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现代遥感技术在秦始皇陵考古研究中的应用 被引量:10
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作者 周小虎 谭克龙 +3 位作者 万余庆 段清波 宋德闻 牛新龙 《现代地质》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期157-162,共6页
秦始皇陵考古研究已取得大量成果,但对是否存在西墓道、阻排水渠位置及阻水效果等问题还不清楚。应用现代遥感技术在秦始皇陵区对文物遗存进行探测,对航空全色遥感图像和航空高光谱遥感图像进行数据处理、解释,提取文物遗存信息,发现了... 秦始皇陵考古研究已取得大量成果,但对是否存在西墓道、阻排水渠位置及阻水效果等问题还不清楚。应用现代遥感技术在秦始皇陵区对文物遗存进行探测,对航空全色遥感图像和航空高光谱遥感图像进行数据处理、解释,提取文物遗存信息,发现了封土堆热异常,证实了阻排水渠的存在及其阻水效果,确认了西墓道的存在。与地球物理和地球化学的研究结果进行比较,得到的结论完全一致,证实了遥感方法的准确性和有效性。 展开更多
关键词 考古 航空高光谱 航空全色遥感 遥感图像 热异常 磁异常 秦始皇陵
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一种新的光谱参量预测黑土养分含量模型 被引量:10
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作者 张东辉 赵英俊 秦凯 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期2932-2936,共5页
我国东北黑土富含养分,随着土壤数字制图、精确农业和土壤资源调查等研究的深入,引入航空高光谱数据并提供科学的预测结果成为研究热点。数据源为CASI-1500航空高光谱成像系统,光谱范围380~1 050nm,空间分辨率1.5m。在黑龙江建三江地区... 我国东北黑土富含养分,随着土壤数字制图、精确农业和土壤资源调查等研究的深入,引入航空高光谱数据并提供科学的预测结果成为研究热点。数据源为CASI-1500航空高光谱成像系统,光谱范围380~1 050nm,空间分辨率1.5m。在黑龙江建三江地区采集59个土壤样本,化验获得有机质、全氮、全磷和全钾含量数据,选择eps-regression支持向量机模型,BP神经网络和PLS1最小二乘回归模型,建立光谱与含量的机器学习模型。通过评价3种模型的预测精度,选用支持向量机方法,对航空高光谱数据进行全氮、全磷和全钾的信息提取,采用神经网络方法,反演了有机质信息。研究表明:以光谱统计量、光谱特征值和光谱信息量为大类指标,所选取的18个子指标,能够反映土壤光谱的综合情况,是一种新的土壤光谱数据处理方法。有机质和全钾信息提取精度最高的算法是神经网络法,误差分别为1.21%和0.81%,而支持向量机算法在提取全氮和全磷信息时,验证样本的实测均值和预测均值完全吻合,精度最高。评价航空高光谱提取土壤养分的综合精度,有机质、全氮、全磷和全钾提取误差分别为5.25%,6.05%,2.74%和8.90%,在全磷反演中精度最高。 展开更多
关键词 机器学习 航空高光谱 支持向量机 神经网络 黑土养分
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黑河中游绿洲灌溉区土地覆盖与种植结构空间格局遥感监测 被引量:5
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作者 王志慧 刘良云 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2013年第8期948-956,共9页
以高空间分辨率、高光谱分辨率CASI航空遥感数据作为采样带,对黑河中游绿洲灌溉区土地覆盖和农作物种植结构空间格局进行遥感监测。设计了分层分类方法,综合采用基于像素和基于对象的2种遥感图像分类方法对航空样带区域进行土地覆盖制... 以高空间分辨率、高光谱分辨率CASI航空遥感数据作为采样带,对黑河中游绿洲灌溉区土地覆盖和农作物种植结构空间格局进行遥感监测。设计了分层分类方法,综合采用基于像素和基于对象的2种遥感图像分类方法对航空样带区域进行土地覆盖制图。根据实地土地覆盖类型调查与目视解译,对样带土地覆盖和农作物种植结构的分类结果进行精度评价,总体分类精度为84.2%,Kappa系数为0.793。与样带区域2007年Landsat TM/ETM+土地覆盖产品相比,高分辨率CASI航空数据能够对树木、草地与农作物类别进行有效监测。监测结果表明,中游绿洲灌溉区内接近59.1%的地区为裸地与建筑用地;植被覆盖区域占39.8%,其中,农田34.9%,树木5.3%,草地仅有0.1%;而在农田区域中玉米为大宗作物,分类成数占96.1%。研究结果表明高质量与高分辨率的航空遥感数据能够实现对流域下垫面异质性进行有效监测,为生态—水文过程研究提供高分辨率的下垫面类型信息。 展开更多
关键词 航空样带 遥感 高光谱 CASI 分类
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一种间接从高光谱数据中提取黑土硒含量的新方法 被引量:5
