植被遙感光譜分析課件

植被遙感調(diào)查

植被遙感調(diào)查

植被調(diào)查是遙感的重要應(yīng)用領(lǐng)域。以確定植被的分布、類型、長(zhǎng)勢(shì)為主。植被判讀的原理是植物的光譜特性。不同的植物由于結(jié)構(gòu)和葉綠素含量不同，具有不同的光譜特征，特別是近紅外波段有較大的差別。利用植物的物候差異也可區(qū)分植物類型，如冬季落葉樹(shù)和常綠樹(shù)很好區(qū)別。利用植物的生態(tài)條件區(qū)別植物類型。如地形上的陰坡和陽(yáng)坡，不同高度的地形部位，都分布著不同的植物類型受病蟲害的植物，結(jié)構(gòu)和葉綠素含量發(fā)生很大的變化，尤其是近紅外波段與健康植物區(qū)別最為明顯。作物的長(zhǎng)勢(shì)主要用植被指數(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)。植被指數(shù)可用來(lái)建立農(nóng)作物的估產(chǎn)模型。植被調(diào)查是遙感的重要應(yīng)用領(lǐng)域。一、植物的光譜特征一、植物的光譜特征1、在可見(jiàn)光的0.55μm附近有一個(gè)反射率為10％～20％的小反射峰，在0.45μm和0.65μm附近有兩個(gè)明顯的吸收谷。2、在0.7～0.8μm是一個(gè)陡坡，反射率急劇增高，在近紅外波段0.8～1.3μm之間形成一個(gè)高的，反射率可達(dá)40％或更大的反射峰。3、在1.45μm，1.95μm和2.6～2.7μm處有三個(gè)吸收谷。1、在可見(jiàn)光的0.55μm附近有一個(gè)反射率為10％～20％的二、影響植物光譜的因素

1、葉綠素

植物葉子中含有多種色素，如葉青素、葉紅素、葉綠素等。在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，其反射峰值落在相應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。二、影響植物光譜的因素

1、葉綠素

不同生長(zhǎng)狀態(tài)橡樹(shù)葉子的反射特性Jensen,2000不同生長(zhǎng)狀態(tài)橡樹(shù)葉子的反射特性Jensen,2000Jensen,2000不同橡樹(shù)葉子的反射特性Jensen,2000不同橡樹(shù)葉子的反射特性2、葉子的組織構(gòu)造

綠色植物的葉子是由上表皮、葉綠素顆粒組成的柵欄組織和多孔薄壁細(xì)胞組織（海綿組織）構(gòu)成。

葉綠色對(duì)紫外線和紫色光的吸收率極高，對(duì)藍(lán)色光和紅色光也強(qiáng)吸收，以進(jìn)行光合作用。對(duì)綠色光部分則部分吸收，部分反射，所以葉子呈綠色，并形成在0.55μm附近的一個(gè)小反射峰值，而在0.33～0.45μm及0.65μm附近有兩個(gè)吸收谷。

葉子的多孔薄壁細(xì)胞組織（海綿組織）對(duì)0.8～1.3μm的近紅外光強(qiáng)烈地反射，形成光譜曲線上的最高峰區(qū)。

2、葉子的組織構(gòu)造

綠色植物的葉子是由上表皮、葉3、葉子的含水量葉子在1.45μm，1.95μm和2.6～2.7μm處各有一個(gè)吸收谷，這主要有由葉子的細(xì)胞液、細(xì)胞膜及吸收水分所形成。植物葉子含水量的增加，將使整個(gè)光譜反射率降低，反射光譜曲線的波狀形態(tài)變得更為明顯，特別是在近紅外波段，幾個(gè)谷更為突出。3、葉子的含水量水分含量對(duì)植被反射率的影響（以木蘭為例）Jensen,2000水分含量對(duì)植被反射率的影響（以木蘭為例）Jensen,204、植物覆蓋度植物覆蓋程度越大，光譜特征形態(tài)受背景下墊面影響愈小。葉面指數(shù)——植物所有葉子的累加面積總和與覆蓋地面面積之比。4、植物覆蓋度三、主要植被類型的影像特征

