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Leaf pigment retrieval using the PROSAIL model: Influence of uncertainty in prior canopy-structure information 被引量:4
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作者 Jia Sun Lunche Wang +5 位作者 Shuo Shi Zhenhai Li Jian Yang Wei Gong Shaoqiang Wang Torbern Tagesson 《The Crop Journal》 SCIE CSCD 2022年第5期1251-1263,共13页
Leaf pigments are critical indicators of plant photosynthesis,stress,and physiological conditions.Inversion of radiative transfer models(RTMs)is a promising method for robustly retrieving leaf biochem-ical traits from... Leaf pigments are critical indicators of plant photosynthesis,stress,and physiological conditions.Inversion of radiative transfer models(RTMs)is a promising method for robustly retrieving leaf biochem-ical traits from canopy observations,and adding prior information has been effective in alleviating the“ill-posed”problem,a major challenge in model inversion.Canopy structure parameters,such as leaf area index(LAI)and average leaf inclination angle(ALA),can serve as prior information for leaf pigment retrie-val.Using canopy spectra simulated from the PROSAIL model,we estimated the effects of uncertainty in LAI and ALA used as prior information for lookup table-based inversions of leaf chlorophyll(C _(ab))and car-otenoid(C_(ar)).The retrieval accuracies of the two pigments were increased by use of the priors of LAI(RMSE of C_(ab) from 7.67 to 6.32μg cm^(-2),C_(ar) from 2.41 to 2.28μg cm^(-2))and ALA(RMSE of C_(ab) from 7.67 to 5.72μg cm^(-2),C_(ar) from 2.41 to 2.23μg cm^(-2)).However,this improvement deteriorated with an increase of additive and multiplicative uncertainties,and when 40% and 20% noise was added to LAI and ALA respectively,these priors ceased to increase retrieval accuracy.Validation using an experimental winter wheat dataset also showed that compared with C_(ar),the estimation accuracy of C_(ab) increased more or deteriorated less with uncertainty in prior canopy structure.This study demonstrates possible limita-tions of using prior information in RTM inversions for retrieval of leaf biochemistry,when large uncer-tainties are present. 展开更多
关键词 Leaf pigment prosail model Canopy structure Chlorophyll content Leaf area index Leaf angle distribution
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Soil-adjusted power comparison and application conditions of vegetation indices based on PROSAIL model 被引量:3
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作者 XU Wenjing WANG Shaojun 《遥感学报》 CSCD 北大核心 2014年第4期826-842,共17页
