水体强反光环境中无人机多光谱影像的辐射一致性校正

为了提高水体强反光干扰的遥感影像信息提取准确度,该研究以柑橘树冠营养元素水平检测而采集的无人机多光谱影像为对象,对水体强反光造成的相同地物在不同影像上辐射信息不一致现象进行校正,从而提高营养元素水平检测的精度。首先对影像进行暗角校正,然后利用直方图对比度拉伸辅助SIFT（Scale invariant feature transform,SIFT）算法匹配出同名点,根据同名点的DN（Digital number,DN）值,利用RANSAC（Random sample consensus,RANSAC）构建校正模型对影像做相对辐射校正,并进行双边滤波去除噪声,最后经过辐射定标将影像DN值转化为反射率完成辐射一致性校正。为验证校正精度,选择蓝、绿、红、红边和近红外波段反射率以及GNDVI（Green normalized difference vegetation Index,GNDVI）的平均绝对误差（Mean absolute error,MAE）作为评价指标。试验结果表明,和直方图匹配相比,采用本文方法具有较高的校正精度,蓝、绿、红、红边和近红外波段校正后反射率的MAE分别为0.2%、0.5%、0.6%、1.7%和1.2%,GNDVI的MAE为0.3%,有效解决了水体反光造成的光谱失真问题,提高了受水体反光影响的遥感图像利用率,可为后续柑橘树冠营养元素估测提供精确的遥感数据保障。     

匹配点云结合HSI色彩分量的无人机RGB影像信息提取方法

无人机通常搭载可见光波段传感器获取红-绿-蓝（Red-Green-Blue,RGB）影像,由于无人机RGB影像波段较少,影像的地物信息提取存在一定难度。该研究提出了一种匹配点云结合色调-饱和度-亮度（Hue-Saturation-Intensity,HSI）空间色彩分量的无人机RGB影像信息提取方法。首先以饱和度分量和红光波段构造了饱和度与红光比值指数,再结合可见光波段差异植被指数以及由匹配点云获得的地形特征对研究区正射影像进行分类。试验结果表明,本文方法的总体分类精度达到了91.11%,Kappa系数为0.895,证明匹配点云结合HSI空间色彩分量的方法提取无人机RGB影像信息是可行的,提取结果具有较高精度。相较于基于光谱特征的传统方法,该文方法引入匹配点云可以简单高效地提取影像中高程差异明显的地物,同时,结合HSI色彩分量能够有效弥补无人机RGB影像光谱特征较少的不足。     

基于高光谱成像的肉品检测去条带噪声方法

推扫式高光谱成像系统通常因电荷耦合器件（Charge Coupled Device,CCD）各像元响应不一致而产生条带噪声,该研究以猪肉为研究对象,设计一种基于多块标准反射率板进行逐波段逐像素相对辐射定标的去除条带噪声方法。该方法基于最小二乘法,利用不同反射率标准板的反射率值与CCD输出值,采用多项式拟合出接近于各个波段逐像元真实响应函数的拟合响应函数;选取每一波段图像中的任一像元作为参考,将其余像元与参考像元的拟合响应函数做差,作为其余像元的补偿函数,再采用样本的输出值加补偿值以校正样本。分别采用逐波段逐像素相对辐射定标法和传统矩匹配法对猪肉高光谱图像进行处理,并以四阶标准反射率板各反射区均值与参考值的绝对误差评估反射率校正结果。结果表明,逐波段逐像素相对辐射定法在有效去除条带噪声的同时,不会产生新的噪声,同时能够保持原始图像的灰度分布,校正后图像条带系数最大值比原始图像减少63.5%;相比矩匹配法,反射率误差大幅下降,其中条带系数最大波段（200波段）4个反射区的绝对误差为0.003～0.089,随机抽取波段（300波段）4个反射区的绝对误差为0.009～0.083。该研究为消除条带噪声提供了一种可靠方法,同时为提高后续基于推扫式光谱成像的指标空间可视化精度奠定了良好的基础。     