航空像片的植被判讀判讀標(biāo)志為：色調(diào)/色彩和紋理結(jié)構(gòu)。紋理結(jié)構(gòu)：細(xì)小地物在影像上構(gòu)成的組合圖案。地物的性質(zhì)不同，組合圖案也不同，以此來(lái)判讀地物群體的性質(zhì)。以判讀植物群落為主。植被的判讀一般要用多波段合成的圖像，如標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成圖像。在該圖像上植被為紅色。三、主要植被類型的影像特征航空像片的植被判讀衛(wèi)星圖像的植被判讀衛(wèi)星圖像上，植被是群體的特征，不能反映個(gè)體的形態(tài)，只能判讀出植被的類型、生長(zhǎng)狀況、分布范圍。植被類型的判讀要依據(jù)紋理結(jié)構(gòu)和色調(diào)，并要有該地植物群落組成和植被分類圖等資料，要經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)查和驗(yàn)證。植被的判讀一般要用多波段合成的圖像，如標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成圖像。在該圖像上植被為紅色。衛(wèi)星圖像的植被判讀1.不同植物由于葉子組織結(jié)構(gòu)不同和所含色素不同，具有不同的光譜特征1.不同植物由于葉子組織結(jié)構(gòu)不同和所含色素不同，具有2.利用植被的物候期差異來(lái)區(qū)分植被①冬季多數(shù)植物凋零——長(zhǎng)年常綠植被；②同種植被在不同季節(jié)的波譜特征差異；③不同植物生長(zhǎng)期的不同，光譜特征也有差異；

2.利用植被的物候期差異來(lái)區(qū)分植被3.根據(jù)植被生態(tài)條件的不同區(qū)分植物即植被的所謂綜合地理環(huán)境（溫度、水分、土壤類型、地形地貌等）①比如：（我國(guó)北方山坡的陰陽(yáng)面差異性）山地陰坡——易生長(zhǎng)適應(yīng)溫度變化不大、濕度較大的環(huán)境的植物；山地陽(yáng)坡——易生長(zhǎng)適應(yīng)溫度變化大、濕度要求不高環(huán)境的植物；

例如：華北山地陰坡——多為喬木陽(yáng)坡——灌木山脊較緩的地帶——草本植物

3.根據(jù)植被生態(tài)條件的不同區(qū)分植物即植被的所謂綜合地理環(huán)境②同一地理環(huán)境植被的垂直分帶性（以山西省太原以南地區(qū)植物的垂直分帶性為例）②同一地理環(huán)境植被的垂直分帶性植被遙感光譜分析ppt課件4.在高分辨率的遙感影像上，根據(jù)植被頂部及部分側(cè)面形狀、陰影、群落結(jié)構(gòu)等區(qū)分植被類型

4.在高分辨率的遙感影像上，根據(jù)植被頂部及部分側(cè)面形狀、陰影（1）針葉林（云杉林、松樹(shù)林）在比例尺為1:10000～1:15000的像片上，針葉林一般是深灰色顆粒狀圖型，隨比例尺進(jìn)一步小，表現(xiàn)為暗色調(diào)均勻的細(xì)粒狀影紋。在比例尺大于1:10000的像片上，可以判讀其樹(shù)冠形態(tài)、特征，多數(shù)針葉林的樹(shù)呈圓錐形或橢圓形。（云杉、松樹(shù)）（1）針葉林（云杉林、松樹(shù)林）（2）闊葉林（山楊、白樺）其影像色調(diào)比針葉林淺，一般呈灰色和淺灰色顆粒狀或粗圓粒狀圖型，在秋季像片上，不同樹(shù)種的樹(shù)冠顏色有較大差異，因而形成色調(diào)混雜的影像，山楊多呈白色，白樺呈淺灰色，樹(shù)冠呈倒卵形。（3）針闊葉混交林兼具上述兩者的特征，針葉林呈深灰色的細(xì)顆粒狀，而闊葉林呈淺灰色，顆粒較粗，兩者交錯(cuò)混生，有的林斑以針葉林為主，闊葉林為副，有的則反之。

