最新版第六章植被遥感.ppt

（一）单张叶片光谱特性及影响因素
❖ 3、叶片反射波谱的影响因素 ❖ 1）叶片生化组分
❖ 叶绿素a、b，导致0.45μm与0.67μm为中心形 成两个强烈的吸收带；
❖ 胡萝卜素、叶黄素导致0.43μm-0.48μm范围内 形成强烈的吸收带。
❖ 两吸收谷间（0.54μm附近）吸收相对较少， 形成绿色反射峰（10%-20%）。
✓ 等面叶的组织分化不明显。
（一）单张叶片光谱 特性及影响因素
❖ 1、植物叶片结构
✓ 叶片一般具有三部分：表皮、叶肉和叶脉 ✓ 表皮：包围整个叶片，由一层或多层组成。表
皮细胞扁平，排列紧密，通常不含叶绿体，外 表常有一层角质层。
（一）单张叶片光谱
特性及影响因素
❖ 1、植物叶片结构
✓ 叶肉：为表皮内的同化薄壁组织，有两种： （1）栅栏组织：紧靠上表皮下方，呈圆柱状，
叶方位角：法线在水平面上的投影与正北方向 的交角称为叶子在该点的方位角。
（二）植被冠层光谱特性及影响因素
❖ 2、植被冠层影响因素-植被结构
各参数的描述，如：
同一叶子的不同部位，其倾角和方位角可能有很大 差异，测量时，根据叶片弯曲程度将叶片分成几部 分，对每一部分进行测量。
一个冠层内叶倾角的分布模式可以从0 ° （水平叶 ）到90 ° （垂直叶），一般用间隔为10°作出的叶 倾角分布频率图来表示。
植被遥感研究的主要内容：
• （1）通过遥感影像从土壤背景中区分出植被覆盖 区域，并对植被类型进行划分，区分是森林还是 草场或者农田，进而可以问是什么类型的森林， 什么类型的草场，什么样的农作物，如此等等。
• （2）能否从遥感数据中反演出植被的各种重要参 数，例如叶面积指数（LAI）、叶子宽度、平均叶 倾角、植被层平均高度、树冠形状等等，这一类 问题属于更深层次的遥感数据定量分析方法与反 演技术。

辐射出射度
辐射照度
辐射亮度 (辐射率)
辐射测量
定义
符号
以电磁波形式传送的能量
Ｑe
单位时间内传送的辐射能量 Φ
点辐射源在单位立体角中、单 Ｉe
位时间内所发出的辐射能量
在单位时间内、从单位面积上 Ｍe
辐射出的辐射能量
在单位时间内、单位面积 Ｅe 上接受的能量
在单位立体角、单位时间内， Ｌe
扩展源表面法线方向上单位
遥感中测量的是从目标物反射或辐射的电磁波能量，根据其 测定波长范围不同可分为辐射测量(Radiometry)和光度测量 (Photometry)两种方式，前者是以从γ射线到无线电波的整个 波长范围为对象的物理辐射量的测定，而光度测量是对由人类 具有视觉感应的波段－可见光，所引起的知觉的量的测定，它 们使用的术语和单位不同。
➢大气窗口
大气对电磁波衰减较小，透射率较高的波段叫“大气窗口”。因
此要从空中遥感地面目标，传感器的工作波段应在大气窗口处,才能接 收到地面目标的电磁波信息。目前已知的主要大气窗口分布范围如下 图：
(１)可摄影窗口
波长范围为0.3～1.3微米，通过这个窗口的电磁波信息皆属 地面目标的反射光谱，可以用摄影的方法来获取和记录地物的 电磁波信息。这个窗口包括全部可见光（0.38～0.76微米）和 部分紫外线（波长0.3～0.38微米）以及部分近红外波段 （0.76～1.3微米），其短波一端由于臭氧的强烈吸收而截止 于0.3微米，长波一端则终止于感光胶片最大感光波长1.3微米 处。这个窗口对电磁波的透射率在90％以上，仅次于微波窗口， 是目前遥感上应用最广的窗口，被气象卫星、陆地卫星及其它 遥感探测所使用。除了摄影方法外，还可以用扫描仪、光谱仪、 射线仪等来探测记录地物的电磁波信息。

