一種基于高光譜植被指數(shù)監(jiān)測濕地植被冠層氮濃度的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于高光譜植被指數(shù)監(jiān)測濕地植被冠層氮濃度的方法，包括：濕地植被冠層光譜、葉面積指數(shù)（LAI）和氮濃度測量；Hyperion高光譜遙感影像預(yù)處理；將SAVI指數(shù)改進(jìn)為SAVI1510指數(shù)；構(gòu)建應(yīng)用于濕地植被冠層氮濃度監(jiān)測的高光譜植被指數(shù)NDNI/SAVI1510；高光譜植被指數(shù)NDNI/SAVI1510應(yīng)用于濕地植被冠層氮濃度監(jiān)測性能的評估；基于高光譜植被指數(shù)NDNI/SAVI1510構(gòu)建濕地植被冠層氮濃度監(jiān)測模型。本發(fā)明的有益之處在于：本發(fā)明提供了一種基于高光譜植被指數(shù)監(jiān)測濕地植被冠層氮濃度的方法，降低了來自濕地植被復(fù)雜背景的多種散射信號對濕地植被冠層氮濃度估算精度的影響，能夠以較高的精度估算濕地植被冠層氮濃度。
【專利說明】一種基于高光譜植被指數(shù)監(jiān)測濕地植被冠層氮濃度的方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明屬于濕地植被遙感技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體地說涉及一種基于高光譜植被指數(shù)監(jiān)測濕地植被冠層氮濃度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]濕地是地球上最具生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)之一，也是最富生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)之一。濕地在調(diào)節(jié)洪水流量、預(yù)防自然災(zāi)害、地下水補(bǔ)給、維護(hù)生物多樣性、調(diào)節(jié)氣候、控制土壤侵蝕、保持海岸線、降解環(huán)境污染物等方面能夠起到其他生態(tài)系統(tǒng)無法替代的作用。濕地通過沉降、過濾、化學(xué)沉淀和吸附、微生物相互作用、植被吸收等過程可以降低富營養(yǎng)化水體中的氮濃度，濕地植被冠層氮濃度也相應(yīng)發(fā)生變化。監(jiān)測濕地植被冠層氮濃度有助于對濕地植被生理功能、濕地凈化能力、濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物化學(xué)過程等有更深入的理解。
[0003]遙感技術(shù)可以通過適用的波段或波段組合構(gòu)成的光譜指數(shù)來無損估算植被的氮濃度狀況?？焖侔l(fā)展的高光譜遙感技術(shù)已成功用于預(yù)測包括小麥、水稻、玉米、棉花等多種植被的葉片和冠層氮濃度。植被反射光譜中的氮吸收特征波段是由氮-氫化學(xué)鍵的振動(dòng)和相關(guān)波長處的相應(yīng)變化產(chǎn)生的。1510nm被認(rèn)為是一個(gè)主要的氮吸收特征波段。
[0004]光譜指數(shù)已被接受為是監(jiān)測植被氮濃度的一種主要方法。在科研文獻(xiàn)中已出現(xiàn)的用于監(jiān)測植被冠層氮濃度的光譜指數(shù)主要包括:歸一化氮指數(shù)(NDNI)、冠層葉綠素濃度指數(shù)(CCCI)、轉(zhuǎn)換葉綠素吸收反射/優(yōu)化土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)(TCARI/0SAVI)、綠光歸一化植被指數(shù)(GNDVI)、光化學(xué)植被指數(shù)(PRI)。
