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森林冠层氮含量遥感估算 被引量:9
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作者 杨曦光 于颖 +1 位作者 黄海军 范文义 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期536-543,共8页
使用高光谱数据估算叶片与冠层尺度的森林氮含量.首先采用基于高斯误差函数的BP神经网络Erf-BP建立叶片尺度氮含量的遥感估算模型;其次根据几何光学模型原理,推导冠层光谱与叶片光谱的尺度转化函数,将Hy-perion影像的冠层光谱转换到叶... 使用高光谱数据估算叶片与冠层尺度的森林氮含量.首先采用基于高斯误差函数的BP神经网络Erf-BP建立叶片尺度氮含量的遥感估算模型;其次根据几何光学模型原理,推导冠层光谱与叶片光谱的尺度转化函数,将Hy-perion影像的冠层光谱转换到叶片尺度并反演叶片尺度的氮含量;最后,利用森林结构参数LAI得到研究区域冠层尺度氮含量.结果表明,隐含层包含8个神经元的Erf-BP模型最优,检验精度为76.8597%;利用尺度转化函数估算670 nm和865 nm冠层光谱与实测光谱决定系数为0.5203和0.4117;反演叶片尺度氮含量与实测数据的决定系数为0.7019;该方法为高精度快速估算叶片和冠层尺度森林氮含量提供参考. 展开更多
关键词 高光谱遥感 氮含量 4-scale模型
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基于Hyperion影像的玉米冠层叶绿素含量估算 被引量:9
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作者 吴见 侯兰功 王栋 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期116-123,共8页
采用高光谱卫星数据进行玉米叶片和冠层尺度的叶绿素含量估算,对现代农业技术的发展有重要意义。首先,采用以α为倾斜度参数的双曲正切S型函数为基础的误差反向传播(back propagation,BP)算法前馈神经网络(hyperbolic tangent sigmoid f... 采用高光谱卫星数据进行玉米叶片和冠层尺度的叶绿素含量估算,对现代农业技术的发展有重要意义。首先,采用以α为倾斜度参数的双曲正切S型函数为基础的误差反向传播(back propagation,BP)算法前馈神经网络(hyperbolic tangent sigmoid function-back propagation,Htsf-BP)构建叶片尺度的叶绿素含量高光谱遥感估算模型;以几何光学辐射传输模型(4-scale模型)为理论依据,对叶片和冠层尺度的光谱转化函数进行推导,实现Hyperion影像冠层尺度光谱到叶片光谱的转化,同时获取叶片尺度叶绿素含量估算结果;最后,结合叶面积指数(leaf area index,LAI)进行冠层尺度叶绿素含量估算。结果表明:当隐含层结点数为6时,Htsf-BP神经网络法对叶绿素的估算精度最高,验证精度达78.68%;在波长750与980 nm处,采用光谱尺度转化方程进行模拟的冠层光谱与实测冠层光谱间的相关系数R2值分别达到了0.784和0.706;实测叶片尺度叶绿素含量与模拟结果间的相关系数R2值达0.726。该方法可为高精度快速估算叶片和冠层尺度玉米叶绿素含量提供参考。 展开更多
关键词 叶绿素 反向传播 回归分析 高光谱 4-scale模型
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基于几何光学模型的人工林叶面积指数遥感反演 被引量:9
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作者 陈瀚阅 黄文江 +1 位作者 牛铮 高帅 《地球信息科学学报》 CSCD 北大核心 2012年第3期358-365,共8页