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结合无人机数码影像与PROSAIL模型的夏玉米LAI反演 被引量:1
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作者 牛庆林 张合兵 +4 位作者 邓炯 冯海宽 李长春 杨贵军 陈志超 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第8期2335-2347,共13页
叶面积指数(LAI)是反映不同玉米特性的重要长势指标,可有效辅助玉米新品种的选育。快速、无损和精准地获取玉米LAI,对玉米育种具有重要的指导意义。目前,无人机可见光遥感技术因具有快速、无损和高通量地获取田间作物空间信息的优点,在... 叶面积指数(LAI)是反映不同玉米特性的重要长势指标,可有效辅助玉米新品种的选育。快速、无损和精准地获取玉米LAI,对玉米育种具有重要的指导意义。目前,无人机可见光遥感技术因具有快速、无损和高通量地获取田间作物空间信息的优点,在作物LAI等表型信息获取应用中得到快速发展;然而,其存在的光谱饱和现象以及缺乏光谱参数与LAI之间的响应机理信息,限制了LAI等表型信息估算模型精度的进一步提高;显然,PROSAIL辐射传输模型具有模拟作物理化参数与光谱指标参数之间响应机理的优点,可有效提升作物理化参数反演的潜力。为此,结合无人机数码影像与PROSAIL模型反演夏玉米LAI,以期进一步提高LAI反演模型的精度。以玉米育种试验田的夏玉米为研究对象,利用无人机遥感系统获取拔节期、喇叭口期和抽雄吐丝期的高清数码影像,并结合PROSAIL模型,采用偏最小二乘回归(LSR)、随机森林回归(RFR)和卷积神经网络(CNN)回归方法,构建夏玉米LAI的反演模型。结果表明:(1)基于无人机高清数码影像,采用PLSR回归方法构建的模型精度最优,估算模型和验证模型的R^(2)、RMSE和nRMSE分别为0.69,0.37,24.28%和0.73,0.35,23.26%;(2)基于PROSAIL模型,采用RFR回归方法构建的模型精度最优,估算模型和验证模型的R^(2)、RMSE和nRMSE分别为0.98,0.28,6.88%和0.87,0.64,15.97%;(3)结合无人机高清数码影像与PROSAIL模型,RFR回归方法构建的模型精度最优,估算模型和验证模型的R^(2)、RMSE和nRMSE分别为0.98,0.27,7.07%和0.87,0.65,16.35%,与仅用无人机高清数码影像相比,最优估算模型和验证模型的nRMSE分别降低17.21%和6.91%。研究表明,结合无人机数码影像与PROSAIL模型,有效提高夏玉米LAI反演模型的精度和稳定性,为辅助玉米新品种的选育提供理论指导。 展开更多
关键词 无人机 夏玉米 数码影像 prosail模型 叶面积指数 随机森林
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采用机器学习优化PROSAIL模型的青贮玉米叶面积指数反演 被引量:2
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作者 汪彦龙 王钧 +2 位作者 李广 刘佳宇 刘艳阳 《农业工程学报》 北大核心 2025年第9期134-142,共9页
叶面积指数(leaf area index,LAI)作为衡量作物生长状况的关键参数,对其进行精准高效的反演对于作物监测、产量预测等活动至关重要。然而,传统经验模型在估算LAI时常存在计算负荷重、泛化能力弱等问题。为实现青贮玉米多时序LAI精准、... 叶面积指数(leaf area index,LAI)作为衡量作物生长状况的关键参数,对其进行精准高效的反演对于作物监测、产量预测等活动至关重要。然而,传统经验模型在估算LAI时常存在计算负荷重、泛化能力弱等问题。为实现青贮玉米多时序LAI精准、高效估算,该研究以甘肃省民乐县的大田青贮玉米LAI为研究对象,结合Landsat-8多光谱影像与同期实地采集的LAI数据,提出了4种基于EFAST全局敏感性分析方法的机器学习混合反演模型(MLP-PROSAIL、SVR-PROSAIL、RF-PROSAIL和GBM-PROSAIL)。通过对PROSAIL模型的输入参数进行敏感性分析,以便确定参数敏感度并准确模拟输出冠层反射率光谱。进一步对Landsat-8多光谱数据进行预处理和波段变换,并采用地理配准工具结合反距离加权插值的策略减少其尺度差异。同时利用贝叶斯超参数寻优和正则化技术优化模型不同的参数类型和激活函数,得到4种改进模型用于训练LAI与光谱数据,通过5折交叉验证法和留一验证法对4种模型的反演性能进行验证并选出最优模型。优化后的模型性能均有明显提升,其中,GBM-PROSAIL模型反演性能最优,拟合精度R^(2)为0.93、均方根误差(RMSE)为0.42。MLP-PROSAIL、SVR-PROSAIL和RF-PROSAIL模型的拟合精度R^(2)依次为0.85、0.88、0.90,RMSE依次为0.80、0.69、0.51。根据GBM-PROSAIL模型绘制的研究区多时序LAI反演空间分布结果表明:不同生长期青贮玉米LAI值存在明显差异,能较好反映其生长过程。该研究提出的混合反演模型具有较高的性能及较强的鲁棒性,可为多时序、大尺度作物监测、产量预测相关研究提供方法与思路。 展开更多
关键词 叶面积指数 Landsat-8多光谱 prosail模型 EFAST敏感性分析 混合反演模型
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基于PROSAIL模型和Sentinel-2A影像的夏玉米叶绿素含量反演比较研究 被引量:2
5
作者 李卓琳 袁金国 +3 位作者 杨紫妍 王文超 李艳翠 刘博涵 《遥感技术与应用》 北大核心 2025年第3期621-635,共15页
