龙泉山脉中段植被叶绿素含量估算模型研究

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:lihua1114110
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
龙泉山脉中段是成都市的“东部生态屏障”和规划开发重点区域。通过利用定量遥感技术估算植被生化信息参数量,分析不同反演方法的实际应用和适用性,提高其反演模型精度来监测该区域内植被的生长和健康状态是十分有必要的。文章以龙泉山脉中段植被叶绿素为研究对象,通过野外实地采集植被样本,利用便携式光谱辐射计SVC-HR1024i和SPAD-502便携式叶绿素仪分别获取了样品光谱反射曲线和叶片叶绿素含量。基于实测的植被光谱反射率值、实测的叶片叶绿素含量、Sentinel-2A多光谱遥感数据,分析了研究区域内植被的反射光谱特征,并利用ENVI、EXCEL、MATLAB、SPSS22.0等数据分析软件构建估算模型。实验比较评价了植被指数模型、统计分析模型和物理模型的模型精度,最终得到了对龙泉山脉中段植被叶绿素含量进行反演的最佳反演估算模型。叶绿素含量估算为龙泉山中段植被理化参数信息的遥感监测提供了数据基础,也为该区域植被健康状态监测及实现可持续发展提供了参数参考。所取得的研究成果主要包括以下几个方面:(1)影像预处理过程中发现利用传统的FLAASH模块大气校正只能获得Sentinel-2A遥感影像数据大气顶部的反射率ρTOA,要消除下垫面等因素的影响还需要利用Sen2Cor插件作大气校正获取大气底部的反射率ρBOA。Sentinel-2A遥感影像经过大气校正、地形校正、像元分解等预处理后得到了精度更高的冠层光谱,为后续反演分析提供了数据支撑。(2)通过生成的光谱模拟曲线分析可得:在仅考虑叶片尺度和冠层尺度植被自身理化参数影响的情况下发现在400 nm-800 nm波段范围内,叶绿素含量的差异是引起光谱反射率变化的最大影响因素,叶绿素含量越低影响越大。当叶绿素含量为10μg/cm2时,其光谱反射率与健康植被光谱反射率之间的相对误差达到了73.78%;其次是叶面积指数的影响,叶面积指数在仅为0.75时,其误差可达到31.89%;影响最小的是叶片含水量参数,当含水量参数在参考范围内变化,其引起的误差均为1.1%左右,可以忽略不计。(3)在叶片尺度下,基于实测的光谱数据选取了相关系数大于0.7的6个叶片尺度植被指数。其中决定系数最高的植被指数模型为mND705,R2达到了0.8323,标准误差为9.91μg/cm2;基于叶片光谱特征变量构建的统计分析方法中以绿峰面积构建的立方模型精度最高,R2达到了0.7778,标准误差为10.08μg/cm2;以6个植被指数为自变量、实测叶绿素含量为因变量构建的BP神经网络模型决定系数R2为0.7547,标准误差为10.33μg/cm2;以实测叶绿素含量模拟固体退火过程输入模拟退火算法(SA)得到的反演结果决定系数为0.7912,标准误差为10.13μg/cm2。通过精度比较分析可以看出在叶片尺度上,植被指数模型的反演精度要高于统计方法、BP神经网络、SA模型等的精度。并且物理模型中当叶绿素含量低于60μg/cm2,利用物理模型反演得到的预测值总体上要低于实际值,当叶绿素含量高于60μg/cm2,预测值与实际值才更加接近,趋于饱和。(4)在冠层尺度下:基于Sentinel-2A遥感影像数据构建了多光谱数据冠层尺度植被指数,其中决定系数R2最高的是CIrededge(红边植被指数)模型,达到了0.7214,标准误差为56.21μg/cm2。这也进一步说明了红边波段能够较为准确的监测植被健康状态及其冠层叶绿素含量的变化。根据选取的植被指数作自变量构建了冠层尺度下的多元线性回归模型和BP神经网络模型。其中多元线性回归模型的决定系数R2为0.7405,标准误差为56.74μg/cm2;BP神经网络模型决定系数为0.7834,标准误差为48.27μg/cm2。以冠层叶绿素含量输入模拟退火算法(SA)的反演模型决定系数为0.8045,标准误差为47.91μg/cm2。因此通过精度比较可以看出在冠层尺度上,模拟退火算法的反演精度要高于BP神经网络算法,并且物理模型的反演结果在总体上均要优于植被指数模型的反演结果。(5)通过尺度转换概念结合实测叶片光谱数据模拟了冠层光谱反射率数据,基于模拟冠层光谱数据构建了冠层尺度植被指数。