基于多角度测量的单木高光谱特征差异性分析开题报告

全文总字数：2791字

1. 研究目的与意义

目的:传统的冠层高光谱测量是单角度测量，以90度垂直测量为基准获取数据，得到的只是地面目标一个方向上的投影，缺乏足够的信息。基于多角度测量的单木高光谱特征差异性分析是在0-180度的范围内变换角度对样树进行高光谱测量，对多角度冠层高光谱特征的差异比较分析，提取针叶树冠层高光谱信息，为精确获取冠层高光谱参数奠定基础。

意义：基于多角度的冠层高光谱探测技术改变测量的角度，提供了林木的方向信息，其中包含了大量的林木的立体结构信息，从而提高了地物目标的识别精度。对于冠层光谱特征而言，不同角度的光谱特征呈现显著差异，通过基于多角度测量的单木高光谱特征差异性分析，可以加强对林木二向性反射特性的理解，增强定量反演植被结构和生理参数的能力，有助于精确地提取出适宜于植被的冠层高光谱信息。

2. 国内外研究现状分析

近年来，高光谱探测技术凭借可以获取大量的光谱信息在林业定量遥感中得到了广泛的应用，取得了大量的研究成果。高光谱的光谱分辨率能精确到纳米级，使其在探测植物生命信息和解析植被长势状况方面具有得天独厚的优势。将高光谱遥感应用到植被研究领域，可从高光谱遥感获得的数据中提取相关参量，如：叶面积指数LAI、生物量、净生产率及其冠层结构参数等。谭炳香等利用预处理的试验区森林Hyperion高光谱数据，提出了两种高光谱数据光谱特征空间降维方式的森林郁闭度定量估计方法。赵旦等将高光谱遥感数据与LIDAR数据结合获取单木尺度参数，并且发现利用高光谱数据与LIDAR数据结合的单木树种识别，优势树种的正确识别率大于百分之九十。张莹、张晓丽等利用实测林场内的五个主要树种的冠层高光谱曲线，分析出冠层光谱反射特征。李晓松等对干旱地区稀疏植被覆盖度的研究中，摒弃了传统的费时、费力、只适合小尺度植被覆盖度调查的地面测量的传统方法，采用了基于星载高光谱数据Hyperion的稀疏植被覆盖度反演方法,分别探讨了植被指数、回归模型法及混合像元分解法三种方法反演稀疏植被覆盖度的能力。沈艳等在西双版纳地区利用高光谱遥感定量提取植被生化组分，并依此获得了地区生化组分分布图。

目前，多角度遥感发展也十分迅速。1996年美国发射的EOS，MISR和MODIS两个传感器提供了大量的不同角度的地表方向反射观测数据，标志着多角度高光谱遥感进入一个全新的时代。至2000年,全球范围内已有几颗多角度遥感卫星升空,它们提供了大量的多角度、多光谱、多分辩率的图像数据。2001年10月欧洲空间局发射的PROBA卫星上搭载的CHRIS传感器，可以在沿轨方向进行五个角度的观测。目前我国还研制了自己的机载多角度成像系统AMTIS，与大尺度多角度数据MISR、MODIS和POLDER相比，AMTIS数据能同时得到多角度的反射率数据，而且具有更高的数据分辨率。在BRDF模型研究方面，1977年Nicodemus首次提出了双向反射率分布函数 (BRDF)的概念，用以表达目标物的二向性反射特征。最先从事BRDF反演研究的是Goel和他的同事们, 他们反演了几种一维BRDF模型,如Suit模型、SAIL模型、Cupid模型,并对模型参数间的关系以及模型的敏感性进行了分析。Antyufeev和Marshak发展了一种混合介质BRDF模型,并成功地使用Monte Carlo方法进行了反演,他们用两个波段的反射率数据反演3种光学和4种冠层结构参量。

现阶段多角度测量的林木高光谱探测也是遥感领域的一大热点。多角度遥感用于地面遥感实验中测量地物的双向反射特性。多角度高光谱遥感技术已经成功应用到了很多相关学科中,并且取得了一些研究成果,展示了其应用潜力。在林业领域,国外已经展开了植被叶面积指数、生物量、植被生化信息、针叶树种识别等方面的研究工作，我国最近几年也在不断的挖掘发展多角度高光谱林木探测技术在林业领域中的应用研究。冯晓明，赵英时等针对半干旱的草场植被状况的定量化研究，利用多角度遥感中的多波段信息，提出了一种适用于区域尺度的多角度多波段反射率模型。李晓梅等根据CHRIS/PROBA多角度高光谱遥感数据的特点，利用多种遥感影像分类方法对CHRIS 0影像进行森林类型分类。刘照言等以SAIL冠层反射率模型为基础,通过联合多角度遥感数据,从物理机理角度对植被叶面积指数(LAI)进行反演；杨曦光等以PROSPECT模型和SAIL模型为基础，与叶面积指数LAI相结合，从物理机理角度反演森林冠层叶绿素含量。反演出了长白山地区多时像、多角度、多波段的 BRDF 值，对长白山的植被覆盖类型进行了分类。这些研究工作都取得了突破性的进展，展示了多角度高光谱遥感探测技术未来发展的潜力与前景。

3. 研究的基本内容与计划

1．研究内容

（1）本研究通过实验方案的设计，利用非成像地物光谱仪获取针叶树的光谱信息，进行野外针叶树不同角度高光谱非成像冠层光谱数据采集，获取实验数据。

（2）对多角度高光谱数据运用matlab，envi与arcgis软件进行数据预处理，提取不同角度高光谱成像的光谱特征。

4. 研究创新点

依据多角度测量的单木高光谱特性进行差异性分析。

不同角度的冠层光谱特征存在明显差异，通过对多角度冠层高光谱数据的反射率特征比较、导数光谱特征比较、叶片吸收光谱特征比较、叶片光谱特征参数特征比较等相关方面的差异性分析，可以精确地提取出适宜于针叶树的冠层高光谱信息。