MODIS等全球叶面积指数(LAI)产品空间分辨率偏低(250m~7km),不能满足高空间分辨率遥感应用的需求。为获取大区域高空间分辨率LAI,有必要对物理模型用于高空间分辨率遥感影像LAI反演的可行性进行探讨。本文基于4-scale模型LAI反演算法,... MODIS等全球叶面积指数(LAI)产品空间分辨率偏低(250m~7km),不能满足高空间分辨率遥感应用的需求。为获取大区域高空间分辨率LAI,有必要对物理模型用于高空间分辨率遥感影像LAI反演的可行性进行探讨。本文基于4-scale模型LAI反演算法,以甘肃省张掖为研究区,利用TM影像实现研究区人工林LAI反演。反演算法考虑了反射率入射-观测角度对LAI与植被指数关系的影响和植被冠层尺度的集聚程度。利用地面实测LAI数据对反演结果进行验证与分析,并与NDVI经验模型进行对比,同时分析LAI反演结果对波段反射率敏感性。结果表明:4-scale模型LAI反演结果与实测LAI一致性良好(R2=0.67,RMSE=0.50),且优于NDVI经验模型(R2=0.59,RMSE=0.67);当LAI大于2时,4-scale模型LAI反演算法误差小于NDVI经验模型,能有效避免植被指数的饱和现象;红光波段反射率减小时,引起4-scale模型LAI反演结果的变化幅度比其增大时更高,且影响程度大于近红外波段反射率。研究表明,4-scale模型LAI反演算法可用于TM数据反演人工林LAI,模型应用普适性较强。 展开更多
关键词 叶面积指数 遥感 4-scale模型 TM 人工林
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森林冠层叶面积指数遥感反演——以小兴安岭五营林区为例 被引量:7
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作者 刘振波 刘杰 《生态学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2015年第7期1930-1936,共7页
以中国东北小兴安岭五营林区为研究区,基于MODISBRDF遥感模型参数产品数据,首先利用4-Scale模型建立查找表计算像元尺度上各组分比例,估算研究区森林乔木冠层反射率,然后利用冠层反射率数据,获取研究区3种常用森林冠层植被指数,... 以中国东北小兴安岭五营林区为研究区,基于MODISBRDF遥感模型参数产品数据,首先利用4-Scale模型建立查找表计算像元尺度上各组分比例,估算研究区森林乔木冠层反射率,然后利用冠层反射率数据,获取研究区3种常用森林冠层植被指数,最后基于植被指数与实测叶面积指数构建研究区冠层叶面积指数反演模型,并选取最优模型实现研究区森林冠层叶面积指数反演。结果表明:研究区冠层LAI遥感反演模型中,基于比值植被指数sR(simpleratio,SR)构建的二次多项式反演模型精度最高,且反演精度比未考虑背景反射影响的SR反演模型精度有较大幅度提高,模型决定系数由0.58提高至0.54;反演获取的研究区冠层LAI在2.38~12.67,平均值6.52,LAI值在阔叶林区域相对较高。 展开更多
关键词 叶面积指数 MODIS BRDF 4-scale模型 冠层反射率
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植被冠层光谱和叶片光谱的尺度转换 被引量:4
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作者 于颖 宋张亮 +1 位作者 范文义 杨曦光 《武汉大学学报(信息科学版)》 EI CSCD 北大核心 2018年第10期1560-1565,1573,共7页
叶片光谱是估算植被生化参数的重要依据。然而,遥感影像获取的光谱为像元及冠层光谱,因此,在进行植被生化参数的遥感定量估算时,需将冠层光谱转化到叶片尺度。根据几何光学模型原理,推导出植被冠层光谱和叶片光谱的尺度转换函数,将冠层... 叶片光谱是估算植被生化参数的重要依据。然而,遥感影像获取的光谱为像元及冠层光谱,因此,在进行植被生化参数的遥感定量估算时,需将冠层光谱转化到叶片尺度。根据几何光学模型原理,推导出植被冠层光谱和叶片光谱的尺度转换函数,将冠层光谱转换到叶片尺度。首先,采用叶片光谱模拟模型PROSPECT模拟出叶片水平的光谱;其次,在几何光学模型4-scale模型中,通过改变叶片光谱和叶面积指数(leaf area index,LAI),模拟出不同叶片特征下的冠层光谱。最后,通过LAI建立两个查找表,一个是传感器观测到树冠光照面和背景光照面概率的查找表,另一个是多次散射因子M的查找表,从而实现冠层光谱和叶片光谱的转化。结果表明,利用4-scale模型能实现冠层光谱与叶片光谱的尺度转换,此方法有很好的适用性。 展开更多
关键词 高光谱遥感 PROSPECT模型 4-scale模型 叶面积指数LAI
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冠层光谱反射率对冠层结构参数的敏感性分析
6
作者 雷娅琪 滕晓伟 +1 位作者 留圣翔 齐海 《科学与信息化》 2024年第6期68-70,共3页
