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基于辐射传输模型探究机载高光谱激光雷达的植被垂直生化组分探测能力
被引量：
1
1
作者
郝一硕
牛沂芳
+1 位作者
王力
毕恺艺
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第7期2083-2092,共10页
自然环境下的植被群落,由于各种群之间以及种群与环境间的竞争与选择,常呈现出一定的垂直结构,对于同一植株的不同生长阶段,在垂直方向也有着不同的生理生化参数。对这种三维立体分布特征进行探测,能够进行生态环境立体化定量评价,对森...
自然环境下的植被群落,由于各种群之间以及种群与环境间的竞争与选择,常呈现出一定的垂直结构,对于同一植株的不同生长阶段,在垂直方向也有着不同的生理生化参数。对这种三维立体分布特征进行探测,能够进行生态环境立体化定量评价,对森林碳储量估算和生物多样性保护等具有重要意义。传统的被动光学遥感以及激光雷达在植被生化参数垂直探测方面有较大的局限性,而高光谱激光雷达(Hyperspectral LiDAR,HSL)这一新型探测仪器的出现为探测植被生理生化参数垂直分布提供了新的手段。但由于受到硬件方面的限制,HSL在机载平台下对森林复杂立体场景的适用性尚未得到充分研究。故首先基于HSL原型样机在实验室开展小尺度的室内测量,以火炬花植株为目标,验证其对空间信息和光谱信息的一体化提取能力;随后进一步使用三维辐射传输模型构建具有垂直异质性特征的森林场景,模拟机载HSL设备实现森林的高光谱三维点云提取,结合植被指数和随机森林模型对场景中三种不同植被冠层的叶绿素浓度和类胡萝卜素浓度进行反演。结果表明:室内实验证实了HSL回波信息可以有效区分植株不同高度处光谱曲线的差异,火炬花上部红色叶片和下部绿色叶片的归一化植被指数分别小于和大于0.5;基于三维辐射传输模型成功构建了虚拟森林场景的机载HSL高光谱三维点云,在得到的24组植被指数中,有17组指数表现出良好的探测精度(平均绝对百分比误差MAPE<13%);植被叶绿素反演模型R^(2)达到0.93,上层、中层和下层的平均绝对误差MAE分别为6.26、3.40和2.81;类胡萝卜素反演模型R^(2)为0.91,上层、中层和下层的MAE分别为1.59、2.58和0.39。该研究显示出HSL设备是一种立体化提取植被光谱信息的有效手段,在探测森林等复杂植被场景的生化组分垂直分布方面具有巨大的应用潜力。
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关键词
森林立体场景
机载高光谱激光雷达
三维
辐射
传输
模型
植被生化组分
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职称材料
SS-Minnaert:改进的植被地形校正方法
2
作者
吕悦
李大成
+2 位作者
徐兆鹏
杨毅
胡志恒
《中国空间科学技术(中英文)》
北大核心
2025年第3期164-174,共11页
地形效应对遥感数据的地表反射率造成显著偏差,尤其是在太阳天顶角较大及地表异质性显著的情景中,传统的地形校正手段往往不能完全校正因地形引起的散射效应。为了解决地形校正在地表散射过强时校正能力不足的问题,通过对植被区内地形...
地形效应对遥感数据的地表反射率造成显著偏差,尤其是在太阳天顶角较大及地表异质性显著的情景中,传统的地形校正手段往往不能完全校正因地形引起的散射效应。为了解决地形校正在地表散射过强时校正能力不足的问题,通过对植被区内地形效应引起的误差进行研究,提出了考虑太阳天顶角和地表异质性的SS-Minnaert模型地形校正方法,并基于三维离散各向异性辐射传输模型(DART)模拟的反射率进行了模型精度的验证。结果表明,在太阳天顶角大于40°和小于40°两侧,SS-Minnaert模型校正结果在绿、红和近红外波段范围的RMSE比Minnaert模型分别提升0.036~0.092和0.004~0.031。进一步的定量分析结果揭示,当太阳天顶角超过40°时,SS-Minnaert模型在地形校正上的表现超越了其他主流模型。而在太阳天顶角低于40°的情况下,近红外波段中SS-Minnaert模型与已知的VECA以及Teillet等模型表现出相近的地形校正能力;在红和绿波段,其性能则更胜一筹。总结来说,SS-Minnaert模型通过综合太阳天顶角和地表异质性的双重影响,对Minnaert模型进行了显著改进,并在多个波段下显示出优越的地形校正效果,特别是在高太阳天顶角条件下地形校正能力显著增强。
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关键词
地形校正
三维
辐射
传输
模型
森林冠层
Minnaert
模型
散射效应
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职称材料
海面目标高分辨率卫星成像仿真方法
被引量：
1
3
作者
宋波
方薇
+3 位作者
杜丽丽
崔文煜
王涛
易维宁
《红外与激光工程》
EI
CSCD
北大核心
2021年第12期512-525,共14页
海洋目标高空间分辨率遥感成像仿真技术在海面目标探测识别等方面得到了广泛应用。舰船与海水流体交互作用在高分辨率下得以显现,对其产生的复杂流场辐射模拟是成像仿真的主要难点。重点研究了舰船航行过程中与海水交互产生的流场几何...
