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路域植被叶绿素多光谱遥感定量反演研究

测绘通报 2014年第12期 5-8,47页

作者：郭云开张进会长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410004

叶绿素是植被光合作用的主要物质,准确估算叶绿素含量对植被生长健康状况和生态环境研究具有重要意义。本文利用辐射传输机制的PRO4SAIL模型模拟植被冠层光谱,以TM影像为数据源,分析了物理模型模拟反射率和遥感影像反射率与叶绿素含量... 详细信息

叶绿素是植被光合作用的主要物质,准确估算叶绿素含量对植被生长健康状况和生态环境研究具有重要意义。本文利用辐射传输机制的PRO4SAIL模型模拟植被冠层光谱,以TM影像为数据源,分析了物理模型模拟反射率和遥感影像反射率与叶绿素含量之间的相关性,研究了利用多光谱信息定量反演路域植被叶绿素含量。结果表明,植被光谱与叶绿素含量之间有较强的相关性;利用PRO4SAIL模型模拟的冠层反射率反演叶绿素含量具有一定可行性,该研究成果可以为大面积路域植被冠层叶绿素含量遥感监测提供理论依据与参考。

关键词：路域植被叶绿素 PRO4SAIL模型 TM影像定量遥感

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路域植被叶面积指数变化遥感动态监测研究

路域植被叶面积指数变化遥感动态监测研究

作者：苟叶培长沙理工大学

学位级别：硕士

近年来,我国的道路交通基础设施得到了大力发展,并取得了举世瞩目的成就。但公路的建设与运营给公路路域生态环境带来了众多不良的影响,对人类未来社会的可持续发展造成了严重的影响,引起了人们的高度关注。因此,致力于路域生态环境监... 详细信息

近年来,我国的道路交通基础设施得到了大力发展,并取得了举世瞩目的成就。但公路的建设与运营给公路路域生态环境带来了众多不良的影响,对人类未来社会的可持续发展造成了严重的影响,引起了人们的高度关注。因此,致力于路域生态环境监测、评价和修复研究就变得尤为重要。植被是生态环境中最敏感的组成部分,能较好的反映区域生态环境的状况。而叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是描述植被冠层结构情况的一个重要参数,它能较好的反映植被生长状况。当植被生长环境受到影响后,将直接引起植被LAI的变化,因此,可以通过LAI的变化情况来监测路域植被的生长状况。在以往的路域生态环境评价研究中,只停留在平面、静态、单一尺度、定性方面,对植被生态环境评价研究的针对性不强。鉴于此,本文以TM/ETM多光谱遥感数据为信息源,结合PROSAIL模型对路域植被LAI进行了反演研究,并以LAI为监测指标分析了路域植被变化的时空格局,旨在探讨PROSAIL模型在路域植被环境监测评价方面的适用性。本文的主要研究内容与结论如下：(1)通过对PROSAIL模型的输入参数的敏感性分析发现：LAI与叶绿素的敏感性相对最大,且LAI与叶绿素在蓝光波段、绿光波段和红光波段的敏感性较大。(2)结合PROSAIL模型输入参数敏感性分析结果,构建了冠层反射率-LAI的查找表。基于查找表和TM/ETM遥感数据反演了LAI,反演精度高,效果好。(3)路域植被LAI变化的时间格局分析。高等级公路开通运营开始的5年路域植被LAI的变化相对最大,之后路域植被LAI的变化相对变小。(4)路域植被LAI变化的空间格局分析。高等级公路运营后,道路两侧0-300m区域内的植被LAI的变化相对最大,道路两侧300-600m区域植被LAI变化居其次,而道路两侧600-1500m区内的植被LAI基本没有受到影响,即影响具有明显的层次性。(5)针对运营阶段路域植被的变化特征,提出了相应的植被修复建议和保护措施。

