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冠层间隙率和叶片聚集度指数对植被拦截光和冠层辐射传输过程有重要影响。叶片往往以树冠的形式聚集在森林中,而树冠在诸多森林冠层几何光学模型中有重要作用。之前的研究主要集中于树冠的形状(例如圆柱、圆锥、椭球、圆锥+圆柱等)特征对冠层间隙率和叶片聚集度的影响。然而,树冠的结构特征除了包括形状特征外,还包括尺寸特征。事实上,树冠的尺寸特征是植被在长期进化过程中与自然环境相互作用的结果,且比树冠形状特征具有更明显的地理空间特征。本文首先修改了前人常用的用于描述树冠分布的泊松分布模型,其次,利用超几何模型更为真实地、定量地描述树冠之间的排斥效应和树冠的分布情况;最后,以椭球树冠为例,设定了从"瘦高"型到"矮胖"型等7种尺寸的树冠,分别通过固定树冠半径和树冠体积两种途径探讨了树冠尺寸特征对冠层间隙率和叶片聚集度的影响。结果表明:(1)无论固定树冠半径,还是固定树冠体积,树冠尺寸特征对冠层间隙率和叶片聚集度指数的影响,均比树冠形状特征对间隙率和叶片聚集度指数的影响明显;(2)树冠的尺寸对冠层间隙率和叶片聚集度的影响非常显著,且具有明显的规律性。树冠在观测方向的投影面积越大,冠层间隙率越小,叶片聚集指数度越大,冠层内叶片越趋于泊松分布。 相似文献
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树冠形状对孔隙率及叶面积指数估算的影响分析 总被引：1，自引：1，他引：0
叶片在树冠尺度的聚集是森林场景中的重要聚集形式,模型中常假设树冠为规则的几何形体(椭球、圆锥、圆锥+圆柱等)。对树冠形状归属进行判断时界限并不明显,从而具有很强的主观性。本文首先扩展了Nilson的森林孔隙率模型,使其适用于椭球、圆锥、圆锥+圆柱等3种常见形状的树冠,并基于该模型分析了孔隙率、聚集指数对树冠形状的敏感性。同时,本文还分析了树冠形状对叶面积指数(LAI)地面间接测量精度的影响。基于不同形状树冠的模拟数据分析发现,树冠的体积、投影面积是树冠形状产生作用的主要因子,在冠层底部椭球形树冠和圆锥+圆柱形树冠的平均孔隙率、聚集指数都非常接近,而圆锥形树冠与两者存在较大差异。树冠形状的错误设置在极端情况下可导致估算的真实LAI误差超过25%。 相似文献
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分形维数法是分析空间结构分布的一种典型方法,但它对于区分不同的分布形式还存在缺陷。针对这一问题,该文介绍了空隙度指数的定义和树冠空隙度的计算方法;以模拟的树冠点云数据为对象,提出了一种基于三维凸包和三维滑动盒算法的激光雷达(Li DAR)点云数据空隙度分析方法,详尽分析了不同冠型产生的空隙度指数差异;并利用4棵实测的树冠点云数据做检验;最后阐述了空隙度指数在树冠空间异质性分析研究中的作用,并对其应用范围和前景作了展望。结果表明:划分尺度相同时,在一定的尺度范围内,锥型树冠、半球型和半椭球型树冠的差别可以通过空隙度指数曲线有效地区分,实测树冠的结果也体现了空隙度指数对于判断树冠空间结构的有效性。 相似文献
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叶面积指数（LAI）和叶倾角分布（LAD）是决定植被冠层结构的重要参数。在计算机模拟植被冠层,两个参数是植被三维真实结构生成的重要控制因子。本论文中,结合计算机图像学理论,基于实验的地面实测结构参数数据利用可改写的扩展L-system方法生成草以及白杨树的真实三维场景。RGM（A radiosity-graphics combined model）模型是基于辐射度方法的计算机模拟模型,利用此模型来计算生成的三维场景可见光及近红外波段的冠层辐射特性,如冠层波谱以及方向反射特性等。在本研究中,模拟了两种不同下垫面的白杨林地：（1）下垫面只有土壤的白杨树场景;（2）下垫面包括土壤和草的白杨树。在特定的场景组分光学特性下,模拟得到两种情况的主平面冠层BRF（bi-di-rectional reflectance factor）,并对两者的差异进行了分析。可以看出,下垫面对冠层BRF的影响不可忽视。但是,由于白杨林地结构的复杂,大尺度的场景中必须由成千上万个面元组成,因此辐射度方法不能模拟大尺度的真实结构场景。为了拓展辐射度方法应用范围,根据白杨树树冠的特点,将其抽象为椭球体,从而减少场景组成面元个数,满足了辐射度方法的要求。并结合几何光学模型的思想,在对椭球体面元赋值加入了间隙率;并考虑了整个树冠的承照面以及阴影面的差异,模拟大尺度林地冠层BRF,且与GOMS模型结果符合的很好。通过以上研究,可以看出计算机模拟为遥感研究获取多角度数据信息提供了一种很好的手段。 相似文献
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在投影计算中,使用不同椭球参数会获得不同的投影计算结果。本文对克拉索夫斯基椭球、GRS75椭球与CGCS2000椭球下高斯投影平面坐标的数值差异、偏移方向和长度变形情况进行了计算及分析,讨论了其在地图制作和GIS数据实践中的应用。 相似文献
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叶面积指数LAI(Leaf Area Index)是表征植被冠层结构特征的一个重要参数，已经成为多个对地观测系统的陆表参数标准产品，也是定量遥感模型的重要输入参数。快速、准确地获取植被LAI对于开展遥感产品验证、促进遥感模型的发展具有极为重要的意义。随着传感器性能与应用软件功能扩展，智能手机已经成为植被LAI测量的新选择。然而，由于手机成像传感器窄视场角的限制，现有算法依赖于叶倾角分布函数为球型分布的假设，即G函数(单位叶面积在垂直于观测天顶角的平面上的投影)恒等于0.5。因而，传统算法无法解决植被叶倾角分布未知的情况。本文提出了一种基于形状匹配的G函数估算方法，基于有限长度方法和多幅影像间隙率，计算样方内的植被冠层聚集指数，利用泊松分布模型分别得到了植被冠层有效叶面积指数(LAIeff)和真实叶面积指数(LAItru)，并用黑龙江海伦农场两种农作物类型(玉米和大豆)的破坏性测量得到的时间序列真实LAI数据(LAIdes)对算法进行了验证。结果表明，算法改进之前的均方根误差(RMSE)分别是0.84(垂直拍摄)和1.33... 相似文献
