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基于改进像元三分模型的植被覆盖度提取及时空变化分析
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作者 张凡 仇天昊 +3 位作者 李欣悦 张姝茵 徐超 谢治国 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期13-26,共14页
【目的】引入DBSCAN聚类算法和QuickHull凸包检测算法,提出一种自适应端元特征值提取(AEEE)算法,解决像元三分模型中纯净像元指数结合二维散点图(PPI-2DSP)算法依赖人工圈选特征像元候选区的问题,利用AEEE算法评估神木市的光合植被覆盖... 【目的】引入DBSCAN聚类算法和QuickHull凸包检测算法,提出一种自适应端元特征值提取(AEEE)算法,解决像元三分模型中纯净像元指数结合二维散点图(PPI-2DSP)算法依赖人工圈选特征像元候选区的问题,利用AEEE算法评估神木市的光合植被覆盖度(f_(PV))、非光合植被覆盖度(f_(NPV))和裸土覆盖度(f_(BS)),并分析其时空变化,验证算法的有效性,为该地区生态环境评价和植被覆盖度变化规律研究提供参考。【方法】以Landsat系列卫星遥感影像为数据源,首先对遥感数据进行预处理,然后计算像元的归一化植被指数(NDVI)和干枯燃料指数(DFI),通过以下4个步骤获取特征像元候选区:1)应用随机采样模块减少数据规模;2)采用DBSCAN算法聚类,去除离群数据,得到最大簇;3)利用QuickHull算法计算凸包,构建特征三角形边界;4)计算由凸包点集中3个点所构成的最大面积三角形顶点,分别以3个顶点为中心,取端点阈值(θ)范围内区域作为特征像元候选区。预处理的影像经最小噪声分离变换减少计算量后,采用PPI算法计算纯净像元指数,利用特征像元候选区提取纯净像元指数大于5的纯净像元,将这些像元的NDVI和DFI算术平均值作为端元特征值代入像元三分模型计算f_(PV)、f_(NPV)和f_(BS),并分析其时空变化。【结果】AEEE算法提取的神木市2000—2022年端元特征值与PPI-2DSP算法选取的端元特征值相近,相对误差平均值约7.35%;将其应用于像元三分模型,估算得到神木市的f_(PV)和f_(NPV),与传统方法相比年平均误差分别为4.79%和5.05%,符合精度要求。在时间层面上,2000—2022年神木市的f_(PV)和f_(NPV)总体呈波动增长趋势,分别以年平均0.52%和0.22%的速率增长;在空间层面上,2000—2022年神木市的f_(PV)和f_(NPV)呈东南增长快速、西北增长缓慢的趋势,其中f_(PV)主要以增加(39.8%)和基本不变(28.0%)2种变化强度等级为主。【结论】AEEE算法适用于对光合植被、非光合植被和裸土3种端元特征值的自适应提取,能够解决PPI-2DSP算法依赖人工圈选特征像元候选区的问题。 展开更多
关键词 像元三分模型 植被覆盖度 LANDSAT 自适应端元特征值提取算法 陕西省神木市
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植被指数模型估算干旱区稀疏光合/非光合植被覆盖度 被引量:3
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作者 骆义峡 姬翠翠 +2 位作者 李晓松 徐金鸿 杨雪梅 《遥感信息》 CSCD 北大核心 2022年第3期57-64,共8页
定量估算干旱与半干旱地区的稀疏光合与非光合植被覆盖度(f_(PV)和f_(NPV))可为土地荒漠化研究和生态系统研究提供重要信息,同时获取f_(PV)和f_(NPV)有助于为土地退化监测和土地管理提供重要的数据支撑。选取典型干旱区的稀疏植被为研... 定量估算干旱与半干旱地区的稀疏光合与非光合植被覆盖度(f_(PV)和f_(NPV))可为土地荒漠化研究和生态系统研究提供重要信息,同时获取f_(PV)和f_(NPV)有助于为土地退化监测和土地管理提供重要的数据支撑。选取典型干旱区的稀疏植被为研究对象,基于Sentinel-2A多光谱影像及地面实测纯净端元光谱数据获取影像及纯净端元归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、优化的叶绿素吸收指数(modified chlorophyll absorption ratio index,MCARI)、干枯燃料指数(dead fuel index,DFI)和红边叶绿素指数(red-edge chlorophyll index,CI red-edge),构建DNVI-DFI、MCARI-DFI、CI-DFI 3个像元三分模型,并采用NDVI、DFI和比值土壤指数(ratio soil index,RSI)构建线性植被指数模型。经过地面实测植被覆盖度分析评价构建模型精度,得到如下结论:NDVI-DFI模型相较于MCARI-DFI、CI-DFI模型表现出更好的估算效果,f_(PV)估算的RMSE为0.0590(R^(2)=0.7738),f_(NPV)估算的RMSE为0.0510(R^(2)=0.8);NDVI-DFI模型中融入RSI指数构建的线性植被指数模型可以提高f_(PV)和f_(NPV)的估算精度,f_(PV)估算的RMSE为0.0524(R^(2)=0.7764),f_(NPV)估算的RMSE为0.0444(R^(2)=0.8115),精度分别提高11.2%和12.9%。因此,融入RSI指数的NDVI-DFI线性植被指数模型可以有效地估算典型干旱区稀疏植被的f_(PV)和f_(NPV)。该文的研究为NPV覆盖度的定量估算提供更可靠的理论基础。 展开更多