准确估算叶片或冠层叶绿素含量对监测作物生长状况至关重要。作物叶绿素遥感监测是一种非破坏性、大面积、实时的监测方法,需要可靠的反演模型和卫星数据。以夏玉米为研究对象,采用PROSAIL模型,通过局部及全局敏感性分析结合实地调查和... 准确估算叶片或冠层叶绿素含量对监测作物生长状况至关重要。作物叶绿素遥感监测是一种非破坏性、大面积、实时的监测方法,需要可靠的反演模型和卫星数据。以夏玉米为研究对象,采用PROSAIL模型,通过局部及全局敏感性分析结合实地调查和相关文献确定模型的参数设置,模拟夏玉米冠层反射率。然后根据地面实测数据和Sentinel-2A波谱响应函数,得到基于PROSAIL模型的等效遥感反射率模拟数据,结合Sentinel-2A影像数据计算并分析了典型的高光谱植被指数及改进的波段组合方式的植被指数,以确定叶片叶绿素含量(LCC)和冠层叶绿素含量(CCC)估计的最佳估算模型。最后基于PROSAIL模拟数据、Sentinel-2A影像数据和地面实测数据,开展夏玉米LCC和CCC的建模和验证分析。结果表明:基于PROSAIL模型和基于Sentinel-2A影像构建的植被指数反演的LCC的R^(2)分别为0.61和0.65,RMSE分别为7.54和8.46μg/cm^(2),二者的反演精度较为一致,且该反演精度符合夏玉米生长状况监测的要求。利用以上两种方法反演的CCC的R^(2)分别为0.75和0.77,RMSE分别为1.03 g/m^(2)和0.02 g/m^(2),两类模型反演精度较为一致。本研究为地面实测数据较少的区域农作物叶绿素含量反演提供了一种有效的方法,有助于夏玉米的长势监测和病虫害防治。 展开更多
关键词 夏玉米 叶绿素含量反演 prosail模型 Sentinel-2A影像
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融合PROSAIL模型与机器学习的矿区植被叶绿素含量反演
6
作者 蒋立翔 雷少刚 +3 位作者 侯宁 孙永桥 徐俣璠 曹海滨 《中国煤炭》 北大核心 2025年第11期78-87,共10页
植被叶绿素含量是衡量植被生理状态的关键参数,对其开展精准监测对于矿区生态修复成效评估与区域生态环境管理具有重要意义。传统地面测量方法虽精度较高,但难以实现大范围、动态化监测;而基于单一经验模型或物理模型的遥感反演方法在... 植被叶绿素含量是衡量植被生理状态的关键参数,对其开展精准监测对于矿区生态修复成效评估与区域生态环境管理具有重要意义。传统地面测量方法虽精度较高,但难以实现大范围、动态化监测;而基于单一经验模型或物理模型的遥感反演方法在复杂矿区环境中精度和稳健性不足。基于此,以哈尔乌素煤矿排土场为研究对象,提出一种融合PROSAIL辐射传输模型与随机森林(Random Forest,RF)算法的矿区植被叶绿素含量反演方法。在PROSAIL参数空间内进行大规模随机采样,生成覆盖不同植被生长状态的模拟光谱数据,并结合传感器光谱响应函数转换后作为训练样本,引入RF算法建立光谱特征与植被叶绿素含量间的非线性映射关系,并应用该模型对Sentinel-2影像开展高精度矿区植被叶绿素含量反演。基于97个地面样点的验证结果表明,RF_PROSAIL耦合模型反演精度最优(R^(2)=0.72,RMSE=6.93μg/cm^(2),MAE=5.30μg/cm^(2)),其拟合精度较单一PROSAIL模型和RF模型分别提高约20%和16%,且误差显著降低。此外,植被叶绿素含量的空间分布结果显示矿区植被恢复状况与开采扰动强度高度一致。该混合模型充分结合了物理机理与数据驱动算法优势,可在减少对地面样点依赖的同时显著提高参数反演精度和稳健性,为矿区生态监测与精准治理提供了可靠技术支持和科学依据。 展开更多
关键词 叶绿素含量 Sentinel-2多光谱 prosail模型 机器学习 遥感反演模型
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基于PROSAIL模型结合机器学习的冬小麦LCC反演 被引量:1
7
作者 祝雪晴 王浩然 +4 位作者 杨慧 夏金林 李新伟 刘吉凯 马强 《安徽科技学院学报》 2025年第4期60-68,共9页
叶片叶绿素含量(Leaf Chlorophyll Content, LCC)是表征作物生长发育状况的重要指标,实时准确地监测LCC在田间作物营养精细化管理中具有重要意义。传统LCC反演难以满足实时、准确和高效的监测要求,机器学习与辐射传输模型协同可以弥补... 叶片叶绿素含量(Leaf Chlorophyll Content, LCC)是表征作物生长发育状况的重要指标,实时准确地监测LCC在田间作物营养精细化管理中具有重要意义。传统LCC反演难以满足实时、准确和高效的监测要求,机器学习与辐射传输模型协同可以弥补上述缺点,实现对LCC精确高效的反演。将DJI Mavic 3 Multispectral无人机获取的不同时期冬小麦冠层光谱数据作为实测数据,将多参数组合下的PROSAIL模型生成的光谱数据作为模拟数据,通过组合实测和模拟数据构建5种数据集(D1~D5),基于训练集和测试集的不同占比生成4种组合策略(CS1~CS4),并结合3种机器学习算法进行LCC反演。与LCC相关性最高的植被指数是叶片叶绿素指数,相关系数为0.845;PROSAIL结合机器学习的混合方法能够有效提高LCC反演模型的精度与泛化能力,其效果优于传统的经验模型,测试集R2提高0.10,RMSE降低1.82;随机森林算法反演LCC的精度最好,在测试集中R2最高为0.846,RMSE为4.992。本文证实了混合方法可以降低物理模型的复杂度,同时加强经验模型的反演精度,有望为田间作物大规模的LCC反演提供科学可靠的反演方法。 展开更多
关键词 无人机遥感 机器学习 prosail模型 叶片叶绿素含量 混合数据集
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基于PROSAIL辐射传输模型的毛竹林叶面积指数遥感反演 被引量:38
