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基于热红外成像仪获取的玉米冠层图像，对垄行结构玉米的方向亮温（DBT）进行模型化描述并开展了初步验证工作。模型中假设某一方向上的冠层DBT是组分亮温及各组分在视场中所占面积权重的函数，它们在视场中的比例依赖太阳与传感器的几何位置关系，以及在作物行内，作物行与行之间孔隙的分布。对于玉米冠层的几何特征，简化为横截面是矩形的、其中有空隙透光的一组无限长的平行立方体；立方体内双向孔隙率的方向变化由Kuusk函数来描述。模型模拟表明，玉米亮温组分在视场中的权重具有垄行特性。中午前后，通过对中等密度的冠层DBT模拟，在DBT极坐标图形上发现了一个明显位于垄行方向的热条带的出现，热点出现在太阳位置的周围。最后，利用实地观测的结果与模型模拟结果作对比，对该模型的不足和以后的改进作了初步分析。 相似文献
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垄行种植是果园及农作物的常见种植结构,其冠层比连续和离散植被冠层具有更强的热辐射各向异性,开展垄行植被冠层的热辐射方向性校正对干旱监测等应用具有重要意义。热红外核驱动模型是热辐射方向性校正的基础,但现有核驱动模型在垄行植被冠层中的拟合精度未被讨论过。本文以在法国波尔多获取的两组不同朝向葡萄园冠层航空实测方向性特征为基础,对比分析了现有8个模型的拟合精度（含隶属可见光近红外核驱动建模扩展框架的Ross-Li、LSF-Li模型及隶属热红外核驱动建模通用框架的Vinnikov、RL、Vinnikov-RL、Vinnikov-Chen、LSF-RL、LSF-Chen模型）,结果表明现有模型均无法拟合出垄行植被的行效应特征,精度整体较低（RMSE高达2 K,R2低于0.7）且各个模型之间的拟合能力差异小,现有热红外核驱动模型均不适用于垄行植被冠层,有待在核驱动建模通用框架下发展可刻画垄行特征的新核。 相似文献
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为了测量高覆盖条件下(LAI=5)玉米冠层的方向孔隙率,利用一台基于工业用吊车平台的窄视角热红外成像仪开展测量。在此基础上建立了一个几何光学和辐射传输混合模型模拟半球空间的孔隙率分布。测量结果表明,大多数的孔隙出现在邻近的植株行之间,这导致了在热红外图像中,冠层还保持着垄行结构的特征。基于已经得到的几何参数,本研究发展的模型具有垄行作物孔隙率分布特征,模拟的孔隙率与被观测的孔隙率保持很好的一致。更进一步的改进,需通过计算机模拟以建立更加真实的作物结构描述,这也是以后的一个研究方向。 相似文献
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基于多项式表达模型的多角度覆盖率反演研究 总被引：1，自引：0，他引：1
冠层光谱的多项式表达模型是理解叶片／土壤系统内的光线散射过程，描述植被的冠层光谱与组分光谱间非线性关系的一种新的方法。冠层光谱的多项式表达模型用高阶多项式的形式表达了系统内的各组分对入射光的散射过程，多项式中每一项系数表达了各组分对入射光多次散射的可能性有多少，这与冠层的结构，包括作物的覆盖率、叶倾角、垄行结构等有关。因此，多项式系数具有反演冠层结构参数的潜力。本次研究首先使用SAILH模型得到玉米全生长期的BRDF波谱以及模型计算过程的中间变量冠层多角度覆盖率，建立多项式系数与多角度覆盖率之间的经验关系。最后，设计了一次野外BRDF观测试验，对经验关系进行验证。 相似文献
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冠层反射光谱对植被理化参数的全局敏感性分析 总被引：1，自引：0，他引：1
植被理化参数与许多有关植物物质能量交换的生态过程密切相关,定量分析植被反射光谱对理化参数的敏感性是遥感反演理化参数含量的前提。本文采用EFAST(Extended Fourier Amplitude Sensitivity Test)全局敏感性分析方法,利用PROSAIL辐射传输模型分析了冠层疏密程度对叶片生化组分含量、冠层结构以及土壤背景等多种参数敏感性的影响,并对植被理化参数反演所需先验知识的精度问题进行了初步探讨。研究表明:(1)对于较为稠密的冠层,可见光波段的冠层反射率主要受叶绿素含量的影响,近红外和中红外波段的冠层反射率主要受干物质量和含水量的影响;(2)对于稀疏的冠层,LAI是影响400—2500 nm波段范围内冠层反射率的最重要参数,土壤湿度次之,叶片生化参数对冠层反射率的敏感性较低;(3)在已知稀疏冠层LAI的情况下进一步确定土壤的干湿状态,可显著提高冠层反射率对叶绿素含量的敏感度,有助于稀疏冠层叶绿素含量的反演。 相似文献
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基于3D真实植被场景的全波段辐射传输模型研究 总被引：4，自引：0，他引：4
本文基于3D真实场景CLAMP模型模拟的植被冠层，对冠层在可见一近红外波段和热红外波段的辐射传输进行了综合建模。针对CLAMP模型生成场景的通用和近似特征，在可见一近红外波段，对植被和土壤的单次散射贡献利用光子逆向追踪算法进行了精确计算，多次散射的贡献则采用四流近似理论来计算，以提高运算效率。模型结果与SAILH模型结果进行了比较，具有较好的一致性，并且体现出了优于一维辐射传输模型的模拟结果。在热红外波段，采用几何光学原理，冠层方向亮度温度由可视光照叶片、遮荫叶片、光照土壤和遮荫土壤的比例与对应组分亮温乘积之和得到，模拟结果体现了合理的变化趋势。对冠层主要结构参数LAI和ALA的敏感性进行了比较分析，不同波段模型模拟的方向性辐射结果，很好地反映了结构参数对冠层辐射特性的影响。 相似文献