结合非子采样轮廓变换和形态收缩算子的多源遥感影像配准

针对多源遥感影像自动配准中难以提取大量同名特征点的问题,提出了一种结合非子采样轮廓变换和形态收缩算子的自动配准算法。结合非子采样轮廓变换和形态收缩算子的特征提取算法能够克服角度和尺度偏差,在多方向、多尺度空间精确提取强边缘上的关键结构特征点;基于低频波段的归一化互信息匹配算法和三角形一致检验算法能够提取到大量高可靠性的同名特征点对,保证了多源遥感影像的高精度配准。文中选取角度和尺度偏差显著的SPOT-5(P)和ASTER影像组合进行试验,结果证明以上算法能够检测到大量分布均匀的同名特征点对,配准模型精度趋近于1个像元。该研究可为多源遥感数据的融合和目标识别提供前提条件。     

基于无人机可见光影像的农田作物分类方法比较

大面积农田种植信息的准确获取是精准农业的基础。色彩空间转换、纹理分析和颜色指数等方法能够有效的增强和挖掘影像潜在的信息,对影像分类很有帮助,该文利用2016年9月获取的无人机影像对新疆兵团第八师149团的部分农田进行了作物类型的提取研究。首先对影像进行了色彩空间转换和灰度共生矩阵纹理滤波,得到了27项色彩与纹理特征,通过比较变异系数和差异系数认为亮度、饱和度和红色二阶矩可以作为最优分类特征。其次计算影像的过绿指数(excess green index,EXG)和可见光波段差异植被指数(visible-band difference vegetation index,VDVI),通过阈值对比确定了EXG指数可以有效的区分不同作物类型。最后对比以上2种方法计算得到的分类结果,表明基于色彩与纹理特征提取的作物类型的精度较高,将该方法应用于棉花、玉米和葡萄的分类,误差值分别为7.2%、4.75%和2.37%,明显高于基于颜色指数的提取方法,是一种行之有效的无人机数据作物分类方法。该研究虽未对更大区域做进一步探讨,但可为无人机应用于农田作物分类提供参考。     

用多辐射校正水平遥感数据提取植被叶面积指数的精度分析

选用南京市SPOT5 HRG图像的地物反射率(PAC)、表观反射率(TOA)、星上辐射率(SR)和灰度值(DN)影像,提取了2种植被指数(VI),即归一化植被指数(NDVI)和比值植被指数(RVI),与地面实测的植被叶面积指数(LAI)进行了相关分析,并建立了157个LAI-VI关系模型。结果显示:LAI与VI呈显著的正相关关系(r=0.303~0.927,p0.01),对应不同植被的优选模型自变量包括了3个辐射校正水平的2种植被指数,可见基于不同辐射校正水平的植被指数在LAI遥感反演中具有一定的应用潜力。这些优选模型为:阔叶林:LAI=-3.345+5.378RVISR+7.329NDVISR(R2=0.818,RMSE=0.527),针阔混交林:LAI=1.696+17.076NDVIDN+137.684(NDVIDN)2-288.240(NDVIDN)3(R2=0.919,RMSE=0.440),灌木:LAI=-0.065+19.112NDVISR-113.820(NDVISR)2+184.207(NDVISR)3(R2=0.900,RMSE=0.448),草地:LAI=-5.905+6.446RVISR+9.477NDVISR(R2=0.944,RMSE=0.378),植被总体:LAI=-1.615+7.199NDVIDN+2.640NDVISR+2.105RVIPAC(R2=0.801,RMSE=0.668)。研究表明,基于不同植被类型、不同辐射校正水平影像的LAI遥感估算有利于充分挖掘遥感影像信息,进而提高LAI估算的精度。     

