低云和积雪.然后从两种卫星在时空分辨率等方面做对比,得出二者分别在积雪监测方面的优点和不足之处.     

基于NDVI数据的黄河流域地表植被覆盖综合分类研究

在地理信息系统支持下,文章以时间分辨率为植物一个完整生长周期、空间分辨率1 km×1 km的NOAA/AVHRR遥感影像的NDVI指标为数据源,采用目前较为流行的主成分变换法,结合气象资料和数字高程模型(DEM),参考相关的地理基础图件,对黄河流域地表植被覆盖的进行综合分类.与传统对单一NOAA/AVHRR图像NDVI数据进行分类的方法相比,综合分类方法获得了较高的分类精度,取得了较好的效果.     

近20年藏北草地地表参数动态变化研究

草地的覆盖度、地表反照率和地表温度是评价、监测牧草生长状况和草地退化的重要参数.利用1982～2000年NOAA/AVHRR 1、2、4、5通道的10天合成资料以及常用的遥感反演和统计方法,分析了近20年藏北那曲地区3个参数的时空变化规律.主要结果:植被区内牧草覆盖度0.1～0.95,年变率-0.012～0.012 a-1,24%的草地在退化,变异系数0.05～0.6,植被覆盖度与变异系数成反比;6～9月平均地表反照率0.152～0.300,年变率-0.009～0.007 a-1,51%的草地在退化,变异系数0.02～0.23;7～8月平均地表温度20～44℃.结论:植被生长越好,植被覆盖度越高,地表反照率越小,地表温度越低.每个参数均可单独评价和监测草地退化,但综合考虑各个参数将更客观、更合理.     

NOAA卫星可见光和红外资料在干旱监测中的应用

利用NOAA卫星AVHRR通道1、2计算NDVI和通道4的亮温T4,建立模型方程W=ae^NDVI＋bT4＋c监测辽西地区土壤干旱情况。结果表明,土壤深度20cm左右是该模型适用的最佳层次,且模型的监测结果与实测值相对误差较小。     

哀牢山区日照时数的遥感信息提取方法

首次应用NOAA卫星的AVHRR资料提取天空云遮蔽信息,以多时次可见光波段反射率的平均值与相应的月平均日照时数建立回归方程,计算了哀牢山区无观测资料地区的日照时数.把分析光资源的信息量由57个增加到16万个,为深入研究山区光资源提供了可靠的数据.     

苹果采摘机器人视觉系统的暗通道先验去雾方法

针对雾霾严重气候条件下苹果采摘机器人视觉定位困难的问题,提出一种把暗通道先验（dark channel prior,DCP）原理应用于苹果图像去雾的调参和改进方法。给出了一种获取大气光系数 A 的方法,首先把计算得到的暗通道图结果存入矩阵,求暗通道图中的前1/1000个最大元素所在位置,并存储在与暗通道矩阵相同大小的新矩阵中;根据新矩阵中的位置信息获得 R 通道矩阵相应位置的值,最后求取这些值的平均值作为 A 的取值。根据工程需要,该研究取去雾强度ω恒为1。通过与多尺度 Retinex（multiscale retinex,MSR）方法、自适应直方图均衡化（adaptive histogram equalization, AHE）等常规方法以及其他文献的暗通道去雾使用方法进行对比试验,结论是该文的方法能获得更好的主观视觉效果。在结果图像的对比度方面,该研究使用的方法能得到平均对比度64.04,与计算速度较快的直方图均衡化方法的35.46相比,提升了81%;R 通道对比度为68.525,与直方图均衡化方法得到的 R 通道对比度36.425相比提升了88%;该方法得到的图像直方图整体上呈现中间高两边低的形状特点,表明相对其他去雾方法,该文的方法能得到较好的去雾图像质量。时间复杂度方面,改进后的 DCP 方法计算640×480的图像耗时在33～37 ms 之间,基本能满足实时要求。分割定位精确度方面,该文方法的综合定位精度为94.8%,高于其他方法。试验证明使用该文方法能在去雾的效率和性能方面得到较好的平衡,是一种可以用于实际采摘作业的可行方法。     

