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基于GF-5高光谱影像的滇中高原灌区土壤有机碳含量反演研究
1
作者 严正飞 杨明龙 +3 位作者 唐秀娟 夏永华 杨赈 李万涛 《南方农业学报》 北大核心 2025年第1期124-134,共11页
【目的】基于GF-5高光谱影像构建针对滇中高原灌区土壤有机碳(SOC)含量反演模型,为后续开展滇中高原灌区SOC含量反演研究提供参考依据。【方法】选取云南省楚雄州姚安县为研究区,以GF-5高光谱影像为基础数据源,筛选出与SOC含量相关性较... 【目的】基于GF-5高光谱影像构建针对滇中高原灌区土壤有机碳(SOC)含量反演模型,为后续开展滇中高原灌区SOC含量反演研究提供参考依据。【方法】选取云南省楚雄州姚安县为研究区,以GF-5高光谱影像为基础数据源,筛选出与SOC含量相关性较高的预处理方法并构建光谱指数,基于连续投影算法(SPA)和竞争性自适应重加权算法(CARS)筛选特征波段组合,以筛选的特征波段、光谱指数、地形因子及Sentinel-1后向散射系数为辅助变量进行组合,结合实地采样的SOC含量数据,运用XGBoost模型进行SOC含量反演。【结果】在21种数据预处理方法中以AM-Normalize的预处理效果最优,与实测SOC含量的相关系数为0.7544;其次是SG-FD、SD和FD的预处理效果,与实测SOC含量的相关系数分别为0.6791、0.6671和0.6202。SPA筛选的波段反演效果最优,其决定系数(R^(2))较CARS和全波段数据分别提升了0.0739和0.1524,均方根误差(RMSE)分别降低了0.9279和1.2793。引入地形因子的变量模型G2,其R^(2)较变量模型G1(特征波段+光谱指数)提升了0.0398,RMSE降低了0.1685;进一步加入Sentinel-1后向散射系数,变量模型G3的R^(2)较变量模型G2提升了0.0255,RMSE降低了0.1385。基于GF-5高光谱影像的SOC含量反演结果显示,滇中高原姚安灌区的SOC含量范围为9.8443~29.2514 g/kg,平均为19.4447 g/kg,与土壤样本SOC含量实测值的范围(10.47~30.11 g/kg)及平均值(20.6307 g/kg)较接近。【结论】基于GF-5高光谱影像构建的XGBoost模型,经AM-Normalize预处理降低噪声干扰、SPA筛选特征波段及引入光谱指数、地形因子和Sentinel-1后向散射系数后,能有效提升SOC含量反演的精度和适用性,为滇中高原地区SOC含量预测提供技术支撑。 展开更多
关键词 土壤有机碳(SOC) gf-5高光谱影像 光谱指数 XGBoost模型 滇中高原
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GF-5卫星高光谱影像数据质量评价与分析 被引量：10
2
作者 王崇倡 薛荣荣 +4 位作者 赵世湖 刘书含 王霞 李鸿洲 刘梓钦 《地理与地理信息科学》 CSCD 北大核心 2021年第1期33-38,125,F0002,共8页
目前遥感影像质量评价的指标与方法虽较为成熟,但尚未发现针对高分五号(GF-5)卫星AHSI影像数据质量评价及其可用性的全面研究。该文在分析高光谱影像质量评价方法的基础上,利用噪声标准差、清晰度和信息熵3个指标,对GF-5可见短波红外谱... 目前遥感影像质量评价的指标与方法虽较为成熟,但尚未发现针对高分五号(GF-5)卫星AHSI影像数据质量评价及其可用性的全面研究。该文在分析高光谱影像质量评价方法的基础上,利用噪声标准差、清晰度和信息熵3个指标,对GF-5可见短波红外谱段的数据质量与可用性进行分析评价,结果表明:GF-5AHSI影像不同波段数据质量存在差异,影像信息主要集中在VNIR和SWIR第1-95波段内(受水汽影响的波段除外),SWIR中第43-50、96-112(1359.03~1418.17nm、1805.44~1940.15nm)共25个波段受水汽影响严重,不可用,第113-180(1948.57~2513.25nm)波段影像质量较差、噪声严重,阻碍了该波段的应用。研究结果可为GF-5AH-SI影像数据的处理与应用提供技术参考。 展开更多
关键词 高分五号卫星 可见短波红外高光谱相机 影像质量评价 光谱响应 可用性
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应用GF-5高光谱遥感影像提取山区茶园 被引量：6
3
