基于多光谱数据的植被水分反演及其在旱情评估中的应用分析

植被作为干旱的承载体,其含水量的变化反映了旱情的时空分布以及受旱程度。文章从监测原理、植被水分表征以及遥感数据反演模型等三个方面,开展了基于多光谱遥感数据的植被水分反演方法研究。以2010年春季西南四省为应用案例,进行了植被水分的反演和时空分析,并与气象数据进行了相关性分析。结果表明:在2010年旱情中,降水对植被水分变化具有一定的影响;然而由于植被吸收降水的过程是一个滞后的过程,因而降水的变化对植被水的影响也存在一定滞后效应。在上述分析基础之上,从时间和空间尺度对植被水分在旱情监测和评估中的应用进行了评价。通过时间合成以及与其他数据(如历史数据)的结合,可克服多光谱数据的自身不足,提高多光谱遥感数据在旱情监测和评估的应用性。     

高光谱遥感监测土壤含水量研究进展

土壤含水量是监测旱情墒情的关键参量,近年来在利用高光谱遥感数据监测土壤含水量方面,国内外进行了大量的研究。文章首先在分析利用不同波段监测土壤含水量的原理及优缺点基础上,指出高光谱遥感监测的独特优势和问题。并以此为出发点,从机理上归纳了土壤含水量对土壤反射率的整体影响,以及对不同波段响应的差异。在此基础上,从物理机理和统计方法两个方面,总结了土壤含水量与土壤反射率的关系。并分析和评价了各模型及统计方法中的关键问题和优缺点。以往研究土壤含水量与土壤反射率关系的实验方法中往往存在一些问题,文章也一一指出并提出了解决方案。同时,探讨了高光谱在消除植被影响,更好地反演土壤含水量方面的可行性。最后对未来的研究方向进行了展望。     

基于实测高光谱和电磁感应数据的区域土壤盐渍化遥感监测研究

以新疆渭干河—库车河三角洲绿洲为例,利用实测得到的不同盐渍化程度的盐渍土高光谱数据和电磁感应数据(EM38)协同构建土壤高光谱盐分指数遥感监测模型,将该模型通过尺度效应转换用于校正传统的Landsat-TM多光谱遥感影像的土壤盐分光谱指数,用校正过的TM影像进行区域土壤盐分的反演,并利用实测土壤盐分数据对反演结果进行分析与验证。结果表明：将高光谱和电磁感应数据与多光谱遥感技术相结合进行区域土壤盐渍化信息的提取,其精度和反演效果(R2=0.799 3,p<0.01)明显优于传统多光谱遥感方法中单纯利用土壤盐分指数所建立的监测模型(R2=0.587 4,p<0.01),为今后更好地实现土壤盐渍化的高精度遥感动态监测研究提供了科学依据。     

基于航空高光谱的黑土地硒含量反演研究

硒元素是人体必需的微量元素,研究土壤硒含量对区域土地质量和农作物经济价值均有重要意义。为了快速、准确地评价土壤硒含量分布状态,引入航空高光谱技术开展土壤硒元素含量反演。选择黑龙江省建三江地区作为研究区,采用CASI/SASI航空高光谱数据、ASD地面光谱数据和土壤样品硒含量数据,基于硒含量与光谱反射率的相关性和定量关系,采用偏最小二乘法构建了回归模型并开展研究区土壤硒含量遥感反演,模型决定系数达到0.721。利用地球化学数据进行反演结果的验证,对比结果表明反演数据可靠。     

土壤含盐量与电导率的高光谱反演精度对比研究

探明土壤盐渍化的高光谱遥感监测机理,对改善高光谱遥感监测精度具有重要意义。以南疆地区温宿县、和田县、拜城县的水稻土为研究对象,通过分析土样的高光谱数据和室内测定的盐分与电导率数据,研究了耕作土壤含盐量与电导率的关系,并比较了含盐量和电导率与不同光谱指标的相关性以及二者高光谱反演的精度。结果表明,南疆水稻土的含盐量与电导率的相关性较低,二者之间的关系因地区差异而有较大的变化;含盐量与反射率、一阶微分、连续统去除之间的相关性要优于电导率,特别在一些土壤盐渍化的敏感波段尤为突出;以含盐量建立的多元线性回归、主成分回归、偏最小二乘回归模型的决定系数和相对分析误差均高于电导率。研究表明高光谱信息对土壤含盐量的响应比电导率更敏感,以含盐量为监测指标的高光谱反演精度明显要优于电导率。该结果可为提高土壤盐渍化高光谱遥感监测精度提供理论依据。     

