森林樹(shù)種波譜特征及生化成分相關(guān)性研究科研成果

森林樹(shù)種的波譜特征決定了遙感成像特征，而波譜特征主要是由生化成分決定的，是生化成分的外部綜合呈現(xiàn)。長(zhǎng)期以來(lái)由于森林樹(shù)種比較高大，對(duì)其進(jìn)行冠層波譜觀測(cè)難度非常大，更不用說(shuō)開(kāi)展同步的生化成分分析，這導(dǎo)致相關(guān)研究較少，對(duì)其遙感成像機(jī)理探索很不夠。本項(xiàng)目以湖南省常見(jiàn)的森林樹(shù)種按落葉闊葉、常綠闊葉、落葉針葉、常綠針葉等典型林分樹(shù)種為研究對(duì)象，在外部環(huán)境條件基本一致的情況下，按不同齡組分別進(jìn)行地面或空中的冠層波譜觀測(cè)，并同步開(kāi)展含水量、葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量、葉黃素、蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素、木質(zhì)素、糖、氨基酸、N、P、K等生化成分分析；采用統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)學(xué)建模等方法，對(duì)波譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并與生化成分相關(guān)性研究；探索對(duì)樹(shù)種波譜特征有顯著影響的生化參數(shù)及其影響水平，解釋森林樹(shù)種在波譜特征相似時(shí)是否具有相似的生化成分及生化成分相近的森林樹(shù)種是否具有相似的波譜特征，從深層次上解釋森林樹(shù)種遙感成像的內(nèi)在機(jī)理。 2100433B

2000年在森林經(jīng)理學(xué)科的資助下，課題組購(gòu)買(mǎi)了美國(guó)ASD公司生產(chǎn)的高光譜儀，開(kāi)展了林業(yè)高光譜的先期研究工作，試探性地發(fā)表了一些研究論文。2004年和2008年兩次獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（湖南省主要針葉樹(shù)種高光譜遙感研究30471391、森林樹(shù)種波譜特及生化成分相關(guān)性研究30871962）的資助，其間還獲得了教育部博士點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)基金（南方喬木樹(shù)種高光譜遙感測(cè)定與分析200805380001）的支持，這些都大大鼓舞了課題組的士氣，使得課題組能夠克服重重困難，順利完成了對(duì)南方主要樹(shù)種特別是鄉(xiāng)土樹(shù)種杉木、馬尾松的定點(diǎn)定位、定期的觀測(cè)，取得了寶貴的第一手資料。在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了一系列的數(shù)據(jù)處理和分析工作，取得了一些初步的結(jié)果。《森林樹(shù)種高光譜遙感研究》，正是介紹了課題組十余年來(lái)，開(kāi)展森林樹(shù)種高光譜研究的一些方法和研究結(jié)果。

人們常根據(jù)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種對(duì)于森林資源進(jìn)行分類(lèi)，并且可以依據(jù)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的分類(lèi)地位制定出多極的分類(lèi)系統(tǒng)。例如，首先可分為針葉林和闊葉林，而針葉林可按照優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的屬，分為松林、落葉松林等，松林又可分為油松林、紅松林、馬尾松林等。除此以外，還要考慮各樹(shù)種的構(gòu)成比例，按此特征可將森林資源分為純林和混交林兩大類(lèi)。天然林大多數(shù)是混交林，但在氣候和土壤條件比較苛刻的地方，也可能形成純林。人工林大多數(shù)是純林。

區(qū)分森林資源的另一重要林木特征是林木的起源。凡林木是種子更新起源的，稱(chēng)之為實(shí)生林，凡是以無(wú)性更新方式起源的，稱(chēng)為萌芽林或無(wú)性繁殖林。

年齡亦是區(qū)分森林資源的重要林木特征。根據(jù)齡級(jí)(多數(shù)以20年為一個(gè)齡級(jí)，有時(shí)以10年或5年為一個(gè)齡級(jí)，隨樹(shù)種的生長(zhǎng)快慢和經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度而定)劃分年齡階段。通常劃分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過(guò)熟林5類(lèi)。成熟林和過(guò)熟林是當(dāng)前可以采伐利用的資源，幼齡林、中齡林和近熟林則是后備資源或稱(chēng)經(jīng)營(yíng)資源。

