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遥感估算叶面积指数(LAI)时空动态变化对全球气候变化研究具有重要的意义,为了提高遥感估算时间序列叶面积指数的精度,需要耦合遥感观测数据与LAI动态过程模型。本文提出一种基于双集合卡尔曼滤波(Dual EnKF)的时间序列LAI反演方法,同时更新LAI估计值和LAI动态过程模型中的敏感性参数,得到LAI和动态过程模型敏感参数的最优估计值来优化动态过程模型。一方面使得动态过程模型可以更好地描述LAI随时间的变化过程,降低模型预测误差,从而提高LAI动态过程模型的预测能力;另一方面通过耦合动态过程模型和辐射传输模型,集成遥感观测数据与动态过程模型的预测值,进而得到优化的LAI估计值。为检验算法,分别选取作物、草地和林地等典型植被验证站点进行Dual EnKF LAI时间序列估算,并分别与MODIS LAI产品及其SG滤波曲线、集合卡尔曼滤波方法反演LAI、未优化的动态过程模型模拟LAI结果进行比较,并配以一些站点地面实测点数据作为参考。结果表明,采用Dual EnKF方法得到的LAI不但保持了时间上的连续性,而且通过改善动态过程模型的预测能力,即使在缺乏高质量遥感观测数据时,也能够获得符合LAI发展趋势的估算值,没有出现跳跃、波动现象,时间序列曲线较稳定,更符合植被LAI变化规律,表明基于Dual EnKF的时间序列LAI遥感估算方法是提取LAI时间廓线的一种有效途径。 相似文献
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叶面积指数LAI (Leaf Area Index)是调节植被冠层生理过程的最重要的生物物理变量之一,高空间分辨率时间序列LAI对于植被生长检测、地表过程模拟与区域和全球变化研究至关重要,但是由于数据缺失和反演方法限制,目前还没有时空连续的高分辨率LAI数据产品。本研究提出了一种生成时间连续的高空间分辨率LAI数据的算法,首先对MODIS LAI产品滤波平滑,生成时间序列LAI的上包络曲线,根据上包络曲线提供的变化信息构建LAI动态模型。然后利用地面实测的LAI数据与Landsat反射率数据构建LAI反演的BP (Back Propagation)神经网络模型。将反演得到的高分辨率LAI数据作为LAI观测数据,利用集合卡尔曼滤波EnKF (Ensemble Kalman Filter)方法实时更新动态模型,生成时间连续的30 m空间分辨率LAI数据集。基于该算法生成了塞罕坝地区2000年—2018年长时间序列LAI数据集,利用Prophet深度学习模型进行模拟和预测,根据预测和原始LAI差异,利用支持向量机SVM (Support Vector Machine)方法检测植被干扰状况。结果表明:EnKF算法能够生成时空连续的高空间分辨率LAI数据,估算结果与地面测量值一致性较高,R~2为0.9498,RMSE为0.1577,在区域尺度上与Landsat LAI参考值较为吻合,R~2高于0.87,RMSE低于0.61。Prophet与SVM模型检测到研究区2009年,2010年,2013年,2014年,2015年植被受干扰较为严重,主要由于年降水量偏少和林区作业砍伐造成,检测结果与当地降水量与砍伐数据吻合。本文提出的算法可用于大范围高时空LAI数据反演和植被变化检测,对塞罕坝乃至全国林区规划管理具有重要的参考价值。 相似文献
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中国区域MODIS LAI产品及其改进 总被引：2，自引：3，他引：2
叶面积指数(LAI)是表征地表植被生长状况和进行陆面过程系统模拟的一个重要参数,搭载在Terra和Aqua两颗卫星上的MODIS传感器能够长时问收集全球陆地表面LAI的变化信息.然而,目前发布的MODIS LAI数据产品的时空不连续性制约着MODIS LAI产品在农作物长势监测与产量估计、地球表面过程模拟、全球变化研究等领域的应用.论文对中围区域MODIS LAI的标准产品进行了分析和总结,指出造成日前发布的中国区域MODIS LAI的标准产品在时间和空间上的不连续性,既有MODIS LAI反演算法的原因,更有MODIS反射率数据质量的原因.针对中国区域MODIS LAI标准产品存在的时空不连续性问题,论文在TSF滤波算法的基础上,进一步考虑地表反射率数据质量对MODIS LAI标准产品的影响,提出了改进的TSF滤波算法,并给出了基于该算法生成的时间上和空间上更具连续性的中国区域的MODIS LAI改进产品.本文发展的新算法和LAI改进产品可为相关研究提供LAI数据和产品算法参考. 相似文献
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GLASS叶面积指数产品验证 总被引：1，自引：2，他引：1
在国家高技术研究发展计划(863计划)重点项目的支持下,已利用MODIS和AVHRR地表反射率数据生成了1981年—2012年的GLASS(Global LAnd Surface Satellite)叶面积指数(LAI)产品。本文从两个方面对GLASS LAI产品的质量进行分析和评价:(1)与现有的全球LAI产品进行比较,分析GLASS LAI产品的时空变化特征;(2)利用LAI的地面测量数据,对GLASS LAI的精度进行评价。研究结果表明:GLASS LAI与CCRS LAI在高纬度和赤道附近区域的差异较大;相对而言,GLASS LAI与MODIS(主算法反演)和CYCLOPES LAI在空间分布上具有更好的一致性;GLASS和CYCLOPES LAI的时间序列曲线连续平滑,MODIS LAI在一些区域的植被生长季节存在剧烈的跳跃;与LAI的地面测量数据进行比较,GLASS LAI产品的R2为0.76,RMSE为0.51,结果明显优于MODIS和C YCLOPES LAI产品。 相似文献
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基于森林模型参数先验知识估算高分辨率叶面积指数 总被引：1，自引：0，他引：1