5.3
植被生态遥感
1.植被的光谱特征 1.植被的光谱特征 2.植被指数 2.植被指数 3.植被生态遥感的应用 3.植被生态遥感的应用
1.植被的光谱特征 1.植被的光谱特征
健康植物的反射光谱特征：
两个反射峰、五个吸收谷
在地表景物中，通常只有植物在近红外 在地表景物中， 波段有很高的反射率， 波段有很高的反射率，所以在彩色红外 航空像片或包含近红外波段的假彩色合 成遥感图像上可以很容易区分植被和其 他景物。 他景物。
作 业（四）
查阅相关资料， 查阅相关资料，以遥感技术在植被生 态研究中的某方面应用为例，说明遥 态研究中的某方面应用为例， 感技术在植被生态研究中的具体应用 过程及价值。 过程及价值。
在植被指数中，通常选用对绿色植物（ 在植被指数中，通常选用对绿色植物（叶 绿素引起的）强吸收的可见光红波段和对 绿素引起的）强吸收的可见光红波段和对 可见光红波段 绿色植物（叶内组织引起的）高反射的近 绿色植物（叶内组织引起的）高反射的近 红外波段。这两个波段不仅是植物光谱中 红外波段。 的最典型的波段， 的最典型的波段，而且它们对同一生物物 理现象的光谱响应截然相反， 理现象的光谱响应截然相反，故它们的多 种组合对增强或揭示隐含信息将是有利的。 种组合对增强或揭示隐含信息将是有利的。
城市绿化调查
改善城市的生态环境，提高城市绿化水平， 改善城市的生态环境，提高城市绿化水平， 是城市生态建设的重要问题。 是城市生态建设的重要问题。 三维绿化指数（绿量） 三维绿化指数（绿量）
草场资源调查
草场上牧草的长势好坏与牧草的产量直接相关， 草场上牧草的长势好坏与牧草的产量直接相关，而产草 量是载畜量（单位面积草场可养牲畜的头数） 量是载畜量（单位面积草场可养牲畜的头数）的决定因 在应用遥感技术确定草场类型， 素。在应用遥感技术确定草场类型，进行草场质量评价 的基础上，结合地面样点光谱测量数据， 的基础上，结合地面样点光谱测量数据，找出某类植被 指数与产草量的关系即可进行草场资源调查 此外还可将产草量指标与实际载畜量进行比较， 此外还可将产草量指标与实际载畜量进行比较，以确定 哪些草场还有潜力，哪些草场属于超载， 哪些草场还有潜力，哪些草场属于超载，从而为畜牧业 的发展提供科学的依据。 的发展提供科学的依据。在具体工作中还可划分出不同 草场类型，不同产草量等级，分别确定合理的载畜量。 草场类型，不同产草量等级，分别确定合理的载畜量。

Geographic latitude and longitude
Coverage: 83 N to 83 S
Special DN Values : -9999 for void pixels
0 for sea water body
Accuracies: 20 m with 95 % confidence for vertical
one in nadir and one in 16° BW
Total: 12 CCD lines with 12000 pixels each, pixel size 6.5 μm
2 single Pan lines
1 pair of Pan lines staggered by half a pixel
坐标。再通过绝对定向，将模型进行平移、旋转、
缩放，把模型纳入到规定的地面坐标系之中，解求
出地面目标的绝对空间坐标。
利用光束法双像解析摄影测量来解求地面目标的
空间坐标。这种方法将待求点与外业控制点同时列
双像解析摄影测量三种解法的比较
• 双像解析摄影测量可应用三种解算方法：后交—前交解
法；相对定向—绝对定向解法；光束法解法。
完全按最小二乘法原理解求出来的。
空中三角测量的目的和意义
• 在双像解析摄影测量中，每个像对都要在野外测求四个地面
控制点。这样外业工作量太大，效率不高。能否只在一条航
带十几个像对中，或几条航带构成的一个区域网中，测少量
外业控制点，在内业用解析摄影测量的方法加密出每个像对
所要求的控制点，然后用于测图？解析法空中三角测量就是
目标与频率的相互关系
运动检测
雷达成像方式
SAR的特点 II
距离向分辨率

