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土壤有机质含量地面高光谱估测模型对比分析

国土资源遥感 2019年第1期31卷 110-116页

作者：王永敏李西灿田林亚贾斌杨惠河海大学地球科学与工程学院南京211100 山东农业大学信息科学与工程学院泰安271018 中建四局第三建筑工程有限公司遵义563000 东南大学交通学院南京210000

采用高光谱技术获得的数据进行土壤有机质含量的反演和估测是近年来的研究热点。为确定有效的估测建模方法,利用地面实测的土壤高光谱反射率及有机质含量等数据,采用小波分析方法实现去噪,包络线去除法实现建模参数提取和数据量压缩,结... 详细信息

采用高光谱技术获得的数据进行土壤有机质含量的反演和估测是近年来的研究热点。为确定有效的估测建模方法,利用地面实测的土壤高光谱反射率及有机质含量等数据,采用小波分析方法实现去噪,包络线去除法实现建模参数提取和数据量压缩,结合多种不同的数据变换方法,利用BP神经网络法、多元线性回归法及最小二乘回归法建立不同的估测模型。对比发现,BP神经网络模型的估测效果优于回归模型,其中结合对数的平方变换和神经网络所建立的模型为最优估测模型,模型的决定系数达到0. 933,检验样本的均方根误差达到0. 069。实验证明,BP神经网络+对数的平方变换模型的学习机制适用于土壤有机质含量地面高光谱估测且效果好。通过在建模因子层面上进行数据变换建立了较好的估测模型,其研究方法、模型和结论,对土壤有机质含量地面高光谱估测具有一定的参考意义。

关键词：地面高光谱土壤有机质数据变换估测模型对比分析

新疆红山铜金矿床地面高光谱蚀变矿物特征分析

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地质论评 2019年第S1期65卷 231-232页

作者：石海岗王瑞军孙永彬王诜核工业航测遥感中心石家庄050002

红山铜金矿床位处东天山成矿带,区域矿产以铜、镍、金为主,北部以铜矿为主,中部以金、铜、铁、银为主,南部以铁、铅锌、钼、金、银为主。该带分布较多矿床、矿点,成矿地质条件优越。前人在该区已开展基础地质、矿产勘查、专题研究和新... 详细信息

红山铜金矿床位处东天山成矿带,区域矿产以铜、镍、金为主,北部以铜矿为主,中部以金、铜、铁、银为主,南部以铁、铅锌、钼、金、银为主。该带分布较多矿床、矿点,成矿地质条件优越。前人在该区已开展基础地质、矿产勘查、专题研究和新技术方法示范等工作(姜寒冰等,2012;方同辉等,2002;许英霞等,2008)。该区地表基岩裸露,围岩蚀变发育,有利于发挥高光谱遥感的技术优势,开展矿床高光谱蚀变矿物特征分析,为后期航空高光谱遥感调查提供地面高光谱蚀变矿物信息依据,有利支撑红山地区航空高光谱的快速应用。

关键词：红山铜金矿床地面高光谱蚀变矿物分带特征新疆

水稻虫害的地面高光谱分析及其检测软件的设计

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水稻虫害的地面高光谱分析及其检测软件的设计

作者：陈国平江苏大学

学位级别：硕士

地面高光谱技术是一种快速无损检测技术。它可以解决目前广泛采用的目测手查法检测费时费力的不足,降低检测人员的劳动强度;还可以与卫星遥感互补,提供小尺度空间虫害的信息,提高小尺度空间虫害管理水平;相对于目前计算机视觉检测技术,... 详细信息