目前,估算高分辨率叶面积指数LAI（Leaf Area Index）的常用方法是采用大量地面测量数据和遥感数据建立统计模型,再用统计模型估算LAI。然而,与农田地面测量实验相比,森林地面测量实验获取的观测数据更加有限,这使得基于统计模型的森林高分辨率LAI的估算精度低,难以满足应用需求。为此,本文提出一种基于森林模型参数先验知识、使用森林研究区少量的LAI地面测量数据和归一化植被指数NDVI数据估算森林高分辨率LAI的方法。首先,获取全球20个森林实验区的LAI地面测量数据和NDVI数据,建立LAI-NDVI统计模型并提取森林模型参数的先验知识。然后,以一个新的森林站点Concepción作为研究区,将该研究区的数据分为建模数据和验证数据两个部分。使用研究区有限的建模数据对森林模型参数先验知识进行本地化校正得到优化模型,优化模型用于估算森林高分辨率LAI,使用验证数据评价LAI的估算精度。同时,选取了Camerons站点、Gnangara站点、Hirsikangas站点评价本文方法的LAI估算精度。使用地面测量LAI验证基于森林模型参数先验知识估算高分辨率LAI的结果精度,经验证4个森林站点的均方根误差分别为0.6680,0.4449,0.2863,0.5755。研究结果表明：在仅有少量观测数据时,采用本方法能有效地提高森林高分辨率LAI的估算精度。因此,本方法可为森林高分辨率LAI的遥感估算提供参考。 相似文献
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基于波谱知识库的MODIS叶面积指数反演及验证 总被引：2，自引：0，他引：2
目前用物理模型反演叶面积指数普遍存在缺少先验知识的状况，如何获得准确的先验知识是遥感走向应用的一个关键环节。中国典型地物标准波谱数据库就是结合国家重大行业中的应用需求，研究制定地物波谱获取与分析的技术规范和数据标准，建立典型地物标准波谱数据库。从波谱数据库提取模型反演所需要的先验知识，实现了基于SAIL模型的MODIS数据（经过几何纠正与大气纠正）叶面积指数的反演。另外，基于TM数据，对MODIS混合像元进行了分解，用纯像元的叶面积指数与实测数据进行对比验证，同时，反演结果与NASA的LAI产品也进行了对比，结果表明基于波谱库的先验知识可以有效的提高叶面积指数的反演精度。 相似文献
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运用动态谐波回归模型(Dynamic Harmonic Regression,DHR)对MODIS的长时间序列的LAI产品进行分析,可以从中分离出LAI随时间变化的多年趋势、季节变化及残差等主要成分,通过建立的模型实现LAI年间变化的短时预测。本文将所述DHR模型分析方法试用于遥感数据产品随时间变化的信息提取,对LAI年间变化的预测结果证明该方法用于遥感像元尺度LAI产品的时间序列分析与预测的效果良好。 相似文献
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黑河流域遥感物候产品验证与分析 总被引：2，自引：0，他引：2
植被物候遥感产品对全球变化响应、农业生产管理、生态学的应用等多领域研究具有重要意义。但现有植被物候遥感产品还有较多问题,主要包括一方面使用不同参数的时间序列数据以及不同提取算法导致的产品结果差异较大,另一方面在地面验证中地面观测数据与遥感反演数据的物理含义不一致导致的验证方法的系统性误差。本文以黑河流域为研究区,对比验证基于EVI(Enhanced Vegetation Index)时间序列数据提取的MLCD(MODIS global land cover dynamics product)植被遥感物候产品和基于LAI(Leaf Area Index)时间序列数据提取的UMPM(product by universal multi-life-cycle phenology monitoring method)植被遥感物候产品的有效性及精度等。同时,通过验证分析进一步评估基于EVI和LAI时间序列提取的物候特征的差异及特点,探讨由于地面观测植被物候与遥感提取植被物候的物理意义的不一致问题导致的直接验证结果偏差。结果表明:UMPM产品有效性整体高于MLCD产品,但在以草地和灌木为主的稀疏植被区,由于LAI取值精度的原因,UMPM产品存在较多缺失数据,且时空稳定性较低;基于玉米地面观测数据表明,EVI对植被开始生长的信号比LAI更加敏感,更适合提取生长起点,但植被指数易饱和,峰值起点普遍提前,基于LAI提取的峰值起点更加合理。由于地面观测的物候期在后期更加关注果实生长,遥感观测仅关注叶片的生长,遥感定义的峰值终点和生长终点与玉米的乳熟期和成熟期差异较大。 相似文献
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Fábio Marcelo Breunig Lênio Soares GalvãoAntônio Roberto Formaggio José Carlos Neves Epiphanio 《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》2011
The Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) is largely used to estimate Leaf Area Index (LAI) using radiative transfer modeling (the “main” algorithm). When this algorithm fails for a pixel, which frequently occurs over Brazilian soybean areas, an empirical model (the “backup” algorithm) based on the relationship between the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and LAI is utilized. The objective of this study is to evaluate directional effects on NDVI and subsequent LAI estimates using global (biome 3) and local empirical models, as a function of the soybean development in two growing seasons (2004–2005 and 2005–2006). The local model was derived from the pixels that had LAI values retrieved from the main algorithm. In order to keep the reproductive stage for a given cultivar as a constant factor while varying the viewing geometry, pairs of MODIS images acquired in