关键词：路域植被叶面积指数(LAI) PROSAIL模型动态监测定量遥感

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路域植被叶绿素多光谱遥感定量反演研究

路域植被叶绿素多光谱遥感定量反演研究

作者：张进会长沙理工大学

学位级别：硕士

公路建设的跨越式发展,给人类的生活带来了巨大便利,促进了区域间经济的快速发展,同时,公路建设运营也给路域植被环境和人文环境带来了很大的负面影响。公路建设过程中林地、耕地的占用与破坏及运营过程中因汽车引起的大气污染、水污染... 详细信息

公路建设的跨越式发展,给人类的生活带来了巨大便利,促进了区域间经济的快速发展,同时,公路建设运营也给路域植被环境和人文环境带来了很大的负面影响。公路建设过程中林地、耕地的占用与破坏及运营过程中因汽车引起的大气污染、水污染及噪声污染等使得路域植被萎缩或枯死、动物活动范围受限。这些影响使我国公路环境正面临严峻的生态环境威胁。通过研究路域植被叶绿素含量的变化趋势可以直观反映植被环境的变化情况。而目前,国内外对路域植被叶绿素的研究还比较少。鉴于以上情况,本文以湖南省平汝高速公路(浏醴段)作为研究对象,以ETM+影像为数据源,利用经验模型和PRO4SAIL模型对叶绿素进行遥感定量反演研究,主要研究内容和结论如下:1、保持PRO4SAIL模型中其他参数不变,输入不同叶绿素含量模拟植被光谱反射率。对反射率曲线分析发现,叶绿素对蓝、绿、红三个波段较为敏感,且随着叶绿素含量的增加三个波段的反射率逐渐降低。2、对光谱数据进行一阶微分、二阶微分等处理,分析处理前后光谱及植被指数与叶绿素含量的相关性,结果表明,经过处理之后的光谱及植被指数与叶绿素的相关性均比处理前高。3、利用PRO4SAIL模型模拟植被光谱反射率,构建叶绿素查找表;再根据查找表反演了植被叶绿素,反演叶绿素与实测叶绿素的相关系数为0.8617,反演结果与实际情况比较吻合。4、构建样点叶绿素含量与ETM+影像NDVI、GRVI、DVI、RVI和GNDVI五个植被指数的线性回归模型,研究发现NDVI、GRVI、GNDVI指数与叶绿素含量有较强的相关性,用这三个指数对叶绿素进行定量反演,实测和反演叶绿素值相关系数均在0.7以上。5、对比分析PRO4SAIL物理模型和经验模型对路域植被叶绿素的反演结果,可知两种模型反演结果变化趋势一致,分布情况相同,从而证实了利用多光谱遥感影像反演叶绿素具有实际可行性。

关键词：路域植被叶绿素 PRO4SAIL模型经验模型多光谱遥感定量反演

基于分形理论的路域植被生态系统空间异质性研究

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南京林业大学学报（自然科学版） 2014年第6期38卷 81-86页

作者：谢昧思赵尘南京林业大学土木工程学院江苏南京210037 中国市政工程西北设计研究院有限公司江苏分院江苏南京210017

通过实地观测获取南京市路域植被情况数据,对草类、灌木类、乔木类3种不同植被类型图斑形状指数标度-频度关系、自相似分形特征及决定系数进行网格法分析。在此基础上,通过变异矩阵分析、分维计算等方式,对满足分形特征的不同道路和坡... 详细信息

通过实地观测获取南京市路域植被情况数据,对草类、灌木类、乔木类3种不同植被类型图斑形状指数标度-频度关系、自相似分形特征及决定系数进行网格法分析。在此基础上,通过变异矩阵分析、分维计算等方式,对满足分形特征的不同道路和坡向的路域植被进行植被配置合理性、空间异质性和生态稳定性的对比分析和量化考察。应用空间异质性理论与分形理论,将网格法与变异函数法结合,依次分析标度-频度关系、分形特征、空间异质性,准确计算出路域植被的分维指标数据。结果表明:连续的道路路域各植被类型存在标度-频度关系和自相似分形特征,分维指标可以准确定量地评价路域生态系统的空间异质性与生态稳定性。