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全球卫星导航系统反射测量(GNSS-R)技术中,观测几何计算不仅涉及GNSS反射信号的在轨实时处理,而且与观测值的地理位置计算直接相关,对其进行精确计算十分重要。当前GNSS-R技术逐步向陆地场景拓展,已有几何计算方法难以满足多场景(海洋、陆地、冰川等)应用的需求。针对此,本文提出了一种顾及地球曲率和椭球高的几何计算方法。该方法同时也集成了一种镜面点初始估计模型,在不同轨道高度(300～900 km)和观测几何条件下,初始估计误差精度可降低至5 km以内。本文方法可基于WGS-84椭球面和顾及反射面椭球高精确计算镜面反射点,精度可控在1 mm以内,计算效率相比已有方法有显著提升,可对未来考虑地形高度的高效计算需求提供借鉴。本文方法通过变换迭代方程可进行反射信号的几何路径计算,实现从反射信号延迟观测到镜面反射点和椭球高的一体解算。与已有方法相比,本文方法考虑了地球曲率及反射点随椭球高度变化的空间偏移误差,可避免测高应用中测量值定位不准确的问题。 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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对赫尔默特扁球与布隆斯扁球的水准面方程进行新的研究!借助计算机代数系统MATHEMATICA采用幂级数展开法推导其严密表达式!以此为基础,通过数值计算分析,揭示出这2种扁球体的水准面与水准椭球面的形状差异,澄清和改正前人对这一问题的认识. 相似文献
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Jonckheere I.G.C. Muys B. Coppin P.R. 《Geoscience and Remote Sensing Letters, IEEE》2005,2(3):296-300
A new methodology is presented to threshold high dynamic range hemispherical color photographs of forest canopies. It is based on the second derivative of brightness profiles along circular transects over the whole azimuthal range of angles at narrow annulus zenith rings. A fast, reliable, and objective way of extracting canopy forest parameters is described and illustrated for calculation of the monodirectional gap fraction around the zenith angle of 57.3/spl deg/, which is independent on average leaf angle distribution. 相似文献
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利用POV-ray快速计算三维冠层的四分量比例及孔隙率,在与计算机模拟模型对比结果、验证其可靠性的基础上,针对植被真实结构模型的主要参数对冠层四分量比例和孔隙率的敏感性进行分析。敏感性分析结果表明:当冠层为垄行结构时,相对于其他因素,行结构对四分量比例和孔隙率的影响占主导,因此当植被冠层为垄行结构时,四分量比例和孔隙率的变化较连续冠层更加复杂;集聚指数可以有效的控制叶片的空间分布模式,进而影响到视场中植被与土壤的相对面积比例,对于四分量比例和孔隙率结果有较大影响;叶倾角分布类型对四分量比例和孔隙率结果的各向异性特征影响明显;同时,通过对垄行作物3个典型生长期的四分量比例和孔隙率结果分析得出,在作物生长初期土壤对结果影响更大,在作物生长后期植被对结果的影响占主导,亮叶分量比例各向异性特征较为明显。研究表明,POV-ray是进行植被定量遥感研究的有利工具,具有较好的应用前景。 相似文献
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Individual tree crown delineation is of great importance for forest inventory and management. The increasing availability of high-resolution airborne light detection and ranging (LiDAR) data makes it possible to delineate the crown structure of individual trees and deduce their geometric properties with high accuracy. In this study, we developed an automated segmentation method that is able to fully utilize high-resolution LiDAR data for detecting, extracting, and characterizing individual tree crowns with a multitude of geometric and topological properties. The proposed approach captures topological structure of forest and quantifies topological relationships of tree crowns by using a graph theory-based localized contour tree method, and finally segments individual tree crowns by analogy of recognizing hills from a topographic map. This approach consists of five key technical components: (1) derivation of canopy height model from airborne LiDAR data; (2) generation of contours based on the canopy height model; (3) extraction of hierarchical structures of tree crowns using the localized contour tree method; (4) delineation of individual tree crowns by segmenting hierarchical crown structure; and (5) calculation of geometric and topological properties of individual trees. We applied our new method to the Medicine Bow National Forest in the southwest of Laramie, Wyoming and the HJ Andrews Experimental Forest in the central portion of the Cascade Range of Oregon, U.S. The results reveal that the overall accuracy of individual tree crown delineation for the two study areas achieved 94.21% and 75.07%, respectively. Our method holds great potential for segmenting individual tree crowns under various forest conditions. Furthermore, the geometric and topological attributes derived from our method provide comprehensive and essential information for forest management. 相似文献