对4-Scale模型中敏感参数进行分析,研究冠层结构参数对森林冠层反射率的影响。通过扩展傅里叶幅度检测法对四尺度模型的26个模型输入参数进行敏感性分析,主要分析其中的6个参数,分别研究了这6个参数在红外波段和近红外波段中对冠层反射... 对4-Scale模型中敏感参数进行分析,研究冠层结构参数对森林冠层反射率的影响。通过扩展傅里叶幅度检测法对四尺度模型的26个模型输入参数进行敏感性分析,主要分析其中的6个参数,分别研究了这6个参数在红外波段和近红外波段中对冠层反射率的影响,为4-Scale模型中输入参数的设置提供参考。 展开更多
关键词 4-scale模型 冠层反射率 EFAST方法 敏感性分析
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利用MODIS BRDF估算中国东北森林背景反射率——以大兴安岭加格达奇地区为例 被引量:3
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作者 顾春明 刘振波 葛云健 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第3期696-714,共19页
基于MODIS二向反射分布函数(BRDF)模型参数产品数据,利用4-scale模型建立查找表,以中国东北大兴安岭加格达奇地区为研究区,反演森林背景反射率,并分析不同森林类型二向反射与背景反射率特性及其季节变化。研究结果表明:(1)研究区针叶林... 基于MODIS二向反射分布函数(BRDF)模型参数产品数据,利用4-scale模型建立查找表,以中国东北大兴安岭加格达奇地区为研究区,反演森林背景反射率,并分析不同森林类型二向反射与背景反射率特性及其季节变化。研究结果表明:(1)研究区针叶林和混交林二向反射特征较为相似,夏季阔叶林在红光波段的二向反射率值均低于针叶林和混交林,而在近红外波段则相反;不同森林类型二向反射率均存在明显的季节变化,其中阔叶林二向反射率季节变化最为明显;(2)研究区夏季森林背景反射率在红光波段较低,均在0.1以下,近红外波段背景反射率普遍高于0.3,且空间差异较大;(3)不同森林类型的背景反射率季节变化趋势大致相同,但变化幅度存在差异:阔叶林的背景反射率值季节差异最大,尤其在近红外波段。 展开更多
关键词 MODIS BRDF 东北森林 背景反射率 4-scale模型
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4-Scale几何光学模型冠层反射率模拟的空间尺度适用性 被引量:1
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作者 魏萌 范文义 +3 位作者 张海军 于颖 吴国明 程腾辉 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期605-613,共9页
明确4-Scale模型模拟森林冠层反射率适用的空间尺度,有助于提高其应用于不同植被类型冠层反射率模拟时的精度,进而提升其开展叶面积指数、郁闭度和其他参数的反演精度。以黑龙江省尚志市帽儿山实验林场2块100 m×100 m森林样地(阔... 明确4-Scale模型模拟森林冠层反射率适用的空间尺度,有助于提高其应用于不同植被类型冠层反射率模拟时的精度,进而提升其开展叶面积指数、郁闭度和其他参数的反演精度。以黑龙江省尚志市帽儿山实验林场2块100 m×100 m森林样地(阔叶林与混交林各一块)为研究对象,分别分割为10、20、30、40和50 m空间尺度,使用4-Scale模型模拟森林冠层反射率,采用局部平均法、最邻近法、双线性内插法和立方卷积法对空间分辨率为10 m的Sentinel-2影像升尺度转换至其他尺度并评价,对比分析模拟冠层反射率和遥感像元反射率,明确混交林和阔叶林适合4-Scale模型高精度反演参数的空间尺度。结果表明:4-Scale模型整体低估了像元森林冠层反射率,混交林和阔叶林冠层反射率在20 m尺度的模拟效果均最差,红光波段和近红外波段的均方根误差(RMSE)和平均绝对偏差(MAE)均较大;>20 m尺度的模拟效果开始变好,混交林40 m、阔叶林30 m时模型的适用性最佳,红光波段和近红外波段下,模拟值与遥感像元反射率之差的均值和标准差最小,RMSE和MAE同样最小;10 m尺度混交林和阔叶林模拟结果均不稳定,均值与标准差的规律不一致,相同波段下的RMSE和MAE差距较大。 展开更多
关键词 4-scale模型 森林冠层反射率 尺度效应 光谱响应函数 尺度转换
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基于PROSPECT和4-scale模型的光化学植被指数尺度转换 被引量:2
9
作者 于颖 刘敏 +4 位作者 范文义 卫甜甜 程腾辉 蒋博 张月 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期27-35,共9页