关键词：分形空间异质性网格法分析变异矩阵分析路域植被

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路域植被冠层含水量遥感定量反演及动态监测

路域植被冠层含水量遥感定量反演及动态监测

作者：冯超长沙理工大学

学位级别：硕士

高等级公路的建设不仅促进了我国交通运输业的发展,同时也拉动了沿线地区的经济发展,方便了人们的出行。然而,公路在建设和运营期间不可避免地会对周边环境造成一定程度上的破坏,如植被破坏、土地资源破坏、水土流失等。其中路域植被环... 详细信息

高等级公路的建设不仅促进了我国交通运输业的发展,同时也拉动了沿线地区的经济发展,方便了人们的出行。然而,公路在建设和运营期间不可避免地会对周边环境造成一定程度上的破坏,如植被破坏、土地资源破坏、水土流失等。其中路域植被环境能够较直接地反映路域生态环境在公路修建、运营期间受到的影响情况。为了对路域植被环境进行监测,本文选取能够表征植被生长状况和生理生化过程的植被含水量作为研究目标因子,其能够在一定程度上衡量植被的生理状态、形态结构和健康程度。本文以湖南省内的醴潭高速公路路域为研究区,选取Landsat7 ETM+遥感影像为数据源,结合定量遥感理论,利用物理模型结合统计模型因子法,分别反演了2003年、2007年、2010年、2015年在公路修建前、后及运营期四个年份的路域植被叶片等效水厚度和叶面积指数,并实现了植被含水量从叶片—冠层的尺度转换,对植被冠层含水量进行时空动态监测分析。主要研究内容及结论如下:(1)基于ETM+传感器的光谱响应函数,通过建立实测光谱与遥感影像像元光谱之间的转换模型,实现了光谱反射率由实测端元尺度向多光谱像元尺度的转换;(2)通过分析植被光谱特性曲线,选取六个植被水分指数分别与叶片等效水厚度建立统计模型,选择相关系数最高的归一化差值红外指数作为路域植被叶片等效水厚度的反演参数,参与物理模型的反演;(3)通过构建查找表,实现了PRO4SAIL物理模型结合统计模型因子(归一化差值红外指数)对叶片等效水厚度的反演,同时用物理模型反演路域植被叶面积指数,经波段运算得到醴潭高速公路四个年份的路域植被冠层含水量成果;(4)从时间格局、空间格局角度,利用定量和定性的分析方法评价路域植被冠层含水量的变化,进而评价路域植被环境变化。本研究以醴潭高速公路为代表,通过对路域植被含水量的研究分析,反映了高速公路的建设运营对路域植被环境带来的影响,为路域植被环境的评价提供基础支持。其研究可促进遥感定量反演理论在生态环境评价中的应用,为南方丘陵地区高速公路路域植被含水量的快速、定量化监测评价奠定基础。

关键词：路域植被冠层含水量叶片等效水厚度叶面积指数模型反演动态监测

基于混合像元分解理论的路域植被等量水厚度遥感反演

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测绘通报 2019年第12期 83-86,95页

作者：肖祥红刘海洋郭云开湖南省第二测绘院湖南长沙410119 长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410076

为削弱混合像元对植被参数反演的影响,提出了基于混合像元分解理论反演路域植被等量水厚度的方法。利用PRO4SAIL模型正演获得的高光谱窄波段数据,模拟Landsat 8遥感影像宽波段植被冠层光谱数据,并进行等量水厚度的敏感植被指数的筛选;... 详细信息

为削弱混合像元对植被参数反演的影响,提出了基于混合像元分解理论反演路域植被等量水厚度的方法。利用PRO4SAIL模型正演获得的高光谱窄波段数据,模拟Landsat 8遥感影像宽波段植被冠层光谱数据,并进行等量水厚度的敏感植被指数的筛选;对覆盖研究区域的Landsat 8遥感影像进行线性混合像元分解,获取更加精确的植被冠层光谱反射率;同时,利用支持向量机构建等量水厚度估测模型,实现对路域植被等量水厚度的遥感反演。研究结果表明,利用混合像元分解后得到的植被冠层光谱参与模型反演得到的路域植被等量水厚度更加符合实际情况,为遥感影像反演植被参数提供了有效数据。