基于无人机遥感影像的玉米苗期株数信息提取

准确、快速地获取玉米苗期株数对于育种早期决策起着至关重要的作用。该文利用2017年6月于北京市小汤山镇采集的无人机影像,首先对比分析RGB、HSV、YCbCr及L*A*B 4种色彩空间,变换优选HSV颜色模型对无人机影像前景(作物)与后景(土壤背景)进行分割,得到分类二值图。然后利用骨架提取算法及多次去毛刺处理等数学形态学流程提取玉米苗形态,得到高精度作物形态骨架,结合影像尺度变换剔除噪声影像,将影像分为多叶、少叶2类,经Harris、Moravec和Fast角点检测识别结果对比,Harris角点检测算法可以较好地提取玉米苗期影像的株数信息。结果表明,少叶类型识别率达到96.3%,多叶类型识别率达到99%,总体识别率为97.8%,将目前传统影像识别精度提高了约3%。同时在多个植株叶片交叉重叠覆盖的情况下,该文的研究方法有良好的适用性。通过无人机影像提取玉米苗期作物准确数目是可行的。该文采用了数学形态学的原理,通过HSV色彩空间变换得到的二值图,从无人机影像中识别提取玉米苗期形态信息,利用影像尺度缩放变换去除噪点,优化骨架识别算法使得识别精度大大提高,最后采用角点检测从无人机影像中直接读取玉米材料小区内的具体数目,该方法节省了人力物力,为田间大面积测定出苗率及最终估产提供了参考。     

直方图匹配算法进行坡度变换的精度评价

为了减小DEM分辨率下降所引起的地形坡度变缓效应,对直方图匹配算法在空间域上的精度进行验证,以山东丘陵北岩子口沟小流域为研究区,将研究区低分辨率坡度数据和高分辨率坡度数据进行直方图匹配,并对匹配后数据多项频率域和空间域指标进行评价。结果表明:直方图匹配算法可以很好地还原整幅图像坡度的最大值和平均值,地形粗糙程度得到了很好地恢复,但处理后的坡度相对于基准数据的中误差和误差标准差分别为23.5°和49.85°,与未处理的数据相差无几,说明算法只对地形统计特征的改善有效,对于实际地形的还原能力还有待改进。     

基于HJ-CCD与TM影像的水稻LAI估测一致性分析

针对传感器参数与Landsat-5 TM较为相近的环境减灾小卫星HJ-CCD影像可否适用于水稻叶面积指数（LAI）估测的问题,该文利用同为2009-07-13获取的安徽省境内相同范围的HJ-CCD影像和TM影像,结合地面同步调查数据,分别从影像原始波段相关性、反演模型精度及LAI空间分布趋势3个方面,对两类数据在水稻LAI估测上的一致性进行分析和评价。结果表明,两类影像原始波段反射率相关性较高,基于两类影像的单变量、多变量模型在精度上一致性较高,估测所得的LAI在空间分布上也具有较高的一致性,数据集中分布的区间较为一致。因此,该研究初步证明将HJ-CCD影像用于水稻LAI估测在总体上是可行的。但同时,由于基于两类影像构建的模型在形式上存在一定程度的差异,据此得到的LAI填图结果的数据分布在某些区间内亦略有差异。因此,在应用中应注意针对不同数据源进行独立建模分析,不可相互套用模型。该研究一定程度上为有着重访周期短、覆盖范围宽等优势的国产中分辨率遥感数据在农业领域的应用提供依据。     

