本文選題：高光譜影像　切入點(diǎn)：戈壁　出處：《中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院》2016年博士論文

【摘要】：在戈壁各特征中,地面物質(zhì)組成(主要體現(xiàn)為礫石粒徑組成)特征不僅直接影響其他特征的性質(zhì),并且很大程度上決定改造利用的難易,是開(kāi)展戈壁研究的基礎(chǔ)和前提。戈壁區(qū)表面礫石粒徑數(shù)據(jù)獲取的傳統(tǒng)方法為野外地面調(diào)查法,該方法僅適用于小尺度區(qū)域調(diào)查,且費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。遙感技術(shù)的發(fā)展為獲取地面粒徑數(shù)據(jù)提供了新的技術(shù)支持,并為大尺度區(qū)域礫石粒徑分布的準(zhǔn)確獲取提供了可能。然而,由于不同尺寸礫石間光譜對(duì)比度較低,且礫石光譜受環(huán)境影響較大,對(duì)戈壁表面礫石粒徑進(jìn)行精確遙感反演面臨以下問(wèn)題:(1)目前研究主要集中在對(duì)沙地的沙粒以及瀕海(河)的沙粒尺寸研究上,而缺乏關(guān)于戈壁區(qū)礫石粒徑的研究,且遙感反演使用的數(shù)據(jù)以多光譜影像為主,難以對(duì)不同粒級(jí)礫石進(jìn)行有效識(shí)別;(2)目前針對(duì)土壤理化性質(zhì)、植被指數(shù)等參數(shù)進(jìn)行高光譜的反演研究較多,而基于特定波段光譜吸收參數(shù)的差異進(jìn)行戈壁區(qū)地表礫石高光譜反演的研究鮮有報(bào)道。除以上對(duì)礫石粒徑遙感反演存在不足之外,當(dāng)前關(guān)于戈壁區(qū)地表礫石粒徑的空間分異規(guī)律研究也較少。高光譜遙感技術(shù)是遙感領(lǐng)域在20世紀(jì)后期對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域的重要技術(shù)突破。高光譜遙感影像具有大量波段,且?guī)捄苷?波段寬度10nm)。研究者可以從高光譜影像中獲取地物的連續(xù)光譜曲線。近些年來(lái),高光譜遙感對(duì)地物反演的研究有所發(fā)展,將野外實(shí)測(cè)光譜與機(jī)載高光譜數(shù)據(jù)相結(jié)合的地物反演技術(shù)也得到開(kāi)發(fā),然而野外實(shí)測(cè)光譜與衛(wèi)星高光譜數(shù)據(jù)結(jié)合的反演研究相對(duì)匱乏。星載高光譜影像的高光譜分辨率的特征使得對(duì)戈壁礫石粒徑的定量反演具有優(yōu)勢(shì)。鑒于以上原因,本研究將戈壁區(qū)表面礫石粒徑根據(jù)Udden-Wentworth粒度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分為6個(gè)等級(jí)(d=0.8cm,d=3.4cm,d=16.3cm,d=41cm,d=53cm,d=83cm),選用星載高光譜數(shù)據(jù)EO-1 Hyperion影像,使用光譜混合分析方法對(duì)其進(jìn)行分析,通過(guò)對(duì)影像解混獲得不同粒級(jí)礫石的豐度影像。對(duì)野外實(shí)測(cè)礫石光譜進(jìn)行導(dǎo)數(shù)變換及連續(xù)統(tǒng)去除處理后,可找到對(duì)礫石粒徑敏感的光譜波段,且不同粒級(jí)礫石光譜均存在不同程度的鐵氧化物及Al-OH的吸收特征。因此,研究選用對(duì)礫石粒徑敏感的光譜波段及相應(yīng)的光譜吸收參數(shù),構(gòu)建基于地物光譜的礫石粒徑反演模型,并將與礫石粒徑相關(guān)性最強(qiáng)波段的光譜吸收參數(shù)應(yīng)用到解混后的豐度影像上,構(gòu)建基于衛(wèi)星高光譜影像數(shù)據(jù)的戈壁表面礫石粒徑反演模型,繪制礫石粒徑空間分布圖,并將不同反演方法及精度進(jìn)行比較分析。同時(shí),通過(guò)對(duì)野外實(shí)測(cè)的礫石粒徑進(jìn)行粒度參數(shù)分析,采用空間統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,分析戈壁表面礫石粒徑的空間分異規(guī)律。本研究獲得的結(jié)果如下:(1)經(jīng)過(guò)導(dǎo)數(shù)變換之后的礫石光譜反射率與粒徑值相關(guān)性較好。