8
作者 谷成燕 杜华强 +4 位作者 周国模 韩凝 徐小军 赵晓 孙晓艳 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第8期2248-2256,共9页
采用PROSAIL辐射传输模型建立毛竹林叶面积指数(LAI)-冠层反射率查找表,并结合Landsat TM卫星遥感数据,实现了毛竹林LAI的定量反演.结果表明:PROSAIL模型各输入参数的敏感性由高到低依次为LAI>叶绿素含量(Cab)>叶片结构参数(N)>... 采用PROSAIL辐射传输模型建立毛竹林叶面积指数(LAI)-冠层反射率查找表,并结合Landsat TM卫星遥感数据,实现了毛竹林LAI的定量反演.结果表明:PROSAIL模型各输入参数的敏感性由高到低依次为LAI>叶绿素含量(Cab)>叶片结构参数(N)>平均叶倾角(ALA)>等效水厚度(Cw)>干物质含量(Cm),并以LAI、Cab两个主要敏感因子用于构建毛竹林LAI-冠层反射率查找表;基于PROSAIL模型的毛竹林LAI遥感反演结果与实测LAI具有很好的一致性,二者相关系数为0.90,均方根误差和相关的均方根误差也较小,分别为0.58和13.0%,但也存在反演LAI平均值高于实际值的问题. 展开更多
关键词 prosail模型 毛竹林 叶面积指数 遥感 查找表
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基于优化PROSAIL叶倾角分布函数的玉米LAI反演方法 被引量:19
9
作者 苏伟 郭皓 +2 位作者 赵冬玲 刘婷 张明政 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期234-241,271,共9页
叶面积指数(LAI)是描述玉米冠层结构的重要参数之一,PROSAIL模型是常用于反演LAI的机理模型,能较为真实地反演植被冠层真实情况,但PROSAIL模型中使用的叶倾角分布函数假定区域内所有作物叶倾角分布是相同的,不能反映玉米植株真实的叶倾... 叶面积指数(LAI)是描述玉米冠层结构的重要参数之一,PROSAIL模型是常用于反演LAI的机理模型,能较为真实地反演植被冠层真实情况,但PROSAIL模型中使用的叶倾角分布函数假定区域内所有作物叶倾角分布是相同的,不能反映玉米植株真实的叶倾角分布情况。本研究以高分一号遥感影像和地基激光雷达点云数据作为数据源,充分利用地基激光雷达(TLS)在获取植被结构参数上的优势,通过体素化的方法对玉米叶片回波点云进行分割,获取每个拟合叶片单元的叶倾角,进而得到玉米植株真实的叶倾角分布,结合椭球分布函数得到玉米精确的叶倾角分布函数,实现对PROSAIL模型中叶倾角分布函数的优化。研究过程中分别基于未改进的PROSAIL模型和经过TLS优化后的PROSAIL模型反演黑龙江825农场主要玉米种植区的LAI。LAI反演结果表明:2种反演方法得到的LAI与实测LAI都具有较好的相关性,决定系数R2分别为0.557 6和0.858 3,模型可信度较高;但基于PROSAIL模型反演所得LAI结果偏低,在利用TLS数据提取叶倾角对模型进行优化后,反演LAI的估算精度由26.53%提高到96.23%。由此可知,通过引入TLS点云数据改进农作物叶倾角分布函数能大幅度提高LAI反演的准确性。 展开更多
关键词 玉米 prosail模型 叶倾角分布函数 叶面积指数 地基激光雷达 高分一号
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Spatial-time continuous changes simulation of crop growth parameters with multi-source remote sensing data and crop growth model 被引量:14
10
作者 吴伶 刘湘南 +2 位作者 周博天 李露锋 谭正 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期1173-1191,共19页
本文将遥感信息与作物模型同化实现作物生长参数的时空域连续模拟,进而监测生长参数的时空域变化。首先将作物模型WOFOST(World food studies)与冠层辐射传输模型PROSAIL耦合构建WOPROSAIL模型,利用微粒群算法(PSO)通过最小化从CCD数据... 本文将遥感信息与作物模型同化实现作物生长参数的时空域连续模拟,进而监测生长参数的时空域变化。首先将作物模型WOFOST(World food studies)与冠层辐射传输模型PROSAIL耦合构建WOPROSAIL模型,利用微粒群算法(PSO)通过最小化从CCD数据获取的土壤调节植被指数观测值SAVI(soil adjusted vegetation index)与耦合模型得到的模拟值SAVI’之间差值优化作物模型初始参数。通过MODIS数据反演实现参数的区域化,并将区域参数作为优化后作物模型输入参数驱动模型逐像元计算生长参数,实现生长参数的时空域连续模拟与监测,最终建立区域尺度遥感-作物模拟同化框架模型RS-WOPROSAIL。结果表明:同化模型解决了作物模型模拟空间域和遥感信息时间域的不连续问题。模型模拟的叶面积指数(LAI)、穗重(WSO)、地上总生物量(TAGP)等生长参数较好地体现了水稻生长状况时空域变化,研究区水稻模拟产量与实际产量的误差为27.4%。 展开更多
关键词 遥感技术 遥感方式 遥感图像 应用
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基于Landsat-8遥感数据和PROSAIL辐射传输模型反演叶面积指数 被引量:8
11
作者 杜育璋 姜小光 +3 位作者 张雨泽 黄成 刘朝霞 刘亮 《干旱区地理》 CSCD 北大核心 2016年第5期1096-1103,共8页
