植被遙感光譜分析

1、植被調(diào)查是遙感的重要應(yīng)用領(lǐng)域。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(lèi)型、長(zhǎng)勢(shì)為主。以確定植被的分布、類(lèi)型、長(zhǎng)勢(shì)為主。植被判讀的原理是植物的光譜特性。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。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(lèi)型，如冬季落葉樹(shù)利用植物的物候差異也可區(qū)分植物類(lèi)型，如冬季落葉樹(shù)和常綠樹(shù)很好區(qū)別。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(lèi)型。如地形上的陰坡和利用植物的生態(tài)條件區(qū)別植物類(lèi)型。如地形上的陰坡和陽(yáng)坡，不

2、同高度的地形部位，都分布著不同的植物類(lèi)型陽(yáng)坡，不同高度的地形部位，都分布著不同的植物類(lèi)型受病蟲(chóng)害的植物，結(jié)構(gòu)和葉綠素含量發(fā)生很大的變化，受病蟲(chóng)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。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)。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。植被指數(shù)可用來(lái)建立農(nóng)作物的估產(chǎn)模型。1、在可見(jiàn)光的0.55m附近有一個(gè)反射率為1020的小反射峰，在0.45m和0.65m附近有兩個(gè)明顯的吸收谷。2、在0.70.8m是一個(gè)陡坡，反射率急劇增高，在近紅外波段0.81.3m之間形成一個(gè)高的

3、，反射率可達(dá)40或更大的反射峰。3、在1.45m，1.95m和2.62.7m處有三個(gè)吸收谷。二、影響植物光譜的因素二、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)。Jensen, 2000Jensen, 20002、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0.55m附近的一個(gè)小反射峰值，而在0.330.45m 及

4、0.65m 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)0.81.3m的近紅外光強(qiáng)烈地反射，形成光譜曲線上的最高峰區(qū)。3、葉子的含水量 葉子在 1.45m， 1.95m和 2.6 2.7m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。Jensen, 20004、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。 三、主要植被類(lèi)型的影像特征 航空像片的植被判讀航空像片的植被判讀判讀

5、標(biāo)志為：色調(diào)判讀標(biāo)志為：色調(diào)/色彩和紋理結(jié)構(gòu)。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。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)。地物群體的性質(zhì)。以判讀植物群落為主。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)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。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)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

6、被的類(lèi)型、生長(zhǎng)狀況體的形態(tài)，只能判讀出植被的類(lèi)型、生長(zhǎng)狀況、分布范圍。、分布范圍。植被類(lèi)型的判讀要依據(jù)紋理結(jié)構(gòu)和色調(diào)，并要植被類(lèi)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(lèi)圖等資料，要有該地植物群落組成和植被分類(lèi)圖等資料，要經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)查和驗(yàn)證。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)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。準(zhǔn)假彩色合成圖像。在該圖像上植被為紅色。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2. 利用植被的物候期差異來(lái)區(qū)分植被 冬季多數(shù)植物凋零 長(zhǎng)年常綠植被； 同種植被在不同季

7、節(jié)的波譜特征差異； 不同植物生長(zhǎng)期的不同，光譜特征也有差異； 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(lèi)型、地形地貌等） 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 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）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(lèi)型 （1）針葉林（云杉林、松樹(shù)林） 在比例尺為1:100001:1

8、5000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)） （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。 （4）灌叢 多呈密集的細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)，色

9、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)。（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(lèi)草本類(lèi)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。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

10、化，其反射光譜特性也隨之變化，污染越嚴(yán)重變化越大。 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(chóng)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。五、污染植物的判讀標(biāo)志與危害程度分類(lèi)五、污染植物的判讀標(biāo)志與危害程度分類(lèi) 1、判讀標(biāo)志 （1）顏色 受污

11、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。 2、分類(lèi)尺度I類(lèi)：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30。II類(lèi)：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，

12、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3040。III類(lèi)：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4050。IV類(lèi)：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5060。0類(lèi)：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60。六、利用植被指數(shù)監(jiān)測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)水平六、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

13、、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。 紅光和紅外波段的不同組合統(tǒng)被稱(chēng)為植被指數(shù)。 利用它們的比值、差分、線性組

14、合等多種組合來(lái)增強(qiáng)或揭示隱含的植物信息。 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(zhuān)題制圖方面增強(qiáng)了分類(lèi)能力。rirRRRVI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。u水的NDVI值 0u巖石、裸土的NDVI值0u植被的NDVI值 0，且隨植被覆蓋度的增大而增大sincosrirRRPVI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(mǎn)足線性關(guān)系，并稱(chēng)它為土壤線。并稱(chēng)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。 A PVI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)。Jensen, 2000Jensen, 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。當(dāng)REDBLUENIRREDBLUENIR