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作者 张东辉 赵英俊 +3 位作者 赵宁博 秦凯 裴承凯 杨越超 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期2237-2243,共7页
我国东北黑土富含养分,随着土壤数字制图、精确农业和土壤资源调查等研究的深入,引入航空高光谱数据并提供科学的预测结果成为研究热点。硒元素相对于黑土土壤的主要成分属于微量元素,但其对作物的正常生长的作用与大量元素是同等重要的... 我国东北黑土富含养分,随着土壤数字制图、精确农业和土壤资源调查等研究的深入,引入航空高光谱数据并提供科学的预测结果成为研究热点。硒元素相对于黑土土壤的主要成分属于微量元素,但其对作物的正常生长的作用与大量元素是同等重要的,亦是人体健康所必要的营养元素。针对硒含量反演,建立了一个基于主要成分的间接提取模型,该模型能够显著提升硒含量回归系数,降低实测值与预测值的误差。数据源自CASI-1500航空高光谱成像系统,光谱范围380~1050nm,空间分辨率1.5m。在黑龙江建三江地区采集60个土壤样本,化验获得硒、有机质、全铁、pH和氧化钙含量数据,选择BP神经网络,建立光谱与含量的反演模型。分析不同含量的黑土成分在可见-近红波段范围内光谱变换规律,掌握了硒元素随着含量升高,光谱反射率会逐步升高的规律。但当硒含量较低时,在其他成分的干扰下,这一规律会逐渐减弱,直至不显著。有机质的光谱特征与硒元素相反,总体上随着含量的增高,反射率整体下降,这与有机质的光谱特性紧密相关。全铁光谱呈现出与有机质光谱类似的规律,说明二者具有较高的相关性。不同pH值和氧化钙含量的光谱特征与检测值没有呈现出明显的特征规律,反射规律不明显。对60个采样点不同养分含量进行逐波段求反射率对养分的相关系数。结果表明,pH值各个波段相关系数最高,均值达到0.63;其次是全铁的相关系数,为0.54;有机质和氧化钙的相关系数接近,分别为0.42和0.47;而硒元素含量与逐波段的平均相关系数最低,为0.38。选取相关系数较高的前5个波段,作为建模波段。硒特征波段为447,437,456,466和475nm;有机质特征波段为447,456,466,437和475nm;全铁特征波段为752,695,800,762和733nm;pH特征波段为905,752,800,943和695nm;氧化钙特征波段为752,695,800,523和762nm。通过计算样 展开更多
关键词 硒含量 东北黑土地 航空高光谱 神经网络 可见光-近红外
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A Systematic Literature Review of Machine Learning and Deep Learning Approaches for Spectral Image Classification in Agricultural Applications Using Aerial Photography
5
作者 Usman Khan Muhammad Khalid Khan +4 位作者 Muhammad Ayub Latif Muhammad Naveed Muhammad Mansoor Alam Salman A.Khan Mazliham Mohd Su’ud 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2024年第3期2967-3000,共34页
Recently,there has been a notable surge of interest in scientific research regarding spectral images.The potential of these images to revolutionize the digital photography industry,like aerial photography through Unma... Recently,there has been a notable surge of interest in scientific research regarding spectral images.The potential of these images to revolutionize the digital photography industry,like aerial photography through Unmanned Aerial Vehicles(UAVs),has captured considerable attention.One encouraging aspect is their combination with machine learning and deep learning algorithms,which have demonstrated remarkable outcomes in image classification.As a result of this powerful amalgamation,the adoption of spectral images has experienced exponential growth across various domains,with agriculture being one of the prominent beneficiaries.This paper presents an extensive survey