植被覆盖度

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本文对高分辨率QuickBird影像的全色波段和多光谱波段进行了各种融合方法的试验。结果表明:Gram-schmidt变换法和Pansharp变换法在保持光谱信息方面的能力强于Brovey变换法、IHS变换法和PCA变换法。综合考虑各评价参数,通过视觉效果比较和定量分析可以得出:Gram-schmidt变换法和Pansharp变换法能够在提高原始多光谱影像的空间信息的同时尽可能地保持了多光谱影像的光谱信息,尤其以Gramschmidt变换法对高分辨率QuickBird影像的融合效果最好。高分辨率遥感影像融合应采用Gramschmidt方法。
本次工作获得的Quickbird卫星影像数据为预正射产品(OrthoReadyStandard,带有RPC(RationalPloynomialCoefficien,t有理多项式系数参数。由于工作区为中低山区峡谷区,因此必须对Quickbird原始影像进行正射校正。由于获得的Quickbird数据为预正射产品,采用有理函数模型(RationalFunction[2]来对Quickbird原始影像进行正射校正,即在PCIGeomatica遥感图像处理软件中采用Quickbird单景影+RPC+DEM+GCP的模式,Quickbird原始全色影像进行正射校正。DEM(DigitalElevationMode,l数字高程模型由数字地形图(DLG生成,GCP(GroundControlPoin,t地面控制点通过GPS实测获得。正射校正后的Quickbird影像满足1B1万重点调查的精度要求。研究去为山区应进行正射校正。
彩色合成波段组合为红色XS3、绿色XS2、蓝色XS1,这种自然彩色合成方式比较符合人眼的视觉习惯,有利于地质灾害目视解译,然后与全色影像配准,采用自动融合算法PANSHARP(AutomaticImageFusion进行融合,并对融合后的影像进行拉伸增强、对比度和亮度调整,获得分辨率为0.61m的彩色校正图像。目的是获得彩色校正图像。配准融合后得到高分辨率彩色影像。
Matlab为工具,实现本文快鸟遥感图像的单波段去云处理,本文所提出的基于改进后同态滤波的像素级融合方法对云层实现了很好的去除,与此同时无云区域地物背景区域的信息也得到了相当不错的恢复,纹理更清晰。Matlab去云方法。
未经处理的遥感影像数据在几何位置上会存在一定误差。一是传感器误差,卫星在运行过程中会由于种种原因产生飞行姿势的变化,从而产生影像的几何畸变;二是地形起伏引起的误差,由于原始的遥感影像是采用中心投影方式而获得的,因此,当存在地形起伏时,局部像点会产生位移。数据产生误差的原因,也就是需要正射校正的原因。
生成正射影像的过程就是影像重采样的过程,对重采样方式和重采样间隔的设定会影响到正射影像的清晰程度。
由于标准等级影像校正采用的GTOPO30DEM是一个较粗略的全球数字高程模型,这种高程校正采用的
DEM精度太低,所以不能称为正射校正。对于这种已经过DEM校正的产品来说,如果再次用DEM做校正,
仅不会减少绝对定位误差,反倒会增大绝对定位误差。而对于预正射产品,比较适合进行正射校正,果利用高质量的DEM、亚米级精度的GCP点和随产品发布的RPC参数进行处理,可以达到很高的定位精度。标准等级影像不再适合正射校正,而预正射等级影像适合进行正射校正。
图像融合一般可以分为像素级融合、特征级融合和决策级融合三级。像素级融合的优点是能尽可能多地保持原始数据,提供其他融合层次所不能或难于提供的细微信息。主要局限性有:1、处理的数据量大、实时性差;2数据通信量较大,抗干扰能力较弱;3、配准精度要求,只能融合同类(传感器的图像;4、要克服低层次融合传感器原始信息的不确定性、不稳定性和不完全性,必须在融合时有较高的纠错能力。影像融合简单分类。
常用的植被指数有归一化植被指数(NDVI,差值植被指数(DVI,比值植被指数(RVI和垂直植被指数(PVI等。这些指数主要是通过将各波段反射率以不同形式进行组合来消除外在的影响因素,些线性组合或波段比值的指数满足特定的遥感应用[8-9]DVI绿地研究一般适用于LandsatMSSRVI