基于NDVI-Ts特征空间的冬小麦水分诊断与长势监测

综合利用NOAA气象卫星4个波段的信息,来证实NDVI-Ts特征空间是否可用于作物的水分亏缺诊断以及监测作物长势.该文在N0AA17/AVHRR数据基础上,利用其1和2通道的数据计算了NDVI,利用4和5通道数据采用优选出的UL92裂窗算法反演了Ts,以邯郸地区为例计算了其植被供水指数(NDVI/Ts)并用NDVI-Ts二维特征空间分析该区冬小麦长势的情况.结果表明:NDVI/Ts基本能诊断邯郸地区冬小麦关键生育期(拔节和灌浆)的水分亏缺状况:NDVI-Ts二维特征空间表证了在各生育期冬小麦地的NDVI和Ts呈反比线性关系,而裸地二者没有相关性,证明了NDVI-Ts特征空间确实是研究作物水分亏缺和长势监测实用的理论方法.     

基于GIS和RS的咸阳市林地资源变化及飞播造林成效分析

利用1988年TM影像、2007年CBERS影像和1988-2007年NOAA AVHRR的NDVI数据集资料,采用GIS和RS软件分析了近20a咸阳市林地资源变化,并研究了咸阳市自1992年来飞播造林的成效.结果表明:经过多年的人工植树造林、封山育林、退耕还林,咸阳市森林覆盖率有了明显的提高;飞播造林区的林地类型变化与飞播造林有着很强的相关性,主要飞播造林区的NDVI值总体呈上升趋势,飞播造林对提高咸阳市森林覆盖率起到了很大的作用.     

中国主要水土保持耕作措施因子

水土保持耕作措施因子是中国土壤流失方程参数之一,确定全国范围主要措施的因子值,是计算土壤水蚀模数的基础工作,可为开展全国土壤侵蚀强度评价奠定基础。以收集的文献资料和监测资料为基础,计算了全国水蚀区等高沟垄种植、垄作区田和免耕等5种耕作措施因子值,并基于区域差异不显著分析结果,确定了最终的全国统一因子值,为模型的推广应用提供了数据基础。     

磷营养胁迫对冬小麦冠层光谱的影响

因为磷素重要的营养作用,其胁迫的存在影响冬小麦的正常生长。借助地面遥感仪器获取冬小麦在磷营养胁迫下的多个生育期里的冠层光谱数据并对其影响特征进行了分析。利用因子分析方法提取主因子与含有丰富信息的光谱变量,并结合极显著水平(0.01)的均值比较与检验过程考察了冬小麦冠层光谱,确定了对磷营养胁迫敏感的光谱波段:760nm,810nm和870nm与950nm,并在此基础上结合冬小麦对磷素的吸收利用特征选定了运用冠层光谱敏感波段反射率探测和区分磷营养胁迫的关键生育期:拔节期。结果同时表明,对冬小麦磷营养胁迫而言,近红外区间(760nm~1100nm)光谱反射特征的区分能力要强于可见光区。本文同时指出了研究与发展利用遥感技术进行营养胁迫监测的方法和着重点。     

高光谱反射率与大豆叶面积及地上鲜生物量的相关分析

以ASD FieldSpec光谱仪实测了不同生长季大豆的冠层高光谱,同期采集了对应大豆LAI、地上鲜生物量。逐波段分析了冠层光谱反射率、导数光谱与大豆LAI、地上鲜生物量的相关关系;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、地上鲜生物量确定性系数随波长的变化趋势;并建立了以近红外与可见光波段的冠层光谱反射率的比值植被指数RVI与大豆LAI、地上鲜生物量的高光谱遥感估算模型。结果表明,冠层光谱反射率在350～680 nm、760～1050 nm波谱区与大豆LAI、地上鲜生物量相关性     

甘肃省两种主要草地类型的光谱反射特征比较

干旱荒漠草甸和高寒草甸是甘肃省两种主要的草地类型。2005－2007年,在安西草场和玛曲草场,分别对2种草地类型进行了光谱观测。文章分析和比较了2种草地类型的光谱反射特征及其差异性。结果表明,在可见光波段,荒漠草甸植被的冠层光谱反射率要高于高寒草甸植被,在近红外波段刚好相反;相同类型的草地,在不同的植被之间近红外波段的反射率差异较大。在可见光波段和近红外波段,荒漠草甸植被的叶片光谱反射大于冠层光谱反射,而高寒草甸植被则是冠层光谱反射大于叶片光谱反射;同一植被冠层光谱反射受植被长势影响明显;两种草地类型的红边特征参数表现为荒漠草甸小于高寒草甸。总之,高光谱遥感可以应用于草地植被的分类和长势监测。     

