基于多层PROSAIL模型的玉米冠层叶面积指数垂直分布反演

发布时间：2017-04-06 07:06

  本文关键词：基于多层PROSAIL模型的玉米冠层叶面积指数垂直分布反演，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：玉米叶面积在垂直方向上的分布是不均匀的,尤其在灌浆乳熟期时,穗位以上的叶片是籽粒贮存有机物的主要功能叶片,其面积大小与产量有密切的联系。传统的反演叶面积指数使用的数据源大都数是从冠层上方成像,只包含冠层顶部总的信息,其结果为整个冠层的叶面积指数(Leaf Area Index,LAI),很难得到某一层的叶面积指数。为了解决这个问题,我们建立了一种可以计算玉米冠层叶面积指数垂直分布的模型,多层PROSAIL模型。该模型是基于PROSAIL模型,将植被冠层离散成多个水平层建立的,且这些水平层均由植被的生物参数和理化参数构成。其思想来源于能量守恒,即离散的多个水平层反射的能量逐层累加之后与整个冠层反射的能量相等。在多层PROSAIL中,叶片光学模型PROSPECT计算叶片的反射率和透射率,SAIL模型计算每一单层的反射率。而且这个新模型引入了地基激光雷达数据计算玉米冠层的叶倾角分布,优化了RPOSAIL模型中的Campbell椭球分布函数,提高了新模型反演结果的精度。而且,我们使用这个数据计算了分层的LAI,并用实测冠层LAI进行校正,作为多层PROSAIL模型反演结果的验证数据。本研究以中国河北省保定市的三个县市区为例,包括涿州市、高碑店市和定兴县,以Landsat 8影像为数据源,使用多层PROSAIL模型和PROSAIL模型反演出该地区玉米冠层LAI。我们将两种结果与实测值进行对比分析并用四个因子进行评价(决定系数R2,均方根误差RMSE,偏差BIAS,估算精度EA)。多层PROSAIL模型的反演结果(R2=0.69,RMSE=0.46,BIAS=0.04,EA=90.0%)与实测冠层LAI有较好的一致性,PROSAIL模型的结果(R2=0.63,RMSE=0.70,BIAS=0.41,EA=84.8%)。因此,多层PROSAIL模型结果优于PROSAIL模型。最后,我们反演出穗位以上的叶面积指数(中层和上层的和),结果R2=0.78,RMSE=0.21,结果表明,多层PROSAIL模型的可信度较高。
【关键词】：多层PROSAIL模型 RPOSAIL模型 叶面积指数垂直分布 地基激光雷达 Landsat 8影像
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S513;S127
【目录】：

• 中文摘要6-7
• Abstract7-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 选题意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 植被冠层BRDF的研究进展10-14
• 1.2.2 植被冠层结构的研究进展14-15
• 1.2.3 植被理化参数垂直分布的研究进展15-16
• 1.3 本文研究内容及技术路线16-19
• 2 实验概况及数据预处理19-29
• 2.1 研究区概况19-21
• 2.2 实验设计21-23
• 2.2.1 地基激光雷达扫描实验21-22
• 2.2.2 玉米参数人工测量22-23
• 2.3 遥感影像数据预处理23-25
• 2.4 地基激光雷达数据预处理25-29
• 3 PROSAIL模型的反演叶面积指数垂直分布方法29-41
• 3.1 PROSAIL模型29-32
• 3.2 多层PROSAIL模型构建方法32-33
• 3.3 参数敏感性分析33-40
• 3.4 构建查找表40
• 3.5 构建代价函数40-41
• 4 基于地基激光雷达数据提取模型参数与结果分析41-56
• 4.1 实验点叶面积指数垂直分布的计算41-43
• 4.2 实验点叶倾角参数的提取43-46
• 4.3 正演结果与分析46-49
• 4.4 反演结果与分析49-56
• 5 结论与展望56-58
• 5.1 结论56
• 5.2 本文的创新点56-57
• 5.3 研究展望57-58
• 参考文献58-65
• 致谢65-67
• 攻读学位期间发表论文情况67

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