close dates from opposite directions (backscattering and forward scattering) were selected. Linear regression relationships between the NDVI values calculated from these two directions were evaluated for different view angles (0–25°; 25–45°; 45–60°) and development stages (<45; 45–90; >90 days after planting). Impacts on LAI retrievals were analyzed. Results showed higher reflectance values in backscattering direction due to the predominance of sunlit soybean canopy components towards the sensor and higher NDVI values in forward scattering direction due to stronger shadow effects in the red waveband. NDVI differences between the two directions were statistically significant for view angles larger than 25°. The main algorithm for LAI estimation failed in the two growing seasons with gradual crop development. As a result, up to 94% of the pixels had LAI values calculated from the backup algorithm at the peak of canopy closure. Most of the pixels selected to compose the 8-day MODIS LAI product came from the forward scattering view because it displayed larger LAI values than the backscattering. Directional effects on the subsequent LAI retrievals were stronger at the peak of the soybean development (NDVI values between 0.70 and 0.85). When the global empirical model was used, LAI differences up to 3.2 for consecutive days and opposite viewing directions were observed. Such differences were reduced to values up to 1.5 with the local model. Because of the predominance of LAI retrievals from the MODIS backup algorithm during the Brazilian soybean development, care is necessary if one considers using these data in agronomic growing/yield models. 相似文献
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为了进一步提高冬小麦产量估测的精度,基于集合卡尔曼滤波算法和粒子滤波（particle filter, PF）算法,对CERES–Wheat模型模拟的冬小麦主要生育期条件植被温度指数（vegetation temperature condition index,VTCI）、叶面积指数（leaf area index, LAI）和中分辨率成像光谱仪（moderate-resolution imaging spectroradiometer, MODIS）数据反演的VTCI、LAI进行同化,利用主成分分析与Copula函数结合的方法构建单变量和双变量的综合长势监测指标,建立冬小麦单产估测模型,并通过对比分析选择最优模型,对2017—2020年关中平原的冬小麦单产进行估测。结果表明,单点尺度的同化VTCI、同化LAI均能综合反映MODIS观测值和模型模拟值的变化特征,且PF算法具有更好的同化效果;区域尺度下利用PF算法得到的同化VTCI和LAI所构建的双变量估产模型精度最高,与未同化VTCI和LAI构建的估产模型精度相比,研究区各县（区）的冬小麦估测单产与实际单产的均方根误差降低了56.25 kg/hm2,平均相对误差降低了1.51%,表明该模型能有效提高产量估测的精度,应用该模型进行大范围的冬小麦产量估测具有较好的适用性。 相似文献
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A time series of leaf area index (LAI) of a managed birch forest in Germany (near Dresden) has been developed based on 16-day normalized difference vegetation index (NDVI) data from the Landsat ETM+ sensor at 30 m resolution. The Landsat ETM+ LAI was retrieved using a modified physical radiative transfer (RTM) model which establishes a relationship between LAI, fractional vegetation cover (fC), and given patterns of surface reflectance, view-illumination conditions and optical properties of vegetation. In situ measurements of photosynthetically