本文選題：高光譜影像　切入點(diǎn)：戈壁　出處：《中國林業(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、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比度較低,且礫石光譜受環(huán)境影響較大,對戈壁表面礫石粒徑進(jìn)行精確遙感反演面臨以下問題:(1)目前研究主要集中在對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,難以對不同粒級礫石進(jìn)行有效識別;(2)目前針對土壤理化性質(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道。除以上對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)后期對地觀測領(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,高光譜遙感對地物反演的研究有所發(fā)展,將野外實測光譜與機(jī)載高光譜數(shù)據(jù)相結(jié)合的地物反演技術(shù)也得到開發(fā),然而野外實測光譜與衛(wèi)星高光譜數(shù)據(jù)結(jié)合的反演研究相對匱乏。星載高光譜影像的高光譜分辨率的特征使得對戈壁礫石粒徑的定量反演具有優(yōu)勢。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粒度分級標(biāo)準(zhǔn)分為6個等級(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其進(jìn)行分析,通過對影像解混獲得不同粒級礫石的豐度影像。對野外實測礫石光譜進(jìn)行導(dǎo)數(shù)變換及連續(xù)統(tǒng)去除處理后,可找到對礫石粒徑敏感的光譜波段,且不同粒級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,通過對野外實測的礫石粒徑進(jìn)行粒度參數(shù)分析,采用空間統(tǒng)計學(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,其中對數(shù)微分在回歸分析中表現(xiàn)最好(r2=0.851),且預(yù)測精度(75.27%)較高。為此,研究對礫石光譜進(jìn)行對數(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?zāi)Ｐ拖嚓P(guān)性良好。通過使用相關(guān)系數(shù)r2與rmse進(jìn)行驗證發(fā)現(xiàn),導(dǎo)數(shù)光譜與粒徑的對數(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)測精度較好(r2=0.8048)。(3)應(yīng)用光譜混合分析方法對高光譜遙感影像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)測時的均方根誤差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與野外實際采樣結(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,說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。總體來講,本研究發(fā)現(xiàn)并充分利用了不同粒級礫石光譜的吸收特征參數(shù),并基于EO-1 Hyperion數(shù)據(jù)實現(xiàn)了戈壁區(qū)表面礫石粒徑較高精度的反演,并對高光譜遙感的應(yīng)用范圍進(jìn)行了擴(kuò)展。同時對戈壁區(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】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P237;P901

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