实测高光谱和HSI影像的区域土壤盐渍化遥感监测研究

通过典型研究区不同盐渍化土壤光谱反射率数据的变换和分析,选择与土壤含盐量响应敏感波段,建立实测高光谱土壤含盐量反演模型,以校正HSI影像建立的土壤含盐量反演模型。结果表明：实测高光谱土壤含盐量反演模型与HSI影像土壤含盐量反演模型均有较好的精度,模型判定系数(R2)均高于0.57,且模型稳定性较好。校正后的HSI影像土壤含盐量反演模型,模型判定系数有了较大提高,R2从0.571提升至0.681,且通过了0.01的显著性水平,均方根误差(RMSE)值为0.277。模型能够较好地提高区域尺度条件下土壤盐渍化监测精度,运用此方法开展盐渍化土壤定量遥感监测是可行的。     

微分算法的艾比湖湿地自然保护区土壤有机质多光谱建模

针对以往利用高光谱数据来来反演土壤有机质（SOM）的可行性与可靠性,结合微分处理对光谱数据信息提取的高效性,提出了直接对多光谱遥感影像进行微分处理就可得出SOM建模研究,旨在为今后SOM速测提供参考。采用Landsat 8_OLI 多光谱遥感影像数据,对多光谱遥感影像进行辐射定标、几何校正、大气校正、镶嵌和裁剪,运用IDL软件对影像进行一阶微分处理和二阶微分处理,发现一阶微分图像能够更好地表达地物的真实情况,更好地区别水体与土壤。原始遥感影像包含大量的信息其中还包括噪声,通过微分处理后的遥感影像剔出了原始影像中反射率值突兀变化的部分。在研究区采用五点法采集土壤样品。室内实验用重铬酸钾氧化-容量法测得SOM数据。多光谱数据结合地面实测SOM数据,分析SOM与多光谱数据反射率的关系,发现一阶微分处理后的遥感数据与SOM含量的相关性存在敏感波段,说明一阶微分处理可以将原始遥感图像数据在多光谱范围内的一些隐含的土壤有机质信息释放出来。选取相关性高的数据建立基于原始遥感数据、一阶微分数据、二阶微分数据的单波段多光谱线性模型和多波段多光谱线性模型,选取最优模型来估算和反演土壤有机质含量。结论如下：（1）通过对原始影像进行微分处理发现,微分处理后的影像变化明显,一阶微分处理的影像噪声降低,更加突出了影像中土壤有机质隐藏的信息。二阶微分处理的影像抑制了土壤有机质信息。（2）原始遥感影像各波段数据对土壤有机质含量的相关性较低,一阶微分处理后的遥感影像数据反映出土壤有机质敏感波段即部分波段数据相关性明显高于原始数据,二阶微分处理后的遥感影像各波段数据对土壤有机质含量的相关性较弱。（3）多波段建模效果要优于单波段建模;一阶微分多波段模型预测精度最优,其模型的决定系数和模型拟合的决定系数分别为0.898和0.854,该模型对估算研究区内的SOM含量效果较好;综合比较了单波段模型和多波段模型的拟合精度,发现无论在单波段模型还是多波段模型一阶微分处理后的模型都具有更好的预测能力。（4）基于一阶微分多波段模型对研究区SOM进行反演,反演结果与实际情况相符合,对干旱区SOM含量制图提供了切实可行的方法和参考。     