active radiation (PAR) and vegetation structure parameters using hemispherical photography (HSP) served for calibration of model parameters, while data from litter collection at the study site provided the ground-based estimates of LAI for validation of modelling results. Influence of view-illumination conditions on optical properties of canopy was simulated by a view angle geometry model incorporating the solar zenith angle and the sensor viewing angle. Effects of intra-annual and inter-annual variability of structural properties of the canopy on the light extinction coefficient were simulated by implementing variability of the leaf inclination angle (LIA), which was confirmed in the study site. The results revealed good compatibility of the produced Landsat ETM+ LAI data set with the litter-estimated LAI. The results also showed high sensitivity of the LAI retrieval algorithm to variability of structural properties of the canopy: the implementation of LIA dynamics into the LAI retrieval algorithm significantly improved the model accuracy. 相似文献
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以行道树无患子为研究目标,采用地面激光扫描(TLS)技术提取单木分回波点云数据。获取全波形数据、单目标数据、首次回波数据、其余次回波数据,建立基于多回波点云的算法,利用消光系数法提取不同投影分辨率0.01 m、0.02 m和0.03 m的的单株树叶面积指数(LAI)。利用2维影像数据数字半球影像(DHP)和LAI2200提取对应单株树的叶面积指数,进行比较分析,以检验其精度。结果表明:点云投影的分辨率与激光回波都对LAI有极显著影响,其中分辨率为0.02 m和0.03 m的估算结果与LAI2200所得估算结果相近,且差异不显著;单目标回波数据用于LAI的解算,可以同LAI2200的2维影像数据结果进行相互验证。使用单目标回波数据,0.02 m投影分辨率可以最大程度的保证单株LAI的精度,其与LAI2200测定的数据进行截距为0的线性回归,斜率达到0.827。本研究所做多回波地面激光数据计算叶面积指数的算法拓展了地面激光扫描的应用领域,为立木生长量信息准确提取和树木精确建模提供了重要的技术参考。 相似文献
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地表覆盖分类数据对区域森林叶面积指数反演的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
以江西省吉安市为研究区,将5种全球地表覆盖分类数据(包括美国地质调查局(USGS)、马里兰大学(UMD)和波士顿大学(BU)生成的3套数据和欧洲生成的2套数据)以及由TM影像生成的区域地表覆盖分类数据,分别与MODIS1km反射率资料结合,利用基于4尺度几何光学模型的LAI反演方法生成研究区的LAI。在1km和4km两种尺度上将反演的LAI与TM资料生成的LAI进行比较,评价地表覆盖分类数据对LAI反演结果的影响。结果表明,TM和欧洲太空局的GLOBCOVER地表覆盖分类数据用于反演LAI的结果较好,在1km尺度上,反演的LAI与统计模型估算的TMLAI相关的R2分别为0.44和0.40,在4km尺度上的R2分别为0.57和0.54;其次为波士顿大学的MODIS地表覆盖分类数据,据其反演的LAI与TMLAI相关的R2在1km和4km尺度上分别为0.38和0.51;而马里兰大学的UMD和欧洲的GLC2000地表覆盖分类数据会导致反演的LAI存在较大误差,据其反演的LAI与TMLAI之间的一致性较差,在1km和4km两种尺度上平均偏低20%左右;LAI的反演结果对聚集度系数具有强的敏感性。该研究表明,为了提高区域/全球LAI反演精度,需要有高质量的地表覆盖分类数据。 相似文献
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基于TM的辐射传输模型反演叶面积指数可行性研究 总被引：4，自引：1，他引：4
基于PROSAIL辐射传输模型，引入土壤反射指数SRI来简化模型，提出直接从反射率计算SRI的方法； 同时，针对不同的植被状况，采取不同波段组合对模型的参数进行敏感性分析，确定自由参数与反演波段组合，提出一种基于不同植被状况的叶面积指数反演策略； 最后，应用遗传算法对模拟的TM光谱反射数据进行实验。结果表明，对于LAI＜3的植被，反演精度较高； 但是对于LAI＞3的植被，反演精度较低，其原因主要是冠层反射对LAI不再敏感。因此，辐射传输模型反演LAI有一定适用范围，只有在此范围内LAI的反演精度才可靠。 相似文献
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R. P. Singh V. K. Dadhwal K. P. Singh R. R. Navalgund R. Sharma G. D. Bairagi S. A. Raza N. K. Sharma 《Journal of the Indian Society of Remote Sensing》2005,33(2):307-313
This paper reports estimation of the Leaf Area Index (LAI) of wheat crop from IRS-LISS-III data using Price (1993) approach.