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二向反射分布函数包含地表反射的方向性特征信息。研究二向反射分布函数BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function)形状对植被结构参数的敏感性,有助于理解植被的二向性反射规律,进而反演植被参数。本文耦合双冠层反射率模型和核驱动的罗斯厚核-李氏稀疏互易核模型,利用EFAST全局敏感性分析方法,以各向异性平整指数为BRDF形状变化的衡量指标,研究了不同天空光比例(SKYL)下,各向异性平整指数AFX对植被参数敏感度的变化,以及SKYL=0.1时AFX的敏感性。结果表明:(1)在红波段,上、下层叶面积指数、上层叶绿素含量,以及上层叶倾角分布是AFX的敏感参数,在近红外波段,上、下层叶面积指数LAI是AFX的敏感参数。(2)冠层尺度上的参数敏感度总体大于叶片尺度。(3)晴天时(SKYL=0.1),红波段主敏感度较大的参数分别是上层LAI、上层叶倾角分布和下层叶片结构参数,近红外波段主敏感度较大的参数主要是上、下层LAI。 相似文献
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该文用几何光学与辐射传输混合模型研究不连续植被冠层的几何光学反射模型的四分量（承照树冠、承照地面、阴影树冠、阴影地面）的参数化。用一个修正的均匀介质层路径散射（反射与传输）参数的解析算法估计路径散射参数（反射与传输），其中也考虑了冠层间隙的影响。光谱分量特征是不连续植被冠层的传输与反射，背景反照率，以直射光通量与天空漫射光通量比例的函数。光谱分量特征的模型与在美国缅因州Ｈｏｌａｎｄ采集的针叶林数据吻合。基于ＬｉＳｔｒａｈｌｅｒ几何光学相互遮蔽模型，用参数化的光谱分量特征对老松林和老云杉林的方向反射进行估计，其结果与在不同太阳与观测方向上的ＰＡＲＡＢＯＬＡ测量值匹配得很好。 相似文献
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利用夜间热红外数据求取玉米冠层孔隙率 总被引：1，自引：0，他引：1
孔隙率是光线透过冠层未被拦截到达地表的概率,是描述冠层结构和生物量空间分布的关键变量。已有研究证明,在夜间热红外图像上,玉米地各亮温组分比较稳定,并且温度均值有明显差异,易于区分。本研究的目的是利用2005年8月23日在怀来测得的夜间热红外数据求取中等密度的玉米冠层(LA I=3.64)在不同角度下的孔隙率。结果表明,在沿垄行方向,孔隙率随着天顶角变化缓慢;而在其他方向(45°和90°)变化较快,且变化趋势相似。将测得结构参数代入余涛的热红外方向辐射性模型,模拟出不同方向下的孔隙率。将测量值与模拟值进行对比,二者有一定的相似性,模型能较好地抓住玉米冠层孔隙率的主要特征。针对二者间的差异,初步分析是由测量中观测目标不完全一致、角度控制不精确、测量高度过低以及投影函数和丛生参数的选择等原因引起的。 相似文献
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作为森林冠层结构的重要组成部分,树冠形状对冠层间隙率与聚集度指数的计算有重要影响。之前的研究通常将树冠假设为圆锥形、圆柱形、圆锥+圆柱形等形状计算了冠层间隙率与聚集度指数。然而,树冠生长受外部环境以及内部顶端优势等因素的影响,相较于上述理想化的树冠形状,半椭球形更符合树冠自然生长规律。事实上,半椭球形是一种十分常见的树冠形状。本文以树冠在空间呈泊松分布为前提,推导出半椭球形树冠的冠层间隙率与聚集度指数计算公式,并进一步扩展到双半椭球形树冠。同时,以半椭球形树冠为计算基准,对比分析了半椭球形树冠与其他树冠形状冠层间隙率与聚集度指数的相对差异。模拟计算中主要输入参数包括树冠密度、树冠高度、树冠半径以及叶面积指数等。最后通过虚拟场景对结果进行验证。结果表明：（1）半椭球形树冠与其他树冠形状的冠层间隙率有较大差异。随着观测天顶角增加,不同树冠形状与半椭球形树冠的冠层间隙率的相对差异也逐渐增大。当观测天顶角为70°时,圆锥形树冠与半椭球形树冠的冠层间隙率相对差异已接近100%。（2）树冠形状对聚集度指数同样有较明显影响。极端情况下,圆锥形树冠与半椭球形树冠的聚集度指数相对差异达到30%。（3）半椭球形树冠与其他树冠形状的半球空间聚集度指数期望值的差异不容忽视。 相似文献
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垄行作物玉米方向亮温野外测量中视场角影响的简单分析 总被引：3，自引：4，他引：3
基于透视原理、地面试验中对于较高目标的观测存在着一定的偏差。这种偏差随传感器高度、观测角度、视场角大小、观测位置等多个因素改变。由于垄行作物空间结构和温度分布的复杂性 ,在采用较大视场角测量方向亮温的地面实验中 ,将不可避免地存在着误差。采用一个简化的三分量二维结构模型对这种误差进行初步的分析与估算。亮温三分量分别为植被、被阳光照到的亮土和植被阴影下的暗土。作物的结构简化为剖面为矩形的无限长平行体。通过对这三个分量在传感器视场中面积权重的计算来模拟目标结构、传感器高度、位置、视场角大小、观测角度等因素对测量结果产生的影响。模拟结果表明 ,在垂直观测中 ,视场中的植被权重往往被高估 ,偏差随传感器高度的降低急剧增加。在倾斜观测中 ,由于一种互补效应的产生 ,偏差被限制在一个较低的范围内。经过分析 ,减小误差的最有效办法是提高传感器高度。最后 ,实验数据与模拟结果进行了比较。恰当地选取模型输入 ,两种数据能非常好的吻合。 相似文献