【目的】光化学植被指数(PRI)对于准确估计植被光能利用率(LUE)有着重要的作用。但在不同的尺度(叶片、冠层、景观尺度)上,PRI与LUE二者之间的关系及其影响因素不同。传感器获得的光谱为像元及冠层光谱,叶片尺度的PRILUE关系模型无法直... 【目的】光化学植被指数(PRI)对于准确估计植被光能利用率(LUE)有着重要的作用。但在不同的尺度(叶片、冠层、景观尺度)上,PRI与LUE二者之间的关系及其影响因素不同。传感器获得的光谱为像元及冠层光谱,叶片尺度的PRILUE关系模型无法直接用于冠层尺度的数据,因此需要对冠层尺度的PRI指数进行尺度转换。【方法】首先通过叶片尺度的PROSPECT模型,模拟不同生化参数下叶片的反射率与透射率,进而计算叶片尺度PRI指数与简单比值PRI指数(记为SR-PRI)。其次,将获得的叶片尺度反射率、透射率作为参数输入到4-scale模型中,获取不同叶面积指数(LAI)下冠层尺度的反射率,计算得出冠层尺度的PRI、SR-PRI。建立不同LAI下PRI、SR-PRI的冠层−叶片尺度转换函数,并对不同尺度上影响PRI、SR-PRI的因子进行敏感性分析。【结果】PRI、SR-PRI在进行冠层与叶片尺度转化过程中,都表现出很明显的线性关系,并且拟合效果(R2)呈现出随LAI的增大而增大的趋势。对比相同LAI水平下的PRI、SR-PRI的拟合结果发现,SR-PRI的拟合效果普遍要优于PRI。【结论】4-scale模型用来进行PRI与SR-PRI在冠层、叶片间的尺度转换是可行的,通过建立不同LAI下的尺度转换函数,可以实现将冠层尺度的PRI、SR-PRI转化到叶片尺度。 展开更多
关键词 PRI SR-PRI PROSPECT模型 4-scale模型 尺度转换 光能利用率
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森林冠层光谱与林下背景光谱尺度差异分析 被引量:2
10
作者 杨曦光 于颖 范文义 《武汉大学学报(信息科学版)》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期511-516,共6页
林下植被作为森林生态系统的重要组成部分,在维护森林生态系统植物多样性和稳定性方面发挥着巨大作用。当前冠层光谱与林下背景光谱间的尺度差异尚不明确,限制了单角度光学遥感技术在林下植被研究中的应用。借助几何光学模型4-scale分... 林下植被作为森林生态系统的重要组成部分,在维护森林生态系统植物多样性和稳定性方面发挥着巨大作用。当前冠层光谱与林下背景光谱间的尺度差异尚不明确,限制了单角度光学遥感技术在林下植被研究中的应用。借助几何光学模型4-scale分析了森林背景光谱与冠层光谱的相关关系。结果表明,森林背景光谱与冠层光谱之间的尺度差异因森林结构的不同而变化,植被指数运算并不能消除尺度差异。冠层和背景光谱之间的尺度差异可以通过线性函数描述,这种线性关系随波长和森林结构的不同而不同,而模型参数与叶面积指数高度相关,在680 nm和865 nm处的决定系数分别为0.881、0.834 3、0.890 6和0.880 3。相关研究能为削弱或消除冠层光谱与林下背景光谱间的尺度差异提供参考。 展开更多
关键词 背景光谱 森林结构 几何光学模型 4-scale模型 叶面积指数
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应用4-scale模型对人工针叶林郁闭度的反演 被引量:2
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作者 智献坡 李明泽 +1 位作者 于颖 江蕾 《东北林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第12期5-11,共7页
利用4-scale模型模拟不同叶面积指数、不同样地树木结构参数下的背景可视概率、冠层反射率,建立查找表。利用遥感数据,以像元尺度ILA值作为控制变量,根据冠层反射率数据查找对应ILA下的背景可视概率,进而反演出冠层郁闭度。最后采用鱼... 利用4-scale模型模拟不同叶面积指数、不同样地树木结构参数下的背景可视概率、冠层反射率,建立查找表。利用遥感数据,以像元尺度ILA值作为控制变量,根据冠层反射率数据查找对应ILA下的背景可视概率,进而反演出冠层郁闭度。最后采用鱼眼相机与样点法实测的郁闭度做模型的检验。结果表明:4-scale模型能很好地反演人工针叶林冠层郁闭度,与其他3种测量郁闭度方法相比,4-scale模型反演郁闭度与鱼眼照片提取的冠层郁闭度有很好的线性关系,决定系数R^2=0.628、均方根误差ERMS=0.0476,与样点法、样线法计算的郁闭度R^2与ERMS分别为0.5591、0.0518和0.5395、0.0529。考虑树干对鱼眼照片提取冠层郁闭度的影响后R^2为0.6847;对于人工落叶松林,R^2由0.4226提升到0.6153;对于人工油松林,R^2由0.7646变为0.7561。4-scale模型针能很好的反演人工针叶林冠层郁闭度,同时也证明4-scale模型反演冠层郁闭度与鱼眼照片提取的冠层郁闭度之间存在良好的关系。 展开更多