对大气影响敏感,而且当植被覆盖不够浓密时,RVI方法的分辨率很弱。对PVI,由于土壤背景的影,当植被覆盖稀疏时,红波段辐射增加,近红外辐射减少,使得PVI不能很好地提取植被信息,一点同于RVINDVI对绿色植被表现敏感,对低密度的植被覆盖也较敏感。各种植被指数适合的条件。
QuickBird遥感数据监测植被覆盖度的研究,陈永富
利用QuickBird高分辨率遥感数据,运用三波段法、NDVI像元二分法、综合法估算研究区域的植被覆盖度。1三波段法
一般来说,植被在绿光波段有一个低反射峰,在近红外波段有一个高反射峰,在红光波段为一个吸收谷。而土壤光谱在绿到近红外波段近似线性变化。从土壤光谱库中全部25种土壤在0.56~0.83Lm之间的光谱曲线可以看出,在该波长范围内,大部分土壤光谱近似线性变化。唐世浩等[11,12]根据上述植被和土壤的光谱特点,提出如下形式三波段梯度差植被指数(TGDVI:

TGDVI<0,则取TGDVI=0(1其中Rir,RrRg分别为近红外、红、绿波段的反射率;Kir,KrKg为相应波段的波长中值。分析该植被指数可以看出,随植被增加,绿光和近红外反射率增加、红光反射率减小,该植被指数增大;反之,该指数减小。对于植被来说,TGDVI一般不会小于0利用TGDVI计算植被覆盖度(fc的公式如下:

其中,TGDVImax为最大三波段梯度差。2NDVI像元二分法
根据像元二分模型的原理,通过遥感传感器所观测到的信息S可以表达为由绿色植被部分所贡献的信息Sv,和由无植被覆盖(裸土部分所贡献的信息Ss两部分,:S=Sv+Ss
设一个像元中有植被覆盖的面积比例为fc,即该像元的植被覆盖度,则裸土覆盖的面积比例1-fc,如果全由植被所覆盖的纯像元所得的遥感信息为Sveg,则混合像元的植被部分所贡献的信息Sv可以表示为Svegfc的乘积:

同理,如果全由裸土所覆盖的纯像元所得的遥感信息为Ssoil,混合像元的土壤成分所贡献的信息Ss可以表示为Ssoil1-fc的乘积:


将公式(4(5代入公式(3,可得

对公式(6进行变换,可得以下计算植被覆盖度的公式:

其中Ssoil为纯土壤像元的信息,Sveg为纯植被像元的信息,因而可以根据公式(7利用遥感信息来估算植被覆盖度。
将归一化植被指数(NDVI代入公式(7可以被近似为:

其中,NDVIsoil为裸土或无植被覆盖区域的NDVI,即无植被像元的NDVI;NDVIveg则代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI,即纯植被像元的NDVI值。3、综合法
对三波段法和NDVI像元二分法估算的植被覆盖度进行比较和分析,发现两种方法植被覆盖度的估算结果与实际植被覆盖度存在某些规律,因此将两种方法的估算结果进行平均,到综合法的估算结果。
为了说明应用模型的整体性能,还需对模型的总相对误差(RS%平均相对误差绝对值(RMA%2个统计指标进行检验。在以上指标中,RS%是检验模型是否存在系统偏差的指标;RAM%是检验模型与样本点的切合程度的一个重要指标。用总相对误差和平均相对误差绝对值两个指标对估算的植被覆盖度进行精度验证。1三波段法
运用该方法估测的植被盖度值中,根据数理统计原理,判断模型是否具有总的系统误差,应考RS值。总系统误差应在±3%以内,最大不应超过±5%。而该方法的RS值为3.67%~17.2%间。特别是2002年海南的RS值分别为12.96%13.48%,2002年甘肃的RS值分别为17.2%17.1%,远远高于5%,因此可认为该模型的系统误差较大。该模型系统误差较大。2NDVI像元二分法
运用该方法估测的植被覆盖度值中,海南和甘肃的总相对误差(RS、平均相对误差绝对值(RMA均较低。特别是6组数据的RS值除2002年甘肃的外,其余均在±3%以内,表明从整体上,该模型拟合精度高,且具有通用性,可用于实际植被覆盖度的估算。该模型具有通用性,精度较高。3综合法
运用综合法估测的植被盖度值中,海南和甘肃的总相对误差(RS平均相对误差绝对值(RMA均较低,其中2002年海南和甘肃的总相对误差大于3%但小于5%;2004年海南的总相对误差小3%,2004年多点综合法的总相对误差更是低至0.6%。可见从整体上讲,综合法拟合精度较,模型的整体性较好,可用于实际植被覆盖度的估算。该模型精度较高,可用于实际植被覆盖度估测。
3种方法回归结果对比
单点和多点估算结果的差异在三波段法和综合法中不明显,而在NDVI像元二分法中较为显著。分析原因,可能是因为三波段法和综合法的空间分辨率相对较低,2.44m,NDVI

