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1、农业信息技术,第六讲 农业遥感技术,遥感是20世纪60年代发展起来的一门新兴的综合性科学技术，集中了空间、电子、光学、计算机和生物学、地学等学科的最新成就，是现代高技术领域的一个重要组成部分，它开阔了人们的视野,扩大了人类的认识领域。目前已广泛应用于农业、林业、地质、地理、水文、海洋、气象、环境等领域，已经并将继续发挥重大作用。农业遥感一直是遥感领域中最活跃，也是迄今为止遥感应用最成功的领域之一，一直为人们所关注。它主要包括土地资源调查，土地资源监测，农作物估产，农作物生长状况及其生态环境监测和鱼情水产研究等多个方面。,一、农业遥感的定义,遥感的定义 遥感（Remote Sensing）这一术
2、语是 1960 年美国海军科学研究局Pruitt首先提出，并在1962年美国召开的“环境科学遥感讨论会”上被正式引用，是用来综合以前所使用的摄影测量、像片判读、地质摄影的。简而言之，是指遥远的感知，它是从不同高度的遥感平台（Platform）上，使用各种传感器（Remote Sensor），接收来自地球表层各类地物的各种电磁波信息，并对这些信息进行加工处理，从而对不同的地物及其特性进行远距离的探测和识别的综合技术。,遥感的特性(1)间接性(2)光谱特性(3)时相特性(4)信息数据齐全,遥感的分类(1)根据所利用的电磁波的光谱波段，遥感可以分为可见光反射红外遥感、热红外遥感和微波遥感三种类型。(
3、2)按传感器的工作方式不同可分为被动遥感和主动遥感。(3)按传感器的扫描方式又可分为扫描式遥感和非扫描式遥感。(4)按传感器图像获得方式可分为图像方式和非图像方式。,遥感的技术系统(1)遥感平台地面平台航空平台航天平台(2)传感器 传感器（Remote Sensor）是记录地物反射或发射电磁波能量的装置，是遥感技术系统的核心部分。主要的传感器有摄影机、推帚式扫描仪（固体扫描仪）、TV摄像机、光机扫描仪、雷达、微波辐射计等。,遥感信息的传输与处理 遥感信息主要是指由航空遥感和航天遥感所获取的感光胶卷或磁带。在胶卷和磁带上记录的信息数据，包括被测目标的信息数据和运载工具上设备环境的数据。将遥感信息
4、适时地传输回地面，经过适当处理提供用户需要，是整个遥感技术系统中的一个重要组成部分，它直接影响遥感信息应用的效果。遥感信息的传输 遥感信息向地面传输有两种方式：一种为直接回收；另一种为视频传输。遥感信息的处理 地面接收站收到的遥感信息，受到多种因素的影响，如传感器的性能、平台姿势的不稳定性、地球曲率、大气的不均匀性和局部变化以及地形的差别等，使地物的几何特性与光谱特征可能发生一些变化。,遥感数据处理系统,二、农业遥感的原理,电磁波和电磁波谱 电磁波的波段从波长短的一侧开始，依次叫做射线、射线、紫外线(UV-Ultraviolet)、可见光(Visible Light)、红外线(IR-Infra
5、red)、无线电波。波长越短，电磁波的粒子性越强，直线性指向也越强。遥感中测量的是从目标物反射或辐射的电磁波能量，根据其测定波长范围不同可分为辐射测量(Radiometry)和光度测量(Photometry)两种方式，前者是以从射线到无线电波的整个波长范围为对象的物理辐射量的测定，而光度测量是对由人类具有视觉感应的波段可见光，所引起的知觉的量的测定，它们使用的术语和单位不同。,电磁波的分类和名称,电磁波谱及其划分-,电磁波谱划分,可见光（微米）中红外（微米）近红外（微米）热红外（8.0-14微米）短波红外（微米）远红外（14-1000微米）,N,e,a,r,-,u,l,t,r,a,v,i,o,
6、l,e,t,V,i,s,i,b,l,e,N,e,a,r,-,i,n,f,r,a,r,e,d,2,5,0,4,0,0,4,5,0,4,9,0,5,6,0,5,9,0,7,0,0,8,5,0,6,3,0,W,a,v,e,l,e,n,g,t,h,(,n,m,),辐射测量和光度测量术语对照表,太阳辐射与大气窗口,太阳辐射 太阳向外发射电磁波的形式及所发射的能量称为太阳辐射(Solar Radiation)，太阳辐射能量随波长的分布称为太阳辐射光谱(Solar Radiation Spectrum)，太阳辐射光谱不是严格连续光谱，其中有2500条暗吸收线，即夫琅和费线(Fraunhofer Line)。