encompassing multispectral and hyperspectral images,focusing on their applications for classification challenges in diverse agricultural areas,including plants,grains,fruits,and vegetables.By meticulously examining primary studies,we delve into the specific agricultural domains where multispectral and hyperspectral images have found practical use.Additionally,our attention is directed towards utilizing machine learning techniques for effectively classifying hyperspectral images within the agricultural context.The findings of our investigation reveal that deep learning and support vector machines have emerged as widely employed methods for hyperspectral image classification in agriculture.Nevertheless,we also shed light on the various issues and limitations of working with spectral images.This comprehensive analysis aims to provide valuable insights into the current state of spectral imaging in agriculture and its potential for future advancements. 展开更多
关键词 Machine learning deep learning unmanned aerial vehicles multi-spectral images image recognition object detection hyperspectral images aerial photography
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航空高光谱预测黑土地SOM含量的神经网络方法 被引量:4
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作者 张东辉 赵英俊 +2 位作者 赵宁博 秦凯 杨越超 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第S1期321-322,共2页
将机载高光谱遥感引入到黑土信息提取领域,不仅能够显著提升土壤信息反演的信息化水平,而且将机载高光谱遥感的优势结合到黑土信息提取的需求中,发挥明显的技术优势。这对黑土成分中重要的养分指标有机质,提出了一种神经网络模型预测含... 将机载高光谱遥感引入到黑土信息提取领域,不仅能够显著提升土壤信息反演的信息化水平,而且将机载高光谱遥感的优势结合到黑土信息提取的需求中,发挥明显的技术优势。这对黑土成分中重要的养分指标有机质,提出了一种神经网络模型预测含量的方法,这种方法可以在地面点状化验数据支持下,进行大面积黑土有机质含量信息的提取,为黑土地数字制图效率的提升提供了一种新的解决方案。研究表明,高光谱波段与化验数据相关系数较高的前18波段,能够作为可靠的建模数据,全区有机质含量介于3.32~4.12g·kg^(-1),对验证数据集的测量数据和预测数据进行了制图,回归系数达到了0.985 3,证明了这一方法在理论上的可靠性。 展开更多
关键词 航空高光谱 黑土地 有机质 神经网络模型
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黑土地硒含量的航空高光谱综合反演模型 被引量:2
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作者 赵宁博 杨佳佳 +3 位作者 秦凯 赵英俊 杨越超 朱玲 《测绘科学》 CSCD 北大核心 2021年第6期128-135,共8页
针对单纯利用光谱信息建立土壤硒含量反演模型时,通常会产生模型精度受限、模型参数难以解释的问题,该文基于硒的空间分布影响因素开展综合建模。以黑龙江省海伦典型黑土区为研究区,利用CASI/SASI航空高光谱数据、土壤理化性质和地形因... 针对单纯利用光谱信息建立土壤硒含量反演模型时,通常会产生模型精度受限、模型参数难以解释的问题,该文基于硒的空间分布影响因素开展综合建模。以黑龙江省海伦典型黑土区为研究区,利用CASI/SASI航空高光谱数据、土壤理化性质和地形因子,在筛选模型变量的基础上采用随机森林法建立综合模型。结果表明:硒与土壤理化性质的关系非常密切,其中与有机质、全氮、全磷、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、pH呈极显著正相关,与SiO2、Na2O呈极显著负相关;硒与地形因子的关系相对较弱,其中与起伏度和地形粗糙指数呈显著正相关。在光谱特征上,硒与光谱反射率的相关性主要体现了有机质和铁锰氧化物的光谱吸收特征。将筛选的相关指标按照不同组合方式进行建模和对比讨论,结果显示光谱、理化性质和地形因子均对提升模型精度有贡献,整体上光谱和理化性质占主导地位。当模型自变量为全部3类数据时,模型的建模和验证精度均为最高,表明综合模型不仅提升了硒元素的建模精度,而且改善了模型的稳健性。 展开更多