健康植物 轻微受损
严重受损
三、遥感监测植被病虫害的手段
常用的遥感探测手段有： 航空目视法。乘坐轻型飞机低空飞行，在
相片上目视勾绘病虫害分布及其受害类型。 航空摄影法。利用色彩红外片探测受害植
被在红外辐射能力方面的变化，以确定受害地 区和受害程度。
多阶抽样法。用航空视察、高空摄影、卫 星图像做受害分析。利用抽样方法估测出受害 植被数量、面积、蓄积量等。
四、以松毛虫灾害的 TM影像监 测技术为例
1.卫星遥感技术在松毛虫灾害控制中的技 术特点
2.试验方法 3.分析监测结果以及进行地面验证 4.结论与讨论
卫星遥感技术在松毛虫灾害控制中的特点： 1. 宏观性、 客观性、 综合性和周期性 2. 快捷、 廉价性 3. 时间分辨率较低 4. 区域性
试验方法： 1. 试验区选择——安徽潜山县 2. 遥感数据的预处理 3. 数据校正和配准 4. 数据的归一化
植被指数：
利用卫星不同波段探测数据组合而 成的，能反映植物生长状况的指数。
二、植被遥感病虫害监测的依据和原理
• 当植被受到病虫害等灾害时，叶片会出现颜色 的改变、结构破坏或外形改观等病态， 叶片的 反射光谱有明显的改变。 一般在近红外70 0 n m 波段，受病害的植被 的反射率比绿色的健康作物的反射率大，一般 作物反射能力越强， 图像上接收的辐射能量就 越多， 颜色就发白、发灰； 反之，植被反射 能力越弱， 图像上接收的辐射能量就越少，颜 色就发暗、发黑。这就使得遥感技术能够监测 植被长势。
遥感数据的预处理 从中国科学院遥感卫星地面站获取了
陆地卫星 — 5的 TM数据 ，分别选取了 1993 年 11 月15日 ，1995年12月 7 日 ， 1996 年 10 月 22 日的影像

B
exp(

C
•
LAI
)]



RVI

A
[
1

B
exp(

C
•
LAI
)]
✓A、B、C为经验系数。
✓A由植物本身光谱反射确定
✓B与叶倾角、观测角相关
✓C取决于叶子对辐射的衰减，衰减成非线性的指数函数关系。
植被指数与叶绿素含量的关系：
叶绿素浓度模型：
G
RVI

NIR
/R
1
G
(NIR
/R
)
2
G
NIR
1

C

(
s
)
/(
v

s
) ρ:植被与土壤混合光谱反射率
2
ρs :纯土壤宽波段反射率
ρv :纯植被宽波段反射率
RVI、NDVI与植土比分别成指数和幂函数关系。
遥感测量植被覆盖度方法：
回归模型法、植被指数与像元分解模型法。
回归模型法：是通过对遥感数据的某一波段、波段组合或利用遥感数据
计算出的植被指数与植被覆盖度进行回归,建立经验模型,并利用空间外推模型求取大
的）强吸收的可见光红波段和对绿色植物（叶内
组织引起的）高反射的近红外波段。
二、植被指数的种类
1）比值植被指数RVI ：
可见光红波段（R）与近红外波段(NIR)对植物光谱响应数值比值。
RVI
DN
/DN
NIR
R（灰度值）
RVI


/
NIR
R （地表反照率）
➢比值植被指数RVI与叶面积指数、叶干生物量、叶绿素含量相

壤水分）估算；
§3.1 植被遥感
三、植物遥感原理
～～植物遥感依赖于对植物叶片和植被冠层光谱特性的认识。 ～～植物光谱特征主要依赖于植物的叶结构、组分以及含水量
等因素，健康植物的波谱曲线具有明显的特点。
～～从植物遥感——植物与光的相互作用出发，植被结构主要
指植物叶子的形状（用叶倾角分布LAD表示）、大小（叶面积 指数LAI）、植被冠层的形状、大小以及几何与外部结构—— 包括成层现象、覆盖度等来表述。
§3.1 植被遥感 ～～许多因素会影响植物的光谱特征，包括植物类型、生长阶 段、健康水平、季节和立地条件，它们使植物光谱包含了更多、 更复杂的信息。
～～当植物发生病虫害时，叶绿素水平会出现不同程度的下降， 叶细胞结构和含水量等也会发生相应变化； ～～ 通常虫害越严重，这种变化就越显著，表现为近红外波段 附近的反射率下降。 ～～ 可以在遥感图像上测定这种波谱特征的变化，并与相应的 虫害水平进行相关分析，得到统计相关的定量表达式，用于确 定未知区域植物的虫害水平。
～～ ～～ ～～
NIR和R波段的不同组合包含90%以上的植被信息。
植被指数可以有效地综合有关的光谱信号，增强植被信息，减 少非植被信息，是对地表植被状况的简单、有效及经验的度量。
因为植被本身、大气、传感器定标、传感器观测条件、太阳照 明几何、土壤湿度、颜色和亮度等的影响，植被指数有明显的地 域性和时效性，研究结果经常不一致。
§3.2 植被指数——常用植被指数定义及特点
2 比值植被指数（RVI）
RVI = NIR / R
～～绿色健康植被地区RVI远大于1，无植被覆盖的地面（裸土、人
工建筑、水体、植被枯死或严重虫害）约为1；
～～绿色植物的灵敏指示参数，与LAI、干叶生物量（DM）、叶绿素

