依据光学遥感特征优选的森林地上生物量反演     

王熙媛  张王菲  李云  杨仙保 《东北林业大学学报》2022,50(4):47-54

以Landsat 8、GF-1和Sentinel-2A为数据源,依据2019年、2020年外业调查数据为实测数据,提取纹理因子和植被指数,采用KNN-FIFS方法构建研究区的森林AGB估算模型,对云南省宜良县小哨林场森林AGB进行反演。结果发现3种光学数据的森林AGB估算模型中,Sentinel-2A数据结果最优,R²为0.60,R_MSE为21.40 t/hm²;GF-1反演结果次之,R²为0.59,R_MSE为22.11 t/hm²;Landsat 8反演结果较差,R²为0.47,R_MSE为23.29 t/hm²;组合3种数据特征的反演结果最差,R²为0.42,R_MSE为23.86 t/hm²。结论得出：高空间分辨率光学数据反演结果优于低空间分辨率结果,多源数据组合反演森林AGB低于单一数据源反演结果,Sentinel-2A和...  相似文献   

参数优选支持的光学与SAR数据森林地上生物量反演研究     

李云  张王菲  崔鋆波  李春梅  姬永杰 《北京林业大学学报》2020,42(10):11-19

  目的  森林是整个陆地碳循环系统中最大的有机碳贮库,准确地估测森林地上生物量影响着全球碳源与碳储量的分析与评价。本文旨在评价利用Landsat8 OLI、高分一号光学数据、ALOS-1 PALSAR-1SAR 3组不同源遥感数据估测森林AGB的潜力,进而剖析光学数据和SAR数据在估测森林AGB方面的差异。  方法  首先对Landsat8 OLI、高分一号光学数据、ALOS-1 PALSAR-1SAR数据分别提取波段比值、植被指数、纹理信息,对ALOS-1 PALSAR-1SAR数据同时提取极化分解信息;然后,利用随机森林算法对不同数据提取的特征参数进行重要性排序,选择排序靠前的特征进行建模;最后,利用KNN-FIFS算法分析不同特征组合,对4组数据建立4个模型估测森林AGB,并使用留一交叉验证法对4个模型估测森林AGB值进行精度评价。  结果  使用植被因子、波段比值、纹理因子、极化分解信息4种特征参数分别对3组数据进行建模估测森林AGB,基于Landsat8 OLI数据反演森林AGB的精度评价结果为R2 = 0.50,RMSE = 33.34 t/hm2;基于高分一号数据估测精度为R2 = 0.36,RMSE = 37.60 t/hm2;基于PALSAR纹理特征估测精度为R2 = 0.45,RMSE = 35.40 t/hm2;基于PALSAR全极化分解信息估测精度为R2 = 0.63,RMSE = 28.84 t/hm2。  结论  参数提取方法相同时,即基于植被因子、波段比值、纹理信息3种特征参数估测森林AGB,其光学数据和SAR数据的反演潜力基本一致;参数提取方法不同时,即SAR数据加入极化分解信息估测森林AGB,与光学数据相比,SAR数据对森林AGB的反演潜力较好。   相似文献   

联合GF-1和GF-3影像的森林地上生物量反演     

史建敏  张王菲  曾鹏  赵丽仙  王梦金 《北京林业大学学报》2022,44(11):70-81

  目的  探索高分（GF）光学、合成孔径雷达（SAR）数据及其联合数据在森林地上生物量（AGB）及其组成部分反演中的可行性。  方法  以云南省昆明市宜良县小哨林区的云南松为研究对象，结合实地调查数据，以GF-1光学数据和GF-3 SAR数据作为数据源，提取光学数据常用的植被指数和纹理特征，SAR数据的各极化后向散射系数、纹理特征以及极化分解等参数，利用KNN-FIFS方法分别进行森林AGB及其分量的反演；然后采用留一交叉验证法对反演结果进行精度评价，并在此基础上绘制森林AGB及其分量空间分布图。  结果  联合GF-1和GF-3数据反演森林AGB及其分量的精度最高，R2均超过了0.710，RMSEr的值在22% ~ 27%之间，其中树叶的反演精度最优，模型的R2为0.714，RMSE为10.270 t/hm2，RMSEr为24.58%；除树叶生物量外，森林AGB和其他分量仅采用GF-1提取的特征进行反演时，精度均优于采用GF-3特征的反演结果。  结论  联合GF-1光学数据和GF-3全极化SAR可以实现一定程度的互补，提高森林AGB及其分量的反演精度，此外KNN-FIFS方法在低生物量水平的云南松纯林的AGB及其分量的反演中具有一定的鲁棒性，且KNN-FIFS优选的重要参数多为SAR和光学的纹理特征。   相似文献   

