遥感在植被监测方面的应用T_精品文档.ppt
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遥感在植被监测方面的应用植被解译的目的是为了在遥感影像植被解译的目的是为了在遥感影像上有效地确定植被的分布、类型、上有效地确定植被的分布、类型、长势等信息,以及对植被的生物量长势等信息,以及对植被的生物量作出估算,因而,它可以为环境监作出估算,因而,它可以为环境监测、生物多样性保护、农业、林业测、生物多样性保护、农业、林业等有关部门提供信息服务。
等有关部门提供信息服务。
遥感对植被的监测分析:
一一植物的光谱特征植物的光谱特征二二不同植物类型的区分不同植物类型的区分三三植物生长状况的解译植物生长状况的解译四四大面积农作物的遥感估产大面积农作物的遥感估产五五遥感植被解译的应用遥感植被解译的应用一一植物的光谱特征植物的光谱特征11健康植物的反射光谱特征健康植物的反射光谱特征健康植物的反射光谱特征健康植物的反射光谱特征遥感技术的物理基础是地物对电磁波的反遥感技术的物理基础是地物对电磁波的反遥感技术的物理基础是地物对电磁波的反遥感技术的物理基础是地物对电磁波的反射、吸收和发射特性。
遥感波段的辐射源不同,射、吸收和发射特性。
遥感波段的辐射源不同,射、吸收和发射特性。
遥感波段的辐射源不同,射、吸收和发射特性。
遥感波段的辐射源不同,辐射与地物相互作用的机理就不同,因此所反辐射与地物相互作用的机理就不同,因此所反辐射与地物相互作用的机理就不同,因此所反辐射与地物相互作用的机理就不同,因此所反映的地物信息也就不同。
在可见光、近红外波映的地物信息也就不同。
在可见光、近红外波映的地物信息也就不同。
在可见光、近红外波映的地物信息也就不同。
在可见光、近红外波段,主要反射太阳光的辐射,遥感信息所反映段,主要反射太阳光的辐射,遥感信息所反映段,主要反射太阳光的辐射,遥感信息所反映段,主要反射太阳光的辐射,遥感信息所反映的主要是地物的反射率。
反射率的一个重要特的主要是地物的反射率。
反射率的一个重要特的主要是地物的反射率。
反射率的一个重要特的主要是地物的反射率。
反射率的一个重要特点就是光谱特性,也即反射率随波长的变化而点就是光谱特性,也即反射率随波长的变化而点就是光谱特性,也即反射率随波长的变化而点就是光谱特性,也即反射率随波长的变化而变化。
我们能够利用遥感信息识别不同地物的变化。
我们能够利用遥感信息识别不同地物的变化。
我们能够利用遥感信息识别不同地物的变化。
我们能够利用遥感信息识别不同地物的一个根本原因就是因为各种地物间光谱特性具一个根本原因就是因为各种地物间光谱特性具一个根本原因就是因为各种地物间光谱特性具一个根本原因就是因为各种地物间光谱特性具有一定的差异。
植物的光谱特征可使其在遥感有一定的差异。
植物的光谱特征可使其在遥感有一定的差异。
植物的光谱特征可使其在遥感有一定的差异。
植物的光谱特征可使其在遥感影像上有效地与其他地物相区别。
影像上有效地与其他地物相区别。
影像上有效地与其他地物相区别。
影像上有效地与其他地物相区别。
图图1绿色植物有效光谱响应特征绿色植物有效光谱响应特征健康植物的的波谱曲线有明显的特点,在可见光的健康植物的的波谱曲线有明显的特点,在可见光的0.55m0.55m附近有一个反射率为附近有一个反射率为10%10%20%20%的小反射峰,的小反射峰,在在0.45m0.45m和和0.65m0.65m附近有两个明显的吸收谷,在附近有两个明显的吸收谷,在0.70.70.8m0.8m是一个陡坡是一个陡坡,反射率急剧增高反射率急剧增高,在近红外波段在近红外波段0.80.81.3m1.3m之间形成一个高的之间形成一个高的,反射率可达反射率可达40%40%或更大的反或更大的反射峰射峰,在在1.45m,1.95m1.45m,1.95m和和2.62.62.7m2.7m处有三个吸收处有三个吸收谷。
健康绿色植被都具有基本的光谱特性,其光谱响应曲谷。
健康绿色植被都具有基本的光谱特性,其光谱响应曲线有一定的变化范围,但曲线形态变化是基本相似的,这线有一定的变化范围,但曲线形态变化是基本相似的,这是因为影响其波谱特性的主导控制因素一致。