地面高光谱技术是一种快速无损检测技术。它可以解决目前广泛采用的目测手查法检测费时费力的不足,降低检测人员的劳动强度;还可以与卫星遥感互补,提供小尺度空间虫害的信息,提高小尺度空间虫害管理水平;相对于目前计算机视觉检测技术,地面高光谱检测虫害更具有实用性。本文以水稻白背飞虱虫害检测为目标,于2006、2007年在江苏大学与镇江市植保植检站联合培育的野外试验稻田内,采用便携式光谱仪对水稻白背飞虱主害代期间的水稻冠层及叶片进行了光谱测量与分析,并针对白背飞虱虫害检测设计了专门的检测软件。通过对冠层和叶片的光谱测量,发现当水稻受到白背飞虱虫害的侵害时,无论是单叶还是冠层水平,其光谱反射率都会发生相应的变化,而且在两种水平下,波形相似,光谱反射率变化的规律一致。通过相关分析,得到单叶敏感波段为514-602nm,697-1339nm,1501-1749nm及2101-2299nm,特征波长点为562nm,774nm和1691nm;冠层水平下敏感波段为525-571nm,711-1339mn及1501-1749nm,特征波长点为558nm,779nm和1685nm。通过对水稻白背飞虱虫害的光谱定量分析,得到单叶水平下,单变量建立模型时,采用774nm和1691nm波长点处的光谱反射率能较好的诊断白背飞虱百株虫量,预测相关系数分别达到0.91和0.85,预测标准偏差分别为325.4和367.3,平均相对误差分别为16.4%和18.5%;多变量建立模型时,采用逐步回归法筛选出12个回归变量,预测相关系数达到0.948,且预测标准偏差为87.9,平均相对误差为13.6%。冠层水平下,单变量建立模型时,采用779nm和由558nm与779nm构建的比值植被指数(RVI)能较好的诊断田间白背飞虱百株虫量,预测相关系数分别达到0.921和0.806,预测标准偏差分别为306.3和334.7,平均相对误差分别为15.2%和17.5%;多变量建立模型时,采用逐步回归法筛选出7个回归变量,预测相关系数达到0.982,预测标准偏差为79.3,平均相对误差为12.7%。本文为实现水稻白背飞虱的高光谱遥感预测以及水稻的精确变量施药提供了试验依据,具有重要的学术意义和实用价值。

关键词：水稻地面高光谱定量分析模型检测

大田水稻稻纵卷叶螟危害的地面高光谱特征分析及受害程度的卫星遥感估算

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大田水稻稻纵卷叶螟危害的地面高光谱特征分析及受害程度的卫星遥...

作者：唐倩南京信息工程大学

学位级别：硕士

稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocis medinalis)是水稻的重要害虫之一,对我国粮食安全形成了重大威胁。本文通过对自然大田条件下发生的水稻稻纵卷叶螟为害进行定点连续观测,利用地面非成像高光谱仪、SPAD-502叶绿素仪和LP-80冠层分析仪获取水... 详细信息

稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocis medinalis)是水稻的重要害虫之一,对我国粮食安全形成了重大威胁。本文通过对自然大田条件下发生的水稻稻纵卷叶螟为害进行定点连续观测,利用地面非成像高光谱仪、SPAD-502叶绿素仪和LP-80冠层分析仪获取水稻冠层光谱、卷叶率、叶绿素相对含量(Soil and Plant Analyzer Development,SPAD)和叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)数据,分析稻纵卷叶螟为害下水稻不同受害程度的冠层原始光谱和一阶导数光谱特征,对不同受害程度下水稻卷叶率、SPAD、LAI与冠层原始光谱反射率、冠层一阶导数光谱以及植被指数进行相关性分析,利用相关性高的光谱特征波段和植被指数建立卷叶率、SPAD和LAI的估算模型。再根据高分二号遥感数据的波段范围,将地面高光谱数据重新计算出7个宽波段植被指数,建立水稻拔节期植被指数与卷叶率、SPAD的关系模型,利用高分二号遥感数据反演地面水稻的卷叶率和SPAD,并使用地面实测点数据对反演数据进行精度验证。主要研究结果如下:(1)在近红外波段,除了灌浆期以外,其他生育期的光谱反射率都随受害程度的增加而降低,而可见光波段的规律相对不显著。水稻的冠层一阶光谱曲线在680～760nm波段内存在一个“主峰”,该处的差异在孕穗期和成熟期最为明显,一阶光谱值随受害程度的增加而减小。(2)SPAD、LAI、卷叶率与水稻冠层一阶光谱反射率的相关性好于原始冠层光谱反射率,光谱敏感波段主要位于红光和近红外波段。SPAD与各种植被指数之间的相关性好于LAI和卷叶率。在单因子估算模型中,三次多项式模型的模拟效果最好,而多元逐步回归估算模型的拟合效果好于单因子估算模型。卷叶率和SPAD的单因子估算模型和多元逐步回归估算模型均在拔节期拟合效果最好,而LAI的单因子估算模型拟合效果均比较差,但LAI的多元逐步回归估算模型在灌浆期的拟合效果较好,R在0.5以上。(3)根据高分二号遥感的波段范围重新计算出的7个宽波段植被指数,与卷叶率、SPAD的相关性都比较好。卷叶率的单变量多项式模型的拟合效果好于多元逐步线性回归模型,SPAD的多元逐步线性回归模型的拟合效果好于单变量模型。高分二号数据使用R最高的模型反演出的卷叶率、SPAD与地面实测的卷叶率、SPAD均具有显著的线性相关关系,SPAD比卷叶率反演的效果更好。这表明利用高分二号数据进行地面卷叶率和SPAD遥感反演是可行的。

关键词：稻纵卷叶螟地面高光谱卫星遥感估算模型

基于地面高光谱遥感的南方人工林主要病害监测研究

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基于地面高光谱遥感的南方人工林主要病害监测研究

作者：伍南中南林业科技大学

学位级别：硕士

本研究以不同健康状况的南方人工林——杉木、马尾松和油茶为研究对象,通过对杉木炭疽病、马尾松赤枯病和油茶炭疽病病情的实地调查,使用美国ASD公司生产的手持式野外光谱辐射仪测定其相应冠层的光谱反射率,并测定其相应冠层叶片的叶绿... 详细信息

本研究以不同健康状况的南方人工林——杉木、马尾松和油茶为研究对象,通过对杉木炭疽病、马尾松赤枯病和油茶炭疽病病情的实地调查,使用美国ASD公司生产的手持式野外光谱辐射仪测定其相应冠层的光谱反射率,并测定其相应冠层叶片的叶绿素含量。首先将光谱数据进行一阶微分与滑动平均滤波相结合的预处理;然后通过分析受害林木冠层原始光谱、一阶微分光谱与病情和叶绿素含量数据之间的相关性提取光谱红边特征参数;再采用曲线拟合和多元统计分析技术等方法分析红边特征参数与相应的病情和叶绿素含量数据之间的关系,分别建立相应的病情和叶绿素含量反演模型,同时探讨了利用地面高光谱数据结合主成分分析（PCA）和人工神经网络算法构建炭疽病胁迫下油茶冠层叶片叶绿素含量的预测模型,并使用相关系数（r）和均方根误差（RMSE）对不同建模方法（或参数）的预测结果进行综合评价。结果表明：（1）杉木、马尾松和油茶冠层微分光谱相比其原始光谱均更能有效地反应其病情和叶绿素含量变化,且从红光过渡到近红外区域的“红边”是描述林木健康状况的重要指示波段。（2）当林木受病害胁迫时,随着病情的加重其叶绿素含量逐渐降低,从而造成在红光区域由于叶绿素强吸收而形成的“红谷”随着病情的加重逐渐消失;同时,红边位置随病情的加重而依次发生“蓝移”,红边斜率逐渐减小（3）油茶冠层微分光谱在红边区域与病情和叶绿素含量的相关性主要集中在670-720nm左右的范围,相比杉木和马尾松其敏感波段向短波方向移动了近30nm;且从模型的反演精度来看,以红边特征参数作为输入变量建立的病情和叶绿素含量多元逐步回归模型的预测能力均低于杉木和马尾松。（4）红边特征参数对杉木和马尾松病情和叶绿素含量变化具有较好的指示作用,以其建立的多元逐步回归模型预测精度较高,可作为优选的一种模型;综合相关系数分析法和PCA光谱数据降维技术建立的炭疽病胁迫下油茶冠层叶片叶绿素含量人工神经网络模型比传统的一元线性和多元线性回归模型预测精度更高,是一种优选的建模方法。本研究通过建立病害胁迫下林木病情与其相应叶绿素含量的反演模型,探讨了利用高光谱遥感监测林木病害的方法,从而促进了高光谱遥感技术在森林病虫害监测中的应用。同时为其他林木病害的遥感监测提供了借鉴和参考,也为后续利用航空、航天遥感采集的光谱信息与地面遥感设备采集的光谱信息之间关系研究奠定了一定的基础。