Worldview-2不同波段纹理特征对森林蓄积量估算精度影响     

刘俊  周靖靖    菅永峰  韩泽民  张迎归  佃袁勇   《西北林学院学报》2021,36(3):175-181

为检测高分辨率遥感影像不同波段纹理特征对于森林蓄积量估算精度的影响,以湖北省荆门市京山县太子山林场马尾松纯林为对象,基于灰度共生矩阵的方法分别提取高分辨率遥感影像Worldview-2 红光、绿光、蓝光、近红外波段和全色波段的纹理特征,利用随机森林算法,分别建立野外样地蓄积量与纹理参数的模型。结果表明,全色波段对马尾松森林的精度最高（R²=0.86,RMSE=47.37 m³·hm^-2）,其次是绿色波段（R²=0.85,RMSE=50.82 m³·hm^-2）和近红外波段（R²=0.85,RMSE=46.85 m³·hm^-2）,蓝色波段（R²=0.68,RMSE=60.72 m³·hm^-2）和红色波段（R²=0.69,RMSE=56.27 m³·hm^-2）的精度最低;窗口大小对模型精度影响较小,全色波段的R²取值在0.82~0.86,RMSE取值在47.66~51.99 m³·hm^-2,多光谱波段的R²取值在0.88~0.89;蓝色和红色波段的非相似度（DIS）的估算模型精度相对较高,绿色波段的对比度（CON）（R²=0.87,RMSE=46.21 m³·hm^-2）估算精度最高,红色波段的非相似度（R²=0.68,RMSE=58.30 m³·hm^-2）估算精度较高,近红外波段的角二阶矩阵（ASM）（R²=0.68,RMSE=60.30 m³·hm^-2）精度最高,全色波段的对比度、相关性、熵、变化量模型精度较高,R2为0.85。利用高分辨率遥感影像纹理特征估算森林参数时需综合考虑不同波段的纹理特征对模型的贡献。  相似文献   

基于多时相光学和雷达遥感的太平湖生态保护区森林地上生物量反演     

卢佶  张国威  吴昊 《浙江农林大学学报》2023,(5):1082-1092

【目的】探究光学和雷达卫星遥感对亚热带森林生物量的反演潜力。【方法】利用不同季节时间序列的合成孔径雷达(Senitinel-1)和光学数据(Sentinel-2),对太平湖生态保护区森林地上生物量进行反演。基于后向散射系数、光谱波段、植被指数和生物物理参数,采用回归随机森林算法探究Sentinel-1和Sentinel-2在地上生物量制图中的精度,探究对亚热带森林地上生物量制图的最佳影像采集时期,评估光学和雷达遥感特征参数对提高地上生物量估计精度的贡献。【结果】Sentinel-2对研究区森林地上生物量的估计精度[决定系数(R²)=0.68,均方根误差(E_RMS)=37.69 Mg·hm^-2]要优于Sentinel-1 (R²=0.47,E_RMS=49.11 Mg·hm^-2),但两者联合产生了最佳结果 (R²=0.78,E_RMS=31.56 Mg·hm^-2)。生长季(6和9月)的光学数据和旱...  相似文献   

