植被覆盖度遥感估算及其真实性检验研究

发布时间：2017-06-18 19:00

  本文关键词：植被覆盖度遥感估算及其真实性检验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：植被覆盖度不仅是表征植被冠层结构最基本的物理参数,也是量化植物群落覆盖地表状况的一个综合指标,也是开展定量遥感物理模型研究的基本参数,已成为全球气候变化、生态、水文、植物、土壤等研究的重要参数,并被广泛地应用于陆表各种参量的变化过程研究。植被覆盖度产品真实性检验研究是提高其产品质量与可靠性,增强数据应用可信度的重要保障。植被覆盖度估算方法的改进以及产品精度的提高是各研究领域的需求。论文在国家863项目“遥感产品真实性检验关键技术及其实验验证”的资助下,依托中国科学院长春净月潭遥感实验站开展研究工作。通过开展农田区域(2km′2km)内的植被覆盖度时间序列星地同步实验,进行农田植被覆盖度遥感估算方法及其产品真实性检验的研究。主要研究成果如下:(1)根据植被覆盖度的定义,研制了基于照相法的植被覆盖度自动提取系统,为论文的研究工作奠定了基础。(2)利用地面植被覆盖度数据和Landsat 8 OLI影像,构建了估算植被覆盖度的植被指数回归模型;同时,对多种植被覆盖度模型进行了评价。Por SAIL模型模拟数据显示Gutman、Carlson、Baret和SDVI模型的估算精度依次是BaretCarlsonSDVIGutman;Baret模型中的k_p/K_VI参数随植被类型和植被生长状况发生变化,通过修改该参数,Baret模型精度提高到0.04。(3)利用植被指数回归模型估算植被覆盖度,得出HJ-1B CCD估算的植被覆盖的精度低于Landsat 8 OLI的结论;利用Landsat OLI,MODIS和SPOT-VGT的光谱响应函数和EO-1Hyperion影像模拟了三种传感器的数据,发现VGT模拟的NDVI小于MODIS模拟的NDVI;在植被生长后期,VGT模拟的NDVI大于MODIS模拟的NDVI。VGT模拟数据计算的植被覆盖度低于MODIS和OLI,VGT的FVC与OLI的FVC的相对偏差达到-17.8%。(4)利用时间序列Landsat 8 OLI影像和变异函数,分析了基于NDVI、NIR和红波段反射率的变异函数描述空间异质性的特性,提出了平均长度变异的概念,量化了不同量纲变量对空间异质程度的表达。结论如下:红波段对土壤敏感,近红外波段对植被敏感。随着植被的生长,红波段描述的农田空间异质性降低,近红外描述的空间异质性增强;植被生长初期,NDVI描述的空间异质性最强。空间异质性具有尺度效应,在中低分辨率遥感影像上,NDVI、NIR和Red波段具有相同的空间异质性探测能力。(5)汲取空间采样理论和空间优化方法,将非均质像元均值估计模型(MSN)应用到异质性像元的空间采样。结果表明,MSN模型对异质性像元的均值估计精度高于空间随机采样和块克里格。结合空间模拟退火,得到给定采样精度下的采样点数据及其空间分布。以均值估计方差为目标函数,得到250m2不同异质程度像元的空间采样方案和基本采样单元内采样点的布设方案。从而,发展了不同尺度的异质性像元空间采样方案。(6)比较并验证了CYCLOPES、GEOV1和Australian MODIS FVC产品在澳大利亚地区的时空一致性和精度。得出以下结论:GEOV1和Australian MODIS FVC产品具有很好的一致性;Australian MODIS FVC的估计值高于GEOV1,CYCLOPES产品的估计值最小。利用2011年-2012年的地面实测数据对GEOV1和Australian MODIS产品的验证结果是GEOV1和Australian MODIS FVC产品的精度(RMSE)在0.08-0.14之间。
【关键词】：植被覆盖度 真实性检验 空间异质性 空间采样 光谱响应函数
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q948;P237
【目录】：