关键词：地面高光谱病害胁迫病情指数叶绿素含量反演模型

新疆东戈壁地区成矿有利地质单元地面高光谱蚀变矿物分析及找矿应用

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矿产勘查 2015年第5期6卷 577-585页

作者：汪冰王瑞军李名松董双发牛海威孙永彬核工业航测遥感中心石家庄050002

东戈壁地区分布的成矿有利地质单元为下石炭统雅满苏组(C1y)安山岩、砂岩、灰岩、凝灰熔岩、凝灰岩,和北东向、近东西向断裂构造,以及闪长玢岩等。使用FieldSpec Pro FR地面光谱测试仪,对地面高光谱蚀变矿物进行识别,同时结合野外实地... 详细信息

东戈壁地区分布的成矿有利地质单元为下石炭统雅满苏组(C1y)安山岩、砂岩、灰岩、凝灰熔岩、凝灰岩,和北东向、近东西向断裂构造,以及闪长玢岩等。使用FieldSpec Pro FR地面光谱测试仪,对地面高光谱蚀变矿物进行识别,同时结合野外实地观测和化学分析测试,分析和总结了各成矿有利地质单元的蚀变矿物组合特征。在雅满苏组凝灰熔岩区地面高光谱蚀变矿物组合分布地段圈定了找矿预测区,经查证,发现钨钼等多金属矿化线索,地表云英岩化、褐铁矿化、绿泥石化等蚀变发育,表明石英+绢云母+褐铁矿+黄钾铁矾+绿泥石等地面高光谱蚀变矿物组合可为钨钼等多金属矿化线索的找寻提供重要指示性矿物标志。

关键词：地面高光谱蚀变矿物成矿有利地质单元找矿应用东戈壁地区

新疆红山铜金矿床地面高光谱蚀变矿物特征分析

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新疆红山铜金矿床地面高光谱蚀变矿物特征分析

多源遥感对宁夏干湿季土壤含盐量敏感性分析与定量反演

第四届全国青年地质大会

作者：石海岗王瑞军孙永彬王诜核工业航测遥感中心

关键词：红山铜金矿床地面高光谱蚀变矿物分带特征新疆

来源： cnki会议评论

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生态学杂志 2023年第9期42卷 2286-2295页

作者：王怡婧贾萍萍陈睿华张俊华宁夏大学地理科学与规划学院银川750021 南京信息工程大学地理科学学院南京210044 宁夏大学生态环境学院银川750021 西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室银川750021 西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地银川750021

快速准确反演干旱地区土壤盐渍化程度是有效防止盐渍化扩张的前提。为探讨地面高光谱和Landsat 8 OLI影像数据针对干湿季土壤含盐量敏感性分析与定量反演的问题,本研究以宁夏银北平罗县干季(4月)和湿季(10月)表层土壤(0~20 cm)含盐量、... 详细信息