不同波长极化SAR数据水云模型森林生物量反演对比分析     

姬永杰  徐昆鹏  张王菲  史建敏  张甫香 《北京林业大学学报》2023,(2):24-33

【目的】水云模型(WCM)是一种采用SAR数据反演森林地上生物量(AGB)应用较为广泛的半经验模型,探索将不同波长、极化方式、极化信息等引入WCM,以期为提高森林AGB反演精度提供科学依据。【方法】本文以X、C、L、P波段多频极化SAR数据为数据源,首先将各波长各极化后向散射系数用于WCM进行森林AGB反演,对比其反演精度;接着采用极化分解分量构建地体散射比参数,并将其引入WCM发展为极化水云模型(PolWCM),同时对比分析其在X、C、L、P波段森林AGB的反演结果。【结果】(1)在X、C、L、P 4个波段中,除X波段外,将HV极化后向散射系数代入WCM进行森林AGB反演,精度均高于基于其他极化通道后向散射系数的反演结果;且长波长(L和P)的反演精度高于短波长(X和C)的反演精度。在L波段,将HV极化后向散射系数代入WCM进行森林AGB反演,R²和RMSE分别为0.46和18.00 t/hm²;P波段HV极化反演结果的R²和RMSE分别为0.43和21.18 t/hm²。(2)将极化信息以地体散射...  相似文献   

基于热暗点植被指数的马尾松林叶面积指数反演分析     

李聪慧    赖壮杰    刘健    余坤勇   《西北林学院学报》2021,36(6):195-203

为了减少单一角度卫星遥感与传统植被指数在LAI反演过程中的误差，提升马尾松林LAI反演精度，以福建省龙岩市长汀县河田镇马尾松林为研究对象，获取多角度无人机影像和马尾松林LAI实测数据。根据研究区不同波段热暗点指数、植被指数与实测LAI的相关关系，优化热暗点植被指数构建马尾松林LAI反演模型。结果表明，基于红光波段反射率计算的热暗点比值指数HDRI-r（R²=0.398）是研究区马尾松林LAI反演的重要辅助参数；将HDRI-r引入表征研究区冠层结构的传统植被指数NDVI、GNDVI、RVI、MSAVI、NRI、SIPI、VARI，构建的热暗点植被指数NHDRI与实测马尾松林LAI相关性最高，R²为0.406 5；引入热暗点信息的植被指数（NHDRI、GNHDRI、RHDRI、MSAHDRI、NRHDRI、SIPHDRI、VAHDRI）与实测LAI的拟合R²均>0.37，相较于对应的传统植被指数，R²分别提高了82%、333%、295%、161%、1 409%、380%、192%，热暗点信息与传统植被指数的结合能够缓解植被冠层光饱和现象，有效提高马尾松林LAI反演精度；研究区马尾松林LAI范围为0.11~4.28 m²/m²，总体水平偏低，与当地马尾松林以枝叶稀疏、矮小的“老头松”为主的实际情况相符。  相似文献   

基于RapidEye的人工林生物量遥感反演模型性能对比     

王璟睿    沈文娟    李卫正    李明诗    郑光 《西北林学院学报》2015,30(6):196-202

利用2012年RapidEye高空间分辨率遥感影像并结合野外样方数据,采用多种建模技术进行生物量的反演和制图。先依据RapidEye光谱数据发展出包括NDVI、RVI等多种植被指数、光谱特征图像及纹理特征,再通过相关分析筛选建模所需因变量,采用支持向量机、BP神经网络和随机森林算法建立森林生物量估测模型并进行精度验证。结果表明,基于支持向量机的建模R²为0.687,验证R²为0.641,平均相对误差为0.306;基于BP神经网的建模R²为0.552,验证R²为0.358,平均相对误差为0.525;基于随机森林的建模R²为0.850,验证R²为0.324,平均相对误差为0.468。采用支持向量机算法所制作的空间意义明确的森林生物量分布图,为制定合理的森林经营措施提供有益指导。  相似文献   

