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閱讀：1863發(fā)布時(shí)間：2022-10-8
植被是遙感的重要應(yīng)用領(lǐng)域，遙感在植被分析中的應(yīng)用主要是以確定植被的分布、類型、長(zhǎng)勢(shì)等內(nèi)容為主。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下的光譜成像也可區(qū)分植物類型，如冬季落葉樹和常綠樹很好區(qū)別。植被生長(zhǎng)不同狀態(tài)下，例如病害侵?jǐn)_下結(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)別明顯。另外，通過對(duì)植被的分析還可用來建立農(nóng)作物的估產(chǎn)模型。
植被的光譜反射與吸收曲線
傳統(tǒng)波段的研究于判斷紅光的吸收，近紅外的反射，中紅外的水體吸收帶。植被自身生長(zhǎng)狀態(tài)及其環(huán)境變化將導(dǎo)致植被的組分含量的變化，進(jìn)而影響植被的光譜。
1. 在可見光的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. 在近紅外波段，從0.7～0.8μm處反射率急劇增高，形成一個(gè)爬升的“陡坡"，至1.1um附近有一個(gè)峰值，反射率可達(dá)50%，在近紅外波段0.8～1.3μm之間形成一個(gè)高的，形成植被稱為“紅邊效應(yīng)"的特征。植被近紅外（800-1000nm）反射光譜差異來源于植被細(xì)胞散射，出現(xiàn)“紅邊效應(yīng)"現(xiàn)象，以及區(qū)別不同種類的植物單片葉子或多片葉子。
3. 由于水分的吸收作用，在1.4μm，1.9μm和2.6～2.7μm附近有三個(gè)吸收谷，主要由植物細(xì)胞內(nèi)水體吸收能量函數(shù)決定，因子是葉子厚度和水分含量。
為了實(shí)現(xiàn)從高光譜影像上提取農(nóng)作物信息，提高對(duì)遙感影像植被分類識(shí)別的效果，人們提出了一系列描述植被生化參量與光譜之間關(guān)系的植被光譜特征參數(shù)，主要包括紅邊（RE）、歸一化差值植被指數(shù)（NDVI）、植被葉面積指數(shù)（LAl）和葉面葉綠素指數(shù)（LCI）等。
（一） 植物光譜的特征參數(shù)
針對(duì)植被的光譜特征研究，人們開展的較早，提出了上述內(nèi)容結(jié)尾的一系列參數(shù)。這些參數(shù)涉及植被生化組分與光譜之間的關(guān)系，能提高植被的分類識(shí)別精度，有利于估算植被生物化學(xué)參數(shù)，與診斷光譜分析相結(jié)合有助于提高對(duì)遙感影像植被的分類識(shí)別效果。
為了對(duì)植被分類計(jì)算方法進(jìn)行有益的探索，現(xiàn)將這些光譜特征參數(shù)歸納整理，并給出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。常用的植被光譜特征參數(shù)如下：
紅邊（RE）：指植被在670~740nm之間反射率增高的點(diǎn)，也是一階導(dǎo)數(shù)光譜在該區(qū)間的拐點(diǎn)，是綠色植被的標(biāo)志。
藍(lán)邊（BE）：指藍(lán)色光在490~530mm之問反射率一階導(dǎo)數(shù)的值位置。
黃邊（YE）：指黃色光在550~582nm之間反射率一階導(dǎo)數(shù)的最小值位置。
歸一化差異植被指數(shù)（NDVI）：
指兩個(gè)不同波段地物光譜反射率差值與其和值之間的比值，或者是多個(gè)波段上的光譜反射率的加權(quán)差值與加權(quán)累積之間的比值。
植被葉面積指數(shù)（LAl）：
指單位面積內(nèi)植被所有葉面積的總和除以單位面積。葉面積指數(shù)是植被冠層結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要指數(shù)，它反映植被的許多生物物理過程。遙感方法計(jì)算葉面積的指數(shù)的方法，通常是利用植被在近紅外波段有較高的反射率，間接計(jì)算葉面積指數(shù)。
紅邊一階導(dǎo)數(shù)值（DRE）：
對(duì)植被的植物量（葉面指數(shù)LAI）反映極為敏感，其他如一階導(dǎo)數(shù)積分、二階導(dǎo)數(shù)積分與綠色植被的覆蓋度有非常緊密的線性關(guān)系。
葉面葉綠素指數(shù)（LCl）：
對(duì)葉綠素很敏感，但是對(duì)葉面散射和葉面內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化不敏感，LCI于高葉綠素的區(qū)域。
葉面水含量指數(shù)（WI）：
是比較970nm水吸收波段和900nm的反射率相對(duì)而定的參數(shù)。
歸一化差異水體指數(shù)（NDWI）：
是反映植被葉面水含量的參數(shù)是根據(jù)1240nm水吸收波段和860nm的反射率相對(duì)而定的參數(shù)，它隨著植被葉面水含量的增加而增加。
（二）植被種類對(duì)光譜的影響
影響植被波譜特征的主要因素包括植物類型、植物生長(zhǎng)季節(jié)、病蟲害影響等，植被波譜特征大同小異，絕大部分植被表現(xiàn)出類似的光譜曲線，但不同種類的植被因?yàn)樯M分、冠層結(jié)構(gòu)的不同在光譜中仍表現(xiàn)出細(xì)微的差別，根據(jù)這些差異可以區(qū)分植被類型、生長(zhǎng)狀態(tài)等。如下圖所示為四種植被的反射率曲線，他們的曲線形狀十分相似，但仍能通過診斷光譜分析識(shí)別他們之間的細(xì)小差異，從而實(shí)現(xiàn)植被種類的精細(xì)分類。
部分植被波譜曲線
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