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植被结构及太阳／观测角度对NDVI的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
在文献［１］中作者建立了计算多组分植被方向反射系数（ＢＲＦ）的综合解析模型。本文采用该模型研究植被空间结构对常用的归一化植被指数（ＮＤＶＩ）的影响，文中讨论了ＮＤＶＩ与叶（或植被其它组分）角分布（ＬＡＤ）、植被组分（如叶片）的特征尺度和它们在空间的散布方式，以及非叶器官面积在总面积中所占比例间的依赖关系，同时给出了ＮＤＶＩ随太阳／观测角度的变化情况。结果表明即使在叶面积指数（ＬＡＩ）固定不变时，冠层结构及植被组分光学性质的空间非均匀性对ＮＤＶＩ的大小及角分布也有十分显著的影响。通常ＮＤＷ随角度的变化是很大的，如果植被不同组分的光学性质差异很大，且事先不知道它们的空间散布方式时，那么利用ＤＮＶＩ就无法准确地估算出ＬＡＩ。但是对于组分随机分布的植被，利用远离“热点”区域的光谱资料可以使冠层其它结构参数的影响减至最小。 相似文献
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Clumping index quantifies the level of foliage aggregation, relative to a random distribution, and is a key structural parameter of plant canopies and is widely used in ecological and meteorological models. In this study, the inter- and intra-annual variations in clumping index values, derived from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) BRDF product, are investigated at six forest sites, including conifer forests, a mixed deciduous forest and an oak-savanna system. We find that the clumping index displays large seasonal variation, particularly for the deciduous sites, with the magnitude in clumping index values at each site comparable on an intra-annual basis, and the seasonality of clumping index well captured after noise removal. For broadleaved and mixed forest sites, minimum clumping index values are usually found during the season when leaf area index is at its maximum. The magnitude of MODIS clumping index is validated by ground data collected from 17 sites. Validation shows that the MODIS clumping index can explain 75% of variance in measured values (bias = 0.03 and rmse = 0.08), although with a narrower amplitude in variation. This study suggests that the MODIS BRDF product has the potential to produce good seasonal trajectories of clumping index values, but with an improved estimation of background reflectance. 相似文献
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An improved tree crown delineation method based on live crown ratios from airborne LiDAR data 总被引：2，自引：0，他引：2
Individual tree crowns are one of the basic forest inventory data, which can be used in various forest-related studies such as biomass and carbon stock estimation. High-resolution remote-sensing data including airborne LiDAR-derived surfaces have been widely used for delineating tree crowns. This study proposes an improved tree crown delineation algorithm that can be effectively applied to a range of forests with a limited number of parameters considering its operational use with airborne LiDAR data. The proposed algorithm integrates morphological operators, Otsu’s method, marker-controlled