基于高光谱植被指数的棉花冠层结构参数的估算研究

论文摘要

本文使用美国ASD FieldSpecProFR背挂式野外光谱辐射仪实测棉花冠层不同生育时期的高光谱数据,同期获取了棉花冠层结构参数。采用EXCEL等数据分析工具和数据分析统计软件,通过多元统计技术等方法探讨分析了高光谱植被指数与对应的冠层结构参数之间的关系并建立估算模型,并采用精度检验指标进行评价,最终筛选确定对冠层结构参数进行估算的最适高光谱估算模型。1、通过分析棉花冠层结构参数、高光谱植被指数及两者之间的相关性,表明:高光谱植被指数RVI、NDVI、PVI、DVI、RDVI、PRI、VARI-700、MGVI、NDI和SAVI与AFM均达极显著相关关系,其中以RVI最大,达0.8279;植被指数RVI、NDVI、VARI-700、MNSI、和MSAVI与LAI也达到1%的显著水平,以RVI最大,达到0.8353;植被指数RVI、NDVI、VARI-700、GVI、MYVI、ASBI、AGVI和NDI与ADM相关性较高,以RVI最大,达到0.7164。可见利用RVI对AFM、LAI和ADM进行估算,可行性较好。从而可构建以高光谱植被指数为自变量的冠层结构参数的反演模型,为生产上利用遥感技术大面积、无破坏、实时快速地监测棉花的生长状况提供了主要的技术依据。2、研究棉花冠层高光谱植被指数随作物生育期的变化规律,进行了棉花光谱数据和冠层覆盖度的相关回归分析。表明:比值植被指数（RVI）与冠层覆盖度的线性相关达到1%极显著水平（r=0.6735**,n=32）,可以利用RVI反演棉花冠层覆盖度;用植被指数建立的二次函数模型的相关系数最高（r=0.7161**,n=32）,总均方根差RMSE为0.1527g/m2,能较好地提取棉花冠层覆盖度,说明可为生产上利用遥感手段及时评价棉花生长状况提供重要依据。3、对不同生育时期棉花各冠层结构参数（MFIA、TCDP、TCRP、K、MLD、LAI、AFM和ADM）与32个高光谱植被指数的相关关系进行了统计分析,得到棉花各冠层结构参数与32个高光谱植被指数的相关系数,从中找出了相关性最佳的高光谱植被指数,为利用高光谱植被指数建立模型打下基础。根据棉花各冠层结构参数与高光谱植被指数的相关关系,找出最佳高光谱植被指数,建立基于高光谱植被指数的棉花冠层结构参数的统计相关模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 高光谱遥感的基本概念
• 1.2 高光谱植被指数的应用
• 1.2.1 高光谱植被指数与叶面积指数（LAI）的关系
• 1.2.2 高光谱植被指数与生物量的关系
• 1.2.3 高光谱植被指数与植被覆盖度的关系
• 1.2.4 高光谱植被指数与植物蒸散、土壤水分的关系
• 1.2.5 利用高光谱数据定量提取冠层结构参数的研究
• 1.3 发展趋势
• 1.4 高光谱遥感展望
• 1.4.1 光谱波段向更精细的超光谱方向发展
• 1.4.2 农学参数的信息提取和信息集成化
• 1.4.3 植被生物物理化学参数的定量提取与定性分析
• 1.4.4 植被覆盖探测
• 第二章 试验设计
• 2.1 试验设计
• 2.1.1 品种比较试验
• 2.1.2 密度试验
• 2.2 技术路线
• 2.3 研究内容
• 2.4 资料收集
• 2.4.1 高光谱数据采集
• 2.4.2 生育期调查
• 2.4.3 叶面积指数的测定
• 2.4.4 生物量的测定
• 2.4.5 棉花覆盖度提取
• 2.4.6 棉花冠层结构映像特征的测定
• 2.5 光谱分析技术及算法
• 2.5.1 微分技术
• 2.5.2 多元统计分析技术
• 2.6 模型检验与精度评价标准
• 2.6.1 相关系数评价
• 2.6.2 均方根差（RMSE）评价
• 本章小结
• 第三章 利用高光谱植被指数估算棉花冠层结构参数的相关性分析
• 3.1 高光谱植被指数与棉花冠层结构参数的相关性分析
• 3.2 主要回归模型
• 本章小结
• 第四章 基于高光谱植被指数的棉花冠层覆盖度提取研究
• 4.1 棉花冠层覆盖度随不同种植品种的变化规律
• 4.2 棉花四个种植密度下高光谱植被指数的变化规律
• 4.3 比值植被指数（RVI）与棉花冠层覆盖度的相关分析
• 4.4 棉花冠层覆盖度高光谱遥感估算模型
• 本章小节
• 第五章 不同种植品种棉花冠层结构参数的高光谱定量提取
• 5.1 棉花冠层叶面积指数（LAI）高光谱遥感估算模型及其精度检验
• 5.1.1 棉花冠层LAI 与冠层反射光谱的相关性分析及其估算模型
• 5.1.2 基于高光谱植被指数的棉花冠层LAI 定量提取
• 5.2 棉花冠层平均叶倾角（MFIA）高光谱遥感估算模型及其精度检验
• 5.3 棉花冠层散射辐射穿透系数（TCDP）高光谱遥感估算模型及精度检验
• 5.4 棉花冠层直接辐射穿透系数（TCRP）的高光谱遥感估算模型及精度检验
• 5.5 棉花冠层消光系数（K）高光谱遥感估算模型及其精度检验
• 5.5.1 棉花冠层消光系数（K）与冠层反射光谱的相关性分析及其估算模型
• 5.5.2 基于高光谱植被指数的棉花冠层消光系数（K）估算研究
• 5.6 棉花冠层平均叶分布（MLD）高光谱遥感估算模型及其精度检验
• 5.7 棉花冠层生物量高光谱遥感估算模型及其精度检验
• 5.7.1 棉花不同生育时期冠层高光谱植被指数与地上部鲜生物量（AFM）相关分析
• 5.7.2 棉花冠层干生物量（ADM）与冠层反射光谱的相关性分析及其估算模型
• 5.7.3 棉花不同生育时期冠层高光谱植被指数与地上部分干生物量（ADM）相关分析
• 本章小结
• 第六章 讨论与结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 I
• 附录II
• 名词解释
• 作者简历
• 导师评阅表