基于GF-1与Landsat-8多光谱遥感影像的玉米LAI反演比较

近年来,中国遥感事业已取得长足进步,高分一号(GF-1)卫星首次实现了中国自主研发的高分辨率对地观测。为探讨国产GF-1卫星影像在农业遥感长势监测中的适应性,以许昌地区为研究对象,选取同期Landsat-8卫星影像,结合地面采样数据LAI,从传感器光谱响应特征、经验回归模型监测精度以及LAI空间一致性等3方面进行2类遥感数据的对比评价。结果表明,GF-1影像近红外、红、蓝波段光谱响应与Landsat-8有差异,与绿波段光谱响应非常吻合,各波段光谱反射率与Landsat-8影像同类光谱间均存在显著线性关系。通过各波段组合多种归一化植被指数,采用经验回归模型反演LAI发现,GF-1影像反演的最优模型为NDVI的指数模型,R2为0.848,Landsat-8影像反演的最优模型为蓝红组合的归一化植被指数(blue-red NDVI,BRNDVI)的指数模型,R2为0.687,2类影像反演LAI与地面实测值均呈现较为一致的线性关系。由许昌地区玉米LAI值空间分布可见,GF-1影像反演的玉米LAI值与Landsat-8影像反演值过渡趋势一致,在许昌西部种植结构复杂地区,GF-1影像以其空间分辨率优势更能凸显LAI分布差异。通过该文研究表明,GF-1卫星的高时间分辨率以及高空间分辨率特征能够代替传统中分辨率数据成为农业遥感长势监测中的重要数据源,该数据在农业遥感其他领域的应用是今后研究的重点。     

山地果园树盘覆盖气象效应初步研究

通过用不同材料对山地果园中的桃树进行根盘覆盖,并对其气象效应及与桃子产量品质的关系进行研究,结果表明：（１）各处理与对照相比,桃树内膛的总辐照均有所提高,其中以银膜覆盖增幅最大,其增加率约为２４％;（２）覆盖改善了土壤的物理特性,即使土壤的湿度和孔隙度比对照有所加大;（３）与对照相比,覆盖使果子的产量品质有所提高, 银膜覆盖最为显著。（４）各种覆盖措施,以银膜的气象效应最为显著,以覆草最为经济实用     

PAR transmittances of dry and condensate covered glass and plastic greenhouse cladding

In this study, the angular transmittances over the photosynthetically active radiation (PAR) range of two types of glass (single glass (SG) and low emissivity glass (LEG)) and three types of plastic films (low density polyethylene (LDPE), anti-drop condensation polyethylene (ADCPE) and photoselective diffusive polyethylene (DPE)) were determined experimentally in the laboratory. The measurements were performed on dry as well as on condensate covered materials, since condensate frequently occurs on a greenhouse cladding material. Based on the angular measurements, the transmittance of diffuse PAR incident on a 25° inclined slab was calculated. For the dry state, it was found that the PAR transmittance decreased with increasing photoselectivity of the materials. When covered with condensate, the PAR transmittance of the glass plates was only reduced at incidence angles higher than 15° by at most 20% on a relative scale, while the transmittance of non-anti-drop condensation films was especially reduced at small angles of incidence by at most 25%. Due to the addition of anti-drop condensation agents to a plastic film, the PAR transmittance of the film was not affected by the condensate and, therefore, showed the highest PAR transmittance in the wet state. For the photoselective cladding materials, the spectral dependency of the transmittance was only slightly changed by the condensate.     

栾城地区光合有效辐射的测量与计算*

2005年7月19日-2006年9月30日,在河北栾城对太阳辐射包括光合有效辐射QPAR、可见光辐射QVIS、总辐射Q等气象参数开展了4次综合观测,初步得到了QPAR、QVIS等的变化特征。观测表明,小时累计之比QPAR/Q、QVIS/Q、QPAR/QVIS相对稳定,其平均值分别为1.94mol.MJ-1、0.39、4.95mol.MJ-1,同时它们均表现出明显的日、逐日、季节变化特征,并受到水汽、气溶胶、云等因素的影响。建立了计算实际天气QPAR、QVIS小时累计的经验公式及QPAR与QVIS转换关系式,计算值与观测值均吻合较好。在考虑水汽和散射因子时,QPAR、QVIS计算值与观测值的相对偏差分别为14.4%、13.9%;限于资料缺乏,也可仅考虑水汽因子的作用,此时QPAR、QVIS的相对偏差分别为15.2%、14.2%。利用比值法计算QPAR、QVIS时,水汽因子具有重要作用,气溶胶因子的作用远弱于水汽因子,但仍需要考虑。     