关键词 Sentinel-2A 光合/非光合植被 像元三分模型 线性指数模型
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神木市植被覆盖度时空动态变化分析 被引量:11
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作者 邓目丽 蒋馥根 +2 位作者 孙华 龙依 易静 《森林与环境学报》 CSCD 北大核心 2021年第6期611-619,共9页
为了明确陕西省神木市长时间尺度植被覆盖度变化规律及其驱动因素,通过谷歌地球引擎(GEE)平台获取陕西省神木市2000—2020年植被生长旺盛期(7—9月)的陆地卫星(Landsat)遥感影像,利用归一化植被指数-干枯燃料指数(NDVI-DFI)像元三分模... 为了明确陕西省神木市长时间尺度植被覆盖度变化规律及其驱动因素,通过谷歌地球引擎(GEE)平台获取陕西省神木市2000—2020年植被生长旺盛期(7—9月)的陆地卫星(Landsat)遥感影像,利用归一化植被指数-干枯燃料指数(NDVI-DFI)像元三分模型得到21期神木市光合植被覆盖度(f PV)、非光合植被覆盖度(f NPV)和裸土覆盖度(f BS)的合成结果。通过趋势分析法分析神木市21 a的f PV动态变化,结合年降水量、年平均气温等气象数据及神木市年国内生产总值(GDP)和年原煤产量等社会经济数据分析f PV变化的驱动因素。结果表明:2000—2020年神木市植被覆盖度显著增加,f PV和f NPV分别以年平均3.86%和0.36%的速率增长,高植被覆盖度区域主要集中在东部和南部地区;光合植被退化区域、无变化区域和增加区域的面积分别占神木市总面积的10.2%、0.8%和89.0%,f PV增加较快的区域主要集中于中部、东部和南部,西部和西北部的小部分地区植被有退化现象;年降水量、年GDP和年原煤产量与神木市f PV均表现为显著正相关(P<0.05),表明降水量和经济发展能在一定程度促进植被覆盖度增加,而气温对植被状况改善影响较小。 展开更多
关键词 植被覆盖度 归一化植被指数-干枯燃料指数 像元三分模型 谷歌地球引擎 LANDSAT 神木市
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基于NDVI-DFI分析新疆戈壁区植被的时空变化 被引量:5
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作者 宋吉梅 夏楠 +1 位作者 海文月 唐梦迎 《西南农业学报》 CSCD 北大核心 2022年第12期2867-2875,共9页
【目的】验证NDVI-DFI像元三分模型在新疆荒漠绿洲交错区提取植被信息的区域适用性,并应用该模型分析新疆某戈壁区植被的时空变化特征。【方法】选取新疆天山北坡—准噶尔盆地东缘荒漠绿洲交错带2008年和2017年两期Landsat8影像,基于NDV... 【目的】验证NDVI-DFI像元三分模型在新疆荒漠绿洲交错区提取植被信息的区域适用性,并应用该模型分析新疆某戈壁区植被的时空变化特征。【方法】选取新疆天山北坡—准噶尔盆地东缘荒漠绿洲交错带2008年和2017年两期Landsat8影像,基于NDVI-DFI像元三分模型反演研究区绿色光合植被(PV)、非绿色光合植被(NPV)和裸地(BS)的覆盖度(f_(PV)、f_(NPV)和f_(BS)),用回归分析验证反演精度。【结果】(1)研究区NDVI-DFI指数结构特征表现为三角形,满足像元三分模型的应用条件,但散点分布存在差异,说明某些地表要素发生了改变。(2)f_(PV)主要分布在南部绿洲农田,fNPV主要分布在绿洲和戈壁交错区域以及大片荒漠地区,f_(BS)主要分布在北部戈壁平原和荒山。回归分析结果表明,像元三分模型反演结果与高分2号影像重采样计算结果呈显著正相关(P<0.01)。【结论】(1)像元三分模型能反演出研究区PV、NPV和BS的覆盖度,且符合精度要求,对新疆荒漠绿洲交错区域植被信息的提取具有区域适用性。(2)研究区2008—2017年间Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ级植被面积呈现减少的趋势,Ⅱ和Ⅴ级植被覆盖度均是增大的,植被覆盖由低级向高级转变,高等级植被面积有所增加,研究区总体植被恢复面积>退化面积。 展开更多
关键词 荒漠绿洲交错带 NDVI-DFI像元三分模型 植被覆盖度 转移矩阵
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