7、在地球大气的外界，太阳辐射的能量的99集中在波长1504000nm的光谱区内，其中波长400760 nm的可见光谱区的能量占45.5左右，所以太阳辐射一般称为短波辐射。波长7604000nm的红外辐射约占44.5，波长150400nm的紫外辐射约占。太阳辐射光谱中以波长475nm为最强。,早在1860年基尔霍夫（KirchhoffC）就提出用黑体这个词来说明能全部吸收入射辐射能量的地物。因此，黑体是一个理想的辐射体，黑体也是一个可以与任何地物进行比较的最佳辐射体。所谓黑体是“绝对黑体”的简称，指在任何温度下，对于各种波长的电磁辐射的吸收系数恒等于1（100%）的物体。黑体的热辐射称为黑体辐射。
8、显然，黑体的反射率=0，透射率=0。自然界并不存在绝对黑体，实用的黑体是由人工方法制成的。这种理想黑体模型的建立，是为了参照计算一般物体的热辐射而设计的。黑体模型种类较多，基本结构为能保持恒定温度的空腔。黑体即能全部吸收进入腔体内的各种波长的电磁辐射，又能100%地发射某一波长的辐射。,下图表示太阳辐射光谱与黑体辐射光谱的比较，上面那条连续曲线给出了地球大气上界的粗略光谱辐照度,其最大值位于470nm处，虚线代表温度为5900黑体辐照度，最下面的曲线表示海平面上阳光直射时的辐照度，两条连续曲线间的差值代表大气散射和吸收引起的衰减，而斜线部分则表示吸收造成的损失。,大气窗口 大气对电磁波衰减较小
9、，透射率较高的波段叫“大气窗口”。因此要从空中遥感地面目标，传感器的工作波段应在大气窗口处,才能接收到地面目标的电磁波信息。目前已知的主要大气窗口分布范围如下图：,()可摄影窗口 波长范围为0.31.3微米，通过这个窗口的电磁波信息皆属地面目标的反射光谱，可以用摄影的方法来获取和记录地物的电磁波信息。这个窗口包括全部可见光（0.380.76微米）和部分紫外线（波长0.30.38微米）以及部分近红外波段（0.761.3微米），其短波一端由于臭氧的强烈吸收而截止于0.3微米，长波一端则终止于感光胶片最大感光波长1.3微米处。这个窗口对电磁波的透射率在90以上，仅次于微波窗口，是目前遥感上应用最广的
10、窗口，被气象卫星、陆地卫星及其它遥感探测所使用。除了摄影方法外，还可以用扫描仪、光谱仪、射线仪等来探测记录地物的电磁波信息。,（）短波红外窗口 波长范围为1.52.4微米，通过这个窗口的电磁波信息仍然属于地面目标的反射光谱，但不能用胶片摄影，只可用扫描仪和光谱仪来测量和记录。这个窗口的两端主要受大气中的水汽和二氧化碳的吸收作用所控制，而且由于水汽在1.8 微米处有一个吸收带，所以本窗口又分为1.51.75微米和2.12.4微米两个小窗口，可探测农作物叶片温度状况，某些波段对区分蚀变岩石有较好的效果,是遥感地质应用上很有潜力的一个窗口。在传感器上已开始应用。（3）中红外窗口 波长范围2.46.0
11、微米，这个窗口位于红外波段的前中段。通过这个窗口的电磁信息可以是地面目标的反射光谱，也可以是地面目标的发射光谱，其信息也只能用扫描仪和光谱仪进行探测与记录。由于二氧化碳在4.3微米处有一个强吸收带，将本窗口又分为3.44.2微米和4.65.0微米两个窗口，前者透射率约90，后者透射率约为5060。,（）热红外窗口 波长范围为814微米，属于热红外波段，是地物本身的热辐射。由于臭氧、水汽、二氧化碳三种气体的共同影响，致使本窗口的透射率较低，约为6070，但是这个窗口是位于地表常温下地面物体热辐射能量最集中的波段，所以是遥感地质很有用的一个窗口。（）微波窗口 波长范围为8毫米1米，位于微波波段，电
12、磁波已不受大气干扰，透过率可达100，是全天候的遥感波段。目前微波传感器常用的工作波段是3毫米、5毫米、8毫米的波段，今后根据需要还可能向更长的波段发展。在这5个大气窗口中，陆地卫星工作范围绝大部分在可见光波段，小部分在近红外波段，已开始扩展到第二个窗口；而气象卫星已应用到第三个窗口。今后随着对地物波谱特性研究的深入和传感器的不断改进，为某种专门用途所需要的窄波段窗口的潜力还是很大的。,地物波谱特征,地物的电磁波波谱是地物遥感信息的基本表现形式。物体在同一时间、空间条件下，其辐射、反射、吸收和透射电磁波的特性是波长的函数。将这种函数关系，即物体或现象的电磁波特性用曲线的形式表现出来时，就形成了
13、地物电磁波波谱，简称为地物波谱。由于组成物体的内部结构不同，不同物体对电磁波的反射、吸收、透射和发射电磁波的程度不尽相同，发射电磁波的能力也有差异。物体之间的这种差异，可作为探测目标物的有用信息。但是由于技术上和其它一些原因，目前遥感技术中传感器所接收、探测的信息主要是地物反射和发射电磁波信息。,地物反射波谱特征 地物反射光谱曲线则是以横坐标代表波长，纵坐标代表反射率所作的相关曲线，以表示各种波长处地物光谱反射率大小及其随波长的改变而发生变化的特点和规律，不同地物的反射强度和波谱曲线形态不同。由于不同类型的地物反射强度及其随波长变化的特点与规律的差异，正是遥感技术利用电磁波信息来识别和区分目标