为了探讨Landsat 8 OIL数据在LAI大范围反演方面的应用潜力,使用Landsat 8 OIL影像,通过PROSAIL辐射传输模型,采用3种波段组合(Band2-7,Band2-5,Band3-5)建立了3个模拟冠层反射率-叶面积指数(LAI)查找表,用2种代价函数(Geman and Mc Cl... 为了探讨Landsat 8 OIL数据在LAI大范围反演方面的应用潜力,使用Landsat 8 OIL影像,通过PROSAIL辐射传输模型,采用3种波段组合(Band2-7,Band2-5,Band3-5)建立了3个模拟冠层反射率-叶面积指数(LAI)查找表,用2种代价函数(Geman and Mc Clure代价函数,均方根误差代价函数)实现了对玉米、土豆、森林LAI的定量反演,并用LAI-2200测量数据作为相对真值对反演精度进行评价。结果表明:(1)使用Landsat 8数据,通过PROSAIL模型反演叶面积指数的精度是可以接受的,RMSE范围为在[0.892 4,1.205 0],R2范围为[0.721 3,0.873 3]。(2)Band5(近红外),Band4(红)Band3(绿)的波段组合反演效果在3种组合中精度最高,平均RMSE=0.993 1,R2=0.787 3。(3)Geman and Mc Clure代价函数比常用的均方根误差代价函数得到了更高的反演精度,平均RMSE=0.940 5,R2=0.817 5。(4)相对最优的反演策略是Band5,Band4,Band3的波段组合结合GM代价函数,RMSE=0.892 4,R2=0.873 3。(5)存在玉米土豆的反演值普遍低于测量值,而森林的反演值普遍高于测量值的问题。 展开更多
关键词 叶面积指数 prosail模型 LANDSAT 8 查找表
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PROSAIL模型的参数敏感性研究 被引量:31
12
作者 王李娟 牛铮 《遥感技术与应用》 CSCD 北大核心 2014年第2期219-223,共5页
为了对植被参数反演以及模型优化提供一定的参考,采用扩展傅立叶幅度灵敏度检验法(EFAST)对PROSAIL模型的各输入参数进行全局敏感性定量化分析,筛选出对模型结果影响最大的参数。结果表明:在红光波段,总敏感指数大于0.1的参数依次为Cab... 为了对植被参数反演以及模型优化提供一定的参考,采用扩展傅立叶幅度灵敏度检验法(EFAST)对PROSAIL模型的各输入参数进行全局敏感性定量化分析,筛选出对模型结果影响最大的参数。结果表明:在红光波段,总敏感指数大于0.1的参数依次为Cab、Ns、Hspot和LAI,其中Cab的总敏感性指数最大为0.489,是在红光波段范围对PROSAIL模型模拟结果影响最显著的参数。在近红外波段,总敏感指数大于0.1的参数依次为LAI、Cm、ALA、Ns和Hspot,LAI是近红外波段区域对PROSAIL模型模拟结果影响最大的参数,其总敏感性指数高达0.512。 展开更多
关键词 prosail模型 敏感性分析 EFAST
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基于核岭回归算法的PROSAIL模型反演高空间分辨率叶面积指数 被引量:7
13
作者 郭恒亮 李晓 +1 位作者 付羽 乔宝晋 《草业学报》 CSCD 北大核心 2022年第12期41-51,共11页
准确估算叶面积指数(LAI)在生态、环境和气候变化研究方面具有重要作用。依靠卫星遥感技术能够获取大范围LAI产品,但其空间分辨率较低且依赖大量地面实测数据,难以满足高精度、大范围研究的需求。本研究基于30 m空间分辨率地表反射率数... 准确估算叶面积指数(LAI)在生态、环境和气候变化研究方面具有重要作用。依靠卫星遥感技术能够获取大范围LAI产品,但其空间分辨率较低且依赖大量地面实测数据,难以满足高精度、大范围研究的需求。本研究基于30 m空间分辨率地表反射率数据,在不依赖大量地面实测数据的情况下,提出基于核岭回归算法的PROSAIL物理模型反演LAI,首先对PROSAIL模型的输入参数进行敏感性分析,以确定输入参数并生成模拟数据集,从而建立模拟反射率与LAI之间的核岭回归反演模型,进行高空间分辨率LAI反演,并与基于多层感知机的PROSAIL模型、基于随机森林回归的PROSAIL模型进行对比分析。结果表明:基于核岭回归的PROSAIL模型获得了最高的LAI反演精度,模型决定系数(R2)为0。8089,均方根误差(RMSE)为0。2492,基于多层感知机和随机森林回归的PROSAIL模型反演精度较差,模型R2分别为0。7726和0。7118,RMSE分别为0。2781和0。2432。研究认为基于核岭回归的PROSAIL模型可以有效提升LAI反演精度,为快速准确的区域性高空间分辨率LAI反演提供了技术和方法。 展开更多
关键词 叶面积指数 核岭回归算法 prosail模型 反演
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基于PROSAIL混合反演模型的MODIS LAI产品改进及评估 被引量:5
14
作者 赫晓慧 张乐涵 +2 位作者 乔梦佳 田智慧 周广胜 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第22期9328-9341,共14页
叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是定量陆地生态系统中光合作用、呼吸作用、蒸腾、碳和养分循环等过程中物质与能量交换的重要结构参数。目前大、中尺度的气候和生态水文建模使用的LAI产品主要来源于中分辨率成像光谱仪(MODIS),但由于... 叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是定量陆地生态系统中光合作用、呼吸作用、蒸腾、碳和养分循环等过程中物质与能量交换的重要结构参数。目前大、中尺度的气候和生态水文建模使用的LAI产品主要来源于中分辨率成像光谱仪(MODIS),但由于其反演过程中的不确定性因素导致MODIS LAI产品在部分地区存在质量问题。以青海省复杂植被地区为研究区域,基于实地考察与采样验证了区域内MODIS LAI所存在的质量问题分布,并揭示了不确定因素的影响。与此同时,提出了一种基于PROSAIL模型与深度神经网络(DNN)的混合建模技术,针对MODIS LAI生成机制中地表分类数据、地表反射率数据和反演算法的不确定性进行改进,并基于青海省大范围实测LAI数据评估了改进前后产品的准确度,实测数据的验证结果发现:改进模型的LAI准确度(RMSE=0.48,R^(2)=0.64)显著高于MODIS LAI(RMSE=0.71,R^(2)=0.56),预测结果与实测结果之间的偏差显著减少;区域尺度上,柴达木荒漠植被低覆盖典型区域、三江源高寒草甸中覆盖典型区域与青海湖牧场草地高覆盖典型区域的RMSE分别提高了0.19、0.10、0.54,改进方法有效解决了MODIS LAI产品中高覆盖植被饱和效应导致的高估以及低覆盖植被未检索导致低估的质量问题,改进结果分布连续,更符合真实植被状况。基于以上研究,充分证明了研究方法对MODIS LAI产品的改进具有可靠性,能够在缺少实测样本数据的情况下有效提高MODIS LAI的质量,为全球植被环境监测与生态建模提供重要的数据支持。 展开更多
关键词 MODIS LAI prosail模型 叶面积指数 深度神经网络
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基于PROSAIL模型的温性草甸草原FPAR遥感反演 被引量:2
15
作者 李刚 张华 +2 位作者 王道龙 张宏斌 辛晓平 《中国草地学报》 CSCD 北大核心 2014年第2期61-69,共9页
利用地面实测草地冠层反射率、叶绿素含量等数据,结合PROSAIL模型,分析了其反演草地FPAR的效果,并模拟叶绿素含量、LAI影响下的连续植被冠层反射率的变化情况,分析了冠层反射率与FPAR的关系,建立了草地冠层FPAR遥感估算模型。结果表明:... 利用地面实测草地冠层反射率、叶绿素含量等数据,结合PROSAIL模型,分析了其反演草地FPAR的效果,并模拟叶绿素含量、LAI影响下的连续植被冠层反射率的变化情况,分析了冠层反射率与FPAR的关系,建立了草地冠层FPAR遥感估算模型。结果表明:利用PROSAIL模型模拟的温性草甸草原生长季羊草群落和贝加尔针茅群落草地冠层FPAR值与MODIS反演的FPAR比较而言,PROSAIL模型能够很好地模拟生长季FPAR的季节动态,且比MODIS反演的FPAR与实测值更相近,但不同草地类型略有不同。 展开更多
关键词 温性草甸草原 辐射传输模型 MODIS FPAR产品 prosail模型 验证
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基于PROSAIL模型的水稻叶片生物量反演 被引量:5
16
作者 于丰华 白驹驰 +2 位作者 金忠煜 张鸿刚 许童羽 《华中农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期187-194,共8页
为解决水稻叶片生物量反演模型普遍存在的泛用性与机理性较差的问题,利用无人机高光谱遥感平台获取水稻冠层400~1 000 nm的高光谱反射率信息,对PROSAIL模型进行参数敏感性分析,根据分析结果利用连续投影法提取敏感波段,在此基础上,结合P... 为解决水稻叶片生物量反演模型普遍存在的泛用性与机理性较差的问题,利用无人机高光谱遥感平台获取水稻冠层400~1 000 nm的高光谱反射率信息,对PROSAIL模型进行参数敏感性分析,根据分析结果利用连续投影法提取敏感波段,在此基础上,结合PROSAIL作物辐射传输模型与水稻高光谱数据,运用秃鹰算法(BES)对PROSAIl模型的生物量参数进行数值优化,从而快速、精准实现水稻关键生育期的叶片生物量反演。结果显示:运用改进Sobol方法对水稻叶片生物量进行全局敏感性分析,敏感区间为700~1 000 nm。对敏感区间内光谱利用连续投影法提取了750、788、898、940、962、999 nm等6个水稻叶片生物量特征波长。结合PROSAIL模型与BES优化算法,构建了PROSAIL-BES数值优化方法。以水稻特征波段光谱反射率为模型输入,通过PROSAIL-BES数值优化方法对PROSAIL模型参数进行校正,叶片生物量反演结果 R2为0.694,RMSE为0.002。结果表明,与传统机器学习模型的反演结果对比,PROSAIL-BES数值优化方法具有更好的反演精度,在水稻生物量反演领域具有较好的实用价值和应用潜力。 展开更多
关键词 水稻 叶片生物量 反演 prosail模型 数值优化 高光谱遥感 无人机遥感技术 精准农业
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基于PROSAIL模型和遗传算法优化的BP神经网络模型的不同大豆种群叶面积指数反演比较 被引量:6
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作者 赫晓慧 冯坤 +1 位作者 郭恒亮 田智慧 《河南农业大学学报》 CSCD 2021年第4期698-706,共9页
