融合GF-1与MODIS数据生成高时空分辨率LAI产品

发布时间：2017-09-10 21:03

  本文关键词：融合GF-1与MODIS数据生成高时空分辨率LAI产品

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【摘要】：叶面积指数(LAI)是描述陆地表面和植物边界层之间各种物质及能量交换的陆地过程模型中一个极其重要的状态参数,精确测算LAI是评估植被长势和固碳能力的重要前提,对维持生态平衡和提高人类的生产生活水平具有深远的意义。因此,借助遥感手段估算大面积植被冠层LAI是现领域研究生态环境相关工作的主要手段。然而,现阶段LAI标准产品无法同时兼顾时间分辨率和空间分辨率,很大程度上限制了LAI相关领域研究的发展。所以,本文基于这一问题进行深入的探讨与研究。本文以广州市黄埔区中部的城郊区,探讨基于克里金插值法的同化滤波法融合“高分一号”遥感影像(GF-1)高空间分辨率与MODIS LAI标准产品高时间分辨率各自的优势,生成高时空分辨率的LAI产品。同时为提高LAI产品的精度,在融合的过程中加入景观指数因子,从宏观上更为贴切地描述不同时刻植被LAI曲线的变化。主要的工作内容如下:(1)探讨基于克里金插值法生成LAI时间序列产品的合理性对遥感影像进行克里金插值法的尺度转换,首先需要验证其是否符合空间自相关和是否满足正态分布的要求,否则会降低尺度转换后的精度。利用莫兰系数对MODIS产品中红色波段反射率、近红外波段反射率、归一化差异植被指数(NDVI)以及LAI的进行自相关空间分析,它们的莫兰系数分别为0.722,0.703,0.774和0.655,反映研究区中植被类型倾向于整体性,满足克里金插值法的要求。同时,采用非参数法对MODIS产品进行正态分布检验时,均服从正态分布。同理,GF-1的红色波段反射率、近红外波段反射率以及NDVI均满足克里金插值法的前提假设。对MODIS产品进行点克里金插值法尺度转换到合适的分辨率30m后,GF-1影像通过块克里金插值法尺度转换到同一空间分辨率对MODIS的降尺度进行间接的精度验证。结果表明,红色波段反射率、近红外波段反射率以及NDVI的误差系数均小于20.62%;同时,利用地面实测50组LAI与MODIS LAI尺度转换后进行横向比较发现,其平均误差系数为25.48%,结果表明MODIS标准产品经克里金插值法尺度下推后是合理的。(2)构建GF-1影像NDVI与LAI的估算模型基于GF-1遥感影像,利用地面实测LAI数据建立不同植被LAI与NDVI之间的回归模型。通过植被分类后,农田、草地和阔叶林均以指数模型与各自的NDVI构建估算方程,R2系数均大于0.833,拟合精度良好,估算精度满足大面积、大范围估测不同植被类型冠层LAI的需要。(3)基于同化滤波法融合MODIS LAI产品与GF-1反演的LAI分布图将GF-1影像反演的LAI分布图融合到MODIS LAI产品中,需要用到同化滤波法,同时在融合过程中加入景观指数因子对其进行优化,最后生成了研究区全年高空间分辨率的LAI分布图。经实测LAI验证后,时间序列的LAI分布图的平均预测精度为72.80%,结果表明经同化滤波法生成的时间序列LAI是可行的。
【关键词】：MODIS产品 “高分一号” 克里金插值法 叶面积指数 时间序列
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q948;TP79
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 前言9-24
• 1.1 研究的目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状分析10-21
• 1.2.1 叶面积指数测量方法及研究现状10-18
• 1.2.1.1 叶面积指数野外单点实测研究现状10-12
• 1.2.1.2 叶面积指数大面积测算研究现状12-18
• 1.2.2 影像尺度转换方法研究现状18-20
• 1.2.3 LAI时间序列产品生成方法研究现状20-21
• 1.3 研究内容21-22
• 1.4 论文框架结构22
• 1.5 技术路线图22-24
• 2 材料与方法24-32
• 2.1 材料24-27
• 2.1.1 研究区概况24
• 2.1.2 数据源及预处理24-27
• 2.1.2.1 MODIS数据收集24-25
• 2.1.2.2 GF-1 数据收集25
• 2.1.2.3 地面实测LAI数据25
• 2.1.2.4 影像数据预处理25-27
• 2.2 方法27-32
• 2.2.1 尺度转换的方法27-29
• 2.2.2 同化滤波法29-30
• 2.2.3 时间误差修正法30-32
• 3 实验结果与分析32-49
• 3.1 克里金插值法降尺度转换32-38
• 3.1.1 数据分析32-34
• 3.1.1.1 空间自相关分析32-33
• 3.1.1.2 正态分布性检验33-34
• 3.1.2 半变异函数计算34-36
• 3.1.3 基于点克里金插值法降尺度转换36-38
• 3.2 精度验证38-45
• 3.2.1 间接精度验证38-42
• 3.2.1.1 基于块克里格插值法升尺度转换38-39
• 3.2.1.2 精度分析39-42
• 3.2.2 地面实测数据精度验证42-45
• 3.2.2.1 精度分析44-45
• 3.3 融合GF-1 和MODIS数据获取高空间分辨率时间序列LAI45-49
• 3.3.1 GF-1 植被冠层LAI的获取45-46
• 3.3.1.1 不同植被类型LAI与NDVI关系模型的建立45-46
• 3.3.2 以不同植被类型的指数回归模型反演GF-1 植被冠层LAI46-47
• 3.3.3 基于数据同化滤波法调整MODIS插值后不同植被类型LAI47-48
• 3.3.4 精度验证48-49
• 4 结论与展望49-51
• 4.1 结论49
• 4.2 展望49-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-61
• 附录61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：826598