关键词 人工针叶林 冠层郁闭度 样点法 样线法 鱼眼照片 4-scale模型
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基于4-Scale模型的人工林郁闭度遥感估测 被引量:1
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作者 何萍 于颖 +1 位作者 范文义 杨曦光 《南京林业大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期23-30,共8页
【目的】为了寻找受区域影响较小、精度较高且鲁棒性较好的郁闭度遥感估算模型,采用4-Scale几何光学模型估算人工林树冠孔隙率及郁闭度。【方法】选择内蒙古旺业甸林场和广西高峰林场为实验区,首先对4-Scale模型进行参数敏感性分析,模... 【目的】为了寻找受区域影响较小、精度较高且鲁棒性较好的郁闭度遥感估算模型,采用4-Scale几何光学模型估算人工林树冠孔隙率及郁闭度。【方法】选择内蒙古旺业甸林场和广西高峰林场为实验区,首先对4-Scale模型进行参数敏感性分析,模拟林分在不同敏感性参数下的树冠孔隙率P_(vg_c)(树冠为刚体时的冠间孔隙率)和P_(vg)(考虑树冠内部孔隙的孔隙率),建立P_(vg_c)、P_(vg)与敏感性参数的一一对应关系数据库。其次,根据数据库建立P_(vg_c)和P_(vg)与敏感性参数的统计关系模型。然后根据获得的敏感性参数估算P_(vg_c)和P_(vg),进而估算林分郁闭度。最后,分别采用样线法与鱼眼相机测定法测量的郁闭度检验基于P_(vg_c)和P_(vg)估算的林分郁闭度。【结果】基于P_(vg_c)和P_(vg)估算的人工林郁闭度精度分别为88.17%和92.8%。P_(vg_c)与敏感性参数林木株数和冠半径相关性更高,模型的R2和均方根误差(RMSE)分别为0.814和0.043。P_(vg)与敏感性参数LAI的相关性更高,模型的R2和RMSE分别为0.795和0.040。【结论】P_(vg_c)和P_(vg)均可以用来估算人工林郁闭度,虽然P_(vg)估算郁闭度的精度更高,但是其估算的郁闭度不是林业上定义的郁闭度,林业上定义的郁闭度指树冠为刚体时冠层垂直投影面积比。因此,采用P_(vg_c)估算人工林郁闭度更加准确。应在获得树木株数与树冠半径的基础上,采用P_(vg_c)估算人工林郁闭度。 展开更多
关键词 4-scale模型 郁闭度 鱼眼相机 样线法 叶面积指数
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三种植被冠层二向反射分布函数模型的比较 被引量:11
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作者 于颖 范文义 杨曦光 《植物生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期55-62,共8页
随着定量遥感技术的发展,描述森林冠层二向反射分布函数(BRDF)的机理模型越来越多。该研究采用3种植被冠层BRDF模型——DART模型、4SCALE模型和MGEOSAIL模型,模拟了不同郁闭度样地在红光、近红外波段各个观测角度下的场景反射率,并比较... 随着定量遥感技术的发展,描述森林冠层二向反射分布函数(BRDF)的机理模型越来越多。该研究采用3种植被冠层BRDF模型——DART模型、4SCALE模型和MGEOSAIL模型,模拟了不同郁闭度样地在红光、近红外波段各个观测角度下的场景反射率,并比较分析了不同BRDF模型的适用性和局限性。结果表明:MGEOSAIL模型只适于模拟样地郁闭度较小、林木个体较大条件下的场景反射率,且热点效果不十分明显;DART模型和4SCALE模型适于任何郁闭度条件下的场景反射率的模拟,并且精度较高;4SCALE模型模拟的场景反射率介于DART模型模拟的1次散射与5次散射之间。这3种模型在模拟近红外波段的场景反射率时,均存在"碗边"效应。 展开更多
关键词 二向反射分布函数 DART模型 MGEOSAIL模型 4scale模型
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