海洋目标高空间分辨率遥感成像仿真技术在海面目标探测识别等方面得到了广泛应用。舰船与海水流体交互作用在高分辨率下得以显现,对其产生的复杂流场辐射模拟是成像仿真的主要难点。重点研究了舰船航行过程中与海水交互产生的流场几何形态和物性变化,提出了与海面方向辐射特性的耦合作用模型及海洋目标高分辨率遥感成像仿真方法。通过频谱分析的方法构建海面三维模型,使用计算流体力学的方法构造了船只航行流场的三维几何模型。根据海面组分分布的不同将其辐射特性与三维结构关联,构建了亚米级海洋场景三维辐射模型。通过辐射传输计算、场景内部多次反射模拟及大气影响和传感器效应仿真,最终得到观测条件下的卫星遥感图像。结果表明,将GF-6卫星全色波段实测图像与相同成像条件下的仿真图像对比,图像均值的误差为9.17%,标准差误差为9.21%,在平均灰度值、灰度分布、纹理细节等方面都具有较好的一致性,可以较真实地模拟高分辨率卫星成像下的海洋目标场景。
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关键词
高空间分辨率
海洋场景
舰船航行流场
三维辐射模型
遥感成像仿真
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职称材料
题名
基于辐射传输模型探究机载高光谱激光雷达的植被垂直生化组分探测能力
被引量：
1
1
作者
郝一硕
牛沂芳
王力
毕恺艺
机构
中国科学院空天信息创新研究院
中国科学院大学
出处
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第7期2083-2092,共10页
基金
国家重点研发计划项目(2021YFB3901305)
中国博士后科学基金项目(2022M723221)
国家自然科学基金项目(U2244230)资助。
文摘
自然环境下的植被群落,由于各种群之间以及种群与环境间的竞争与选择,常呈现出一定的垂直结构,对于同一植株的不同生长阶段,在垂直方向也有着不同的生理生化参数。对这种三维立体分布特征进行探测,能够进行生态环境立体化定量评价,对森林碳储量估算和生物多样性保护等具有重要意义。传统的被动光学遥感以及激光雷达在植被生化参数垂直探测方面有较大的局限性,而高光谱激光雷达(Hyperspectral LiDAR,HSL)这一新型探测仪器的出现为探测植被生理生化参数垂直分布提供了新的手段。但由于受到硬件方面的限制,HSL在机载平台下对森林复杂立体场景的适用性尚未得到充分研究。故首先基于HSL原型样机在实验室开展小尺度的室内测量,以火炬花植株为目标,验证其对空间信息和光谱信息的一体化提取能力;随后进一步使用三维辐射传输模型构建具有垂直异质性特征的森林场景,模拟机载HSL设备实现森林的高光谱三维点云提取,结合植被指数和随机森林模型对场景中三种不同植被冠层的叶绿素浓度和类胡萝卜素浓度进行反演。结果表明:室内实验证实了HSL回波信息可以有效区分植株不同高度处光谱曲线的差异,火炬花上部红色叶片和下部绿色叶片的归一化植被指数分别小于和大于0.5;基于三维辐射传输模型成功构建了虚拟森林场景的机载HSL高光谱三维点云,在得到的24组植被指数中,有17组指数表现出良好的探测精度(平均绝对百分比误差MAPE<13%);植被叶绿素反演模型R^(2)达到0.93,上层、中层和下层的平均绝对误差MAE分别为6.26、3.40和2.81;类胡萝卜素反演模型R^(2)为0.91,上层、中层和下层的MAE分别为1.59、2.58和0.39。该研究显示出HSL设备是一种立体化提取植被光谱信息的有效手段,在探测森林等复杂植被场景的生化组分垂直分布方面具有巨大的应用潜力。
关键词
森林立体场景
机载高光谱激光雷达
三维
辐射
传输
模型
植被生化组分
Keywords
3D forest scenes
Airborne hyperspectral LiDAR
3D radiative transfer model
Vegetation biochemical components
分类号
TP79 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
SS-Minnaert:改进的植被地形校正方法
2
作者
吕悦
李大成
徐兆鹏
杨毅
胡志恒
机构
太原理工大学矿业工程学院
中国资源卫星应用中心
出处
《中国空间科学技术(中英文)》
北大核心
2025年第3期164-174,共11页
基金
国家重点研发计划(2022YFB3903000)。
文摘