以大豆叶面积指数(Leaf area index,LAI)反演为研究目标,利用PROSAIL模型和遗传算法优化后的BP神经网络模型,分别对重组自交系(Recombinant Inbred Lines,RIL)和自然野生大豆种群的LAI进行反演。结果表明,在对人工定向培育的RIL大豆种... 以大豆叶面积指数(Leaf area index,LAI)反演为研究目标,利用PROSAIL模型和遗传算法优化后的BP神经网络模型,分别对重组自交系(Recombinant Inbred Lines,RIL)和自然野生大豆种群的LAI进行反演。结果表明,在对人工定向培育的RIL大豆种群冠层叶片LAI反演中,PROSAIL模型表现出了更优异的反演能力,而对品种繁多的自然野生大豆种群LAI反演中,遗传算法优化后的BP神经网络模型表现出了更好的适用性,并且上述2种模型在始粒期(R5)时性能最佳,PROSAIL模型和遗传算法优化后的BP神经网络模型R2分别为0.89和0.85,RMSE分别为0.11和0.13,EA均为97%,典型生育期内的反演性能均优于全生育期综合反演性能。因此,针对同一农作物不同种群的表型特征反演,需要根据研究对象的特征来选择合适的模型,以便于精确的估测大豆长势情况,为农作物的规模化育种监测提供数据支持。 展开更多
关键词 叶面积指数 反演 BP神经网络 遗传算法 prosail模型
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Retrieving chlorophyll content and equivalent water thickness of Moso bamboo(Phyllostachys pubescens) forests under Pantana phyllostachysae Chao-induced stress from Sentinel-2A/B images in a multiple LUTs-based PROSAIL framework 被引量:3
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作者 Zhanghua Xu Anqi He +10 位作者 Yiwei Zhang Zhenbang Hao Yifan Li Songyang Xiang Bin Li Lingyan Chen Hui Yu Wanling Shen Xuying Huang Xiaoyu Guo Zenglu Li 《Forest Ecosystems》 SCIE CSCD 2023年第2期252-267,共16页
Biochemical components of Moso bamboo(Phyllostachys pubescens)are critical to physiological and ecological processes and play an important role in the material and energy cycles of the ecosystem.The coupled PROSPECT w... Biochemical components of Moso bamboo(Phyllostachys pubescens)are critical to physiological and ecological processes and play an important role in the material and energy cycles of the ecosystem.The coupled PROSPECT with SAIL(PROSAIL)radiative transfer model is widely used for vegetation biochemical component content inversion.However,the presence of leaf-eating pests,such as Pantana phyllostachysae Chao(PPC),weakens the performance of the model for estimating biochemical components of Moso bamboo and thus must be considered.Therefore,this study considered pest-induced stress signals associated with Sentinel-2A/B images and field data and established multiple sets of biochemical canopy reflectance look-up tables(LUTs)based on the PROSAIL framework by setting different parameter ranges according to infestation levels.Quantitative inversions of leaf area index(LAI),leaf chlorophyll content(LCC),and leaf equivalent water thickness(LEWT)were derived.The scale conversions from LCC to canopy chlorophyll content(CCC)and LEWT to canopy equivalent water thickness(CEWT)were calculated.The results showed that LAI,CCC,and CEWT were inversely related with PPC-induced stress.When applying multiple LUTs,the p-values were<0.01;the R2 values for LAI,CCC,and CEWT were 0.71,0.68,and 0.65 with root mean square error(RMSE)(normalized RMSE,NRMSE)values of 0.38(0.16),17.56μg cm-2(0.20),and 0.02 cm(0.51),respectively.Compared to the values obtained