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Recent studies in Amazonian tropical evergreen forests using the Multi-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR) and the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) have highlighted the importance of considering the view-illumination geometry in satellite data analysis. However, contrary to the observed for evergreen forests, bidirectional effects have not been evaluated in Brazilian subtropical deciduous forests. In this study, we used MISR data to characterize the reflectance and vegetation index anisotropies in subtropical deciduous forest from south Brazil under large seasonal solar zenith angle (SZA) variation and decreasing leaf area index (LAI) from the summer to winter. MODIS data were used to observe seasonal changes in the normalized difference vegetation index (NDVI) and enhanced vegetation index (EVI). Topographic effects on their determination were inspected by dividing data from the summer to winter and projecting results over a digital elevation model (DEM). By using the PROSAIL, we investigated the relative contribution of LAI and SZA to vegetation indices (VI) of deciduous forest. We also simulated and compared the MISR NDVI and EVI response of subtropical deciduous and tropical evergreen forests as a function of the large seasonal SZA amplitude of 33°. Results showed that the MODIS-MISR NDVI and EVI presented higher values in the summer and lower ones in the winter with decreasing LAI and increasing SZA or greater amounts of canopy shadows viewed by the sensors. In the winter, NDVI reduced local topographic effects due to the red-near infrared (NIR) band normalization. However, the contrary was observed for the three-band EVI that enhanced local variations in shaded and sunlit surfaces due to its strong dependence on the NIR band response. The reflectance anisotropy of the MISR bands increased from the summer to winter and was stronger in the backscattering direction at large view zenith angles (VZA). EVI was much more anisotropic than NDVI and the anisotropy increased from the summer to winter. It also increased from the forward scatter to the backscattering direction with the predominance of sunlit canopy components viewed by MISR, especially at large VZA. Modeling PROSAIL results confirmed the stronger anisotropy of EVI than NDVI for the subtropical deciduous and tropical evergreen forests. PROSAIL showed that LAI and SZA are coupled factors to decrease seasonally the VIs of deciduous forest with the first one having greater importance than the latter. However, PROSAIL seasonal variations in VIs were much smaller than those observed with MODIS data probably because the effects of shadows in heterogeneous canopy structures or/and cast by emergent trees and from local topography were not modeled. 相似文献