关键词 航空高光谱 黑土地 反演 地形因子
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基于航空高光谱反演的黑土地质量综合评价研究 被引量:2
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作者 赵宁博 杨佳佳 +3 位作者 赵英俊 秦凯 杨越超 李明 《中国农业科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第11期88-98,共11页
土地质量评价能够为黑土地资源的保护和可持续开发利用提供重要参考依据。航空高光谱技术凭借光谱分辨率高、数据覆盖面广、时效性强等优势,在黑土地质量指标调查中已初步显示出应用价值,为了进一步发挥高光谱技术在黑土地质量评价中的... 土地质量评价能够为黑土地资源的保护和可持续开发利用提供重要参考依据。航空高光谱技术凭借光谱分辨率高、数据覆盖面广、时效性强等优势,在黑土地质量指标调查中已初步显示出应用价值,为了进一步发挥高光谱技术在黑土地质量评价中的作用,提出一种基于航空高光谱的黑土地质量综合评价方法。以黑龙江省海伦地区为例,在裸土期和农作物生长期分别获取CASI/SASI航空高光谱数据,地面同步开展样品采集,通过实验室分析获取养分指标、环境指标和农作物长势指标三大类共15项指标数据。利用偏最小二乘法反演各项评价指标的含量,利用层次分析法建立综合评价模型,并以实际地块为评价单元获得研究区黑土地质量综合评价结果。反演结果表明,有机质的建模精度最高,R^(2)达到0.813,养分和农作物指标的建模精度均超过了0.7,重金属元素的建模精度均超过了0.6,总体上获得了较好的反演效果。评价结果显示研究区地块等级均在二等及以上,其中一等(优质)地块面积占全区的38.38%,二等(良好)地块面积占全区的61.62%,整体土壤质量较高。评价结果与地面验证结果一致率达到97.60%,表明了评价结果的可靠性。研究成果能够为田块尺度的黑土地质量快速评价提供技术支撑。 展开更多
关键词 航空高光谱 土壤质量 反演 黑土地 综合评价模型
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新疆红柳泉地区航空高光谱构造蚀变特征分析与找矿预测 被引量:1
9
作者 孙永彬 王瑞军 +2 位作者 邓国武 牛海威 曹秋义 《地质找矿论丛》 CAS CSCD 2016年第3期417-424,共8页
利用CASI/SASI航空高光谱遥感数据,对新疆红柳泉地区进行了航空高光谱遥感构造解译,修正了部分线性构造及环形构造。基于航空高光谱遥感提取的蚀变信息,结合野外实地调查验证,重点分析了研究区内祥云金矿、盘龙沟金矿与构造、蚀变之间... 利用CASI/SASI航空高光谱遥感数据,对新疆红柳泉地区进行了航空高光谱遥感构造解译,修正了部分线性构造及环形构造。基于航空高光谱遥感提取的蚀变信息,结合野外实地调查验证,重点分析了研究区内祥云金矿、盘龙沟金矿与构造、蚀变之间的关系,结合已有的矿产地质特征、航空高光谱遥感地质特征,在该区圈定5处找矿预测区,预测矿种为构造蚀变岩型金矿,研究成果为相同地区的成矿预测与寻找同类型矿床提供遥感依据。 展开更多
关键词 红柳泉地区 航空高光谱 构造蚀变信息 找矿预测 新疆
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土壤铬的航空高光谱间接反演模型及可迁移性研究 被引量:1
10
作者 赵宁博 秦凯 +1 位作者 赵英俊 杨越超 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1617-1624,共8页
铬(Cr)是我国东北黑土区土壤重金属污染评价中的主要目标元素之一,随着航空高光谱技术的引入,Cr含量的高光谱反演具备了大范围应用的数据基础,其中影响调查质量的关键是高光谱模型的精度及应用范围。常用的建模方法是利用各类统计学手... 铬(Cr)是我国东北黑土区土壤重金属污染评价中的主要目标元素之一,随着航空高光谱技术的引入,Cr含量的高光谱反演具备了大范围应用的数据基础,其中影响调查质量的关键是高光谱模型的精度及应用范围。常用的建模方法是利用各类统计学手段进行光谱特征提取并建模,局限性表现为建模结果受样本选择的影响较大,模型泛化能力不强。研究以土壤Cr的赋存规律为切入点,设计了一种新的基于Cr影响因素及光谱特征的间接反演模型,改善了模型在不同地区的适用性。选择黑龙江省建三江和海伦两个研究区,高光谱数据来自CASI/SASI航空高光谱成像系统,波段范围380~2450 nm,建三江和海伦研究区地面采样数量分别为225个和121个,分析获得土壤Cr元素及SOM,N,P,K_(2)O,SiO_(2),Al_(2)O_(3),Fe_(2)O_(3),CaO,MgO,Na_(2)O和pH等理化参数,建模方法采用偏最小二乘法。Cr的赋存规律分析结果表明,Cr在两个研究区均表现为与Al_(2)O_(3),Fe_(2)O_(3),MgO,K_(2)O和pH呈极显著的正相关关系,与SiO_(2),Na_(2)O和SOM呈极显著的负相关关系,该特征为间接反演模型的建立提供了基础。