作者 钱瑞 徐伟恒 +3 位作者 黄邵东 王雷光 鲁宁 欧光龙 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3591-3598,共8页
为探究高光谱影像丰富的光谱信息对山区茶园的提取效果,促进国产卫星高光谱影像在茶园分布制图与资源监测中的应用,以普洱市南部山区茶园典型分布区为研究区,以高分五号AHSI(GF-5 AHSI)影像以及数字高程模型(DEM)为主要数据源,结合实地... 为探究高光谱影像丰富的光谱信息对山区茶园的提取效果,促进国产卫星高光谱影像在茶园分布制图与资源监测中的应用,以普洱市南部山区茶园典型分布区为研究区,以高分五号AHSI(GF-5 AHSI)影像以及数字高程模型(DEM)为主要数据源,结合实地调查数据,构建基于随机森林(RF)分类器的亚热带山区茶园提取算法。首先,将去除噪声影响后剩余的250个波段作为光谱特征(SF);在分析研究区主要地物(茶园、森林、农田)光谱的基础上,分别构建植被指数特征(VIF)45个,地形特征(TRF)3个。然后,利用RF进行特征重要性排序,按照特征重要性从大到小依次将特征输入RF分类器进行茶园提取,随着特征的不断输入,茶园提取的F1-Score达到饱和不再明显增加时的特征维度即为最优选择特征。依据3种特征因子(SF,VIF和TRF)构建12种分类方案。最后,比较12种方案的茶园提取精度,最终确定最优方案。结果显示,不同特征组合茶园提取F1-Score排序为SF+VIF+TRE+FS>TRF+VIF+FS>SF+TRF+FS>TRF+VIF>VIF+FS>SF+VIF+FS>SF+VIF+TRF>SF+FS>SF+TRF>VIF>SF+VIF>SF。FS后6种分类方案中,SF参与分类的4种方案中被选中2次的波段为b4、b5、b6、b27、b133、b150和b281;在VIF参与分类的4种方案中被选中4次的指数分别为REP、VOG2、SR2、SR3、WBI、TIP3和TIP9;TRF参与分类的4种方案中坡度、坡向、高程均被选中。此外,SF+TRF+VIF特征进行FS后结合RF算法能够对亚热带茶园分布进行有效识别,具有较好的识别精度和可信度,GF-5 AHSI卫星数据在茶园分布制图和资源监测等领域有着较好的应用潜力和前景。 展开更多
关键词 gf-5影像 高光谱 茶园 特征重要性 提取
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基于机器学习优化建模的GF-5影像土壤总氮量预测填图 被引量：3
4
作者 刘丽琪 魏广源 周萍 《智慧农业（中英文）》 CSCD 2024年第5期61-73,共13页
[目的/意义]大范围快速检测土壤养分并实现基于GF-5影像对土壤总氮量精准填图。[方法]基于实测土壤光谱和GF-5星载高光谱数据,引入偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)、反向神经网络(Back Propagation Neural Netwo... [目的/意义]大范围快速检测土壤养分并实现基于GF-5影像对土壤总氮量精准填图。[方法]基于实测土壤光谱和GF-5星载高光谱数据,引入偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)、反向神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)和以核函数Poly为驱动支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的机器学习算法,构建3种土壤总氮(Total Nitrogen,TN)反演模型,并以十折交叉验证方法确定各模型的最优解。采用多元散射校正(Multiple Scattering Correction,MSC)获取的波段特征值使模型表现更佳。[结果和讨论]MSCPoly-SVM模型经测试集样本检验,其决定系数(R2)、均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)和相对分析误差(Residual Prediction Deviation,RPD)分别是0.863、0.203和2.147。将该模型用于星载GF-5号影像数据进行土壤总氮含量的反演填图。由填图结果可见,黑龙江省富锦市建三江垦区86.1%的土地总氮量均在2.0 g/kg以上,土地氮含量以一等地块和二等地块为主,而三等地块和四等级地块仅占总面积的11.83%。研究区内土壤氮要素储备充足,总氮高背景值主要集中在中部靠近河流两岸、呈北东东向分布。本研究土壤总氮预测成图结果与前人1∶25万地球化学插值和航空高光谱影像(Compact Airborne Spectrographic Imager,CASI)和(Shortwave Infrared Airborne Spectrographic Imager,SASI)填图效果具有很好的一致性。[结论]研究表明星载GF-5高光谱数据在土壤全氮含量监测填图和可视化分析上具有极高的潜力,本研究提出方法可为今后大范围开展定量检测土壤养分状况以及合理施肥提供技术支撑。 展开更多
