ANFIS在植被叶绿素含量高光谱反演中的应用.pdfVIP

第30卷，第7期 光谱学与光谱分析 201 0年7月 and SpectroscopySpectralAnalysis July，2010 ANFIS在植被叶绿素含量高光谱反演中的应用 姚付启1’3，张振华h，杨润亚2，孙金伟1，王海江1，任尚岗1 1．鲁东大学地理与规划学院，山东烟台264025 2．鲁东大学生命科学学院，山东烟台264025 3．西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100 摘要利用ASD便携式野外光谱仪和SPAD-502叶绿素计实测了落叶阔叶树法国梧桐、毛白杨叶片的高 光谱反射率与叶片绿度，建立了10个常见植被指数叶绿素含量估算模型，并采用相关系数较大波段作为BP 人工神经网络模型(ANN-BP)的输入变量进行了叶绿素含量的估算，将自适应神经模糊推理系统(ANFIS) 应用到植被叶绿素含量高光谱反演中。结果表明：10个常见植被指数中归一化植被指数可以较为精确反演 叶绿素含量，法国梧桐、毛白杨归一化植被指数回归模型确定性系数R2分别为0．7957和0．7546，法国梧 2和0．9171，ANFIS 桐、毛白杨ANN-BP预测值与实测值之间的线性回归的确定性系数R2分别为0．935 可以大大提高反演精度，法国梧桐、毛白杨预测值与实测值之间的线性回归的确定性系数R2分别为0．999 8和0．9956，是一种良好的植被叶绿素含量高光谱反演模式。 关键词高光谱；叶绿素含量；植被指数；ANN-BP；ANFIS 中图分类号：TP79。Q945．1文献标识码：A DOI：i0．3964／j．issrL1000-0593(2010}07—1834—05 括光谱反射率、导数光谱、植被指数、去包络线方法[5“1；二 引 言 是基于特征光谱位置变量的分析技术，包括红边位置、绿峰 位置等[73；三是光学传输模型方法[8]。 光合作用过程中吸收光能的植被色素有叶绿素(叶绿素 迄今为止，高光谱遥感在检测植被，尤其是农作物的叶 a，叶绿素b)与类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素)，其中叶绿绿素含量反演方面已经取得了很大进展。蒋金豹等对在病害 素是主要的吸收光能的物质，直接影响植被光合作用的光能 胁迫下冬小麦冠层叶片色素含量的高光谱遥感估算进行了研 利用。植被色素含量与其光合能力、发育阶段和氮素状况有 究[91；宋开山等对大豆冠层的反射率光谱与叶绿素含量之间 较好的相关性，已经成为评价植被长势的一种有效手段[1]。 的关系进行了研究[1阳；易秋香等对玉米冠层的原始反射率、 由于植被和叶子反射光谱在可见光范围主要受植被色素(叶 高光谱特征参数以及植被指数与叶绿素含量之间的关系进行 绿素和类胡萝卜素)的影响，在近红外区域则主要受叶子内 了研究[¨3；吉海彦等用偏最小二乘方法建立了冬小麦叶片 部结构、生物量、蛋白质、纤维素等影响，因此，可以用植被 叶绿素与反射光谱的定量分析模型[1“。目前由于地域与仪 冠层和叶片的反射光谱来估算其生化参数，特别是色素含 器设备的关系，对一些落叶阔叶树种的研究甚少[1“，将人工 量[2]。近年来发展起来的高光谱遥感技术，由于其具有波段 神经网络应用到高光谱估算中在国内也处于研究初期[1¨。 多且窄的特点，能直接对植被进行微弱光谱差异的定量分 orientalis tomentosa 析，为植被生理参数的定量化诊断提供了简便、快速、有效、 L)和毛白杨(PopulusCart．)两个树种 非破坏性的数据采集和处理方法。植被叶绿素含量的高光谱 遥感检测