watershed segmentation, and the concept of crown ratios. The proposed algorithm was compared with the region growing method, a widely used tree crown delineation algorithm. The two algorithms were evaluated over 10 plots in rugged terrain located in Kangwon Province in South Korea. Results show that the proposed approach produced much better performance (~87% matched on average) for 10 plots with a range of tree densities than the region growing method (~60% matched on average). The proposed algorithm worked better for sparse plots than dense ones. It also worked well for deciduous plots (plots 1 and 4). On the other hand, the region growing method produced relatively low accuracy with many merged crowns, which requires additional postprocessing such as a resplit step. 相似文献
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用地基激光雷达提取单木结构参数——以白皮松为例 总被引：6，自引：1，他引：5
以白皮松(Pinus bungeana Zucc)为研究对象,针对地基激光雷达TLS扫描的3维点云数据在单株木垂直方向的分布特征,提出了一种基于体元化方法的树干覆盖度变化检测方法,获取单木枝下高;然后根据获取的枝下高引入2维凸包算法获取垂直方向分层树冠轮廓,并计算树冠体积和冠幅;同时获取的单木参数还有胸径与树高。结果表明:单木枝下高的估测精度较高,R2与RMSE分别为0.97 m和0.21 m;胸径估测结果的R2与RMSE分别为0.79 cm和1.07 cm;采用逐步线性回归方法建立单木树冠体积与其他单木参数的相关关系,模型变量包括冠幅、叶子填充树冠长度和胸径,样本数为20,模型的R2与RMSE分别是0.967 m3和2.64 m3。本文方法能较准确地估测枝下高,TLS数据具有对树冠结构3维建模的潜力。 相似文献
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多角度遥感观测是研究植被冠层BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function)特性的重要手段,但目前对森林冠层进行连续间隔采样的多角度遥感观测及数据较少,热点方向的观测尤为缺乏。本研究基于无人机多角度高光谱成像系统,在主平面上对针叶林冠层以等角度连续间隔采样进行多角度观测,获取了主平面上多角度(包括热点和暗点)高光谱影像,并将观测结果与四尺度几何光学模型模拟结果进行对比分析。多角度观测获取的植被冠层反射率呈现出典型的植被方向反射特征,后向大部分角度观测的冠层反射率高于前向,在热点处出现峰值,在暗点附近方向出现最低值,观测天顶角VZA (View Zenith Angle)较大时表现出明显的"碗边效应"。结果表明:(1)观测的针叶林冠层反射率及BRDF特性与四尺度模型模拟基本一致,但红光波段模拟的热点反射率稍低于观测,前向观测VZA较大时模拟与观测结果差异稍大;(2)冠层结构及叶片光学特性的差异会导致观测到的BRDF特征不同;(3)观测的针叶林冠层BRDF呈现明显的光谱效应,不同波段呈现的各向异性特性不同,红光波段各向异性最强,近红外波段最弱;(4) BRDF的光谱效应差异导致观测到的植被指数也表现出各向异性,NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)、PRI (Photochemical Reflectance Index)和MTCI(MERIS Terrestrial Chlorophyll Index)在热点方向最低,EVI (Enhanced Vegetation Index)在热点方向最高。本研究中无人机多角度成像观测提供的角度和高光谱信息,尤其是热点和暗点信息,在地物识别及分类、植被冠层结构反演及碳循环关键参数获取等研究方面具有较好的应用前景,在其它地物反射或热辐射等方向性特性研究中也具有较大的潜力。 相似文献
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Abstract Bidirectional reflectance characteristics of a wheat and a rice canopy were studied using radiometric measurements over the two canopies with an Exotech Radiometer Model 100AX. For both rice and wheat, the measurements exhibited significant variations in reflectance amplitude for varying viewing zenith angles and their values decreased from backward to forward scattering direction. Reflectance obtained its maximum value in the backscatter direction for the viewing angle that corresponds approximately to the solar zenith angle at the time of measurements. Canopy background condition (irrigated or non‐irrigated) was an important determining factor of canopy reflectance particularly in the near‐infrared region of the solar spectrum. Furthermore, bidirectional response characteristics of a vegetation canopy were influenced by the amount of vegetation cover. 相似文献