基于时空融合算法的缨帽变换分量时序数据集构建方法研究

作     者：梁治华 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘勇

授予年度：2015年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 081602[工学-摄影测量与遥感] 0816[工学-测绘科学与技术] 

主      题：时空融合 缨帽变换 物候变化特征 

摘      要：高空间分辨率的遥感影像可以在精细的空间尺度上对地表生物物理参量进行研究,但目前的遥感卫星及其传感器难以做到同时保有高空间分辨率和高时间分辨率的特点。近年来发展起来的时空融合算法可以综合不同时间、空间分辨率的多源遥感影像各自的优势,得到既有高空间又有高时间分辨率的影像,以满足较高空间分辨率下的时序变化监测研究的需求。时空融合算法主要针对多光谱反射率数据进行,而基于多光谱反射率构建的光谱指数与地表特定的生物物理性质相关,具有更明确的指示意义,因而基于时空融合算法建立的光谱指数时序数据能够在时间上较为连续地反映地表的变化状况,对地表变化研究提供一种新的指示数据。在根据反射率数据提出的诸多指数中,缨帽变换是一种针对多光谱遥感影像发展起来的特殊的主成分变换,变换分量包括亮度、绿度和土壤湿度等物理意义明晰的几个分量,对土地覆盖类型、植被类型及其分布,以及地表水分状况等均具有较好的指示意义。基于时空融合算法,对MODIS与Landsat TM/OLI数据缨帽变换参数进行时空融合,获得区域内时间连续性较好的缨帽变换数据集,可以定量反映地表植被覆盖状况以及不同植被类型物候变化特征,为研究区生态环境变化提供一种定量的参考指标。本文选择甘肃省古浪县冰草湾地区和宁夏中卫市中西部为研究区,以Landsat 8 OLI和MODIS逐日反射率数据为数据源,探讨了时空融合算法在缨帽变换时序数据集构建中的应用。本文首先分析了基于反射率数据时空融合算法应用到缨帽变换数据时的适用性,在此基础上对相似像元的选择方法和权重函数进行了改进,构建了研究区缨帽变换分量时序数据集并对不同地物类型的时序特征进行了分析。本文得出的基本结论如下：(1)应用较多的现有算法融合结果中对于土地覆被发生变化的较小区域的值与参考数据之间存在比较明显的差异,对于本研究所用到的Landsat OLI和MODIS缨帽变换数据,湿度分量的融合精度总体高于亮度分量和绿度分量,且不同地物类型的精度存在差异。对算法中相似像元选择方法和权重函数进行改进后,融合结果能够很好的体现地表的纹理特征和不同地物类型的分布规律,各分量的值与真实参考数据的值之间具有较好的一致性,融合结果总体精度较好。(2)计算过程中移动窗口大小和预估分类数决定了融合过程中相似像元的筛选结果和各相似像元的权重值,最终对融合结果的精度产生影响,但不同参数组合对融合结果的质量影响有限,预估分类数与实际土地覆被类型数目一致时,融合结果的精度相对更高。(3)基于时空融合算法构建的缨帽变换分量时序数据集能够较好地反映植被生长周期内的变化特征,可以用于定量说明植被生长过程中的物候变化特点。