• 中文摘要9-11
• Abstract11-14
• 第一章 绪论14-30
• 第一节 选题依据、目的及意义14-17
• 一、选题背景与依据14-16
• 二、研究目的与意义16-17
• 第二节 国内外研究进展17-26
• 一、植被覆盖度估算研究进展17-23
• 二、遥感产品真实性检验研究进展23-26
• 第三节 研究内容、技术路线与创新点26-30
• 一、研究内容与方法26-28
• 二、论文创新点28-29
• 三、论文技术路线29-30
• 第二章 基照相法的植被覆盖度提取系统30-46
• 第一节 植被覆盖度星-地同步实验30-34
• 一、实验区概况30-31
• 二、植被覆盖度真实性检验地面测量实验31-34
• 第二节 基于改进过绿特征指数提取植被覆盖度34-39
• 一、数字图像几何畸变校正34-35
• 二、植被覆盖度自动提取算法35-38
• 三、植被覆盖度提取结果与精度评价38-39
• 第三节 植被覆盖度自动计算系统39-44
• 一、系统简介39-41
• 二、植被覆盖度提取界面41-43
• 三、数据处理与结果显示43-44
• 本章小结44-46
• 第三章 植被覆盖度遥感估算及模型的比较与改进46-76
• 第一节 基于植被指数回归模型的FVC估算及评价46-58
• 一、常用植被指数46-48
• 二、植被覆盖度的遥感估算48-52
• 三、植被指数回归模型的适用性评价52-58
• 第二节 基于混合像元分解模型的FVC估算58-70
• 一、混合像元分解模型估算FVC的精度验证58-63
• 二、Baret模型的改进63-65
• 三、土壤反射率对FVC模型估算精度的影响65-70
• 第三节 阴影土壤对FVC估算的影响70-74
• 一、不同组分光谱反射率的测量70-71
• 二、阴影土壤比例的提取与建模71-72
• 三、基于像元二分模型的阴影土壤对植被覆盖度估算的影响72-74
• 本章小结74-76
• 第四章 传感器光谱响应函数对植被覆盖度估算一致性影响76-96
• 第一节 不同传感器的光谱响应函数76-79
• 一、HJ-1B CCD与Landsat 8 OLI光谱响应函数76-78
• 二、MODIS和SPOT-VEGETATION的光谱响应函数78-79
• 第二节 HJ-1B CCD与Landsat 8 OLI监测农田FVC的一致性评价79-85
• 一、HJ-1B CCD和OLI遥感数据预处理79-80
• 二、HJ-1B CCD和Landsat 8 OLI的NDVI、OSAVI一致性评价80-83
• 三、HJ-1B CCD和Landsat 8 OLI估算FVC的一致性评价83-85
• 第三节 基于EO-1 Hyperion高光谱影像的光谱响应函数对FVC估算一致性影响分析85-93
• 一、EO-1 Hyperion高光谱影像数据85-87
• 二、OLI、MODIS和SPOT-VGT遥感模拟数据的比较87-91
• 三、MODIS和SPOT-VGT模拟数据的植被覆盖度估算91-93
• 本章小结93-96
• 第五章 基于时间序列影像的多变量农田空间异质性分析96-110
• 第一节 变异函数理论与方法96-100
• 一、实验变异函数96-98
• 二、理论变异函数98-100
• 第二节 农田空间异质性的多变量表达100-108
• 一、研究区与遥感数据100-101
• 二、平均长度变异101-103
• 三、基于平均长度的多变量农田空间异质性的量化103-108
• 本章小结108-110
• 第六章 不同像元尺度空间采样方法及对GEOV1植被覆盖度产品的验证110-140
• 第一节 全球FVC地面数据与空间采样方法概述110-116
• 一、空间采样方法概述110-112
• 二、遥感真实性检验地面测量概述112-116
• 第二节 不同像元尺度的空间采样方法116-128
• 一、1 km×1 km异质性像元的空间采样116-124
• 二、250m×250m像元的空间采样124-127
• 三、基本采样单元内的采样点的布设方案评价127-128
• 第三节 利用不同空间采样方法验证GEOV1 FVC产品128-138
• 一、研究区及遥感数据128-132
• 二、空间采样和像元均值估计方法132-135
• 三、GEOV1 FVC产品的验证135-138
• 本章小结138-140
• 第七章 CYCLOPES、GEOV1和Australian MODIS植被覆盖度遥感产品的真实性检验140-160
• 第一节 现有FVC遥感产品140-148
• 一、CYCLOPES和GEOV1全球FVC产品141-145
• 二、Australian MODIS区域FVC产品145-146
• 三、其他FVC产品146-148
• 第二节 CYCLOPES、GEOV1和Australian MODIS FVC的比较与验证148-158
• 一、数据与方法149-150
• 二、CYCLOPES、GEOV1和Australian MODIS FVC产品的空间连续性150-153
• 三、CYCLOPES、GEOV1和Australian MODIS FVC产品的时间连续性153-156
• 四、GEOV1和Australian MODIS FVC产品的直接验证156-158
• 本章小结158-160
• 第八章 结论与展望160-164
• 第一节 主要结论160-161
• 第二节 展望161-164
• 参考文献164-176
• 在读期间发表论文情况176-178
• 致谢178-179

  本文关键词：植被覆盖度遥感估算及其真实性检验研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：460432