两个地区Cr的光谱特征分析结果共同表明,光谱反射率经变量标准化(SNV)变换后与Cr含量的相关性最明显,特征波段为1520,2195,2210和2225 nm。将光谱SNV变换后的特征波段作为纯光谱模型自变量,将SNV特征波段和上述与Cr密切相关的土壤组分作为间接反演模型的自变量,建模结果显示,相比于纯光谱模型,建三江研究区的间接反演模型将建模R^(2)由0.643提升到了0.751,验证R^(2)由0.571提升到了0.687,海伦研究区的间接反演模型将建模R^(2)由0.537提升到了0.676,验证R^(2)由0.471提升到了0.643,间接模型相应的均方根误差(RMSE)也得到了降低,可见间接反演模型明显提升了Cr的反演精度。两个研究区之间的模型迁移性实验结果表明,纯光谱模型的可迁移性较差,� 展开更多
关键词 航空高光谱 东北黑土地 偏最小二乘法 反演
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基于低空无人机成像光谱仪影像估算棉花叶面积指数 被引量:56
11
作者 田明璐 班松涛 +4 位作者 常庆瑞 由明明 罗丹 王力 王烁 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第21期102-108,共7页
农作物叶面积指数(leaf area index,LAI)遥感监测具有快速、无损的优势。该文以低空无人机作为遥感平台,使用新型成像光谱仪获取的农田高光谱影像数据对棉花LAI进行反演。利用影像高光谱分辨率的特点,针对传统固定波段植被指数(fixed-ba... 农作物叶面积指数(leaf area index,LAI)遥感监测具有快速、无损的优势。该文以低空无人机作为遥感平台,使用新型成像光谱仪获取的农田高光谱影像数据对棉花LAI进行反演。利用影像高光谱分辨率的特点,针对传统固定波段植被指数(fixed-bandvegetation index,F_VI)进行改进,通过动态搜索相应植被指数定义所使用波段范围内的反射率极值的方法,计算与各类植被指数对应的极值植被指数(extremum vegetation index,E_VI)。分别以原始全波段光谱反射率、连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)提取的有效波段反射率以及各类F_VI和E_VI作为自变量,使用最小二乘和偏最小二乘(partial least squares,PLS)回归等方法构建LAI遥感估算模型。结果显示:1)以植被指数为自变量的模型估算效果(验证R2最高为0.85)优于以光谱反射率作为自变量的模型(验证R2最高为0.59);2)使用E_VI作为自变量能够显著提高LAI的估测精度(验证R2最大提高了0.11);3)使用PLS回归算法结合多个E_VI建立的LAI-E_VIs-PLS模型精度最高。使用LAI-E_VIs-PLS模型对棉花地块高光谱影像进行反演,制作棉花LAI空间分布图,取得良好的估算结果(验证R2=0.88,RMSE=0.29),为农作物LAI遥感监测提供了新的技术手段。 展开更多
关键词 无人机 作物 遥感 高光谱成像 棉花 叶面积指数 极值植被指数
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轻小型无人机低空遥感及其在生态学中的应用进展 被引量:55
12
作者 孙中宇 陈燕乔 +3 位作者 杨龙 唐光良 袁少雄 林志文 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期528-536,共9页
无人机低空遥感系统弥补了航天和航空遥感在影像分辨率、重访周期、云层影响以及高成本等方面的不足,为中观尺度的生态学研究提供了新方法.本文介绍了轻小型无人机低空遥感系统的组成,从物种、种群、群落和生态系统尺度综述了其在生态... 无人机低空遥感系统弥补了航天和航空遥感在影像分辨率、重访周期、云层影响以及高成本等方面的不足,为中观尺度的生态学研究提供了新方法.本文介绍了轻小型无人机低空遥感系统的组成,从物种、种群、群落和生态系统尺度综述了其在生态学中的应用现状,并指出目前存在的不足和未来的发展方向,以期为无人机生态学的后续研究提供参考.无人机生态学当前面临的挑战和未来发展的方向主要有物种形态和光谱特征库的建立、物种自动识别、光谱数据与植物生理生态过程之间关系的进一步挖掘、生态系统三维立体监测、多来源多尺度遥感数据融合等.随着无人机平台技术、传感器技术以及数据传输处理技术的成熟,以无人机低空遥感技术为基础的无人机生态学将迎来发展的机遇和曙光. 展开更多
关键词 无人机生态学 低空遥感 热红外成像仪 多光谱成像仪 高光谱成像仪 激光雷达
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基于随机森林算法的冬小麦叶面积指数遥感反演研究 被引量:43
13
作者 张春兰 杨贵军 +3 位作者 李贺丽 汤伏全 刘畅 张丽妍 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期855-867,共13页