像元二分法的空间分辨率为0.67mNDVI像元二分法的像元更小,细部特征更易体现,多点与单点的差别比较明显。单点和多点估算结果在三种方法中存在差异的原因。3种方法散点图对比
分别为2002年甘肃省3种方法的单点估计值与真实值的散点图和2002年甘肃省3种方法的多点估计值与真实值的散点图。从图中可以看出,各方法多点估计值比单点估计值的拟合效果好,多点估计值的散点图中NDVI像元二分法和综合法拟合效果较三波段法好。分别做出单点估算与多点估算和真实值的散点图,方便对比研究。
结论;NDVI像元二分法适合于QuickBird高分辨率遥感数据植被覆盖度的估算,而且从纯植被像元的选取来看,QuickBird数据由于其分辨率高,操作起来比较容易,估测的精度也较高。
2
验证过程中的样区真实植被覆盖度的获取可能较复杂,多点样区的大小约95m。为何要采用单点和多点两种方法进行验证?最后相当于单点和多点两种验证方法的比较,而不是三种植被覆盖度估算方法的比较,
应该是采用单点和多点两种统计方法估算图像反应出的植被覆盖度的值。
基于QuickBird的阿其克苏河植被覆盖度研究
王曼,吕光辉NDVI植被指数模型
植被覆盖度fc由以下公式来确定:
fc=(NDVINDVIsoil/(NDVIvegNDVIsoil(2
式中,NDVIsoil为完全是裸土或无植被覆盖区域的NDVI;NDVIveg则代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI值,即纯植被像元的NDVI值。采用的依然是NDVI像元二分法来计算植被覆盖度。
NDVIsoil对于大多数类型的裸地表面,理论上应该接近零,但由于受众多因素影响,NDVIsoil的变化范围一般在-0102NDVIveg代表完全植被覆盖像元的最大值,由于植被类型的影响,NDVIveg值也会随着时间和空间而改变。因此,计算植被覆盖度时,既使同一景影像,对于NDVIsoilNDVIveg值不能取固定值。在实际应用中,植被覆盖类型随土地利用类型而变化。对于某一土地利用类型,由于植被类型近似,其NDVIveg值也相近;而对于特定的土壤类型,NDVIsoil值也应该是一定的。因此,土地利用图和土壤图应作为计算NDVIvegNDVIsoil值的基础66]周万福.青海省区域植被覆盖分类研究[D].南京:南京信息工程大学,2006:1542提出结合土地利用图和土壤图应用于NDVIvegNDVIsoil两个参数的计算。1.252NDVIsoilNDVIveg参数的确定参数NDVIsoilNDVIveg的确定公式5:
NDVIsoil=(fcmax×NDVIminfcmin×NDVImax/(fcmaxfcmin(3NDVIveg=(1fcmin×NDVImax(1fcmax×NDVImin/(fcmaxfcmin(4所用影像为高分辨率QuickBird影像,且实地考察发现河滩上存在覆盖率达100%的象元。因此fcmax可以近似取100%,且fcmin可以近似取0%,将参数fcmaxfcmin代入式3与式4:NDVIsoil=NDVImin(5NDVIveg=NDVImax(6基于以上分析,取NDVIsoil=0,由于影像上NDVI最大值处为河流上的芦苇滩,覆盖度达100%,因此取NDVIveg=0615]钱亦兵,吴兆宁,蒋进,等.50a艾比湖流域生态环境演变及其影响因素分析[J].冰川冻土,200426(1:1726给出NDVIvegNDVIsoil两个参数的具体计算方法。