基于去包络线法的番茄叶霉病发病程度估测方法

阐明番茄叶霉病(Fulvia fulva)光谱特征并对其发病程度进行估测,可为番茄叶霉病大面积遥感监测提供依据。本研究通过分析番茄叶霉病不同发病程度下叶片光谱变化特征,筛选对发病程度识别的敏感波段。并利用去包络线法对光谱反射率进行处理,构建基于光谱特征吸收参量的发病程度估测模型。研究结果表明:随着叶霉病病害等级的加深,番茄叶片的原始光谱反射率、光谱敏感度、相对反射率均呈逐渐降低趋势;可见光波段(550~730 nm)和短波红外波段(1 860~2 260 nm)是识别番茄叶霉病发病程度的最佳波段;且随着病害等级的增加,吸收波段位置(λ)向短波方向移动,最大吸收深度(D_c)和吸收面积(A)均呈递增规律。利用光谱参数构建的番茄叶霉病病害等级预测的逐步回归模型R~2达0.81,且模型验证结果较好。研究结果对利用高光谱遥感技术定量估测番茄叶霉病发病程度以及监测、防治农作物病虫害均具有较高的实用价值。     

关中地区夏玉米抽穗期叶绿素含量的高光谱估算

[目的]利用高光谱数据进行叶绿素估算,为快速获取作物的生长信息、生长诊断及精确管理提供依据。[方法]基于陕西省关中地区抽穗期夏玉米冠层光谱特征及叶绿素含量的测定,运用线性及非线性分析方法建立了基于原始光谱敏感波段和一阶微分光谱敏感波段叶绿素估算模型。[结果]夏玉米抽穗期反射光谱在可见光及中远红外区域,叶绿素含量越高,光谱曲线越向下偏移;在红边区域,叶绿素含量对光谱曲线影响不显著;在近红外波段,叶绿素含量越高,光谱曲线越向上偏移。基于一阶微分光谱敏感波段的夏玉米叶绿素含量估算模型拟合精度要优于基于原始光谱敏感波段估算模型,决定系数R2分别为0.81和0.60,均方根误差(RMSE)分别为2.39,4.41。[结论]基于一阶微分光谱敏感波段建模分析是估测抽穗期夏玉米冠层叶绿素含量的重要方法,对指导西北地区夏玉米种植与生产具有积极的借鉴意义。     

基于PCA和PNN的水稻病虫害高光谱识别

对水稻病虫害准确、快速的识别是采取病虫害防治措施的基础,同时对灾害评估也具有积极意义。该研究选用在水稻孕穗期时测定的两期受稻干尖线虫病危害的水稻叶片光谱数据和于水稻分蘖期时测定的两期受稻纵卷叶螟危害的水稻叶片光谱数据,通过对水稻叶片的光谱特征分析,选用可见光波段（490～670 nm）和短波红外波段（1 520～1 750 nm）,用主成分分析技术（PCA）对上述光谱波段进行压缩,获得主分量光谱,最后结合概率神经网络（PNN）对稻干尖线虫病和稻纵卷叶螟进行识别,结果显示对水稻病虫害的识别精度高达95.65%。研究表明,PCA和PNN相结合,可以实现对多种水稻病虫害进行快速、精确的分类识别。     

Evaluating Modified Atmospheric Correction Methods for Landsat Imagery: Image‐Based and Model‐Based Calibration Methods

Abstract

To increase the accuracy of remotely sensed data for agricultural forecasting, pixel values must be corrected for atmospheric effects and converted to spectral reflectance. The objective of this research was to compare two atmospheric correction methods of Landsat imagery under a range of atmospheric conditions. Ground‐based dark‐object subtraction (GDOS) is an image‐based calibration method that used in situ ground data that the dark‐object subtraction (DOS) method did not use, whereas atmospheric calibration (AC) is a model‐based calibration method that required a standard atmospheric profile refined with the use of in situ atmospheric data. GDOS and AC methods improved the reflectance values and had relationships with measured bands, which were approximately 1 to 1 in all bands. However, the GDOS generally had lower root‐mean‐square errors (RMSE) than AC. Data from this study suggest that at the present time the GDOS method may be more accurate than the AC method.     