（2）闊葉林（山楊、白樺）（4）灌叢多呈密集的細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)，色調(diào)淺灰，因其覆蓋度比森林低，又有植株的陰影，故多呈均勻的淺色或灰色色調(diào)。植被遙感光譜分析ppt課件（5）草本植被主要根據(jù)影像色調(diào)和生態(tài)環(huán)境判讀草本植物被，其色調(diào)一般為均勻的灰白和淺灰色。按生態(tài)條件的不同，可分為草原、草甸、沼澤三大類草本類型。水分條件好的草原，植被茂密，色調(diào)較深一些，而荒漠化草原植被較稀疏，表土裸露或鹽漬化，色調(diào)淺，或呈花斑狀圖型。草甸群落色調(diào)較暗且均勻，多分布在水分較豐富的溝漠灘及低地地帶。沼澤群落分布在多水的封閉洼地或湖泊地區(qū)，形成暗色云塊或“墨水跡”狀圖型。植被遙感光譜分析ppt課件四、污染植物反射光譜特征分析

四、污染植物反射光譜特征分析

植物在生長(zhǎng)過(guò)程中受到某種物質(zhì)污染后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)、葉綠素和水分含量就會(huì)發(fā)生不同程度的變化，其反射光譜特性也隨之變化，污染越嚴(yán)重變化越大。

植物在生長(zhǎng)過(guò)程中受到某種物質(zhì)污染后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)、葉根據(jù)受損植被與健康植被光譜曲線的比較，確定植被受傷害的程度。1.植被因受到病蟲害、農(nóng)作物因缺乏營(yíng)養(yǎng)、缺乏水分使其生長(zhǎng)不良。植被波譜特征要發(fā)生變化，反映在影像上的色調(diào)形態(tài)的變化；2.例如：海棉組織受到破壞，葉子色素發(fā)生了變化，至使在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)兩個(gè)吸收谷（藍(lán)、紅）就不明顯了。而綠光處反射峰值也會(huì)變低、變平；3.在近紅外區(qū)，峰值被消低，甚至消失，整個(gè)光譜曲線的波狀特征被拉平。因此，在遙感影像上，植被的信息體現(xiàn)不明顯，與健康植被極易區(qū)分。根據(jù)受損植被與健康植被光譜曲線的比較，確定植被受傷害五、污染植物的判讀標(biāo)志與危害程度分類1、判讀標(biāo)志（1）顏色受污染的植物在彩紅外像片上顯示的紅色純度下降，出現(xiàn)暗紅、黑紅、淺紅、棕青等色。（2）形態(tài)樹(shù)木影像的大小，是指樹(shù)冠大小的反映。相同的樹(shù)種的同齡樹(shù)木，樹(shù)冠影像自污染源向遠(yuǎn)離污染源方向逐漸增大。（3）綜合標(biāo)志樹(shù)木受污染危害致死造成的殘缺現(xiàn)象，以樹(shù)群空間展布的圖式呈現(xiàn)出來(lái)，不同于未受污染的樹(shù)群形態(tài)。

上述標(biāo)志要互相補(bǔ)充，互相印證，綜合應(yīng)用，以此圈定出大氣污染生態(tài)場(chǎng)的范圍。五、污染植物的判讀標(biāo)志與危害程度分類2、分類尺度I類：危害極嚴(yán)重區(qū)，樹(shù)林葉片郁閉度極小，葉片干枯萎縮，樹(shù)木接近死亡，樹(shù)冠小，樹(shù)林殘缺現(xiàn)象嚴(yán)懲，影像呈暗棕青、棕紅色稀小的星點(diǎn)狀，近紅外光譜反射值在ρ＜30％。II類：危害嚴(yán)重區(qū)，樹(shù)木葉片郁閉度很小，葉片枯萎，有壞死斑現(xiàn)象，樹(shù)冠較小，樹(shù)木殘缺較嚴(yán)懲，影像呈棕青、棕紅、粉紅色星點(diǎn)狀，近紅外光譜反射值ρ＝30～40％。2、分類尺度III類：危害中度區(qū)，葉片郁度一般，樹(shù)葉有病害，葉子發(fā)黃，樹(shù)冠中等，樹(shù)木無(wú)殘缺現(xiàn)象，影像呈暗紅、棕紅、粉紅色星點(diǎn)狀，近紅外光譜反射值ρ＝40～50％。IV類：危害低程度區(qū)，植被發(fā)育較好，樹(shù)葉有病害但不明顯，樹(shù)冠較大，影像呈稍發(fā)暗的紅色及粉紅色星點(diǎn)狀，近紅外光譜射值ρ＝50～60％。0類：健康區(qū)，大氣質(zhì)量較好，植被發(fā)育茂盛，影像為鮮紅色星點(diǎn)狀，近紅外光譜反射值ρ＞60％。植被遙感光譜分析ppt課件六、利用植被指數(shù)監(jiān)測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)水平