多角度偏振高光谱的农田土壤肥力模型研究

随着精准农业这一理念的提出，快速精确获取农业信息成为人们关注的重点。偏振遥感因其结合了多角度遥感的特点，高光谱遥感和微波遥感的特点，从而能在不破坏地物的基础上提高探测和识别地物的准确度。以往的研究主要以单一土壤肥力指标为主。该实验通过实测吉林省典型地区农田土壤在不同状态下的光谱曲线，探讨了在确定最佳观测条件下的土壤肥力综合指标IFI与土壤光谱曲线的关系。结果表明光线探测天顶角、探测方位角、偏振状态均会在一定条件下影响土壤光谱曲线，但对光谱的形状和走向影响不大。在保证设备可达条件下，设计出遥感中监测土壤肥力的最佳方式。通过对光谱数据进行一阶微分和倒数的对数运算，在选定的特征波段上建立相应的肥力模型。结果表明土壤肥力与光谱反射比呈现明显的负相关关系，和光谱吸光度呈现明显的正相关关系，与光谱反射比的一阶微分相关关系不确定。在利用光谱反射比、光谱一阶反射比和吸光度特征参数进行土壤肥力估算时，发现光谱反射比与土壤肥力的二次函数拟合优度最佳，在560和860 nm处决定系数分别达到0.876和0.867。     

基于野外实测数据的珊瑚礁不同底质光谱可分性及珊瑚色素影响分析

珊瑚礁遥感监测的任务之一是获取底栖物质的组成及分布,但由于珊瑚礁存在较强的空间异质性及复杂的光谱,使得目前利用遥感技术进行底栖物质信息提取还存在较大难度。珊瑚礁不同底栖物质的光谱特性是开展珊瑚礁遥感监测的基本先验知识,但目前关于不同珊瑚种类的光谱特性分析研究较为匮乏。本研究基于野外实测光谱数据和模拟卫星遥感数据,开展珊瑚礁不同底质类型的光谱特性研究,特别是针对不同造礁石珊瑚种间及种内的光谱差异进行比较分析,并探讨不同珊瑚体内色素组成对珊瑚光谱特性的影响研究,最后甄选了四种常用卫星数据,通过数值模拟探讨了不同底质类型的光谱可分性。结果显示,利用反射光谱曲线值的大小能较好的识别沙和白化珊瑚,而利用蓝绿红波段反射率的一阶微分值能有效识别出海藻、海草和健康珊瑚。对于不同种类的珊瑚而言,科、属、种、珊瑚形状、珊瑚颜色的不同均会对珊瑚的反射光谱造成影响。叶绿素含量（包含叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c）与珊瑚反射光谱值相关性较好,是影响珊瑚光谱反射率的主要因素之一,虫黄藻密度在一定程度上也能影响珊瑚光谱反射率,但不如叶绿素影响明显,其密度的高低会影响珊瑚光谱在局部波段的峰值特征。在目前常用的多光谱卫星数据中,Landsat8数据具有可观测近岸的蓝波段,具备识别沙、白化珊瑚、海藻、健康珊瑚、海草的能力,而IKONOS和Quickbird可识别沙、白化珊瑚和海草。相对而言,SPOT5表现较差,仅能识别沙和白化珊瑚。在不同种类珊瑚的识别方面,多光谱遥感数据由于无法捕捉特征波段,需要采用具有高空间分辨率的高光谱遥感数据进行有效识别。在今后的工作中,将进一步扩大珊瑚礁底质样本数据集,并建立珊瑚礁光谱库,为今后我国珊瑚礁遥感监测体系建立提供数据支撑。     

基于高光谱数据和模型反演植被叶面积指数的进展

植被叶面积指数(Leaf Area Index , LAI)是陆面过程中影响陆-气交换的重要参数,也是表征植被冠层结构最基本的参量之一。准确而快速地获取LAI是植被-气候相互作用、植被生态和农作物估产研究不可缺少的工作。本文首先针对LAI和高光谱遥感进行概述,然后从不同平台高光谱传感器数据和不同反演方法两个角度总结了国内外近些年来高光谱遥感LAI的研究进展,最后分析了高光谱遥感反演LAI的未来发展方向。     