从植物的典是因为影响其波谱特性的主导控制因素一致。
从植物的典型波谱曲线来看,影响植物光谱的因素包括植物叶子的颜型波谱曲线来看,影响植物光谱的因素包括植物叶子的颜色,色,叶子的组织结构叶子的组织结构,叶子的含水量以及植物的覆盖度。
,叶子的含水量以及植物的覆盖度。
当植物的生长状况发生变化时,其波普曲线的形态也会随之改变。
如植物病虫害,农作物因缺乏营养和水分而生长不良时,海绵组织受到破坏,叶子的色素比例也发生变化,使得可见光区的两个吸收谷不明显,0.55um处的反射峰按植物叶子被损害的程度而变低。
近红外区的变化更为明显,峰值被削低,甚至消失,整个反射光谱曲线的波状特征变得不明显,如下图所示。
因此比较受损植物与健康植物的光谱曲线,可以确定植物受伤害的程度。
受损害植物光谱曲线近红外波段在植物遥感中的重要作用,这是近红外波段在植物遥感中的重要作用,这是因为近红外区的反射是受叶内复杂的叶腔结构和因为近红外区的反射是受叶内复杂的叶腔结构和腔内对近红外辐射的多次散射控制,以及近红外腔内对近红外辐射的多次散射控制,以及近红外光对叶片有近光对叶片有近50%50%的透射和重复反射的原因。
随的透射和重复反射的原因。
随着植物的生长、发育或受病虫害胁迫状态或水分着植物的生长、发育或受病虫害胁迫状态或水分亏缺状态等的不同,植物叶片的叶绿素含量、叶亏缺状态等的不同,植物叶片的叶绿素含量、叶腔的组织结构、水分含量均会发生变化,致使叶腔的组织结构、水分含量均会发生变化,致使叶片的光谱特性变化。
虽然这种变化在可见光和近片的光谱特性变化。
虽然这种变化在可见光和近红外区同步出现,但近红外的反射变化更为明显。
红外区同步出现,但近红外的反射变化更为明显。
这对于植物这对于植物/非植物的区分、不同植被类型的识别、非植物的区分、不同植被类型的识别、植物长势监测等是很有价值的。
植物长势监测等是很有价值的。
植物的发射特征主要表现在热红外和微波谱段。
植物在热红外谱段的发射特征,遵循普朗克(Planck)黑体辐射定律,与植物温度直接相关。
植物是非黑体而是灰体,因而研究它的热辐射特征必须考虑植物的发射率。
植物的发射率是随植物类别、水分含量等的变化而变化。
健康绿色植物的发射率一般在0.960.99范围内,常取0.970.98;干植物的发射率变幅较大,一般为0.880.94。
普朗克定律描述的黑体辐射在不同温度下的频谱:
植物的微波辐射特征能量较低,受大气干扰较小,植物的微波辐射特征能量较低,受大气干扰较小,也可用黑体辐射定律来描述。
植物的微波辐射能量(即微也可用黑体辐射定律来描述。
植物的微波辐射能量(即微波亮度温度)与植物及土壤的水分含量有关。
而植物的雷波亮度温度)与植物及土壤的水分含量有关。
而植物的雷达后向散射强度(即主动微波辐射)与其达后向散射强度(即主动微波辐射)与其介电常数介电常数和表面和表面粗糙度有关。
它反映了植物水分含量和植物群体的几何结粗糙度有关。
它反映了植物水分含量和植物群体的几何结构,同样传达了大量植物的信息。
研究表明:
构,同样传达了大量植物的信息。
研究表明:
JERS-1JERS-1的的SJUSJU(LL波段)图像可以穿透植被,而得到植物生长环境的信波段)图像可以穿透植被,而得到植物生长环境的信息;息;ERS-1ERS-1的的SARSAR(CC波段)图像可以直接监测植被,并波段)图像可以直接监测植被,并含有土壤和地形信息(含有土壤和地形信息(Genya.SGenya.S,19961996););PalosmPalosm(19981998)研究了多波段()研究了多波段(LL、CC、PP)、多极化的)、多极化的SARSAR数据与农田观测的叶面积之间关系,指出可以用多波数据与农田观测的叶面积之间关系,指出可以用多波段雷达数据估算作物叶面积指数(段雷达数据估算作物叶面积指数(LAILAI)。
可见,植物的)。
可见,植物的发射特征(热红外和微波)和微波散射特征信息是光学反发射特征(热红外和微波)和微波散射特征信息是光学反射遥感数据的补充,也是植物遥感的理论基础。