关键词：路域植被等量水厚度混合像元分解植被参数反演 Landsat 8

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城市道路交通碳排放及路域植被碳汇分析

城市道路交通碳排放及路域植被碳汇分析

作者：李超男南京林业大学

学位级别：硕士

当前人类社会面临了许多环境问题,而全球气候变暖是诸多环境问题中最受人关注的环境问题之一。随着城市道路建设的逐渐加大,绿色低碳道路已成为当前的研究热点。城市道路交通CO污染问题日趋严重,其主要碳源——机动车CO排放量也备受关... 详细信息

当前人类社会面临了许多环境问题,而全球气候变暖是诸多环境问题中最受人关注的环境问题之一。随着城市道路建设的逐渐加大,绿色低碳道路已成为当前的研究热点。城市道路交通CO污染问题日趋严重,其主要碳源——机动车CO排放量也备受关注。另外,作为城市道路既经济又环保的碳汇工具——路域植被的碳汇计算以及经济价值也受到国内外的广泛关注,植被对于城市生态环境的改善有着重要的意义。本文以南京市城区重要交通干线——玄武大道为工程背景,以其交通碳排放和路域碳汇为研究对象,研究其主要碳源——机动车的碳排和碳汇载体——路域植被碳汇两大关键问题。研究工作成果如下:(1)通过实测玄武大道机动车数据和路域植被数据,分析了玄武大道的交通分布特点以及碳汇影响因素,并建立了相应的CO排放估计模型及路域植被碳汇模型,计算得出2015年碳排量和碳汇量。结果表明,2015年年碳排放量和碳汇量分别为8.94万t和0.1753万t,碳排与碳汇远未达到平衡。(2)通过分析碳排碳汇的影响因素,在已建模型基础上,对玄武大道2016025年间的交通碳排放和路域植被碳汇建立预测模型。预测结果表明,2016025年间碳排放和碳汇总量分别为296.26万t和2.8029万t;2025年年碳排放量和年碳汇量分别为62.17万t和3.5905万t,较2015年的年碳排放量增长了6倍,年碳汇量增长了2倍。2015年玄武大道单位绿化面积年固碳量为34kg/m2,2025单位绿化面积年固碳量为70.95kg/m2,增长了1倍。(3)通过对玄武大道2016025年间的交通量碳排放和路域植被碳汇的预测分析,从碳排碳汇和碳汇经济价值两个角度,对玄武大道路域植被碳汇进行评估。研究结果表明:玄武大道交叉口路段植被固碳量仅仅只占交通CO排放量的3%%,交叉口碳排与碳汇远未达到平衡。年碳汇量占年交通碳排放的比例逐年降低,固碳量的增长远小于交通碳排放量的增长,因此有必要采取增大路域植被面积以及改善道路交通行驶状况等措施来减少,以降低大气中的CO浓度。玄武大道路域植被碳汇量以经济价值来评估,平均每年可节省资金49688元人民币,2015至2025年间吸收28029.24t CO,共节约资金546570元。

关键词：城市道路机动车 CO2排放量路域植被碳汇量预测模型碳汇经济评估

基于分形理论的路域植被生态系统空间异质性研究

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基于分形理论的路域植被生态系统空间异质性研究

作者：谢昧思南京林业大学

学位级别：硕士

基于分形理论的空间异质性研究，可以在不同尺度上定量分析研究生态景观中的各类生态属性、生态功能与生态进程，并得出较为准确的分析结果和结论。本文结合目前我国道路路域绿化偏重于均质化、规则化的现状，引入分形及空间异质性理论... 详细信息