相關(guān)性最好的波段為908nm、983nm和985nm,且發(fā)現(xiàn)在不同導(dǎo)數(shù)變換形式中,一元三次回歸模型具有較好的擬合精度,其中對(duì)數(shù)微分在回歸分析中表現(xiàn)最好(r2=0.851),且預(yù)測(cè)精度(75.27%)較高。為此,研究對(duì)礫石光譜進(jìn)行對(duì)數(shù)微分變換,建立基于地物光譜的戈壁表面礫石粒徑反演模型,形式為:y=110.667 39312.858b908+286870.05b9082 5.77e11b9083。(2)連續(xù)統(tǒng)去除后得到的nir吸收區(qū)域及al-oh吸收區(qū)域光譜吸收參數(shù)(吸收深度、寬度、面積)和礫石粒徑之間相關(guān)關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嚓P(guān)性良好。通過(guò)使用相關(guān)系數(shù)r2與rmse進(jìn)行驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),導(dǎo)數(shù)光譜與粒徑的對(duì)數(shù)微分模型得到的模擬效果(rmse=24.9,r2=75.27%)低于光譜參數(shù)的表現(xiàn)(rmse8,r280%)。根據(jù)吸收特征參數(shù)得到的研究區(qū)礫石粒徑的最優(yōu)反演模型的參數(shù)為nir吸收區(qū)域908nm的波段深度(bd),且預(yù)測(cè)精度較好(r2=0.8048)。(3)應(yīng)用光譜混合分析方法對(duì)高光譜遙感影像eo-1hyperion進(jìn)行解混,并將敏感波段的光譜吸收參數(shù)應(yīng)用于解混得到的豐度影像,進(jìn)行研究區(qū)礫石粒徑的反演研究發(fā)現(xiàn):nir吸收區(qū)域908nm的波段深度(bd)的判定系數(shù)r2是6種模型中最大的(r2=0.8817),而且建模和預(yù)測(cè)時(shí)的均方根誤差rmse均最小(分別為0.039、0.047)�；谪S度影像建立的戈壁表面礫石粒徑反演模型形式為:y=89.38bd2-95.522bd+13.912。依據(jù)此模型計(jì)算結(jié)果得到研究區(qū)不同礫石粒徑分布圖發(fā)現(xiàn),反演模型得到礫石粒徑分布趨勢(shì)與野外實(shí)際采樣結(jié)果基本一致。(4)本研究所選擇的樣點(diǎn)中,礫石含量表現(xiàn)為:隨海拔增加,中礫含量降低而粗礫含量逐漸增加。平均粒徑表現(xiàn)為,隨海拔增加,平均粒徑逐漸增大。分選系數(shù)表現(xiàn)為,大部分礫石具有較好分選水平(0.28~0.53)。地表礫石覆蓋度分布也相對(duì)均勻,以中礫石覆蓋度的戈壁為主,分布區(qū)域也最廣。(5)粒徑為0.8cm、41cm、83cm的礫石不適合使用變異函數(shù)模型進(jìn)行粒徑的空間變化預(yù)測(cè),說(shuō)明這些尺寸礫石受隨機(jī)因素影響較大,空間自相關(guān)程度很弱;粒徑為0.8cm、3.4cm、16.3cm及53cm的區(qū)域化變量之間具有較強(qiáng)的空間自相關(guān)性,而隨機(jī)因素引起的空間異質(zhì)性僅占較小比例;粒徑為41cm的礫石空間自相關(guān)范圍最大(1340m)。礫石空間分布的均一性隨著自相關(guān)范圍變小而逐漸減弱,反之,礫石空間分布的均一性增大�？傮w來(lái)講,本研究發(fā)現(xiàn)并充分利用了不同粒級(jí)礫石光譜的吸收特征參數(shù),并基于EO-1 Hyperion數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了戈壁區(qū)表面礫石粒徑較高精度的反演,并對(duì)高光譜遙感的應(yīng)用范圍進(jìn)行了擴(kuò)展。同時(shí)對(duì)戈壁區(qū)礫石粒徑的空間分異規(guī)律得到了整體的了解,為戈壁改造利用及防沙治沙工程提供參考。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P237;P901

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本文編號(hào)：1664878