基于支持向量机回归的草地地上生物量遥感估测研究

发布时间：2017-04-12 02:01

  本文关键词：基于支持向量机回归的草地地上生物量遥感估测研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：草地生物量是评价草原生态敏感性和脆弱性的重要指标,直接反映了草原生态系统的初级生产力。采用回归模型拟合实测生物量与遥感参数之间的定量关系是草地生物量反演的重要方法之一。本研究基于Rapideye高分辨率遥感影像和同步野外实测数据,采用支持向量机回归建立锡林郭勒盟中部草地地上生物量遥感估测模型,并与一元曲线回归模型和多元线性回归模型的拟合效果进行对比,旨在探索更高效的草地生物量反演方法。主要研究结论如下:(1)本研究对5个波段特征和8种植被指数(NDVI、GNDVI、ARVI、DVI、SAVI、MSAVI、PVI、和RVI),以及遥感影像每个波段的8个纹理特征(均值、相异性、均一性、相关性、对比度、角二阶矩、偏度和熵)进行了提取,与生物量实测数据进行相关性分析。结果表明纹理特征与实测生物量同样具有显著的相关性关系(尤其是纹理均值特征),其作为遥感特征因子用于草地地上生物量的估测建模,有助于模型精度的提高。(2)将35组实测生物量数据分为两组,其中28组用于建模,剩余7组作为三种生物量遥感估测模型的验证数据。验证结果表明,一元曲线回归模型精度最低,多元线性回归模型精度次之,支持向量机回归模型精度最高。支持向量机模型在建模过程中不受自变量多重共线性的影响,并且考虑到遥感因子的不可代替性,引入所有(13个)遥感因子进行建模,其决定系数R2高达0.94,建模RMSE为16.02g/m2。利用预留数据对三种模型的拟合精度进行验证,支持向量机模型的拟合精度最高,验证RMSE为27.69 g/m2,比多元线性回归模型降低了11.45%,比一元曲线回归模型降低了32.28%。在7组验证数据中,支持向量机模型有4组的残差值在实测值20%以内,多元线性回归模型有2组,一元曲线回归模型仅有1组。(3)采用支持向量机模型对研究区草地地上生物量估算得到,研究区2011年草地地上生物量总量为252072.53t,最大生物量为366.11 g/m2,平均生物量为112.77g/m2。生物量主要集中分布在105~130g/m2范围内。(4)对海拔和坡度进行分级,分析研究区草地地上生物量的垂直及坡度分布特征得出,研究区草地地上生物量比较集中分布在海拔1200~1250m的区域和坡度1°的范围。
【关键词】：草地地上生物量 植被指数 支持向量机 遥感估测模型 锡林郭勒
【学位授予单位】：西南林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S812
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究进展11-13
• 1.2.1 国外研究进展11-12
• 1.2.2 国内研究进展12-13
• 1.3 研究目标与研究内容13-15
• 1.3.1 研究目标13
• 1.3.2 研究内容13
• 1.3.3 研究方法及技术路线13-15
• 2 研究区概况与试验数据15-22
• 2.1 研究区概况15-17
• 2.1.1 地理位置15
• 2.1.2 自然地理概况15-16
• 2.1.3 植被特征概况16
• 2.1.4 土地利用概况16-17
• 2.2 数据及预处理17-22
• 2.2.1 遥感数据17-18
• 2.2.2 DEM数据18
• 2.2.3 样地数据18-19
• 2.2.4 遥感数据预处理19-22
• 3 生物量遥感特征因子提取及优选22-30
• 3.1 遥感特征因子提取22-25
• 3.1.1 植被指数因子提取22-24
• 3.1.2 纹理特征因子提取24-25
• 3.2 遥感估测模型的变量优选25-30
• 3.2.1 备选变量的确定25-26
• 3.2.2 变量的优选26-30
• 4 生物量遥感估测模型的建立30-52
• 4.1 研究思路30-32
• 4.2 一元曲线回归模型32-34
• 4.3 多元线性回归模型34-35
• 4.4 基于支持向量机回归的草地地上生物量遥感模型35-47
• 4.4.1 SVM线性分类原理35-38
• 4.4.2 SVM非线性分类原理38-42
• 4.4.3 支持向量回归机42-43
• 4.4.4 支持向量机草地地上生物量估测模型的建立43-47
• 4.5 三种建模方法精度评价及模型优选47-52
• 4.5.1 三种模型建模精度评价47-49
• 4.5.2 三种模型验证精度评价49-52
• 5 草地地上生物量遥感估测结果及空间分布规律52-57
• 5.1 草地地上生物量估测52-53
• 5.1.1 基于支持向量机回归的草地地上生物量估测52
• 5.1.2 草地地上生物量估测结果与分析52-53
• 5.2 研究区草地地上生物量空间格局特征53-57
• 5.2.1 研究区草地地上生物量海拔分布特征53-55
• 5.2.2 研究区草地地上生物量坡度分布特征55-57
• 6 结论与讨论57-60
• 6.1 结论57-58
• 6.2 讨论58-60
• 6.2.1 关于模型精度58-59
• 6.2.2 关于建模方法59
• 6.2.3 创新与展望59-60
• 参考文献60-64
• 个人简介64-65
• 导师简介65-66
• 获得成果目录66-67
• 致谢67

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本文编号：300432