得到的数据是否正确
看头文件。各种卫星数据的文件头是不同的，有的是ASCII文 件，但大部分都是以BINARY格式记录的，需要使用软件。
第一节 遥感技术在测绘中的应用
一、 制作卫星影像地图
采用多项式拟合法或共线方程法纠正方法等，制作假彩色卫星 影像图。
➢在比制作的影像图比例尺大一个等级的地形图上读取控制点坐标
第六章 遥感技术的应用
序言-----遥感数据的选购
1 有什么样的数据？——遥感数据类型 2 到那儿去找？——数据分发机构 3 要什么？能要什么？ 4 如何具体断定需要什么数据？ 5 具体要那块数据？那个时间的数据？ 6 得到的数据对不对？
编辑课件
2
遥感数据类型
高分辨率数据
1）美国空间影像公司Space Imaging的 IKONOS 影像 空间分辨率分为1m全色和4m多光谱（可见光、红外波段）两种。 重复周期为3天。1景约相当于地面11km*11km（平方千米）的面
积。 2）美国 DigitalGlobe公司QuickBird 提供0.61米全色和2.44米多光谱（可见光、红外波段），重访周 期：1—6天，取决于纬度高低。单景16.5公里X 16.5公里，条带 16.5公里X 165公里 3）BhasKara-1，-2(印度电视广播卫星)影像 空间分辨率为5.8m，（IRS系列）IRS-P6：空间分辨率为2.5m。 4）EROS(以色列)影像空间分辨率为1m。
更新地物一律用紫色表示
编辑课件
12
三、 陆地地形图测绘
（一）、SPOT图像的高程信息提取方法
应用前方交会原理，由左右两张像片上同名像点的图像坐标 ，解求地面点的三维坐标。
其中左 像片
（x）,(y),(f)表示等效中心投影像片的坐标，HRV是线阵列

环境遥感技术及应用（田静毅）植被遥感
24
n 由NOAA/AVHRR数据获得的植被条件指数 VCI被定义为：
V C (NI D NV m D )/eI N d (Vm D I a N x Vm D ) IinVI
式中，NDVI、NDVImax、NDVImed、 NDVImin分别为平滑化后每周（7天）的NDVI 以及它的多年最大值、中值、最小值（以象元 为计算单元）。
环境遥感技术及应用（田静毅）植被遥感
16
n 经归一化处理的AVHRR的NDVI，部分消除了太 阳高度角、卫星扫描角及大气程辐射的影响，特 别适用于全球或各大陆等大尺度的植被动态监测。 这是因为，对于陆地表面主要覆盖而言，云、水、
雪在可见光波段比近红外波段有较高的反射作用， 因而其NDVI值为负值（＜0〉；岩石、裸土在两 波段有相似的反射作用，其NDVI值近于0；而在 有植被覆盖的情况下，NDVI为正值（＞0），并 随着植被覆盖度增大，其NDVI值越大。可见， 几种典型的地面覆盖类型在大尺度NDVI图象上 区分鲜明，植被得到有效的突出。
26
n 研究结果表明，用植被条件指数VCI对植被 覆盖度的估算误差＜16%，低覆盖区误差 更小；且VCI与实测的植被覆盖度相关性较 高（相关系数约0.76）。因此，用遥感卫星 数据所获得的植被条件指数VCI方法，来定
量估算大面积植被覆盖度和生物量是有效 的。
环境遥感技术及应用（田静毅）植被遥感
27
DV D I N NI RDR N
环境遥感技术及应用（田静毅）植被遥感
20
n 差值植被指数的应用远不如RVI、NDVI。 它对土壤背景的变化极为敏感，有利于对 植被生态环境的监测。另外，当植被覆盖 浓密（≥80%）时，它对植被的灵敏度下降， 适用于植被发育早－中期，或低－中覆盖 度的植被检测。