for the traditional PROSAIL model,for October,R2 values increased by 0.05 and 0.10 and NRMSE decreased by 0.09 and 0.02 for CCC and CEWT,respectively and RMSE decreased by 0.35μg cm-2 for CCC.The feasibility of the inverse strategy for integrating pest-induced stress factors into the PROSAIL model,while establishing multiple LUTs under different pest-induced damage levels,was successfully demonstrated and can potentially enhance future vegetation parameter inversion and monitoring of bamboo forest health and ecosystems. 展开更多
关键词 Moso bamboo Chlorophyll content Equivalent water thickness prosail model Multiple LUTs Pantana phyllostachysae Chao Sentinel-2A/B images
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基于PROSAIL模型偏差补偿的水稻叶绿素含量遥感估测 被引量:13
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作者 刘潭 许童羽 +3 位作者 于丰华 袁青云 郭忠辉 王永刚 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期156-164,共9页
以东北水稻为研究对象,以提高叶绿素估测精度和模型可解释性为目标,提出了一种混合建模方法。以PROSAIL辐射传输机理模型为基础,模拟水稻冠层光谱,建立叶绿素含量的查找表,初步估测叶绿素含量,并采用最小二乘支持向量机(LSSVM)建立误差... 以东北水稻为研究对象,以提高叶绿素估测精度和模型可解释性为目标,提出了一种混合建模方法。以PROSAIL辐射传输机理模型为基础,模拟水稻冠层光谱,建立叶绿素含量的查找表,初步估测叶绿素含量,并采用最小二乘支持向量机(LSSVM)建立误差模型,对PROSAIL模型偏差进行补偿,弥补PROSAIL建模时产生的误差。为验证模型的估测能力,选取13种与作物叶绿素关系较为密切的植被指数,通过不同统计模型的模拟分析,筛选出4种较优的植被指数,分别建立单因子输入的最优预测模型(GNDVI、RSI、(SDr-SDb)/(SDr+SDb)的乘幂模型及MCARI的指数模型)。以4种植被指数作为输入,利用偏最小二乘法(PLS)、LSSVM回归法、BP神经网络及本文提出的混合建模方法分别构建水稻叶绿素含量多因子预测模型,并进行估测和验证。结果表明,相比单因子输入的最优预测模型,混合模型具有较低的预测偏差,其建模集R^2=0.7406,RMSE为0.9852 mg/dm^2,验证集R^2=0.7332,RMSE为1.0843 mg/dm^2。与采用其他多因子预测模型相比,本文方法具有较高的估测精度和良好的鲁棒性。另外,混合建模方法以PROSAIL模型为基础,物理意义较为明确,提高了预测模型的可解释性。本文可为作物叶绿素含量估测提供新的思路和方法,为诊断水稻氮营养含量和监测水稻长势提供参考。 展开更多
关键词 水稻 叶绿素含量 光谱分析 prosail模型偏差补偿 混合建模
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基于PROSAIL辐射传输模型的毛竹林分冠层反射率模拟研究 被引量:8
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作者 曾琪 余坤勇 +4 位作者 姚雄 郑文英 张今朝 艾婧文 刘健 《植物科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期699-707,共9页
冠层光谱反射率直接关系到毛竹(Phyllostachys pubescens Mazel)林冠层参数的反演,对毛竹林地土壤肥力间接估测具有重要意义。以PROSPECT5、PROSAIL模型为基础,从叶片尺度和冠层尺度分析模型参数对叶片和冠层反射率的影响,构建毛竹冠层... 冠层光谱反射率直接关系到毛竹(Phyllostachys pubescens Mazel)林冠层参数的反演,对毛竹林地土壤肥力间接估测具有重要意义。以PROSPECT5、PROSAIL模型为基础,从叶片尺度和冠层尺度分析模型参数对叶片和冠层反射率的影响,构建毛竹冠层叶面积指数(LAI)-冠层反射率查找表并通过代价函数选取最优冠层反射率,从而实现毛竹林分冠层反射率的准确模拟。结果表明,在叶片尺度,PROSPECT模型参数敏感性从高到低依次为叶肉结构参数(N)>叶绿素含量(C_(ab))>等效水厚度(EWT)>干物质含量(C_m)>类胡萝卜素含量(C_(ar));在冠层尺度,PROSAIL模型参数敏感性从高到低依次为LAI>C_(ab)>EWT>C_m>N>C_(ar)>ALA(平均叶倾角);叶片尺度反射率整体大于冠层尺度反射率;在400~900 nm波长范围内,PROSAIL模型模拟的冠层光谱反射率与实测光谱反射率拟合效果较好,相对误差为6.71%。 展开更多
关键词 毛竹 prosail模型 尺度效应 冠层反射率
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