【目的】通过利用随机森林算法(random forest,RF)反演冬小麦叶面积指数(leaf area index,LAI),及时、准确地监测冬小麦长势状况,为作物田间管理和产量估测等提供科学依据。【方法】本研究依据冬小麦拔节期、挑旗期、开花期及灌浆期地... 【目的】通过利用随机森林算法(random forest,RF)反演冬小麦叶面积指数(leaf area index,LAI),及时、准确地监测冬小麦长势状况,为作物田间管理和产量估测等提供科学依据。【方法】本研究依据冬小麦拔节期、挑旗期、开花期及灌浆期地面观测数据,将相关系数分析(correlation coefficient,r)和袋外数据(out-of-bag data,OOB)重要性分析与随机森林算法(random forest,RF)相结合,在优选光谱指数和确定最佳自变量个数的基础上,构建了两种冬小麦LAI反演模型|r|-RF和OOB-RF,并利用独立数据集对两种模型进行验证;然后,将所建LAI反演模型用于无人机高光谱影像,进一步检验所建模型对无人机低空遥感平台的适用性和可靠性。【结果】|r|-RF和OOB-RF反演模型分别采用相关性前5强、重要性前2强的光谱指数作为输入因子时精度最优,验证决定系数(R^2)分别为0.805、0.899,均方根误差(RMSE)分别为0.431、0.307,表明这两个模型均能对作物LAI进行精确反演,其中OOB-RF模型的反演效果更好。利用无人机高光谱影像数据结合OOB-RF估算模型反演得到冬小麦LAI与地面实测值的拟合方程的决定系数R^2为0.761,RMSE为0.320,数值范围(1.02—6.41)与地面实测(1.29—6.81)亦比较吻合。【结论】本文基于地面数据构建的OOB-RF模型不仅具有较高的反演精度,而且适用性强,可用于无人机高光谱遥感平台提取高精度的冬小麦LAI信息。 展开更多
关键词 无人机 高光谱 叶面积指数 随机森林 冬小麦
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新一代遥感技术助力生态系统生态学研究 被引量:32
14
作者 郭庆华 胡天宇 +5 位作者 马勤 徐可心 杨秋丽 孙千惠 李玉美 苏艳军 《植物生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期418-435,共18页
随着气候变化和人类活动的加剧,生态系统正处于剧烈变化中,生态学家需要从更大的时空尺度去理解生态系统过程和变化规律,应对全球变化带来的威胁和挑战。传统地面调查方法主要获取的是样方尺度、离散的数据,难以满足大尺度生态系统研究... 随着气候变化和人类活动的加剧,生态系统正处于剧烈变化中,生态学家需要从更大的时空尺度去理解生态系统过程和变化规律,应对全球变化带来的威胁和挑战。传统地面调查方法主要获取的是样方尺度、离散的数据,难以满足大尺度生态系统研究对数据时空连续性的要求。相比于传统地面调查方法,遥感技术具有实时获取、重复监测以及多时空尺度的特点,弥补了传统地面调查方法空间观测尺度有限的缺点。遥感通过分析电磁波信息从而识别地物属性和特征,反演生态系统组成、能量流动和物质循环过程中的关键要素,已逐渐成为生态学研究中必不可少的数据来源。近年来,随着激光雷达、日光诱导叶绿素荧光等新型遥感技术以及无人机、背包等近地面遥感平台的发展,个人化、定制化的近地面遥感观测逐渐成熟,新一代遥感技术正在推动遥感信息"二维向三维"的转变,为传统样地观测与卫星遥感之间搭建了尺度推绎桥梁,这也给生态系统生态学带来了新的机遇,推动生态系统生态学向多尺度、多过程、多学科、多途径发展。因此,该文从生态系统生态学角度出发,重点关注陆地生态系统中生物组分,并分别从生态系统类型、结构、功能和生物多样性等方面,结合作者在实际研究工作中的主要成果和该领域国际前沿动态,阐述遥感技术在生态系统生态学中的研究现状并指出我国生态系统遥感监测领域发展方向及亟待解决的问题。 展开更多
关键词 近地面遥感 激光雷达 无人机 高光谱 日光诱导叶绿素荧光
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基于光谱特征与PLSR结合的叶面积指数拟合方法的无人机画幅高光谱遥感应用 被引量:25
15
作者 高林 杨贵军 +5 位作者 李长春 冯海宽 徐波 王磊 董锦绘 付奎 《作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第4期549-557,共9页
以冬小麦LAI为研究对象,利用孕穗期、开花期和灌浆期获取的无人机UHD185高光谱影像以及同步测定的地面数据(冬小麦冠层ASD反射率和冬小麦LAI),论证光谱特征(红边参数或植被指数)与偏最小二乘回归算法结合的改进型LAI拟合方法在无人机画... 以冬小麦LAI为研究对象,利用孕穗期、开花期和灌浆期获取的无人机UHD185高光谱影像以及同步测定的地面数据(冬小麦冠层ASD反射率和冬小麦LAI),论证光谱特征(红边参数或植被指数)与偏最小二乘回归算法结合的改进型LAI拟合方法在无人机画幅高光谱遥感LAI探测方面的应用价值。首先,从光谱反射率相关性和植被指数相关性两方面比较UHD185与ASD,验证UHD185数据精度;结果表明,第3~第96波段(458~830 nm)的无人机UHD185高光谱数据具有较好的光谱质量,适宜探测冬小麦LAI。其次,分析光谱特征(6种植被指数和4种红边参数)与LAI的相关性,并通过独立验证和交叉验证方法,依次对基于红边参数或植被指数的传统LAI拟合方法和改进型LAI拟合方法的冬小麦LAI预测精度进行评价,相比于传统LAI拟合方法,改进型LAI拟合方法能大幅度提高冬小麦LAI的预测精度,特别是PLSR+REP。研究结果证实,改进型LAI拟合方法能更加充分地利用无人机UHD185高光谱数据预测冬小麦LAI,可望为无人机高光谱遥感的作物理化参数探测提供几点可借鉴的思路。 展开更多
