發(fā)布時間：2020-05-30 19:23

【摘要】：本研究基于Hyper-CAM熱紅外成像光譜儀,設計相關實驗,分別從農(nóng)作物生長狀態(tài)、農(nóng)作物干旱檢測、不同植被類型發(fā)射率特征變化與土壤含水量的關系、新型算法提取識別不同陸表類型交錯地帶的植被等進行了研究。主要結論如下:(1)Hyper-CAM高光譜熱紅外成像儀是探索植被水分變化和生長狀況的有效工具之一;不同水分條件下的植被冠層結構溫度圖像可以用于判斷植被的長勢;植被的比輻射率值對植被含水量(包括土壤含水量)變化和水分脅迫有很強的敏感性,植被的比輻射率顯著變化,隨著水分脅迫的增加,小麥植被冠層的平均發(fā)射率不降反升這一現(xiàn)象會發(fā)生,發(fā)生這種現(xiàn)象的原因主要是腔體效應的影響;農(nóng)作物在熱紅外光譜區(qū)間內(nèi)的獨有的吸收特征可以通過TES算法所反演的比輻射率表征出來。(2)考慮到我國北方草原因干旱而造成的生態(tài)環(huán)境問題,亟需對草原的干旱做出早期的預警,基于實驗室Hyper-CAM高光譜熱紅外遙感傳感器平臺,獲取試驗區(qū)草場不同種類的植被的表面溫度反演與發(fā)射率分離,得到了 4個不同種屬的5類植被的溫度圖像與發(fā)射率圖像。每一類的植被的溫度的均勻性不同、同種屬的植被其溫度分布也具有差異性,每一類植株的發(fā)射率的吸收特征則表現(xiàn)為顯著的不同,同種屬(如都為菊科、蒿屬的冷蒿和線葉蒿等)其發(fā)射率的吸收特征也差異較大。(3)以菊科、蒿屬的冷蒿為研究對象,觀測不同土壤含水量條件下冷蒿的比輻射率,通過實驗我們發(fā)現(xiàn)冷蒿的發(fā)射率隨著含水量的增加,其細部吸收特征差異變化較為明顯,且發(fā)射率成整體增加的趨勢。從實驗結果可以得知,熱紅外遙感可以用于草原不同類型不同種屬的植被的有效識別與分類;Hyper-CAM可以有效獲取草原的各種植被類型的發(fā)射率且草原植被在熱紅外光譜區(qū)間的吸收特征是比較顯著的,獲取不同草原植被的發(fā)射率并在將來能夠建立典型草原發(fā)射率光譜數(shù)據(jù)庫,將為未來草原植被干旱監(jiān)測提供有力支撐。(4)不確定性普遍存在遙感數(shù)據(jù)中,自然界存在大量的模糊性。草原與其他陸表類型過度地帶較為模糊,不同的草地類型之間、不同草場之間也存才很強的模糊地帶,分類的不確定性大大增加,傳統(tǒng)的二分法(非此即彼)則不太精確。因而,模糊分類方法的出現(xiàn),能夠有效處理遙感數(shù)據(jù)的不確定性,為草原過渡帶的分類提供了有效的數(shù)據(jù)處理手段。本研究所提出的基于區(qū)間數(shù)排序的改進型IT2FCM*模糊分類算法在濕地研究、陸表分類中結果表現(xiàn)良好,該算法將在草原、不同草場、草原和林地交錯地帶的分類與識別起到重要作用。
【圖文】：

２．２．５溫度／比輻射率分離算法（ＴＥＳ）逡逑基于“熱紅外波段獲取的數(shù)據(jù)同時承載著ＬＳＴ和ＬＳＥ信息”Ｇｉｌｌｅｓｐｉｅ邋ｅｔａｌ．邋（１９９８）率先提出了溫度／比輻射率分離算法。這一算法化比福射率法（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ邋ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ邋ｍｅｔｈｏｄ，邋ＮＥＭ）邋（Ｃｏｌｌ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００３１９８６）、光譜比值法（Ｓｐｅｃｔｒａｌ邋ｒａｔｉｏ邋ｍｅｔｈｏｄ，邋ＳＲ）邋（Ｗａｔｓｏｎ，，邋１９９２ａ）和最射率差值法（Ｍａｘｉｍｕｍ－ｍｉｎｉｍｕｍ邋ａｐｐａｒｅｎｔ邋ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋ｍｅｔｈｏｄ（Ｍａｔｓｕｎａｇａ，１９９４）三種算法的優(yōu)點并針對其不足做出了相應的改進。最早被用來估計初始的ＬＳＴ和歸一化后的ＬＳＥ，即先賦予Ｎ個波段比輻射率定值，并設置初始輻射亮度，去除大氣效應后得到一個初始計值ＴｓＯ和觀測表面的輻射出射亮度Ｌ０。ＳＲ算法依據(jù)ＮＥＭ得到的計算出歸一化后的比輻射率值與它們均值的比值。ＭＭＤ算法根據(jù)最與最大最小相對比輻射率差值的經(jīng)驗關系來確定最小比輻射率，這一基于實驗室測量的比輻射率光譜得出，利用這個最小比輻射率值將歸射率轉化為絕對比輻射率ｅｉ，依據(jù)計算出的ｄ即可計算出一個新的ＬＳ從ＮＥＭ開始循環(huán)這一過程，直到前后兩次迭代所得ＬＳＴ之差小于一的閾值。圖１．１展示了邋ＴＥＳ算法的過程。逡逑

光譜分辨率可調：可選光譜分辨率范圍０．２５邋ｔｏｌ５０邋ｃｍ＇逡逑０蒙W＿逡逑圖２．２高光譜熱紅外傳感器Ｈｙｐｅｒ－ＣＡＭ逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．２邋Ｈｙｐｅｒ－ＣＡＭ邋ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ逡逑圖２．３邋Ｈｙｐｅｒ－ＣＡＭ在地礦與甲烷氣體探測等方面的應用逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．３邋Ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ邋ｉｍａｇｉｎｇ邋ｏｆ邋ｍｉｎｅｒａｌｓ邋ｆｒｏｍ邋ａｎ邋ｏｐｅｎ－ｐｉｔ邋ｍｉｎｅ邋ａｎｄ逡逑ｍｅｔｈａｎｅ邋ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ邋ｆｒｏｍ邋ａ邋ｓｈａｌｌｏｗ邋ｌａｋｅ邋ｓｃｅｎｅ．逡逑魯Ｈｙｐｅｒ－ＣＡＭ傳感器主要參數(shù)逡逑Ｈｙｐｅｒ－ＣＡＭ高光譜熱紅外傳感器的主要技術參數(shù)如表２．１所示。逡逑１６逡逑
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學院
【學位級別】：博士后
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;S423

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本文編號：2688599