其中决定系数R2最高的是OSAVI模型,达到了0.68,标准误差为59.16μg/cm2,这是因为纳入OSAVI进行计算的两个波段800nm和670 nm降低了土壤背景辐射的影响。通过比较分析可以看出,在冠层尺度上基于Sentinel-2A数据构建的植被指数模型精度总体上要高于基于冠层模拟光谱构建的植被指数模型;基于模拟冠层光谱数据构建的植被指数模型更容易受植被自身生化参数、下垫面、水体、土壤背景辐射等因素的影响,可见利用Sentinel-2A影像数据在大范围上监测植被叶绿素含量更有优势,而基于冠层模拟光谱数据则更有利于小区域性的点模型冠层叶绿素含量反演。
其他文献
石墨烯由于它独特的二维结构,而具有优异电导率、高透射性、高机械强度及柔性,是一种很有前景的材料,被广泛应用在很多领域;目前,大晶畴单晶石墨烯的生长研究依然是研究热点,而氧气在大晶畴石墨烯生长中扮演着重要角色;另外对于PMMA转移石墨烯过程中石墨烯表面容易出现残胶颗粒大数量多以及石墨烯器件性能易受到很多接触因素影响等问题;基于上述背景,本文采用铜衬底CVD法研究氧处理对于石墨烯生长的影响,并在氧参与
随着现代光电产业的高速发展,工业上出现了各式各样的精密光学器件,这类器件对集成度的要求极高。而衍射光栅这种基于高集成度,高精密度的结构迎合了这类工业需求而被广泛应用到各类光学器件或系统中。随着高精密仪器的多样化,工业上对衍射器件的结构及性能提出了更高的要求。现在市场上的一部分衍射器件已经满足不了需求,正在被慢慢的淘汰。对于这样一种具有高衍射效率的优秀器件,应该加快对其多样化结构的研究以及性能上做出
背景近年来,慢性肾脏病的患病率在国内外呈逐年上升的趋势,已然成为了困扰全球的公共卫生问题。蛋白尿是慢性肾脏病发生发展的独立危险因素,如何缓解蛋白尿水平对于慢性肾脏
视频运动目标的跟踪研究是人工智能的研究范畴,而工件运动视频的跟踪是工厂企业自动化运行中实行监控的必要手段。目前研究者针对不同的跟踪环境提出了很多跟踪算法,这些算法的提出推动着跟踪技术的发展。但是如何在较差的环境中有效的对光照、遮挡、姿态变化的工件进行跟踪仍需要进一步研究。本文在工件视觉跟踪前对工件进行去噪和分割,针对去噪、分割和跟踪过程中存在的某些不足进行改进,论文的主要研究内容和创新点如下:(1
虽然光声成像结合第二近红外区(NIR II,1000-1700nm)分子探针用于肿瘤诊断在近几十年引起了极大的关注,但由于肝脏富血管化和非特异性的特点,原位肝细胞癌(HCC)的靶向光学成
背景结直肠癌(CRC)的发病率由高到低依次为直肠、乙状结肠、盲肠、升结肠、降结肠及横结肠,是一种比较常见的消化道恶性肿瘤。结直肠癌的发病与生活方式、饮食习惯、遗传等密
研究背景与目的:非霍奇金淋巴瘤(Non-Hodgkin lymphoma,NHL)是一组来自血液系统的恶性肿瘤。世界卫生组织根据病理和组织学特征将NHL分为40多种,其中B细胞来源的占85%左右(B-
本文以NiOH2纳米片阵列和ZnO纳米棒阵列为牺牲模板,在其基础之上制备杂化纳米结构并用于构建电化学传感器,首先利用NiO和Fe2O3之间的协同催化作用,提高了基于NiO/Fe2O3杂化纳米结构的葡萄糖电化学生物传感器的综合性能,同时利用酶化反应中间产物H2O2为检测对象,初步探索了在较低电位下检测H2O2的ZnO/CeO2-x杂化纳米棒阵列和InP/Ni2P纳米片阵列,并对其电化学性能进行表征,
基因治疗作为一种靶向性强、低毒的新型治疗疾病的手段,在医学领域中表现出巨大的应用前景。阳离子聚合物由于具有免疫原性低、结构可控、转染效率较高等优点,成为基因载体领域的研究热点。但其作为基因载体的转染效率和细胞毒性之间存在着逆相关性,一直是严重限制基因递送效率的巨大障碍。这主要归因于阳离子聚合物的分子量,分子量越大,正电荷密度越高,聚合物表现出增强的转染效率以及相应较高的细胞毒性。聚乙烯亚胺(PEI
芳胺类化合物广泛存在于药物分子、天然产物及功能材料中。因此,芳胺的制备一直是有机合成领域的研究热点之一,受到了许多科研工作者的关注。传统制备芳胺的方法主要是通过硝基的还原烷基化来实现,反应需要过渡金属催化,且需要当量的还原剂。近年来,卤代芳烃胺基化合成芳胺的方法已经有相关报道,反应大部分为过渡金属催化。无过渡金属催化的相关反应其反应机理均为S_NAr机制且存在反应条件比较苛刻,需要使用较多的溶剂等