[0005]濕地水分條件的變化主要體現(xiàn)在濕地水位的變化，河流水文周期、降水、蒸散、潮汐、海平面上升、土壤蓄水量變化和農(nóng)業(yè)用水都會(huì)影響濕地水位的變化，因此水位波動(dòng)在濕地生態(tài)系統(tǒng)中是普遍存在的。濕地水位的波動(dòng)導(dǎo)致濕地植被背景狀態(tài)復(fù)雜多變，顯現(xiàn)為不同含水量的土壤或?yàn)樗砻娴榷喾N狀態(tài)。來自濕地植被復(fù)雜背景的多種散射信號會(huì)明顯降低氮濃度的估算精度。因此，需要改進(jìn)氮指數(shù)來降低背景信號的影響，以較高的精度估算濕地植被冠層的氮濃度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對濕地植被冠層氮濃度遙感監(jiān)測存在的主要問題，提供一種基于高光譜植被指數(shù)監(jiān)測濕地植被冠層氮濃度的方法，構(gòu)建一個(gè)基于高光譜植被指數(shù)ndni/savi151(i的準(zhǔn)確性高、預(yù)測能力強(qiáng)的濕地植被冠層氮濃度監(jiān)測模型。
[0007]本發(fā)明技術(shù)方案如下:根據(jù)本發(fā)明的一種基于高光譜植被指數(shù)監(jiān)測濕地植被冠層氮濃度的方法，包括如下步驟:
(I)濕地植被冠層光譜、葉面積指數(shù)(LAI)和氮濃度測量。
[0008](2)Hyperion高光譜遙感影像預(yù)處理。采用ENVI軟件的FIAASH大氣校正模塊對覆蓋研究區(qū)的Hyperion高光譜遙感影像進(jìn)行大氣校正；參考Iandsat TM影像,采用二次多項(xiàng)式校正方法，對Hyperion影像進(jìn)行幾何校正。[0009](3)將SAVI指數(shù)改進(jìn)為SAVI151tl指數(shù)。以1510 nm波段取代了 SAVI指數(shù)中的紅光波段，由此改進(jìn)后的指數(shù)SAVI151tl公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于高光譜植被指數(shù)監(jiān)測濕地植被冠層氮濃度的方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一、濕地植被冠層光譜、葉面積指數(shù)(LAI)和氮濃度測量； 步驟二、Hyperion高光譜遙感影像預(yù)處理，采用ENVI軟件的FIAASH大氣校正模塊對覆蓋研究區(qū)的Hyperion高光譜遙感影像進(jìn)行大氣校正,參考Iandsat TM影像,采用二次多項(xiàng)式校正方法，對Hyperion影像進(jìn)行幾何校正； 步驟三、將SAVI指數(shù)改進(jìn)為SAVI151tl指數(shù)，以1510 nm波段取代了 SAVI指數(shù)中的紅光波段，由此改進(jìn)后的指數(shù)SAVI151tl公式為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高光譜植被指數(shù)監(jiān)測濕地植被冠層氮濃度的方法，其特征在于，所述步驟三中，SAVI1510指數(shù)中土壤調(diào)節(jié)系數(shù)L的取值方法:將LAI值分為0-1、1.1-2,2.1-3,3.1-4,4.1_5五組，L以增加步長0.1從O變化到1，采用指數(shù)函數(shù)來擬合SAVI1510指數(shù)與LAI的關(guān)系，基于決定系數(shù)值(R2)確定對應(yīng)于不同LAI分組值的L最優(yōu)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高光譜植被指數(shù)監(jiān)測濕地植被冠層氮濃度的方法，其特征在于，所述步驟三中，分別采用植被信號/土壤噪音比值(S/N)和Tvi (LAI)兩個(gè)指標(biāo)，來評估SAVI151tl指數(shù)的性能，所述
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高光譜植被指數(shù)監(jiān)測濕地植被冠層氮濃度的方法，其特征在于:所述步驟五中，相比于其它指數(shù)，高光譜植被指數(shù)NDNI/SAVI151(i與濕地植被冠層氮濃度(N%)線性擬合結(jié)果的決定系數(shù)值最高，表現(xiàn)出對濕地植被冠層氮濃度較好的敏感性，同時(shí)，NDNI/SAVI1510`與LAI的相關(guān)性最低，對濕地背景影響不敏感。
【文檔編號】G01N21/25GK103868860SQ201410111720
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】王莉雯, 衛(wèi)亞星 申請人:遼寧師范大學(xué)