关键词 gf-5高光谱数据 土壤总氮 偏最小二乘回归法 反向神经网络 多元散射校正 机器学习
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“高分五号”卫星高光谱相机结构设计与验证 被引量：1
5
作者 刘书锋 刘银年 +2 位作者 曹开钦 柯有龙 贾晓伟 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第5期70-80,共11页
“高分五号”卫星搭载的可见短波红外高光谱相机AHSI是我国高分专项的核心载荷之一。现有离轴三反相机结构设计多应用于可见光相机及多光谱相机,而高光谱相机则由望远镜、光谱仪及探测器组成特殊架构,AHSI光路长达3 m,包含3套离轴系统... “高分五号”卫星搭载的可见短波红外高光谱相机AHSI是我国高分专项的核心载荷之一。现有离轴三反相机结构设计多应用于可见光相机及多光谱相机,而高光谱相机则由望远镜、光谱仪及探测器组成特殊架构,AHSI光路长达3 m,包含3套离轴系统及22个离轴光学元件,导致系统在有限空间内复杂度及敏感性高,结构设计需解决复杂光路布局与空间环境稳定性挑战。研究基于新材料的相机一体化结构构型,是AHSI结构设计亟待解决的主要问题。首次系统性揭示了AHSI材料选型、结构设计、仿真分析与试验验证全流程。高光谱相机采用55%高体分SiCp/Al复合材料作为光机系统主支撑结构材料,结构设计采用将离轴三反望远镜、奥夫纳光谱仪及探测器等一体集成于复合材料光机框架上,实现了复杂紧凑系统布局、高刚性、高稳定性与轻量化的协同优化,采用超声波辅助梯度钎焊工艺完成光机框架组合焊接,通过有限元分析和力学试验验证了相机结构设计强度和刚度特性。高光谱相机在轨成像质量及辐射特性测试结果与地面保持一致,充分证明了高光谱相机结构设计有效性和稳定性。AHSI是国际上首台同时兼顾宽覆盖和宽谱段的高光谱相机,为我国国土资源调查等国家重大战略需求提供了有力支撑。 展开更多
关键词 “高分五号”卫星 高光谱相机 结构设计 高体分SiCp/Al复合材料 模态分析 力学试验
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全谱段光谱成像仪系统设计及实现 被引量：15
6
作者 赵艳华 戴立群 +3 位作者 白绍竣 刘剑锋 彭宏刚 王浩 《航天返回与遥感》 CSCD 2018年第3期38-50,共13页
全谱段光谱成像仪是"高分五号"卫星上的一个重要的对地观测有效载荷,具有谱段多、空间分辨率高、辐射定标精度高的特点。载荷设计寿命8年,以60km幅宽、推扫成像方式,获取地球表面0.45~12.5μm谱段范围的辐射数据。可见近红外... 全谱段光谱成像仪是"高分五号"卫星上的一个重要的对地观测有效载荷,具有谱段多、空间分辨率高、辐射定标精度高的特点。载荷设计寿命8年,以60km幅宽、推扫成像方式,获取地球表面0.45~12.5μm谱段范围的辐射数据。可见近红外短波谱段(B1-B6)星下点空间分辨率20m,绝对辐射定标精度5%;中长波红外谱段(B7-B12)星下点空间分辨率40m,绝对辐射定标精度1K(300K时)。该载荷集成度高、技术指标先进,使中国多光谱光学遥感器在谱段数量、空间分辨率、辐射分辨率和辐射定标精度上都有了大幅提升。文章对载荷的方案、技术特点和先进性等进行了介绍,并对后续的应用方向进行了展望。 展开更多
关键词 多光谱 全谱段光谱成像仪 遥感 “高分五号”卫星
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高光谱遥感技术发展与展望 被引量：63
7
作者 张淳民 穆廷魁 +1 位作者 颜廷昱 陈泽宇 《航天返回与遥感》 CSCD 2018年第3期104-114,共11页