关键词 无人机 高光谱遥感 叶面积指数 偏最小二乘回归 红边参数 植被指数
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基于无人机高光谱遥感的东北粳稻冠层叶片氮素含量反演方法研究 被引量:24
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作者 冯帅 许童羽 +3 位作者 于丰华 陈春玲 杨雪 王念一 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期3281-3287,共7页
为探究遥感监测水稻冠层叶片氮素含量的较优高光谱反演模型,以水稻小区试验为基础,获取了不同生长期水稻冠层高光谱数据。在综合比较一阶导数变换(1-Der)、标准正态变量变换(SNV)和SG滤波法等处理方法基础上,提出一种将SNV与一阶导数变... 为探究遥感监测水稻冠层叶片氮素含量的较优高光谱反演模型,以水稻小区试验为基础,获取了不同生长期水稻冠层高光谱数据。在综合比较一阶导数变换(1-Der)、标准正态变量变换(SNV)和SG滤波法等处理方法基础上,提出一种将SNV与一阶导数变换的SG滤波法相结合的光谱处理方法(SNV-FDSGF),并将处理后的数据经无信息变量消除法(UVE)与竞争自适应重加权采样法(CARS)选出不同生长期的敏感波段。将各生长期的敏感波段两两随机组合,并构建与水稻叶片含氮量相关性较高的差值光谱植被指数(DSI)、比值光谱植被指数(RSI)、归一化光谱植被指数(NDSI)。其中分蘖、拔节和抽穗3个时期的最优植被指数和决定系数R^2分别为:DSI(R857,R623),0.704;DSI(R670,R578),0.786;DSI(R995,R508),0.754。以各生长期内的较优的三种植被指数作为输入分别构建自适应差分优化的极限学习机(SaDE-ELM)、径向基神经网络(RBF-NN)以及粒子群优化的BP神经网络(PSO-BPNN)反演模型。结果表明:SaDE-ELM建模效果最好,在模型稳定性和预测能力上比RBF-NN和PSO-BPNN都有了明显提高,各生长期反演模型的训练集和验证集决定系数R2均在0.810以上,RMSE均在0.400以下,可为东北水粳稻冠层叶片含氮量的检测与评估提供科学和技术依据。 展开更多
关键词 水稻 氮素 无人机 高光谱处理 植被指数 反演模型
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基于无人机高光谱影像的冬小麦全蚀病监测模型研究 被引量:23
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作者 郭伟 朱耀辉 +3 位作者 王慧芳 张娟 董萍 乔红波 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期162-169,共8页
冬小麦全蚀病是导致小麦大幅减产甚至绝收的土传检疫性病害。快速、无损地监测冬小麦全蚀病空间分布对其防治具有重要意义。以无人机搭载成像高光谱仪为遥感平台,利用成像高光谱影像结合地面病害调查数据,在田块尺度对冬小麦全蚀病病情... 冬小麦全蚀病是导致小麦大幅减产甚至绝收的土传检疫性病害。快速、无损地监测冬小麦全蚀病空间分布对其防治具有重要意义。以无人机搭载成像高光谱仪为遥感平台,利用成像高光谱影像结合地面病害调查数据,在田块尺度对冬小麦全蚀病病情指数分布进行空间填图。利用地物光谱仪(ASD)同步获取的高光谱数据评价UHD185光谱数据质量,综合运用统计分析以及遥感反演填图技术,计算光谱指数(Difference spectral index,DSI)、比值光谱指数(Ratio spectral index,RSI)及归一化差值光谱指数(Normalized difference spectral index,NDSI)与病情指数(DI)构建决定系数等势图,筛选最优光谱指数与DI构建线性回归模型,并利用3个光谱指数构建偏最小二乘回归预测模型,以对比模型预测精度与稳健性。最后用独立数据对模型进行检验。结果表明,冬小麦冠层的ASD光谱数据与UHD185光谱数据相关性显著,决定系数R2达0.97以上,3类光谱指数与DI构建偏最小二乘回归模型,得到模型验证结果(R2=0.6292,RMSE=10.2%,MAE=16.6%),其中DSI(R818,R534)对模型贡献度最高,利用DSI(R818,R534)与DI构建线性回归模型为y=-6.4901x+1.4613(R2=0.8605,RMSE=7.3%,MAE=19.1%),且通过独立样本的模型验证精度(R2=0.76,RMSE=14.9%,MAE=11.7%,n=20)。最后使用该模型对冬小麦进行病情指数反演,制作了冬小麦全蚀病病害空间分布图,本研究结果为无人机高光谱遥感在冬小麦全蚀病的精准监测方面提供了技术支撑,并对未来卫星遥感探索冬小麦全蚀病大面积监测提供了理论基础。 展开更多
关键词 冬小麦 全蚀病 无人机 遥感 高光谱 光谱指数
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耦合机器学习和机载高光谱数据的土壤含水量估算 被引量:21
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作者 田美玲 葛翔宇 +2 位作者 丁建丽 王敬哲 张振华 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2020年第9期223-232,共10页
