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文檔簡介
1、葉綠素是作物進行光合作用的主要載體,是檢測作物光合作用能力和生長發(fā)育狀況的重要指標。傳統(tǒng)的葉綠素含量實驗室化學測定方法,費時、費力,不利于大面積監(jiān)控作物長勢狀況。而近年來快速發(fā)展的遙感技術以其監(jiān)測速度快、成本低、面積大等優(yōu)點,為作物葉綠素含量的反演提供了一種新的技術方法。因此,基于遙感技術反演作物葉綠素含量具有重要的理論與現(xiàn)實意義。
本研究以“蘋果之都”之稱的山東省棲霞市為研究區(qū),以Sentinel-2A遙感影像和近地面實測的
2、蘋果樹冠層高光譜數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源,遙感反演蘋果樹冠層葉綠素含量。首先,利用余弦校正和Minnaert模型,對大氣校正后的遙感影像進行地形輻射校正;在結(jié)合近地面實測蘋果樹冠層高光譜數(shù)據(jù)進行混合像元分解的基礎上,進行蘋果樹冠層反射率反演;然后,在借鑒前人已構建的植被指數(shù)的基礎上,以Sentinel-2A影像的藍光、綠光、紅光、紅邊與近紅外波段數(shù)據(jù)構建的植被指數(shù),篩選蘋果樹冠層葉綠素植被指數(shù);最后,基于植被指數(shù)構建蘋果樹冠層葉綠素含量的反演模型并
3、進行檢驗,對比分析多種模型的精度,優(yōu)選出最佳的反演模型。主要研究結(jié)果如下:
?。?)進行了蘋果樹冠層反射率反演及精度分析
對Sentinel-2A多光譜遙感影像進行了大氣校正,在此基礎上,使用余弦校正和Minnaert模型對研究區(qū)進行了地形輻射校正。其中,Minnaert模型校正后,影像的均值和標準差均小于余弦校正后影像,其影像的均值接近于大氣校正影像的均值,很好地去除了地形陰影,降低了陰陽坡對比度,消除或減弱了地形的
4、影響,得到了地表反演反射率。結(jié)合近地面實測數(shù)據(jù),利用線性模型對地表反演反射率影像進行了混合像元分解,得到了蘋果樹冠層的反演反射率。通過對影像進行處理,表觀反射率、地表反演反射率、冠層反演反射率與冠層實測反射率的相對誤差是逐步降低的。冠層反演反射率的數(shù)值和冠層實測反射率的值是最為相近的,波段2~8A的相對誤差為14.4%、14.6%、9.5%、10.1%、1.6%、0.4%、1.4%和2.0%,說明通過各種影像處理得到了更加真實的冠層光譜
5、,為后續(xù)分析提供了精度保證。
(2)構建及篩選了蘋果樹冠層葉綠素植被指數(shù)
通過綜合考慮綠色植被的光譜特性及Sentinel-2A影像的波段,借鑒RVI、CI、NDVI的構造原理及形式,以Sentinel-2A的藍光波段2、綠光波段3、紅光波段4、紅邊波段7、近紅外波段8和近紅外波段8A構建了12種植被指數(shù),通過與葉綠素含量進行相關性分析,并對植被指數(shù)進行自相關性分析,優(yōu)選出了3個植被指數(shù)系列,為系列1(RVIblue
6、+RVIred+RVIre)、系列2(CIblue+CIred+CIre)和系列3(NDVIgreen+NDVIred+NDVIre)。
?。?)建立與驗證了蘋果樹冠層葉綠素含量反演模型
以植被指數(shù)系列1、系列2和系列3分別為自變量,蘋果樹冠層葉綠素含量為因變量,建立了BP神經(jīng)網(wǎng)絡反演模型和支持向量機回歸反演模型。以NDVIgreen+NDVIred+NDVIre植被指數(shù)建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡反演模型3的建模及檢驗的決定系
7、數(shù)(Rc2=0.674,Rv2=0.601)均大于BP神經(jīng)網(wǎng)絡反演模型1和模型2,均方根誤差(RMSEc=0.169,RMSEv=0.185)都小于模型1和模型2,反演效果比較好。以NDVIgreen+NDVIred+NDVIre植被指數(shù)建立的支持向量機回歸反演模型3的建模及檢驗的決定系數(shù)均大于支持向量機回歸反演模型1和模型2,分別為0.729和0.667,均方根誤差都小于模型1和模型2,分別為0.159和0.178,反演效果比較好。支
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