Arcgis中将植被覆盖度图像以五级标准划分,获得植被覆盖等级分类图,分为低植被覆盖区,中低植被覆盖区、中等植被覆盖区、中高植被覆盖区、高等植被覆盖区,
整个区域的植被覆盖度值的估算采用系统抽样的方法进行,提高运行速度,具体可通过IDL实现。
基于小波变换的高分辨率快鸟遥感图像薄云去除张波,季民河
º

总结先前的研究,有下面4种遥感图像薄云去除思路:1、基于单幅或单波段图像的去云处[1,4~5]。即利用图像本身在空间域及频率域的特征进行处理,同态滤波方法是常用的一种处理方法。其原理简单、操作方便,不足之处是对图像进行了整体运算,会造成不必要的信息丢失。[1]曹爽.高分辨率遥感影象去云方法研究[D].南京:河海大学,2006.[4]刘洋,白俊武.遥感图像中薄云的去除方法研究[J].测绘与空间地理信息,2008(313:120-122,125.[5]王恒进.基于小波的遥感图像薄云去除的研究与实现[D].西安:西北工业大学,2002.2基于多光谱信息的遥感图像薄云去除[1,4]方法之一是采用对云比较敏感的传感器,门探测云的信息,然后进行图像相减,达到去云目的;另一种方法是利用多光谱图像中各波段对云的敏感性差异进行图像运算与处理,得到去云结果。该方法可以有效消除薄云影响而不带来其他副作用,但前提条件较高,在许多应用场合会受到限制。[1]曹爽.高分辨率遥感影象去云方法研究[D].南京:河海大学,2006.[4]刘洋,白俊武.遥感图像中薄云的去除方法研究[J].测绘与空间地理信息,2008(313:120-122,125.3基于同一传感器不同时相多幅图像叠加运算的去云方法[1,4,6],又称《时间平均法》,即依据同一地区不同时间云的分布不同,将不同时间获取的图像进行叠加运算进行去云处,其要求参与运算的多幅图像所拍摄的区域在拍摄时期变化不大。但云区重叠问题带来的参与运算的图像数目不确定是导致计算机自动去云不能实现的主要原因,也是该方法的主要瓶颈所在。[1]曹爽.高分辨率遥感影象去云方法研究[D].南京:河海大学,2006.[4]刘洋,白俊武.遥感图像中薄云的去除方法研究[J].测绘与空间地理信息,2008(313:120-122,125.[6]汪兴方.遥感图像去云方法的研究及其应用[D].南京:南京理工大学,2007.
4、基于多源数据的融合方法去云[1,4,7~8],即利用不同传感器获取的多源图像数据,通过数据融合消除薄云对图像的影响。但利用该方法去云首先要解决云覆盖区域多传感器的配准,以及可能存在的辐射差异的处理。现代微波遥感采用的波长范围为1mm~100cm,可以穿透云层和大气降水,测定云下目标地物发射的辐射[9],能够弥补传统遥感方式易受云雾干扰的不足。[1]曹爽.高分辨率遥感影象去云方法研究[D].南京:河海大学,2006.[4]刘洋,白俊武.遥感图像中薄云的去除方法研究[J].测绘与空间地理信息,2008(313:120-122,125.[7]TsengDC,TsengHT,ChienCL.Automaticcloudremovalfrommult-itemporalSPOTimages[J].AppliedMathematics
andComputation,2008(205:584-600.[8]CihlarJ.,HowarthJ.DetectionremovalofcloudcontaminationfromAVHRRimages[J].IEEE.TransactionsonGeoscienceandRemoteSensing,1994,32(3:583-589.



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