植被指數(shù)已廣泛用來(lái)定性和定量評(píng)價(jià)植被覆蓋及其生長(zhǎng)活力。由于植被光譜受到植被本身、土壤亮度、環(huán)境條件、陰影、土壤顏色和濕度、大氣空間—時(shí)相變化等因素的影響，因此植被指數(shù)往往具有明顯的地域性和時(shí)效性，沒(méi)有一個(gè)普遍的值，其研究經(jīng)常表明不同的結(jié)果。20多年來(lái)，已研究發(fā)展了幾十種不同的植被指數(shù)。在植被指數(shù)中，通常選用對(duì)綠色植物強(qiáng)吸收的可見(jiàn)光紅波段和對(duì)綠色植物強(qiáng)反射的近紅外波段。這兩個(gè)波段不僅是植物光譜、光合作用中的最重要的波段，而且它們對(duì)同一生物物理現(xiàn)象的光譜響應(yīng)截然相反，形成的明顯反差，這種反差隨著葉冠結(jié)構(gòu)、植被覆蓋度而變化。建立植被指數(shù)的關(guān)鍵在于，如何有效地結(jié)合各有關(guān)的光譜信號(hào)，在增強(qiáng)植被信息的同時(shí)，使非植被信息最小化。六、利用植被指數(shù)監(jiān)測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)水平植被指數(shù)已廣

紅光和紅外波段的不同組合統(tǒng)被稱為植被指數(shù)。利用它們的比值、差分、線性組合等多種組合來(lái)增強(qiáng)或揭示隱含的植物信息。紅光和紅外波段的不同組合統(tǒng)被稱為植被指數(shù)。

植被指數(shù)的定量測(cè)量可表明植被活力，而且植被指數(shù)比單波段用來(lái)探測(cè)生物量有更好的靈敏性。植被指數(shù)有助于增強(qiáng)遙感影像的解譯力，并已作為一種遙感手段廣泛應(yīng)用于土地利用覆蓋探測(cè)、植被覆蓋密度評(píng)價(jià)、作物識(shí)別和作物預(yù)報(bào)等方面，并在專題制圖方面增強(qiáng)了分類能力。植被指數(shù)的定量測(cè)量可表明植被活力，而且植被指數(shù)簡(jiǎn)單比值植被指數(shù)(RatioVegetationIndex)第一個(gè)植被指數(shù):葉綠素在紅波段的吸收谷健康植被在近紅外的反射高臺(tái)區(qū)(Cohen,1991).RVI對(duì)大氣影響敏感，而且當(dāng)植被覆蓋不夠濃密時(shí)（小于50%），它的分辨能力也很弱，只有在植被覆蓋濃密的情況下效果最好。

土壤有近于1的比值，植被則會(huì)表現(xiàn)出高于2的比值。增強(qiáng)植被與土壤背景之間的輻射差異。是植被長(zhǎng)勢(shì)、豐度的度量方法之一。簡(jiǎn)單比值植被指數(shù)第一個(gè)植被指數(shù):土壤有近于1的比值，植被則會(huì)標(biāo)準(zhǔn)差植被指數(shù)(NormalizedDifferenceVegetationIndex)標(biāo)準(zhǔn)差植被指數(shù)NormalizedDifferenceVegetationIndex(NDVI):對(duì)綠色植被表現(xiàn)敏感，主要用途：1）可以進(jìn)行不同植被類型初級(jí)生產(chǎn)量的估計(jì)(e.g.Lenneyetal.,1996)；2）識(shí)別不同的生態(tài)區(qū)(Ramseyetal.,1995)；3）監(jiān)測(cè)地球表面植被的物候類型，常被用來(lái)進(jìn)行區(qū)域和全球的植被狀態(tài)研究；4）評(píng)價(jià)生長(zhǎng)期和變干期的長(zhǎng)短(HueteandLiu,1994).對(duì)低密度植被覆蓋，NDVI對(duì)于觀測(cè)和照明幾何非常敏感。但在農(nóng)作物生長(zhǎng)的初始季節(jié)，將過(guò)高估計(jì)植被覆蓋的百分比；在農(nóng)作物生長(zhǎng)的結(jié)束季節(jié)，將產(chǎn)生估計(jì)低值。