地形效应对遥感数据的地表反射率造成显著偏差,尤其是在太阳天顶角较大及地表异质性显著的情景中,传统的地形校正手段往往不能完全校正因地形引起的散射效应。为了解决地形校正在地表散射过强时校正能力不足的问题,通过对植被区内地形效应引起的误差进行研究,提出了考虑太阳天顶角和地表异质性的SS-Minnaert模型地形校正方法,并基于三维离散各向异性辐射传输模型(DART)模拟的反射率进行了模型精度的验证。结果表明,在太阳天顶角大于40°和小于40°两侧,SS-Minnaert模型校正结果在绿、红和近红外波段范围的RMSE比Minnaert模型分别提升0.036~0.092和0.004~0.031。进一步的定量分析结果揭示,当太阳天顶角超过40°时,SS-Minnaert模型在地形校正上的表现超越了其他主流模型。而在太阳天顶角低于40°的情况下,近红外波段中SS-Minnaert模型与已知的VECA以及Teillet等模型表现出相近的地形校正能力;在红和绿波段,其性能则更胜一筹。总结来说,SS-Minnaert模型通过综合太阳天顶角和地表异质性的双重影响,对Minnaert模型进行了显著改进,并在多个波段下显示出优越的地形校正效果,特别是在高太阳天顶角条件下地形校正能力显著增强。
关键词
地形校正
三维
辐射
传输
模型
森林冠层
Minnaert
模型
散射效应
Keywords
terrain correction
three-dimensional radiation transfer model
forest canopy
minnaert model
scattering effe
分类号
P236 [天文地球—摄影测量与遥感]
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职称材料
题名
海面目标高分辨率卫星成像仿真方法
被引量：
1
3
作者
宋波
方薇
杜丽丽
崔文煜
王涛
易维宁
机构
中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室
中国科学技术大学
出处
《红外与激光工程》
EI
CSCD
北大核心
2021年第12期512-525,共14页
文摘
海洋目标高空间分辨率遥感成像仿真技术在海面目标探测识别等方面得到了广泛应用。舰船与海水流体交互作用在高分辨率下得以显现,对其产生的复杂流场辐射模拟是成像仿真的主要难点。重点研究了舰船航行过程中与海水交互产生的流场几何形态和物性变化,提出了与海面方向辐射特性的耦合作用模型及海洋目标高分辨率遥感成像仿真方法。通过频谱分析的方法构建海面三维模型,使用计算流体力学的方法构造了船只航行流场的三维几何模型。根据海面组分分布的不同将其辐射特性与三维结构关联,构建了亚米级海洋场景三维辐射模型。通过辐射传输计算、场景内部多次反射模拟及大气影响和传感器效应仿真,最终得到观测条件下的卫星遥感图像。结果表明,将GF-6卫星全色波段实测图像与相同成像条件下的仿真图像对比,图像均值的误差为9.17%,标准差误差为9.21%,在平均灰度值、灰度分布、纹理细节等方面都具有较好的一致性,可以较真实地模拟高分辨率卫星成像下的海洋目标场景。
关键词
高空间分辨率
海洋场景
舰船航行流场
三维辐射模型
遥感成像仿真
Keywords
high spatial resolution
ocean scene
ship navigation flow field
3D radiation model
remote sensing imaging simulation
分类号
P407 [天文地球—大气科学及气象学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于辐射传输模型探究机载高光谱激光雷达的植被垂直生化组分探测能力
郝一硕
牛沂芳
王力
毕恺艺
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
1
在线阅读
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职称材料
2
SS-Minnaert:改进的植被地形校正方法
吕悦
李大成
徐兆鹏
杨毅
胡志恒
《中国空间科学技术(中英文)》
北大核心
2025
0
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职称材料
3
海面目标高分辨率卫星成像仿真方法
宋波
方薇
杜丽丽
崔文煜
王涛
易维宁
《红外与激光工程》
EI
CSCD
北大核心
2021
1
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职称材料
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