基于机载P波段全极化SAR数据的森林地上生物量估测          下载免费PDF全文

姬永杰  杨丛瑞  张王菲  曾鹏  张甫香  屈亚妮 《浙江农林大学学报》2022,39(5):971-980

  目的  森林生物量的空间精准量化对了解陆地碳储量、碳收支、碳平衡,以及揭示森林碳储量与全球气候变化的影响过程具有重要意义。P波段波长较长,在森林中具有更高的穿透能力,研究机载P波段SAR数据提高森林地上生物量(AGB)估测精度的可行性。  方法  以机载P波段全极化合成孔径雷达(SAR)数据和高精度激光雷达(LiDAR)数据估测的森林AGB抽样点为基础,提取20个极化SAR特征,并分别与森林AGB变化作敏感性响应情况分析。采用多元线性回归模型(MLR)、K近邻方法(KNN)、支持向量回归(SVR)和随机森林(RF)4种估测方法,探究机载P波段SAR数据的森林AGB估测精度。  结果  在较低森林AGB(均值约45 t·hm?2)的森林覆盖区中,P波段的同极化后向散射系数、Freeman-Durden和Yamaguchi分解中的表面和二次散射分量对森林AGB变化敏感;此外H-A-ALPHA极化分解的散射角(alpha)、拓展极化参数极化辨别率参数(PDR)也对森林AGB变化敏感。4种方法估测的森林AGB相对误差均约30%,其中MLR估测结果精度最低,估测精度为63.55%,均方根误差(RMSE)为19.16 t·hm?2;RF估测结果精度最高,估测精度为72.97%,RMSE为15.98 t·hm?2;KNN和SVR估计结果差别不明显,RMSE分别为17.04和17.09 t·hm?2。  结论  P波段SAR数据对估测森林AGB具有一定潜力,3种非参数方法的估测结果明显优于MLR参数方法。此外,P波段的森林AGB估测精度受到待估森林AGB水平高低的影响明显,在森林AGB水平较高的分组中估测精度较高。在森林AGB均值为45 t·hm?2,最大值为120 t·hm?2的森林覆盖区,以50 t·hm?2将森林AGB样点分为2组时,高森林AGB组的估测精度高出低AGB组约6%。图5表3参34  相似文献   

基于Sentinel-1/2数据的中国南方单双季稻识别结果一致性分析     

杨靖雅  胡琼  魏浩东  蔡志文  张馨予  宋茜  徐保东 《中国农业科学》2022,55(16):3093-3109

【目的】微波遥感因具有全天时、全天候数据获取的特点,在多云雨的中国南方水稻识别研究中表现出巨大潜力。本研究通过对比Sentinel-1SAR遥感数据和Sentinel-2光学遥感数据用于水稻遥感制图的效果,分析光学和SAR遥感数据对于单双季稻识别结果的一致性,并探索水稻识别的最优SAR影像特征。【方法】本研究使用Sentinel-1/2卫星数据,基于面向对象的随机森林分类算法和Google Earth Engine平台,提取洞庭湖平原4个典型水稻种植区的单双季稻空间分布。通过比较9种不同传感器和特征组合场景的分类精度和分类结果统计指标,并计算NDVI和SAR特征时序（VH、VV、VH/VV）的R²和DTW距离,分析识别单双季稻的最优SAR特征,评估光学和SAR遥感数据对于单双季稻识别结果的一致性。【结果】VH、VV和VH/VV时序识别单双季的总体精度分别为90.42%、82.08%和88.33%,而联合VH和VH/VV时序识别单双季稻的总体精度可达91.67%。VH（VH/VV、VV）时序与单双季稻NDVI时序的R²和DTW距离分别为0.870（0.915、0.986）、4.715（1.896、5.506）（单季稻）和0.597（0.783、0.673）、2.396（1.839、3.441）（双季稻）。较高的R²和较低的DTW距离说明单双季稻的VH/VV时序与NDVI时序相关度更高,可以较好地反映单双季稻的生长周期规律。同时,VH可以较好地反映单双季稻移栽期的淹水特征。基于光学数据和SAR数据在6个时间窗口的特征（S-2：NDVI、EVI、LSWI;S-1：VH、VH/VV）识别单双季稻的总体精度分别为91.25%和90.00%,识别结果面积相关性可达95.70%。【结论】SAR遥感数据与光学遥感数据水稻识别结果一致性较高。应用Sentinel-1在多云雨区识别单双季稻具有巨大潜力,VH和VH/VV后向散射系数时序是识别水稻的优质特征。研究结果为多云多雨区使用SAR数据进行特征优选以高精度识别单双季稻提供了重要技术支撑。  相似文献   

