基于Hapke模型的土壤含水量高光谱反演研究

发布时间：2021-10-11 19:34

　　土壤含水量是土壤属性的重要表征参数,是与农业、水文、环境、气象等领域密切相关的基础数据,成为基于遥感技术进行定量反演的研究热点。由于微波、热红外、多光谱等遥感影像仅有几个波段,对土壤水分含量的细微变化敏感性不高,监测精度有限;而基于高光谱遥感定量反演土壤含水量的研究大多没有考虑土壤的二向性反射特征,并且反演模型多为统计模型,研究精度和模型的适用范围也有限,因此研究基于机理模型的土壤含水量高光谱遥感定量反演,对提高反演精度,扩大模型的普适性具有理论和实际意义。本研究以吉林省公主岭市黑土和黑钙土耕地土壤为研究对象,在室内条件下利用美国ASD Fieldspec Pro高光谱仪对含水量为5%⁴5%（按5%递增）的土样进行多角度光谱测定,分析不同光源天顶角、观测天顶角、观测方位角及含水量对土壤二向性反射特征的影响,并基于土壤辐射传输模型（Hapke模型）定量反演土壤含水量。主要的研究结论如下:1.利用包络线去除法处理光谱曲线,得出不同含水量土壤的光谱敏感波段为490nm、650nm、1419nm、1919nm和2210nm。2.由于土壤表面颗粒之间的相互遮蔽,土壤BRDF... 

【文章来源】：中国农业科学院北京市

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 引言
    1.1 研究背景及意义
    1.2 土壤含水量高光谱遥感反演研究综述
        1.2.1 监测方式综述
        1.2.2 不同含水量土壤光谱特征研究
        1.2.3 土壤含水量高光谱建模方法研究
        1.2.4 存在的问题
    1.3 研究内容与技术路线
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 技术路线
第二章 Hapke模型介绍
    2.1 BRDF相关概念
    2.2 Hapke辐射传输模型
第三章 研究区域概况与数据处理
    3.1 研究区概况
    3.2 土样采集及预处理
        3.2.1 土样采集
        3.2.2 土壤表面粗糙度测量
    3.3 土样室内多角度光谱测定
        3.3.1 烘干土反射率（r_0）测量和吸收系数（a）获取
        3.3.2 土壤含水量梯度配置
        3.3.3 土样二向性反射率测定
    3.4 土样二向性反射率光谱曲线处理
        3.4.1 光谱数据预处理
        3.4.2 敏感波段确定
        3.4.3 土壤二向性反射率实测值（r实测）获取
第四章 不同含水量土壤二向性反射特征分析
    4.1 土壤BRDF随观测天顶角变化分析
    4.2 土壤BRDF随相对方位角变化分析
    4.3 土壤BRDF随光源天顶角变化情况
    4.4 不同含水量对土壤BRDF的影响
    4.5 本章小结
第五章 基于Hapke模型的土壤含水量高光谱反演参数确定
    5.1 Hapke模型参数敏感性分析
    5.2Hapke模型参数优化
        5.2.1 粒子群算法介绍
        5.2.2 Hapke模型参数优化
        5.2.3 Hapke模型参数反演
    5.3 精度验证
        5.3.1 Hapke模型优化参数验证
        5.3.2 Hapke模型参数平均值反演精度验证
        5.3.3 Hapke模型优化参数在不同观测角度验证
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
附录
致谢
作者简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]土壤表面粗糙度检测方法研究[J]. 张胜宾,黄培奎,赵祚喜.  农机化研究. 2016(11)
[2]含水率对土壤有机质含量高光谱估算的影响[J]. 司海青,姚艳敏,王德营,刘影.  农业工程学报. 2015(09)
[3]基于野外双向反射信息利用反射模型反演土壤含水量研究[J]. 吕云峰,孙仲秋,赵云升.  光学学报. 2015(03)
[4]基于高光谱与协同克里金的土壤耕作层含水率反演[J]. 徐驰,曾文治,黄介生,伍靖伟.  农业工程学报. 2014(13)
[5]基于高光谱影像分解的土壤含水量反演技术[J]. 吴见,刘民士,李伟涛.  水土保持通报. 2013(05)
[6]模型参数全局敏感性分析的EFAST方法[J]. 何维,杨华.  遥感技术与应用. 2013(05)
[7]基于野外实测高光谱数据的干旱区耕作土壤含水量反演研究[J]. 彭杰,向红英,王家强,柳维扬,迟春明,牛建龙.  干旱地区农业研究. 2013(02)
[8]改进的表观热惯量法反演土壤含水量[J]. 吴黎,张有智,解文欢,李岩,杨树聪.  国土资源遥感. 2013(01)
[9]黑土土壤水分高光谱特征及反演模型[J]. 姚艳敏,魏娜,唐鹏钦,李志斌,余强毅,许新国,陈佑启,何英彬.  农业工程学报. 2011(08)
[10]土壤二向反射特性及水分含量对其影响研究[J]. 程街亮,纪文君,周银,史舟.  土壤学报. 2011(02)

博士论文
[1]基于PLS模型的农业土壤成分高光谱遥感反演研究[D]. 张婷婷.吉林大学 2010
[2]基于裸露地表辐射传输模型的粗糙度反演与地形校正[D]. 徐元柳.中国地质大学（北京） 2009
[3]土壤高光谱遥感信息提取与二向反射模型研究[D]. 程街亮.浙江大学 2008
[4]土地质量高光谱遥感监测方法研究[D]. 何挺.武汉大学 2003

硕士论文
[1]土壤二向反射特性研究与标准光谱库的应用[D]. 刘小珊.华中农业大学 2015
[2]土壤含水量高光谱特性与估测模型研究[D]. 王晓.山东农业大学 2012
[3]基于实测高光谱数据的地表土壤水分含量反演研究[D]. 吉别克·哈力克巴义.新疆大学 2011
[4]土壤含水量高光谱遥感监测方法研究[D]. 魏娜.中国农业科学院 2009



本文编号：3431119