Empirical approach for LAI estimation with different NDVI estimation procedures viz. radiance, apparent reflectance and dark
object subtraction (DOS) based atmospheric correction were also evaluated. Validation of LAI retrieval and NDVI normalizations
were carried out using field level measurements of crop LAI and spectral property using canopy analyzer and spectro-radiometer,
respectively over selected fields in Bhopal District, Madhya Pradesh. It was observed that empirical relations are sensitive
to the NDVI estimation approach and DOS method performed better as compared to other two approaches. It was also observed
that LAI estimation from Price algorithm is sensitive to the crop attenuation coefficients. Crop specific attenuation coefficients
reported in literature for Indian cultivars gave higher accuracy. The root mean square (RMS) error of 0.77 for LAI estimation
was achieved using above described approach. 相似文献
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Pavel Propastin Stefan Erasmi 《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》2010
A time series of leaf area index (LAI) has been developed based on 16-day normalized difference vegetation index (NDVI) data from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) at 250 m resolution (MOD250_LAI). The MOD250_LAI product uses a physical radiative transfer model which establishes a relationship between LAI, fraction of vegetation cover (FVC) and given patterns of surface reflectance, view-illumination conditions and optical properties of vegetation. In situ measurements of LAI and FVC made at 166 plots using hemispherical photography served for calibration of model parameters and validation of modelling results. Optical properties of vegetation cover, summarized by the light extinction coefficient, were computed at the local (pixel) level based on empirical models between ground-measured tree crown architecture at 85 sampling plots and spectral values in Landsat ETM+ bands. Influence of view-illumination conditions on optical properties of canopy was simulated by a view angle geometry model incorporating the solar zenith angle and the sensor viewing angle. The results revealed high compatibility of the produced MOD250_LAI data set with ground truth information and the 30 m resolution Landsat ETM+ LAI estimated using the similar algorithm. The produced MOD250_LAI was also compared with the global MODIS 1000-m LAI product (MOD15A2 LAI). Results show good consistency of the spatial distribution and temporal dynamics between the two LAI products. However, the results also showed that the annual LAI amplitude by the MOD15A2 product is significantly higher than by the MOD250_LAI. This higher amplitude is caused by a considerable underestimation of the tropical rainforest LAI by the MOD15A2 during the seasonal phases of low leaf production. 相似文献