基于分层贝叶斯方法的高山松单木生物量模型     

黄金君  舒清态  王柯人  席磊  孙杨  罗浩 《西北林学院学报》2022,37(3):126-132

以香格里拉市典型森林生态系统高山松林为对象,在前期进行Ⅰ区和Ⅱ区共115株高山松单木地上生物量实测基础上,以异速生长方程为单木生物量基础模型,并采用分层贝叶斯方法、非线性混合模型法、贝叶斯方法和非线性最小二乘法进行异速生长参数拟合,运用决定系数(R²)、估测精度(E)、均方根误差(RMSE)等指标对模型参数拟合效果进行评价。结果表明:1)从拟合精度看,4种方法的模型拟合效果均较好,R²均达到了0.98以上。但分层贝叶斯方法估计结果更优,其R²=0.985 6,E=84.76%和R_MSE=39.75 kg;2)通过对比不同方法的差异发现,加入了区域随机效应的分层贝叶斯方法和非线性混合模型法的拟合效果均优于未加入区域随机效应的贝叶斯方法和非线性最小二乘法。分层贝叶斯方法在拟合高山松单木生物量模型中具有更大优势,模型拟合效果最好。加入了随机效应的分层贝叶斯方法和非线性混合模型法可以提高单木生物量模型的估计精度,采用分层贝叶斯方法进行高山松单木生物量模型参数估测,为大尺度样本数据模型参数估测方法提供新思路。  相似文献   

广东省枫香单木干材生物量生长模型的研建     

何潇  赵嘉诚  曹磊  李海奎  徐期瑚 《西北林学院学报》2018,33(6):236-242

枫香（Liquidambar formosana）是我国闽北林区重要的乡土树种,生长迅速、适应性强,在观赏、药用、用材等方面都有着重要作用。单木模型是林分模型的基础,通过建立单木生物量生长模型,在时间维度上分析林木生物量生长的动态变化,以期为全面评价森林的固碳能力提供科学依据。采用典型抽样的方法,从广东省9个地区的一类样地附近抽取枫香样木40株（天然起源25株,人工起源15株）,破坏性实测各组分的生物量并进行树干解析得到样木的生物量生长数据。基于逻辑斯蒂（Logistic）、坎派兹（Gompertz）和理查德（Richards）3种基础生长方程,利用哑变量的方法,建立分起源和立地等级的枫香干材生物量生长模型,以决定系数R²、均方根误差RMSE、总相对误差TRE和平均预估误差MPE 4个指标来评价各模型,进而分析枫香干材生物量的生长过程。结果表明,Richards方程在基础模型中效果最佳（R²=0.61,RMSE=50 kg）;与Richards方程相比,哑变量模型R²提高了11%,RMSE降低了7.95 kg;起源与立地等级对枫香干材生物量均产生了较大影响,在天然起源的高立地等级条件下,枫香干材理论最大连年生长量和平均生长量分别在其生长的第23年和第38年到达。  相似文献   

基于优化BP神经网络的香格里拉高山松蓄积量模型研究     

徐云栋  舒清态  李圣娇  张焱  王永刚 《西北林学院学报》2015,30(6):190-195

以香格里拉县高山松为研究对象,以Landsat TM 8影像和DEM（30M）数据为信息源,结合森林资源二类调查数据和地面样地实测数据,借助MATLAB平台,在前期进行基于遗传算法（GA）和粒子群算法（PSO）优化BP神经网络模型基础上,采用决定系数（R²）、均方根误差（RMSE）及预测精度（P）3个指标对优化后的BP神经网络模型及进行评价,并建立了研究区高山松蓄积量估测模型。结果表明,遗传算法效率（耗时1.9 h）低于粒子群算法（耗时1.4 h）;采用遗传算法优化后的BP神经网络模型R²、RMSE及P分别为0.636、4.216 m³、81.748%,均优于粒子群算法。通过遗传算法优化后的BP神经网络模型估测香格里拉高山松蓄积量总量为13 317 879.7 m³。  相似文献   

巴氏杀菌乳中金黄色葡萄球菌的生长预测模型构建     

孟司奇  丁高蓝  肖兴宁  肖英平  杨华  汪雯 《浙江农业学报》2020,32(7):1281

巴氏杀菌乳中金黄色葡萄球菌污染可能会产生肠毒素,对人体健康造成危害。分别监测在4、10、16、20、24、28 ℃储藏条件下金黄色葡萄球菌在巴氏杀菌乳中的生长数据,采用Modified Gompertz模型、Logistic模型、Huang模型和Baranyi模型构建金黄色葡萄球菌动力学一级模型,采用平方根模型和Arrhenius模型建立二级模型以描述温度与相对最大生长速率(μ_max)的关系。结果显示,各温度下Modified Gompertz模型的拟合度更优,决定系数(R²)>0.98,均方根误差(RMSE)<4.6,为最合适的一级模型。二级模型中,Arrhenius模型的拟合度更优(R²=0.99,RMSE=0.60)。相较于平方根模型,外部验证显示Arrhenius模型的精确度因子(A_f)和偏差因子(B_f)分别为1.39和0.87,较接近于1,说明预测效果更好。研究结果可为巴氏杀菌乳中金黄色葡萄球菌的风险评估提供数据基础,为乳品货架安全期预测提供科学依据。  相似文献   

