基于高光谱的叶片滞尘量估测模型

作者:李伟涛;吴见;陈泰生;彭道黎 刊名:农业工程学报 上传者:乔静

【摘要】为探索建立叶片滞尘量高光谱估测模型,利用光谱仪和电子分析天平采集了北京市区杨树叶片高光谱数据和滞尘量数据,研究了叶片光谱特征与滞尘量间的关系,并建立了基于光谱参数的叶片滞尘量估测模型。研究结果表明:近红外波段(730~1 000 nm)光谱反射率与叶片滞尘量呈现明显的线性相关性,各波段相关系数均高于0.7,绿光区波段反射率对叶片滞尘的影响不敏感;三边参数中仅红边幅值、红边面积与叶片滞尘量达到显著相关;基于多元线性回归、主成分回归、偏最小二乘回归建立的模型均具有较强的预测能力,其中以偏最小二乘回归为模型构建方法,以749、644、514 nm波段的光谱反射率值,红边幅值,红边面积,924、1 010 nm波段组成的归一化指数,713、725 nm波段组成的差值指数,749、644 nm波段组成的归一化植被指数为自变量建立的模型估测精度最好,其建模和预测的决定系数分别达到0.734和0.731,预测均方根误差为0.311。该研究为促进高光谱技术在大气降尘监测中的应用提供参考。

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第 卷 第 期 年 月 农 业 工 程 学 报 基于 高光谱 的叶片滞尘量估测模型 李伟涛 ,,,吴 见 ,陈泰生 ,一,彭道黎 (北 京林 业 大 学 省 部 共 建 森 林培 育与 保 护 教 育 部 重 点 实 验 室 , 北 京 : 滁 州 学 院 地 理 信 息 与旅 游 学 院 ,滁 州; 安 徽 省 地 理 信 息 集 成 应 用 协 同创 新 中心 ,滁 州) 摘 要 :为探索建立叶片滞尘量高光谱估测模型,利用光谱仪和电子分析 天平采集 了北 京市 区杨树叶片高光谱数据和滞 尘 量 数 据 ,研 究 了叶 片 光 谱 特 征 与 滞 尘 量 间 的 关 系 , 并 建 立 了基 于光 谱 参 数 的 叶片 滞 尘 量 估 测 模 型 。研 究 结 果 表 明 :近 红外波段 ()光谱反射率与叶片滞尘量呈现 明显 的线性相关性,各波段 相关 系数均高于 ,绿光 区波段 反射率对叶片滞尘的影响不敏感;三边参数中仅红边幅值、红边面积 与叶片滞 尘量达到 显著相关 ;基于多元线性 回归 、 主 成 分 回归 、偏 最 小 二乘 回 归建 立 的模 型 均 具 有 较 强 的 预测 能力 ,其 中 以偏 最 小 二 乘 回 归 为模 型构 建 方 法 ,以 、、 波 段 的光 谱 反 射 率 值 ,红 边 幅 值 ,红 边 面 积 ,、 波 段 组 成 的归 一 化 指 数 ,、 波 段 组 成 的差 值指数 ,、 波段组成 的归一化植被指数为 自变量建立的模 型估测精度最好 ,其建模和预测 的决定系数分别达 到 和 ,预测均 方根误差为 。该研 究为促进高光谱技术在大气降尘监测中的应用提供参考 。 关键词 :光谱 分析 ;模型 ;回归分析;叶 片滞尘量;高光谱 ;大气污染监测 : 中图分类号 : 文献标志码 : 文章编号 :()一一 李伟涛 ,吴 见,陈泰生 ,彭道黎 基 于高光谱的叶片滞尘量 估测模型 农业工程学报 ,,():倡 : : ,,, (),,(): ( ) : : 引 言 降尘量是表征 区域 大气环境质量 的重要指标 ,在 中 国当前城市发展所 引发的一系列大气 污染 问题背景 下, 其对大 气质量 监测 的作用显得尤为 突 出 。植被 是大气 降尘的天然 “采集器 ”,植物 叶片滞 尘量随着环境 中粉 尘颗粒物含量 的增 多而增大 ,能够直 观反应大气 降尘状 况和度 量地 区环境质量优 引。因此 ,部分学者通过叶片 滞尘在分析大 气降尘成分及来源 、反演工业粉尘 的空间 分布等领域进行 了相关探索【,但鲜有通过叶片滞尘反 演 区域 降尘量 的研究 ,究其原 因是该方式仍不 能摆脱数 据采集过程耗 时、覆盖范 围小等 缺陷 。近年来 ,随着高 光谱技术的发展,地面高光谱数 据的采集愈加快速便捷 。 研究 由高光谱数据反演 叶片滞 尘量模型可提 高大气降尘 监测效 率和空间采样点密度 ,能够作为传统 大气降尘监 测手段 的有效补充 ,进而 提高大气 降尘监测 的时 间精度 和空 间精度 。等通过 波段 的 收稿 日期 : 修 订 日期 : 基 金项 目:国家 自然科 学基 金项 目 ();科 技部科 技基 础性 工 作专 项 ();安徽 省 高校 自然科 学研 究重 点项 目 () 作 者简 介 :李伟 涛 ,男,河 北 廊坊人 ,博士 生 ,主 要从事 森林 监测 与评 价方 面 研 究

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