快速准确反演干旱地区土壤盐渍化程度是有效防止盐渍化扩张的前提。为探讨地面高光谱和Landsat 8 OLI影像数据针对干湿季土壤含盐量敏感性分析与定量反演的问题,本研究以宁夏银北平罗县干季(4月)和湿季(10月)表层土壤(0~20 cm)含盐量、地面高光谱和Landsat 8 OLI影像为数据源,利用线性和非线性函数检验2种光谱数据及其对应盐分指数对研究区土壤含盐量的敏感性。采用偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机(SVM)和反向传播神经网络模型(BPNN)构建地面高光谱和Landsat 8 OLI影像的盐分估算模型。结果表明:干、湿季土壤含盐量平均值分别为6.17和4.28 g·kg^(-1),土壤盐渍化较为严重;不同季节地面高光谱和影像光谱对土壤含盐量敏感的波段和盐分指数不同,地面高光谱经重采样波段和盐分指数与土壤含盐量敏感性均表现为极显著;干、湿季土壤含盐量的BPNN估算模型稳定性和预测能力均优于PLSR和SVM模型;干、湿季均以高光谱-BPNN模型效果最佳,其决定系数R2分别为0.739和0.819,RPD分别为1.49和1.95;经重采样地面高光谱模型校正后的干季影像模型精度R2从0.685提升到0.844;湿季影像模型精度R2从0.654提升到0.788,有效提高了较大尺度下的土壤含盐量估算精度。本研究实现了遥感监测土壤含盐量由点向面的空间转换,为宁夏银北地区土壤盐渍化的识别和防治提供了科学参考。

关键词：盐渍化盐分指数地面高光谱 Landsat 8 OLI影像模型

不同生活型植物非光合部分反射光谱和盖度的关系

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生态学报 2022年第1期42卷 186-195页

作者：白雪莲乔荣荣季树新闫志坚常学礼赵文智中国科学院西北生态环境资源研究院中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000 鲁东大学资源与环境工程学院烟台264025 中国农业科学院草原研究所呼和浩特010010 中国科学院大学北京100049

非光合植被(Non⁃photosynthetic Vegetation,NPV)既是陆地生态系统重要组成部分,也是全球C、N平衡分析中关键节点,其盖度是判断我国北方沙尘源区风沙活动强弱的重要指征。基于ASD光谱仪(Analytical Spectral Devices)所测地面高光谱数... 详细信息

非光合植被(Non⁃photosynthetic Vegetation,NPV)既是陆地生态系统重要组成部分,也是全球C、N平衡分析中关键节点,其盖度是判断我国北方沙尘源区风沙活动强弱的重要指征。基于ASD光谱仪(Analytical Spectral Devices)所测地面高光谱数据对鄂尔多斯沙地草场不同生活型植物(草本、半灌木和灌木)NPV光谱特征进行了分析,构建了干枯燃料指数(Dead Fuel Index,DFI)、纤维素吸收指数(Cellulose Absorption Index,CAI)和NPV盖度(f_(NPV))应用模型,并使用MCD43A4数据在不同草原区进行了验证。结果表明:(1)草本、半灌木、灌木和总体混合NPV光谱反射率具有相似变化趋势,但反射值存在显著差异。(2)DFI和CAI、CAI和f_(NPV)、DFI和f_(NPV)均呈显著正相关关系(P<0.001),DFI可以代替CAI进行f_(NPV)的估算。(3)不同草原区f_(NPV)存在异质性,草甸草原、典型草原、沙地草场和荒漠草原分别为75.95%、50.61%、45.88%和32.77%。DFI在典型草原区估算f_(NPV)效果最好(f_(NPV1)和f_(NPV2)平均差值为3.11%,最小差值为0.03%)。在草原区进行f_(NPV)估算时,不可将NPV作为均质体处理,还要剔除裸地干扰。

关键词：地面高光谱非光合植被盖度干枯燃料指数纤维素吸收指数