基于颜色参数和BP神经网络的紫叶李叶片花青素含量估算     

刘秀英    余俊茹  刘长秀  邓小菲 《西北林学院学报》2022,37(6):145-152

目前对植物叶片花青素含量的测定主要是湿化学法和高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC),为简化测定方法,降低成本和提高精度,提出一种利用数码相机获取照片提取的颜色参数构建模型无损估测植物叶片花青素含量的方法。试验测定166份紫叶李叶片的花青素含量及其RGB特征值,对15种颜色参数进行皮尔逊相关分析,构建逐步多元线性回归（stepwise multiple linear regression,SMLR）、一元线性回归（single linear regression,SLR）和BP神经网络（BP neural network,BPNN）估算模型;同时对模型进行验证和比较。结果表明,1）BP神经网络模型建模集的R²、RMSE和MAE分别为0.883、0.412、0.323,验证集的R²、RMSE和MAE分别为0.796、0.462和0.353,相关系数均达到极显著水平;一元线性回归模型中,参数G-B与花青素含量的线性相关性最强,相关系数为-0.820,达到极显著水平;逐步多元线性回归模型的相关系数均达极显著水平,其中建模集的R²、RMSE和MAE分别为0.724、0.630、0.459,验证集的R²、RMSE和MAE分别为0.643、0.616和0.509。2）颜色参数与花青素含量之间具有明显的相关性,利用数码相机获取的颜色特征值估测紫叶李叶片花青素含量具有可行性;3）3种模型中,BP神经网络模型的估测效果最好,能有效地估测紫叶李叶片花青素含量,其次为逐步多元线性回归,一元线性回归模型的预测效果相对较差。  相似文献   

Winter wheat yield estimation based on assimilated Sentinel-2 images with the CERES-Wheat model          下载免费PDF全文

Zheng-chun LIU  Chao WANG  Ru-tian BI  Hong-fen ZHU  Peng HE  Yao-dong JING  Wu-de YANG 《农业科学学报》2021,20(7):1958-1968

Assimilating Sentinel-2 images with the CERES-Wheat model can improve the precision of winter wheat yield estimates at a regional scale. To verify this method, we applied the ensemble Kalman filter(EnKF) to assimilate the leaf area index(LAI) derived from Sentinel-2 data and simulated by the CERES-Wheat model. From this, we obtained the assimilated daily LAI during the growth stage of winter wheat across three counties located in the southeast of the Loess Plateau in China: Xiangfen, Xinjiang, and Wenxi. We assigned LAI weights at different growth stages by comparing the improved analytic hierarchy method, the entropy method, and the normalized combination weighting method, and constructed a yield estimation model with the measurements to accurately estimate the yield of winter wheat. We found that the changes of assimilated LAI during the growth stage of winter wheat strongly agreed with the simulated LAI. With the correction of the derived LAI from the Sentinel-2 images, the LAI from the green-up stage to the heading–filling stage was enhanced, while the LAI decrease from the milking stage was slowed down, which was more in line with the actual changes of LAI for winter wheat. We also compared the simulated and derived LAI and found the assimilated LAI had reduced the root mean square error(RMSE) by 0.43 and 0.29 m2 m–2, respectively, based on the measured LAI. The assimilation improved the estimation accuracy of the LAI time series. The highest determination coefficient(R2) was 0.8627 and the lowest RMSE was 472.92 kg ha–1 in the regression of the yields estimated by the normalized weighted assimilated LAI method and measurements. The relative error of the estimated yield of winter wheat in the study counties was less than 1%, suggesting that Sentinel-2 data with high spatial-temporal resolution can be assimilated with the CERES-Wheat model to obtain more accurate regional yield estimates.  相似文献