逐日太阳辐射的模拟计算

在分析国内外太阳辐射估算方法的基础上,建立了一种简单实用、易操作的模拟逐日太阳辐射的方法,仅需要输入站点的日照时数和地理信息。对我国不同区域9个代表站点的模拟结果与实际观测结果进行比较与统计检验,结果表明:模拟值与实测值之间相关显著(相关系数为0.81~0.93),模拟得到的晴空辐射值与多年实际观测最大值基本一致。该模拟方法的平均误差为16.5%,平均偏差、平均绝对偏差和均方根偏差分别为0.77、2.09和2.65MJ.m-2.d-1。但此方法对于特定环境区域的模拟参数还需调整。     

Study of different climatic conditions to assess the role of solar radiation in reference crop evapotranspiration equations

This study aims to assess radiation-based models versus the FAO Penman–Monteith (FPM) model to determine the best model using linear regression under different weather conditions. The reference evapotranspiration was estimated using 22 radiation-based methods and was compared with the FPM. The results showed that the Stephens method estimates the reference evapotranspiration better than other methods in the most provinces of Iran (nine provinces). However, the values of R² were more than 0.9930 for 24 provinces of Iran. The radiation-based methods estimated the reference evapotranspiration near the Caspian Sea better than other regions. The most precise methods were the Berengena–Gavilan, Modified Priestley–Taylor, and Priestley–Taylor methods for the provinces ES (center of Iran), GI and GO (north of Iran) and the Stephens–Stewart method for IL (west of Iran). Finally, a list of the best performance of each method has been presented to use other regions and next research steps according to the values of mean, maximum, and minimum temperature, relative humidity, solar radiation, elevation, sunshine, and wind speed. The best weather conditions to use radiation-based equations are 23.6–24.6 MJ m^?2 day^?1, 12–20°C, 18–24°C, 5–13°C, and <180 hour month^?1 for solar radiation, mean, maximum, and minimum temperature, and sunshine, respectively.     

条带间作下矮秆作物行间辐射差异的模拟与分析

间作是未来中国解决粮食安全的一种重要途径,提高间作内光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR)的利用效率对于提高作物单产具有重要意义。该文针对Munz模型中对于窄条带间作下模拟精度降低的问题,引入了玉米叶面积密度随冠层深度的分布函数,并基于试验测量的辐射重新获取了散射辐射消光系数,实现了窄条带间作系统中不同行矮秆作物冠顶瞬时PAR的模拟。试验设置了3∶6和2∶3两种玉米/大豆间作处理,并进行不同天气条件下各行大豆冠顶PAR模拟值与测量值的比较。结果显示:两者之间具有较好的一致性,决定系数(R2)的范围为0.76~0.99,3∶6间作大豆中行的均方根误差(root mean square error,RMSE)范围为59.1~76.4μmol/(m2·s),内行为76.8~99.7μmol/(m2·s),边行为97.2~157.8μmol/(m2·s);2∶3间作大豆中行RMSE的范围94.9~129.5μmol/(m2·s),边行为125.8~181.0μmol/(m2·s)。结果表明:模型能够较好模拟一天中各行大豆冠顶PAR的变化规律,并能基本反映各行全天累积PAR的差异,且3∶6间作的模拟精度优于2∶3间作,内行优于边行。研究可为条带间作系统内不同行矮秆作物的生长及产量差异提供理论基础和依据。     