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叶片光谱是估算植被生化参数的重要依据。然而,遥感影像获取的光谱为像元及冠层光谱,因此,在进行植被生化参数的遥感定量估算时,需将冠层光谱转化到叶片尺度。根据几何光学模型原理,推导出植被冠层光谱和叶片光谱的尺度转换函数,将冠层光谱转换到叶片尺度。首先,采用叶片光谱模拟模型PROSPECT模拟出叶片水平的光谱;其次,在几何光学模型4-scale模型中,通过改变叶片光谱和叶面积指数（leaf area index,LAI）,模拟出不同叶片特征下的冠层光谱。最后,通过LAI建立两个查找表,一个是传感器观测到树冠光照面和背景光照面概率的查找表,另一个是多次散射因子M的查找表,从而实现冠层光谱和叶片光谱的转化。结果表明,利用4-scale模型能实现冠层光谱与叶片光谱的尺度转换,此方法有很好的适用性。 相似文献
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玉米地组分亮度温度分类变化研究 总被引：2，自引：4，他引：2
以玉米整个生长期野外热红外辐射观测数据为基础,对两种组分亮温分类方法作了比较,并对玉米地组分亮温的变化特征展开了分析。结果表明,农田亮温组分的数目和数值随测量时间和日期改变。在整个测量期间,在当地时间中午前后,农田呈现出3个亮温组分植被、被阳光照到的亮土和植被阴影下的暗土。观测早期,植被亮温分布相对集中;随着农田植被覆盖率的增高,植被亮温分布逐步分散,组分间温差缩小,部分亮温值相互重叠。产生这些现象的原因将在以后的研究中加以探讨。 相似文献
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本文提出了一种新的混合像元聚集指数计算方法。该方法基于高分辨率遥感数据,采用方向孔隙率公式和线性混合模型相结合的方法,详细描述了混合像元内部由于植被覆盖度(FVC)、端元聚集指数以及叶倾角分布等引起的尺度差异。利用模拟数据进行初步敏感性分析,将计算得到的混合像元聚集指数与所占面积比例最大的端元聚集指数进行比较,结果表明端元聚集指数的不均一性对计算结果影响最大,由此得到的混合像元聚集指数较最大面积端元聚集指数下降了55%;植被覆盖度的不均一性影响次之,可使聚集指数降低43%;植被叶倾角分布(G函数)的空间异质性影响最小,约12%。敏感性分析的结果同时也证明了对于空间异质性较强的混合像元进行尺度差异修正的必要性。利用本文中提出的混合像元聚集指数方法有望在提高低分辨率叶面积指数反演中发挥重要作用。 相似文献
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Tawanda W. Gara Andrew K. Skidmore Roshanak Darvishzadeh Tiejun Wang 《地理信息系统科学与遥感》2019,56(4):554-575
In remote sensing applications, leaf traits are often upscaled to canopy level using sunlit leaf samples collected from the upper canopy. The implicit assumption is that the top of canopy foliage material dominates canopy reflectance and the variability in leaf traits across the canopy is very small. However, the effect of different approaches of upscaling leaf traits to canopy level on model performance and estimation accuracy remains poorly understood. This is especially important in short or sparse canopies where foliage material from the lower canopy potentially contributes to the canopy reflectance. The principal aim of this study is to examine the effect of different approaches when upscaling leaf traits to canopy level on model performance and estimation accuracy using spectral measurements (in-situ canopy hyperspectral and simulated Sentinel-2 