第一章 緒論

第一節(jié) 高光譜遙感的概念

第二節(jié) 高光譜遙感的發(fā)展現(xiàn)狀

第三節(jié) 典型地物的光譜特征

一、植被

二、土壤

三、巖石

四、水體和雪

五、城市目標(biāo)

第四節(jié) 地面光譜測(cè)量方法

一、實(shí)驗(yàn)室測(cè)量

二、野外測(cè)量

第二章 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理

第一節(jié) 野外光譜數(shù)據(jù)的測(cè)定

一、野外光譜測(cè)量的影響因素

二、地物光譜測(cè)試時(shí)的規(guī)范和測(cè)量要求

第二節(jié) 生物化學(xué)參數(shù)的測(cè)定

第三節(jié) 基于光譜位置變量的分析

第四節(jié) 地物光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理

一、高光譜數(shù)據(jù)平滑去噪

二、高光譜數(shù)據(jù)變換

第五節(jié) 高光譜數(shù)據(jù)分類(lèi)技術(shù)

一、支持向量機(jī)原理

二、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

三、光譜角度制圖法原理

四、馬氏距離分類(lèi)法原理

五、樸素貝葉斯分類(lèi)法原理

六、Fisher判別法原理

第三章 喬木樹(shù)種主要生化參數(shù)估算模型研究

第一節(jié) 杉木色素含量的估算模型研究

一、研究區(qū)概況

二、數(shù)據(jù)收集及處理

三、模型及精度評(píng)價(jià)

四、結(jié)果與分析

第二節(jié) 馬尾松色素含量估算模型研究

一、研究區(qū)概況

二、數(shù)據(jù)收集及處理

三、模型及精度評(píng)價(jià)

四、結(jié)果與分析

第三節(jié) 樟樹(shù)幼林色素含量的估算模型研究

一、研究區(qū)概況

二、數(shù)據(jù)收集及處理

三、模型及精度評(píng)價(jià)

四、結(jié)果與分析

第四章 喬木樹(shù)種高光譜數(shù)據(jù)降維分類(lèi)對(duì)比分析

第一節(jié) 喬木樹(shù)種光譜數(shù)據(jù)采集

第二節(jié) 高光譜數(shù)據(jù)的主成分降維

一、主成分降維原理

二、光譜數(shù)據(jù)降維分類(lèi)測(cè)試

第三節(jié) 高光譜數(shù)據(jù)的獨(dú)立主成分降維

一、獨(dú)立主成分降維原理

二、獨(dú)立主成分降維分類(lèi)結(jié)果對(duì)比

第五章 基于群體算法結(jié)合支持向量機(jī)的高光譜數(shù)據(jù)降維分類(lèi)研究

第一節(jié) 遺傳算法結(jié)合支持向量機(jī)的降維算法

一、降維算法原理

二、降維分類(lèi)結(jié)果分析

第二節(jié) 粒子群算法結(jié)合SVM的高光譜數(shù)據(jù)降維算法

一、粒子群算法原理

二、粒子群算法結(jié)合支持向量機(jī)降維原理

三、降維數(shù)據(jù)分類(lèi)結(jié)果與分析

第六章 成像高光譜影像特征分析與LAl反演

第一節(jié) 數(shù)據(jù)獲取與研究區(qū)概況

一、研究區(qū)概況

二、成像光譜數(shù)據(jù)獲取

三、地面數(shù)據(jù)測(cè)量

第二節(jié) 影像數(shù)據(jù)處理與植被指數(shù)提取

一、Hyperion數(shù)據(jù)讀取與有效波段選擇

二、壞線(xiàn)修復(fù)與條紋去除

三、大氣校正與幾何校正

四、校正結(jié)果與同步觀測(cè)數(shù)據(jù)比較分析

五、植被指數(shù)提取

第三節(jié) 基于植被指數(shù)的LAI反演模型

一、基于單因子的LAI反演模型

二、LAI的逐步回歸模型

三、基于偏最小二乘回歸的LAI反演模型

四、研究區(qū)LAI反演制圖

參考文獻(xiàn)