准确估算土壤含水量(SMC),对干旱区的精准农业、水资源管理具有重要意义。针对传统估算方法和野外测量耗时、费力的问题,通过无人机平台获取新疆阜康市冬小麦样地的高光谱影像数据,分别利用一阶导数、二阶导数、吸光度、吸光度一阶导数(... 准确估算土壤含水量(SMC),对干旱区的精准农业、水资源管理具有重要意义。针对传统估算方法和野外测量耗时、费力的问题,通过无人机平台获取新疆阜康市冬小麦样地的高光谱影像数据,分别利用一阶导数、二阶导数、吸光度、吸光度一阶导数(FDA)、吸光度二阶导数对原始高光谱数据进行预处理;采用随机森林(RF)、梯度提升回归树(GBRT)和极端梯度提升(XGBoost)三种算法进行特征变量重要性遴选,基于地理加权回归(GWR)建立模型。结果表明:FDA的预处理效果最佳,以FDA-GBRT为基础的模型效果最优,建模集与验证集的决定系数(R2)分别为0.890、0.891,四分位数间隔为3.490;GBRT算法相较于RF和XGBoost算法优势较为突出,多数模型建模集与验证集的R^2均大于0.600;GWR模型对SMC的预测建模有效,可为干旱区农业生态系统的管理与保护提供理论支撑。 展开更多
关键词 土壤含水量 无人机 高光谱数据 机器学习 地理加权回归模型
原文传递
基于无人机高光谱遥感影像的防护林树种分类 被引量:20
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作者 赵庆展 江萍 +2 位作者 王学文 张丽红 张建新 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期190-199,共10页
树种信息对林业资源监测和管理具有重要意义,及时准确地掌握树种及长势状况是防护林工程建设与效益评价的基础。为研究利用无人机高光谱数据进行防护林树种分类的效果,选取典型区域使用Matrice600型六旋翼无人机搭载Rikola高光谱成像仪... 树种信息对林业资源监测和管理具有重要意义,及时准确地掌握树种及长势状况是防护林工程建设与效益评价的基础。为研究利用无人机高光谱数据进行防护林树种分类的效果,选取典型区域使用Matrice600型六旋翼无人机搭载Rikola高光谱成像仪获取高光谱影像,基于支持向量机递归特征消除算法(SVMRFE)选取原始波段最佳组合,再结合纹理特征、植被指数和数理统计特征,使用随机森林算法对所有特征进行重要性评估并与分类精度相结合进行特征优化,进而构建高光谱影像全波段、原始波段最佳组合、全部特征变量、基于随机森林(RF)特征优化后特征变量4种分类方案,分别采用最大似然法(MLC)、支持向量机(SVM)、随机森林对防护林优势树种进行分类。结果表明:所提出的基于交叉验证的SVMRFE算法选出的原始波段组合能更好地还原原始光谱特征;通过RF算法的特征重要性分析与分类精度相结合的方法可以有效选出重要特征,当使用全部特征的85%(包括17个光谱特征、3个纹理特征、5个植被指数和3个数理统计特征)进行分类时,总体精度最高为95.93%(Kappa系数为0.9475);所有特征中植被指数特征最重要,3种分类方法中RF算法分类总体精度(OA)最高。 展开更多
关键词 树种分类 无人机 高光谱 特征挖掘 随机森林
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基于无人机高光谱遥感数据的冬小麦生物量估算 被引量:20
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作者 陶惠林 冯海宽 +4 位作者 徐良骥 杨贵军 杨小冬 苗梦珂 刘明星 《江苏农业学报》 CSCD 北大核心 2020年第5期1154-1162,共9页
以植被指数和红边参数为模型因子,利用多元线性回归(MLR),构建冬小麦不同生育期的生物量估算模型,从而有效和更好地监测冬小麦的长势情况,为精准农业中作物的快速监测提供技术手段。首先分析植被指数(VI)和红边参数(REPS)与冬小麦生物... 以植被指数和红边参数为模型因子,利用多元线性回归(MLR),构建冬小麦不同生育期的生物量估算模型,从而有效和更好地监测冬小麦的长势情况,为精准农业中作物的快速监测提供技术手段。首先分析植被指数(VI)和红边参数(REPS)与冬小麦生物量的相关性,然后运用MLR分别建立模型MLR+VI、MLR+REPS和MLR+VI+REPS,最后将优选的冬小麦生物量估算模型应用于无人机高光谱影像中,验证模型的可行性。结果表明,利用单个植被指数或红边参数构建的估算模型在孕穗期、开花期和灌浆期估算精度最高的植被指数分别是归一化植被指数(NDVI)、简单比值指数(SR)和增强型土壤调节植被指数(MSAVI),精度最高的红边参数分别为红边振幅/最小振幅、红边振幅和红边振幅;通过MLR分别以植被指数、红边参数和植被指数结合红边参数为因子构建的模型MLR+VI、MLR+REPS与MLR+VI+REPS效果优于单个植被指数或红边参数建立的模型,3种模型在不同生育期的验证结果也较好,其中MLR+VI+REPS模型精度最高,模型决定系数(R 2)、标准均方根误差(NRMSE)分别为0.7832与12.13%。 展开更多
关键词 无人机 高光谱 冬小麦 多元线性回归 植被指数 红边参数
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