data) in short woody vegetation. To achieve this, we measured foliar nitrogen (N), leaf mass per area (LMA), foliar chlorophyll and carbon together with leaf area index (LAI) at three vertical canopy layers (lower, middle and upper) along the plant stem in a controlled laboratory environment. We then upscaled the leaf traits to canopy level by multiplying leaf traits by LAI based on different combinations of the three canopy layers. Concurrently, in-situ canopy reflectance was measured using an ASD FieldSpec-3 Pro FR spectrometer, and the canopy traits were related to in-situ spectral measurements using partial least square regression (PLSR). The PLSR models were cross-validated based on repeated k-fold, and the normalized root mean square errors (nRMSEcv) obtained from each upscaling approach were compared using one-way analysis of variance (ANOVA) followed by Tukey’s post hoc test. Results of the study showed that leaf-to-canopy upscaling approaches that consider the contribution of leaf traits from the exposed upper canopy layer together with the shaded middle canopy layer yield significantly (p < 0.05) lower error (nRMSEcv < 0.2 for canopy N, LMA and carbon) as well as high explained variance (R2 > 0.71) for both in-situ hyperspectral and simulated Sentinel-2 data. The widely-used upscaling approach that considers only leaf traits from the upper illuminated canopy layer yielded a relatively high error (nRMSEcv>0.2) and lower explained variance (R2 < 0.71) for canopy N, LMA and carbon. In contrast, canopy chlorophyll upscaled based on leaf samples collected from the upper canopy and total canopy LAI exhibited a more accurate relationship with spectral measurements compared with other upscaling approaches. Results of this study demonstrate that leaf to canopy upscaling approaches have a profound effect on canopy traits estimation for both in-situ hyperspectral measurements and simulated Sentinel-2 data in short woody vegetation. These findings have implications for field sampling protocols of leaf traits measurement as well as upscaling leaf traits to canopy level especially in short and less foliated vegetation where leaves from the lower canopy contribute to the canopy reflectance. 相似文献
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以位于三峡库区的龙门河森林自然保护区为研究区,综合利用线性光谱混合模型和几何光学模型,基于高光谱遥感数据提取森林结构参数是本文研究的重点。在研究区地面调查数据的基础上,通过高光谱数据和混合光谱分解法,获得反演几何光学模型所需的四分量参数,根据背景光照分量与森林植被冠层各参数间的关系,反演得到森林冠层郁闭度及平均冠幅的定量分布图,并利用37个野外实测样本进行结果验证。 相似文献