標(biāo)準(zhǔn)差植被指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差植被指數(shù)NormalizedDiff水的NDVI值?0巖石、裸土的NDVI值≈0植被的NDVI值?0，且隨植被覆蓋度的增大而增大水的NDVI值?0植被遙感光譜分析ppt課件為土壤線與坐標(biāo)軸之間的夾角實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)每一種土壤而言，其紅色波段與近紅外波段的垂直視反射率因子值隨土壤含水量及表面粗糙度的變化近似滿足線性關(guān)系，并稱它為土壤線。如果忽略掉土壤線與軸的截距，并設(shè)A點(diǎn)為任一植被——土壤系統(tǒng)的實(shí)測(cè)與值在--坐標(biāo)中的位置，則PVI值就代表A點(diǎn)到土壤線間的垂直距離。垂直植被指數(shù)

ParticularVegetationIndexAPVI的顯著特點(diǎn)較好地濾除了土壤背景的影響，且對(duì)大氣的敏感程度也小于其它植被指數(shù)。廣泛應(yīng)用于大面積作物估產(chǎn)。為土壤線與坐標(biāo)軸之間的夾角實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)每一種土壤而言，其紅紅外指數(shù)紅外指數(shù)InfraredIndex(II)

綜合考慮了植被在近紅外和中紅外對(duì)于植被生物量比較敏感，水分的影響(Hardiskyetal.,1983;1986):Healthy,mono-specificstandsoftidalwetlandsuchasSpartinaoftenexhibitmuchlowerreflectanceinthevisible(blue,green,andred)wavelengthsthantypicalterrestrialvegetationduetothesaturatedtidalflatunderstory.Ineffect,themoistsoilabsorbsalmostallenergyincidenttoit.Thisiswhywetlandoftenappearsurprisinglydarkontraditionalinfraredcolorcomposites.Jensen,2000紅外指數(shù)紅外指數(shù)InfraredIndex(II)Je濕度強(qiáng)化指數(shù)Rocketal(1999提出)濕度強(qiáng)化指數(shù)MoistureStressIndex(MSI):利用近紅外波段和中紅外波段定義Jensen,2000TM4:0.76-0.90,生物量和作物的長(zhǎng)勢(shì)測(cè)定；TM5:1.55-1.75,土壤水分和地質(zhì)應(yīng)用，水陸邊界等。濕度強(qiáng)化指數(shù)Rocketal(1999提出)濕度強(qiáng)化土壤調(diào)整的植被指數(shù)（SoilAdjustedVegetationIndex）在NDVI的基礎(chǔ)上引入了土壤調(diào)整因子,L,以便最大限度地降低背景在土壤－植被相互作用中的一次影響(Hueteetal.,1994):

L的值一般可取0.5，對(duì)不同的土壤都比較適合，可以降低土壤亮度的變化。(HueteandLiu,1994).當(dāng)L=0，SAVI=NDVI對(duì)中等植被覆蓋區(qū)，L=0.5乘法因子（1+L）主要用來(lái)保證SAVI值與NDVI值一樣介于-1和+1之間土壤調(diào)整的植被指數(shù)在NDVI的基礎(chǔ)上引入了土壤調(diào)整因子,L土壤和大氣調(diào)整的植被指數(shù)SoilandAtmosphericallyResistantVegetationIndex(SARVI)HueteandLiu(1994)提出：在SAVI的基礎(chǔ)上那個(gè)引入藍(lán)波段來(lái)排除大氣的影響。

其中，在使用之前需要對(duì)藍(lán)波段、紅波段、和近紅外波段進(jìn)行分子散射和臭氧吸收的糾正。土壤和大氣調(diào)整的植被指數(shù)HueteandLiu(199增強(qiáng)植被指數(shù)EnhancedVegetationIndex(EVI)針對(duì)MODIS數(shù)據(jù)提出的增強(qiáng)植被指數(shù)：EVI是對(duì)NDV