射遥感数据的补充,也是植物遥感的理论基础。
2影响植物光谱的因素影响植物光谱的因素影响植物光谱的因素有植物本身的结构特征,影响植物光谱的因素有植物本身的结构特征,影响植物光谱的因素有植物本身的结构特征,影响植物光谱的因素有植物本身的结构特征,也有外界的影响,但外界的影响总是通过植物本也有外界的影响,但外界的影响总是通过植物本也有外界的影响,但外界的影响总是通过植物本也有外界的影响,但外界的影响总是通过植物本身生长发育的特点在有机体的结构特征中反映出身生长发育的特点在有机体的结构特征中反映出身生长发育的特点在有机体的结构特征中反映出身生长发育的特点在有机体的结构特征中反映出来的。
来的。
来的。
来的。
由于植物品种、叶子生长部位及生长季节等由于植物品种、叶子生长部位及生长季节等由于植物品种、叶子生长部位及生长季节等由于植物品种、叶子生长部位及生长季节等的不同,植被光谱曲线的峰和谷的形态、位置都的不同,植被光谱曲线的峰和谷的形态、位置都的不同,植被光谱曲线的峰和谷的形态、位置都的不同,植被光谱曲线的峰和谷的形态、位置都会产生很大的差异。
高光谱成像仪对波段的精细会产生很大的差异。
高光谱成像仪对波段的精细会产生很大的差异。
高光谱成像仪对波段的精细会产生很大的差异。
高光谱成像仪对波段的精细划分,能够记录这些光谱特征的差异,而常规遥划分,能够记录这些光谱特征的差异,而常规遥划分,能够记录这些光谱特征的差异,而常规遥划分,能够记录这些光谱特征的差异,而常规遥感由于波段数据的局限则不可能做到。
感由于波段数据的局限则不可能做到。
感由于波段数据的局限则不可能做到。
感由于波段数据的局限则不可能做到。
高光谱遥感:
高光谱遥感是高光谱分辨率遥感(HyperspectralRemoteSensing)的简称。
它是在电磁波谱的可见光,近红外,中红外和热红外波段范围内,获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术(Lillesand&Kiefer2000)。
其成像光谱仪可以收集到上百个非常窄的光谱波段信息。
二二不同植物类型的区分不同植物类型的区分11不同植物由于叶子的组织结构和所含色素不同,不同植物由于叶子的组织结构和所含色素不同,不同植物由于叶子的组织结构和所含色素不同,不同植物由于叶子的组织结构和所含色素不同,具有不同的光谱特征。
具有不同的光谱特征。
具有不同的光谱特征。
具有不同的光谱特征。
如在近红外光区,草本植物的反射高于阔叶树,阔如在近红外光区,草本植物的反射高于阔叶树,阔叶树高于针叶树。
禾本草科植物的叶片组织比较叶树高于针叶树。
禾本草科植物的叶片组织比较均一,没有栅状组织和海绵组织的区别,细胞壁均一,没有栅状组织和海绵组织的区别,细胞壁多角质化并含有硅质,透光性较阔叶差。
茂密的多角质化并含有硅质,透光性较阔叶差。
茂密的草本植物在可见光区低于阔叶树,而在近红外区草本植物在可见光区低于阔叶树,而在近红外区可高于阔叶树。
阔叶树叶片中的海绵组织使得它可高于阔叶树。
阔叶树叶片中的海绵组织使得它在近红外区的反射明显高于没有海绵组织的针叶在近红外区的反射明显高于没有海绵组织的针叶树。
在树。
在0.81.1um0.81.1um的近红外区影像上可以有效地的近红外区影像上可以有效地区分出针叶树、阔叶树和草本植物。
区分出针叶树、阔叶树和草本植物。
2利用植物的物候期差异来区分植物,利用植物的物候期差异来区分植物,也是植被遥感重要反方法之一。
也是植被遥感重要反方法之一。
物候:
生物长期适应温度条件的周期性变化,物候:
生物长期适应温度条件的周期性变化,形成与此相适应的生长发育节律,这种现象称为形成与此相适应的生长发育节律,这种现象称为物候现象。
物候现象。
如冬季落叶树和常绿树很好区别。
如冬季落叶树和常绿树很好区别。
最明显的是冬季最明显的是冬季时,落叶树的树叶已经凋零,叶子的色素组织已时,落叶树的树叶已经凋零,叶子的色素组织已经发生了变化,在遥感图像上显
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