低能氮离子束与UV-B增强对水稻光合及蒸腾速率的影响

为进一步探索缓解增强UV-B辐射对植物光合系统损伤效应的方法,该文研究了在3种不同剂量低能氮离子束的作用下,增强UV-B辐射对水稻光合作用日变化以及光合色素含量的影响。结果表明,增强UV-B辐射(16.46 kJ/m2·d)降低了水稻孕穗前期叶片的净光合率（Pn)、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）以及叶绿素a（Chla）和叶绿素b（Chlb）的含量,而提高了水分利用率（WUE)、类胡萝卜素的含量以及叶绿素a与b（Chla/Chlb）的值。与单独增强UV-B辐射处理相比,剂量为3.0×1017 N＋/cm2的低能氮离子束和增强UV-B辐射复合处理显著的提高了Pn、Tr、Gs、Ci以及光合色素含量等指标。因此,剂量为3.0×1017 N＋/cm2的低能氮离子束处理可能缓解了增强UV-B辐射对水稻造成的损伤。研究结果可为深入探索离子束生物技术和多种诱变源对水稻生理特性的综合效应提供参考。     

Response of three eastern tree species to supplemental UV-B radiation: leaf chemistry and gas exchange

Quantitative changes in foliar chemistry in response to UV-B radiation are frequently reported but less is known about the qualitative changes in putative UV-screening compounds. It has also not been conclusively shown whether qualitative differences in screening compounds or differences in localization patterns influence the sensitivity of plants to damage from UV-B radiation and there is some question as to whether differences in the amounts of soluble screening compounds correlate with physiological sensitivity to UV-B radiation. This study represents the first part of a multiple-year study designed to answer the above questions. In this study we evaluated whether differences in soluble UV-screening compounds were linked with possible effects on gas exchange and photosynthetic carbon assimilation. Branches of mature trees of sweet gum (Liquidambar styraciflua), tulip poplar (Liriodendron tulipifera) and red maple (Acer rubrum) were exposed to supplemental levels of UV-B radiation over three growing seasons. Controls for UV-A were also measured by exposing branches to supplemental UV-A only and additional branches not irradiated were also used for controls. These species demonstrated differing levels of screening compounds with poplar being the most responsive in terms of epidermal accumulation of phenolics. These were separately identified as flavonols, chlorogenic acid and hydroxycinnamates (HCAs). Red maple had the highest levels of constitutive UV-absorbing compounds but these showed little response to supplemental UV-B radiation. Leaf area was marginally influenced by UV exposure level with both UV-A and UV-B tending to reduce leaf area in red maple and poplar and increase it in sweet gum, when averaged over the 3-year period. Assimilation was generally not reduced by UV-B radiation in these species and was enhanced in red maple by both UV-B and UV-A and by UV-A in sweet gum. These findings are consistent with a hypothesis that epidermal attenuation of UV-B would only be reduced in poplar, which accumulated the additional epidermal screening compounds. It is possible that photosynthetic efficiency was enhanced in red maple by the increased absorption of blue light within the mesophyll due to elevated levels of HCAs. Stomatal conductance was generally reduced and this led to an increase in water use efficiency (WUE) in red maple and poplar. Since few detrimental effects of supplemental UV-B were observed, these results suggest that these tree species utilized a range of UV-screening compounds and deposition patterns to achieve UV-B tolerance and further, that subtle responses to UV-B could have ecological significance in the absence of reduced productivity or photosynthetic efficiency.     

山楂(Crataegus pinnatifida Bge)辐射诱发突变的研究

本研究以~(60)Coγ射线辐照山楂萌动的1年生枝和1年生苗木。结果表明,处理苗木随着剂量的增加,辐射损伤加重,萌芽植株大大减少,采用短截落干使苗株下部芽萌发;在低剂量处理范围内,苗木受辐射损伤的程度随着粗度的增加而降低。以不同剂量处理萌动的1年生枝,在不同品种间的反应有一定的差异,密云品种经处理,多数枝系果实变小,大金星品种经处理,枝系的果实向变大与变小的方向发展。经处理果实种子减少不显著。本试验选出了大果型、短枝丰产型及短果柄观赏型的几个优良突变系。