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Research on vegetation indices based on the remote sensing images

基于遥感影像的植被指数研究方法述评


随着遥感技术的发展,植被指数作为用来表征地表植被覆盖和生长状况的度量参数,已经在环境、生态、农业等领域有了广泛的应用。本文在分析植被指数形成机制及影响因子的基础上,对其具有一定技术突破的典型植被指数进行了归纳分类与比较分析,并评价了各自的优势和局限性。植被指数按遥感数据采集的平台可以分为航空植被指数和航天植被指数两大类,其中航天植被指数又可以分为基于波段简单线性组合的植被指数、消除影响因子的植被指数和针对高光谱遥感及热红外遥感的植被指数三类。最后就植被指数应用中存在的问题以及发展前景谈了一些看法:植被指数数目繁琐重复,急待规范条理化;植被指数应用领域不同,使用者时要慎重;植被指数影响因子很多,具体使用时应适时修正;植被指数公式繁琐阻碍其应用,应开发植被指数产品;遥感技术日新月异,积极研发新的植被指数。

With the development of remote sensing technology, vegetation indices(VI), which is a quantitative indicator for ivegetation canopy and growth conditions, has been widely applied in the fields such as environmental, ecological and agricultural studies. Different types of VI have been developed during last thirty years to enhance vegetation and minimize the effects of the factors. This paper reviews the formation mechanism and the factors of VI such as vegetation conditions, atmosphere, soil, sensor calibration, sensor viewing conditions. The VI with technical innovation are discussed and analyzed for the advantages and limitations. In general, the vegetation indices are classified into airborne and satelliate VI according to the sensor platform. The satelliate vegettion indices consist of three sorts of VI: simple linear combination of the spectral bands, eliminating the effects of the factors and aiming at hyperspectral remote sensing technology and thermal infrared multi-spectral remote sensing technology. Several issues in VI future development are also addressed: Firstly, Standardization and classification of different types of VI are necessary. Secondly, the applied fields of various VI are different so that the choice of VI should be careful. Thirdly, Because of many factors of affecting VI, modification should be made before application in practice. Also, the complex formula of VI prevent its application. Finally, new VI should be developed based on the advance of remote sensing technology.


全 文 : 万方数据
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78 生态科学 24卷
些新的植被指数,比如基于高光谱遥感的植被指数、
基于热红外遥感的植被指数和基于两个或三个离散波
段的植被指数等。
基于高光谱遥感的植被指数中比较典型的是红
边植被指数和倒数植被指数。红边植被指数是基于
红边(680~750nm)的光谱特征发展的。在红边研
究中,主要采用红边斜率和红边位置来描述红边的
特性。红边斜率主要与植被覆盖度或叶面积指数有
关,覆盖度越高越大,红边斜率就越大。红边位置
则灵敏于叶绿素a、b的浓度和植被叶细胞的结构。
因此通过对红边特性的研究,就可以对植被的生长
状态进行监测[271。红边的位置和斜率可以利用高光
谱遥感数据通过由Guvot和Beret在1988年提出的一
种算法来近似得出。Mille(1990)用一个倒高斯模
型拟合红边斜率,也可以获取红边位置信息【28|。导
数植被指数由于它能压缩背景噪音对目标信号的影
响或不理想的低频信号,被应用在目前的高光谱遥
感研究中,尤其是在利用高光谱遥感提取植被化学
成份信息方面得到成功的应用。Demetriades—Shahet
a1.(1990)对高光谱遥感中导数的求解方法进行了
综述,并指出DVI不但能消除大气效应的影响还能
从根本上消除土壤的影响【291。
基于热红外遥感的植被指数本质上是把热红外辐
射(如地面亮度温度)和植被指数结合起来进行大尺度
范围的遥感应用。江东等(2001)构建了水分指数
NDVI/Ts,分析了它与农作物产量的相关关系【j⋯。
陈云浩等(2003)进行地表植被动态变化的监测研究
发现Ts/NDvI表达信息最丰富,不但能有效减少低
植被覆盖地区的土壤背景的影响,而且利用Ts信息可
以改善NDVI在高植被覆盖地区易于饱和的缺点【31l。
王鹏新(2001)提出了条件植被温度指数VTCI,研
究一特定年内某一时期整个区域相对干旱的程度及其
变化规律u2|。
基于两个或三个离散波段的植被指数以生理反射
植被指数PRI和叶绿素吸收比值指数CARI为代表。
P砒是由Gamoneta1.(1992)在对向日葵生化特性
的短期变化(如一天的植被的光合作用)探测基础上提
出的,当时名称为physi0109icalrenectancei d x
(P融),并认为PRI与净光合作用有关【33|。后来
Pefiuelas等(1995)把它推广到其它应用领域,对其
进行了修正,并改名为photochemicalrene tanceindex,
至今一直在沿用p引。
P尺,=(尺531一尺570)/(尺53l一尺570)(14)
Kim和Dau曲时等(1994)研究发现对于叶片而
言,即使叶绿素含量有差异,其550nm和700nm的
发射率之比也是恒定的,基于此关系和叶绿素在670
nm的吸收,提出了叶绿素吸收比值指数CARI[351。cA尺,=生21蓑拶×c尺,。。,尺。,。, c,5,
a和b可以由550nm和700nm的反射率组合得出。
2植被指数研究的问题与展望
(1)植被指数数目繁琐重复,急待规范条理化。
目前形式各异的植被指数数目看似百花争鸣,事实上
有些只是对以前植被指数变相的重复,虽然针对特定
应用对象或使用特定的数据计算结果稍好一点,但并
不能作为植被指数做进一步推广。所以,植被指数急
需设立统 的标准法则,进行有条件的筛选或剔除,
使植被指数做到精而使用。
(2)植被指数应用领域各异,使用时要慎重。植
被指数应用领域很广,不同的植被指数在不同的领域
应用效果显然是不一样的,所以在实际应用中,使用
者对植被指数的取舍要相当慎重,决不能生搬硬套。
(3)植被指数影响因子很多,具体使用时应适时
修正。由于植被光谱受到植被本身、环境条件、大气
状况等多种因素的影响,因此植被指数往往具有明显
的地域性和时效性,所以使用者具体使用时应因地适
宜的选用和修正,尤其要注意建立植被指数与具体应
用对象的数学模型,以实现植被指数能客观地反演应
用对象的特征。
(4)植被指数公式繁琐阻碍其应用,应开发植
被指数产品。植被指数公式很多比较复杂繁琐,导致
使用者消耗了很多无谓的精力在推算过程上,严重阻
碍了植被指数的应用。因此,为提高使用者的工作效
率和促进植被指数统一规范化,相应的专业人员或公
司应开发针对使用的者不同应用需求的植被指数产
品。
(5)遥感技术日新月异,积极研发新的植被指
数。随着遥感技术的进步,比如高光谱遥感技术及
热红外遥感技术的发展,必将进一步拓宽植被指数
的研究领域,虽然目前植被指数数目也很多,但针
对出现的新技术,传统的植被指数应用必将受到限
制,所以研究人员应适时研发新的植被指数,将有
助于遥感的发展。
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万方数据
万方数据
基于遥感影像的植被指数研究方法述评
作者: 罗亚, 徐建华, 岳文泽, LUO Ya, XU Jian-Hua, YUE Wen-Ze
作者单位: 华东师范大学地理系,地理信息科学教育部重点实验室,上海,200062
刊名: 生态科学
英文刊名: ECOLOGIC SCIENCE
年,卷(期): 2005,24(1)
被引用次数: 36次

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