基于SWIR-Red光谱特征空间的农田干旱监测新方法

干旱是一种频繁发生的自然灾害,遥感监测干旱已成为重要的研究方向。可从农田遥感干旱监测最主要的两种地物类型(植被和土壤)的光谱特性分析入手,选择了对水分变化敏感的红光、短波红外波段来监测干旱状况,以短波红外与红光的差值和短波红外与红光的和构建新的光谱空间特征,提出了干旱监测的新方法——归一化的干旱监测指数NPDI。用野外实测的土壤含水量对NPDI模型进行验证,结果表明:NPDI,MPDI与10cm处的土壤含水量模型都具有较高的相关性,其R2分别为0.583和0.438,NPDI模型的监测效果要优于MPDI。此模型是对PDI,MPDI和SPSI等模型的进一步改进,可实现对不同植被覆盖度的、整个生长季的农田干旱监测,在实际的农田干旱监测中具有较高的应用潜力和推广价值。     

植被结构特征对MODIS光谱干旱指数的影响

基于MODIS光谱反射信息的干旱指数在农业生产实践中有广泛的应用。利用PROSAIL模型和山东2010年的观测数据,研究了植被叶面积指数和生理生长周期等结构特征对MODIS光谱干旱指数的影响。结果表明,MODIS近红外与短波红外三个波段的反射率随植被叶片含水量变化明显,由他们构建的五种MODIS光谱干旱指数能够监测植被叶片水分含量。然而,各干旱指数均受叶面积指数(LAI)的影响,在LAI较低时影响较为严重,随着LAI的增大,这一影响逐渐减弱;植被生理生长周期也会影响干旱指数的大小。因此,在使用MODIS光谱干旱指数进行区域干旱监测时,必须考虑植被结构特征,谨慎分析监测结果。研究结论将为干旱遥感监测提供理论基础。     

MODIS植被指数监测农业干旱的适宜性评价

MODIS传感器提供的短波红外光谱波段为农业干旱遥感监测带来了新的机遇,因为它对植被水分十分敏感。本文选择中国东北松嫩平原为研究区,旱田为农业干旱的监测目标。基于2001—2010年的8天合成MODIS产品（MOD09A1）,分别计算了四种基于可见光和近红外光谱的植被绿度指数和四种基于近红外和短波红外光谱的植被水分指数,并以多尺度标准化降水指标(SPI)为判别植被指数农业干旱敏感性的标准,利用一种气象站点与象元配对关联的方法计算了不同植被指数与多尺度SPI的皮尔逊相关系数。研究表明,在农业干旱监测敏感性方面,MODIS植被水分指数（NDII6和NDII7）明显好于植被绿度指数。其中NDII7的表现最为出色,研究证实了MODIS短波红外光谱在监测农业干旱方面的潜力,为今后相关研究提供了新的见解。     

New index for soil moisture monitoring based on deltaT(s)-albedo spectral information

Monitoring soil moisture by remote sensing has been an important problem for both agricultural drought monitoring and water resources management. In the present paper, we acquire the land surface temperature difference (deltaT(s)) and broadband albedo using MODIS Terra reflectance and land surface temperature products to construct the deltaT(s)-albedo spectral feature space. According to the soil moisture variation in spectral feature space, we put forward a simple and practical temperature difference albedo drought index (TDADI) and validate it using ground-measured 0-10 cm averaged soil moisture of Ningxia plain The results show that the coefficient of determination (R2) of both them varies from 0.36 to 0.52, and TDADI has higher accuracy than temperature albedo drought index (TADI) for soil moisture retrieval. The good agreement of TDADI, Albedo/LST, LST/ NDVI and TVDI for analyzing the trends of soil moisture change supports the reliability of TDADI. However, TDADI has been designed only at Ningxia plain and still needs further validation in other regions.     

光谱分析技术在蝗虫监测中的应用

蝗虫监测技术的研究对保护生态环境和减少经济损失具有重要意义。但长期以来缺乏准确、有效的方法。文章介绍了蝗虫测报技术的发展和蝗虫生境监测的重要性,阐述了光谱技术在蝗虫预测方面的发展概况以及常用算法。遥感可对蝗虫栖息、生长、繁殖的生境进行监测,结合地理信息系统(GIS)可建立测报模型。利用高光谱遥感可以更为准确地监测蝗虫灾害,有利于量度蝗虫危害程度和划分发生区域,同时可监测蝗虫群落的空间分布动态。近红外技术可以判别蝗虫的种类,还可通过土壤水分和养分的测定来监测蝗虫的产卵地,对局部抽样调查和观测蝗虫非常有利。光谱分析技术作为一种快速、有效的监测和预测蝗虫发生的工具,由于其在空间定位、信息获取、信息处理等方面的优势,必将成为这一领域重要的研究手段。文章还对今后的研究方向进行了展望。     