高光谱遥感技术是在成像光谱学基础上发展起来的一种遥感信息获取技术,因其高光谱分辨率及光谱和图像同时获取的能力,在大气探测、航天遥感、地球资源普查、军事侦察、环境监测、农业和海洋遥感等领域有着广泛和重要的应用。文章对高光... 高光谱遥感技术是在成像光谱学基础上发展起来的一种遥感信息获取技术,因其高光谱分辨率及光谱和图像同时获取的能力,在大气探测、航天遥感、地球资源普查、军事侦察、环境监测、农业和海洋遥感等领域有着广泛和重要的应用。文章对高光谱遥感技术的发展概况进行了回顾,详细介绍了典型的高光谱遥感仪器的发展历程及其主要参数,对比了不同时期各个国家高光谱遥感载荷的性能特点,分析了中国高光谱遥感技术发展现状,并归纳了国际上未来高光谱遥感技术发展计划。文章结合当前信息时代的发展特点,对高光谱遥感技术未来发展进行了展望,指出了高光谱遥感技术探测波段进一步拓宽,时间、空间及光谱分辨率进一步提高,高光谱遥感技术种类进一步丰富,图像、光谱、偏振多元信息一体化获取,智能化、网络化以及小型轻量化的发展趋势,可为中国高光谱遥感技术的进一步成熟化和实用化提供参考。 展开更多
关键词 成像光谱仪 高分辨率 发展趋势 高光谱遥感 “高分五号”卫星
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星载高分五号高光谱耕地主要土壤类型土壤有机质含量估测--以黑龙江省建三江农垦区为例 被引量：5
8
作者 颜祥照 姚艳敏 +1 位作者 张霄羽 刘峻明 《中国土壤与肥料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期10-20,共11页
为了评价国产星载高分五号(GF-5)高光谱影像估测土壤有机质(SOM)含量的潜力,以及不同土壤类型对SOM含量光谱估测精度的影响,本研究以黑龙江省建三江农垦区为研究对象,获取了覆盖研究区域的GF-5高光谱影像和188个土壤样本。对提取的样点G... 为了评价国产星载高分五号(GF-5)高光谱影像估测土壤有机质(SOM)含量的潜力,以及不同土壤类型对SOM含量光谱估测精度的影响,本研究以黑龙江省建三江农垦区为研究对象,获取了覆盖研究区域的GF-5高光谱影像和188个土壤样本。对提取的样点GF-5光谱反射率数据进行了反射率倒数、对数、一阶微分等9种光谱数学变换,并采用相关系数法确定了SOM含量的光谱敏感波段。采用偏最小二乘回归(PLSR)线性统计建模方法,对研究区域全部土壤类型以及草甸土、沼泽土、黑土等主要土壤类型,分别构建了光谱全波段和敏感波段的SOM含量估测模型,并进行了精度评价。结果表明,基于GF-5光谱数据的研究区域全部土壤类型的SOM含量估测精度不理想,最优模型精度决定系数(R^(2))为0.265,均方根误差(RMSE)为4.647%,相对分析误差(RPD)为1.135;不同类型土壤在SOM含量光谱估测精度差异较大,草甸土和沼泽土的SOM含量估测精度不高,但黑土的SOM含量估测精度较高,其中全波段光谱反射率对数一阶微分(LnR)′的SOM含量估测精度最高,R^(2)=0.729,RMSE=1.065%,RPD=1.850,SOM含量估测模型可用。按照不同土壤类型构建SOM含量估测模型可以进一步挖掘GF-5高光谱遥感估测SOM含量的潜力。 展开更多
关键词 高分五号高光谱影像 土壤有机质 土壤类型 估测 偏最小二乘回归
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高分五号高光谱图像自动大气校正方法 被引量：1
9
作者 孔卓 杨海涛 +2 位作者 郑逢杰 李扬 齐济 《遥感信息》 CSCD 北大核心 2023年第2期112-118,共7页
高分五号是我国高分辨率对地观测系统重大专项中唯一的高光谱卫星,为有效提高其应用的效能和质量,首先必须对其图像数据进行大气校正。文章提出了一种基于MODTRAN辐射传输模型的高分五号高光谱图像大气校正方法。首先,通过MODTRAN辐射... 高分五号是我国高分辨率对地观测系统重大专项中唯一的高光谱卫星,为有效提高其应用的效能和质量,首先必须对其图像数据进行大气校正。文章提出了一种基于MODTRAN辐射传输模型的高分五号高光谱图像大气校正方法。首先,通过MODTRAN辐射传输模型构建能见度查找表、水汽含量查找表和反射率查找表;其次,分别采用Version 5.2法和大气预处理微分吸收法逐像元反演得到图像能见度和水汽含量;之后,根据反射率查找表逐像元完成高分五号高光谱图像的大气校正,并与FLAASH校正结果进行对比。结果表明,能见度和水汽含量反演效果较好,校正后的光谱曲线与经FLAASH校正的光谱曲线相吻合,3种定量化指标均保持在较高水平,且该方法能够实现高分五号高光谱图像的自动化批量化大气校正,大气校正过程无需其他额外参数,具有一定的应用价值。 展开更多
关键词 高光谱图像 大气校正 MODTRAN 高分五号 Version 5.2法 大气预处理微分吸收法
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