基于分形理论的空间异质性研究，可以在不同尺度上定量分析研究生态景观中的各类生态属性、生态功能与生态进程，并得出较为准确的分析结果和结论。本文结合目前我国道路路域绿化偏重于均质化、规则化的现状，引入分形及空间异质性理论，研究道路路域生态系统的空间异质性。通过实地观测获取南京市路域植被情况数据，对草类、灌木类、乔木类三种不同植被类型图斑形状指数标度-频度关系、自相似分形特征及相关系数进行网格法分析。在此基础上，通过变异矩阵分析、分维计算等方式，对满足分形特征的不同道路和坡向的路域植被进行植被配置合理性、空间异质性和生态稳定性的对比分析和量化考察。最后借助ArcGIS软件制作物种丰富度专题图，对空间异质性分维定量考察结果进行定性验证。结果表明：连续的道路路域各植被类型存在标度-频度关系和自相似分形特征，通过物种丰富度专题图验证，分维指标可以准确定量地评价路域生态系统的空间异质性与生态稳定性。在不同环境中，以自然生长为主、人为扰动少的路域，南坡路域以及较宽的分隔带路域，其空间异质性程度高、生态系统稳定，分维值低。在研究对象中，南京市的环陵路、玄武大道路域植被连续，存在明显的分形特征。环陵路的空间异质性和生态系统稳定性优于玄武大道，分维值低于玄武大道;而附近的龙蟠路路域植被不连续，分形特征不明显，空间异质性及分维定量分析法不适用。

关键词：分形空间异质性网格法分析变异矩阵分析路域植被

混合像元分解的路域植被等效水厚度遥感估算模型研究

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混合像元分解的路域植被等效水厚度遥感估算模型研究

作者：张晓炯长沙理工大学

学位级别：硕士

公路施工和运营期间会破坏周边环境生物多样性和生态系统的完整性,准确快速获取植被关键参数是实现生态环境监测评价的关键,植被等效水厚度作为一种重要的生理生化参数对路域生态环境的监测评估具有重要意义。本文以湖南省醴潭高速中的... 详细信息

公路施工和运营期间会破坏周边环境生物多样性和生态系统的完整性,准确快速获取植被关键参数是实现生态环境监测评价的关键,植被等效水厚度作为一种重要的生理生化参数对路域生态环境的监测评估具有重要意义。本文以湖南省醴潭高速中的一段为研究区域,以地面实测植被光谱和等效水厚度以及Landsat 8 OLI为数据源。为解决植被参数定量反演过程中“同物异谱,同谱异物”的困难,提出混合像元分解的等效水厚度估算模型,并进行精度验证与分析。本文主要研究结论如下;(1)基于线性混合像元分解的植被光谱分离。选择绿色植被、土壤和不透水表面作为研究区的代表端元,提出利用图像的主成分分析方法提取地物端元平均光谱曲线,实现完全限制的混合像元分解,解混平均误差为0.095883,分解精度较好,并在此基础上提取植被光谱;(2)筛选估算等效水厚度最佳植被指数。引入随机森林算法对水分指数与等效水厚度进行重要性分析,得到12种水分指数的重要性排序;通过调整R2评价拟合效果,到基于SVM建模时,参与建模的植被指数为EVI、SR、SAVI、GVWI、MSI、SRWI、MSI2、NDVI、DWI时,建模效果最好,调整R2为0.5917;基于GA-SVM建模时,参与建模的植被指数为EVI、SR、SAVI、GVWI、MSI、SRWI、MSI2时,建模效果最好调整R2为0.7368;(3)等效水厚度估算模型建立。在提取植被反射率基础建立的植被等效水厚度估算模型当中,RF-GA-SVM估算等效水厚度的效果最佳;基于原始Landsat 8 OLI影像数据建立的等效水厚度估算模型当中RF-GA-SVM估算模型精度相较于RF-SVM估算精度有了明显改善,此外,经过混合像元分解建立的等效水厚度模型估算精度有了很大提高,也证明了本文考虑混合像元提出的等效水厚度估算方法的有效性。本文研究成果为等效水厚度估算提供一种有效且精确的方法,其研究可促进遥感定量反演理论在生态环境评价中的应用,同时为发展高光谱遥感与多光谱遥感的路域环境监测提供重要支撑。

关键词：路域植被等效水厚度混合像元分解 PRO4SAIL模型随机森林