空间紫外光学遥感技术与发展趋势

空间紫外光学遥感技术是除可见、近红外、热红外和微波遥感以外的一个具有突出优势的遥感领域,全球气候变化研究是目前国际上空间紫外-真空紫外光学遥感的热点课题。本文对空间紫外光学遥感的作用、国内外研究现状及发展趋势进行了综述和分析。介绍了一组紫外光学遥感仪器的功能和特点,给出了它们的主要性能参数;指出我国目前的工作重点是推进星载紫外光谱遥感仪器的应用、积累空间探测数据、建立反演算法等;而未来发展目标将是研制集天底、临边和掩星成像探测于一体的新一代紫外成像探测仪器,高精度观测全天候的整层大气密度和臭氧的三维分布,实时监测大气组分及化学成分（如O₂、N₂、NO、OH和O₃）的变化及变化趋势,以及进一步拓展我国紫外光学遥感仪器的应用领域。     

利用高光谱植被指数监测紧凑型玉米叶绿素荧光参数F_v/F_m

为进一步评价遥感监测紧凑型玉米叶绿素荧光参数Fv/Fm的可行性,通过开展小区紧凑型玉米试验,分析紧凑型玉米整个生育期Fv/Fm与高光谱植被指数的相关关系,建立紧凑型玉米Fv/Fm高光谱监测模型。结果表明,紧凑型玉米Fv/Fm与选取的高光谱植被指数均呈极显著正相关,其中结构敏感色素指数(SIPI)与Fv/Fm的相关性最好,相关系数(r)为0.88。用SIPI建立紧凑型玉米Fv/Fm的监测模型,其决定系数(R2)为0.812 6,均方根误差(RMSE)为0.082。研究表明,利用高光谱植被指数可以有效地监测紧凑型玉米整个生育期的Fv/Fm。     

碳排放气体浓度遥感监测研究

结合国际碳排放气体浓度遥感监测最新研究进展,介绍了碳排放监测方法,以及碳排放气体浓度遥感监测技术(包括热红外、太阳波谱、主动遥感监测技术)。并详细介绍了目前已在使用和未来将采用的监测主要碳排放气体的几种星载传感器,并对这些传感器已获取的监测结果进行了详细分析。     

多时相遥感影像变化检测方法研究进展综述

近年来,随着遥感平台和传感器的发展,已经实现了对地球表面大部分区域的连续重复遥感观测,积累了海量的多源、多尺度、多分辨率遥感数据。这些数据详细记录了地表上各种地物的变化过程,使得基于遥感影像的中长期变化检测等全球变化研究成为可能,并极大地推动了遥感影像处理方法和应用的研究。但是,尽管许多学者已经开展了大量相关的研究工作,目前基于多时相遥感影像的变化检测仍然面临许多挑战,还没有形成相对完整、成熟的理论体系,对相关研究进展的系统性总结工作仍然相对缺乏。回顾了多时相遥感变化检测方法的发展现状,并根据输入数据类型和数量的不同将这些方法分成单时相分类比较法、双时相比较法和时序分析法三类,对其进展情况和特点分别进行总结分析,然后就多时相遥感影像变化检测方法研究中现存的问题加以分析,并尝试探讨了其发展趋势。     

遥感光谱信息提取不同覆盖下植被水分信号的研究进展

综述了基于遥感光谱信息的植被水分信号提取的研究进展,包括直接利用光谱反射率反演植被水分信息到建立植被水分指数(WI),再发展至利用辐射传输模型来获取植被冠层水分信息。着重评述了针对低植被覆盖条件下的提取其冠层水分信息的方法,包括利用冠层生理参数估算植被水分信号;基于去除土壤背景影响的光谱植被水分指数或辐射传输模型估算植被水分信息,以及基于多角度的星-地观测提取稀疏条件下的植被水分信息。最后讨论了针对提取低覆盖植被冠层水分信息方法的可能发展趋势。