不同生育期冬小麦光谱特征对叶绿素和氮素的响应研究

研究测定了不同施氮水平条件下冬小麦冠层在七个典型生育期叶片叶绿素、地上部分全氮含量以及冠层光谱,分析了单波段反射率、可见光和近红外波段组合而成的归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)与相应时期叶片叶绿素和地上部分全氮含量的相关性。结果表明,施氮量增加,两个农学参量、冠层近红外波段反射率都随之增加,但当施氮量增加到300kg hm-(2一次性施入)时,上述各项指标均降低;整个生长期中孕穗期在近红外区域反射率最高,与可见光波段反射率相差最大;除分蘖期外,其它时期单波段510nm～1100nm反射率、NDVI、RVI与叶绿素和全氮含量显著相关,植被指数的相关性较单波段高,且从分蘖期到乳熟期,相关性逐渐增强;整体来讲,可见光中560nm、660nm和近红外760nm、1100nm和1200nm组合的NDVI在各生育期与两个农学指标的相关性较好,选择NDVI(560,760)可以准确拟合叶片叶绿素和地上部分全氮含量。     

GNSS双天线结合AHRS测量农田地形

为分析玉米雄穗对冠层可见光、近红外波段辐射传输特征的影响,运用四维轨道塔吊系统获取连续2 a玉米抽穗期的冠层光谱,并在抽穗初期和末期分别进行了3个梯度的剪穗试验,分析玉米抽穗期冠层二向反射率特征以及雄穗干物质含量特征。结果表明：1）比较抽穗期不同时间冠层反射率的模拟值和实测值得出,在抽穗初期实测值高于模拟值,随着生育期的推进,模拟值逐渐高于实测值。但在可见光波段整个抽穗期实测值均高于模拟值,在近红外波段模拟值总体高于实测值。2）分析不同穗梯度冠层二向反射率特征发现,在可见光波段,太阳主平面和垂直太阳主平面方向上,2个散射方向的无穗反射率值在所有观测角度上均最高,1/2穗次之,全穗最低;近红外波段,在太阳主平面方向,3个穗梯度反射率差异不大,但在垂直太阳主平面方向,后向散射方向反射率值总体高于前向散射方向反射率值,且无穗反射率值依然总体高于1/2穗和全穗;在垂直观测条件下得到相同的结果。3）分析PROSAIL模型模拟值和农学参数相关性,得出模拟值与叶绿素含量、叶面积指数在全波段呈显著负相关,无穗实测值和模拟值分别与叶面积指数和叶绿素含量相关性表现一致。4）在玉米整个抽穗期雄穗鲜质量变化差异较大,而干质量变化差异不大。研究可为修正辐射传输模型、提高模拟精度,使之更好地应用于植被理化参数反演提供科学依据。     

玉米抽穗期雄穗对冠层反射率辐射传输特征的影响

为分析玉米雄穗对冠层可见光、近红外波段辐射传输特征的影响,运用四维轨道塔吊系统获取连续2 a玉米抽穗期的冠层光谱,并在抽穗初期和末期分别进行了3个梯度的剪穗试验,分析玉米抽穗期冠层二向反射率特征以及雄穗干物质含量特征。结果表明：1）比较抽穗期不同时间冠层反射率的模拟值和实测值得出,在抽穗初期实测值高于模拟值,随着生育期的推进,模拟值逐渐高于实测值。但在可见光波段整个抽穗期实测值均高于模拟值,在近红外波段模拟值总体高于实测值。2）分析不同穗梯度冠层二向反射率特征发现,在可见光波段,太阳主平面和垂直太阳主平面方向上,2个散射方向的无穗反射率值在所有观测角度上均最高,1/2穗次之,全穗最低;近红外波段,在太阳主平面方向,3个穗梯度反射率差异不大,但在垂直太阳主平面方向,后向散射方向反射率值总体高于前向散射方向反射率值,且无穗反射率值依然总体高于1/2穗和全穗;在垂直观测条件下得到相同的结果。3）分析PROSAIL模型模拟值和农学参数相关性,得出模拟值与叶绿素含量、叶面积指数在全波段呈显著负相关,无穗实测值和模拟值分别与叶面积指数和叶绿素含量相关性表现一致。4）在玉米整个抽穗期雄穗鲜质量变化差异较大,而干质量变化差异不大。研究可为修正辐射传输模型、提高模拟精度,使之更好地应用于植被理化参数反演提供科学依据。