14、的基础。同一种地物不同类型的反射光谱特征，总的形状变化是基本相似的，但是光谱响应曲线具有一定的变化范围而呈一定宽度的波谱带。,不同植被的光谱曲线,地物发射光谱特征 自然界任何物体只要它的温度大于绝对零度，就存在着分子热运动，都有向周围空间辐射红外线和微波的能力。通常地物发射电磁波的能力是以发射率作为测量标准，而地物的发射率又是以黑体辐射作为基础。地物的发射率 在遥感技术中以发射率(Emissivity)作为测量物体的发射电磁波强度的标准，定义为：,在自然界中黑体辐射是不存在的，一般地物的辐射要比黑体辐射小。发射率根据物质的介电常数、表面的粗糙度、温度、波长、观测方向等条件而变化，其取值范围在0
15、1之间，发射率与波长无关的物体叫灰体（Grey Body），依波长而变化的物体叫选择性辐射体。选择性辐射体单位波长宽度的发射率称光谱发射率(Spectra-emissivity).,地物发射光谱 地物的发射率随波长变化的规律，称做地物发射光谱。每种地物在一定温度时，都有一定的发射率，各种地物的发射率不同。这种地物发射率的差异是红外遥感技术的重要依据。某一物体电磁波的发射率随波长而变化的曲线，称为该物体的发射光谱曲线。不同物体,由于它们的物质结构不同，它们的发射光谱特征曲线也不相同，据此可识别地物的性质。地物的发射率与地物表面的粗糙度、颜色和温度等有关。地物表面比较粗糙或颜色发暗，发射率较高；地
16、物表面比较光滑或颜色发亮，其发射率较低。测量地物发射率的最简单方法就是通过测量地物的反射率（指近红外）来推求地物的发射率（=1-）。,地物的透射光谱特性 有些地物（如水体和冰），具有透射一定波长的电磁波能力，通常把这些地物叫做透明地物。地物的透射能力一般用透射率表示。透射率就是入射光透射地物的能量与入射光总能量的百分比，用表示。地物的透射率随着电磁波的波长和地物的性质而不同。例如：水体对450-560nm的蓝绿光波段具有一定的透射能力，较浑浊水体的透射深度为1-2m，一般水体的透射深度可达10-20 m。又如，波长大于1mm的微波对冰体具有透射能力。一般情况下，可见光对绝大多数地物都没有透射能
17、力。红外线只对具有半导体特征的地物，才有一定的透射能力。微波对地物具有很明显的透射能力，这种透射能力主要由入射的波长而定。因此，在遥感技术中，可以根据它们的特性，选择适当的传感器来探测水下、冰下某些地物的信息。,彩色合成原理,电磁波谱中可见光被人眼所感觉而产生视觉，不同波长的光显出不同的颜色。自然界中的物体对于入射光有不同的选择性吸收和反射能力，而显出不同的色彩。这样，不同波长和强度的光进入人眼，使人感觉到周围的景象五光十色。例如：对于人眼的视觉来说，单一波长的光对应于单一调，人眼对于620-760nm的光感觉为红色，对于500-560nm的光感觉为黄色等。然而人眼在判别颜色方面也有其局限性，
18、即分不出哪一种色是“单色”，哪一种色是“混合色”。例如，把波长700nm的红光与波长540nm的绿光按一定比例混合叠加进入人眼时，同样感觉为黄色。因此，对于人眼来说，光对于色，虽然有单一的对应关系，而色对于光，就不是单一的对应关系了，因为色彩可以是不同色光按照一定比例叠加而合成。在彩色合成技术中正是利用眼睛这个视觉特性，以少数几种色光或染料合成出不同的色彩。,实验证明，色觉是由于人眼分别感受红、绿、蓝三种颜色的感觉细胞，以及产生相应色觉的视觉神经系统构成的。因此，彩色合成通常是用三种基本色调（简称基色）按一定比例混合而成各种色彩，称为三基色合成。这三种基色的任何一色都不能由三种基色中另外两种基
19、色混合而成。三基色为红、绿、蓝。用三种基色合成为其它色彩有两种方法。即以红、绿、蓝三基色中的两种以上色光按一定比例混合，产生其它色彩的方法称为加色法；从白光中减去其中一种或两种基色光而产生的色彩的方法称为减色法。,三、航空遥感与航空像片,航空遥感是以飞机、气球等飞行于大气层中的飞行器作为遥感平台的遥感。航空遥感获取地面信息的方式有摄影方式和扫描方式。目前航空遥感是以摄影方式为主，其所获取地面的影像称为航空像片。,航空摄影机 航空摄影机是安装在飞机等飞行器上，在空中对地面拍摄像片的摄影机。它是通过光学系统采用感光材料直接记录地物的反射光谱能量。因此，航空摄影机的结构与普通摄影机（相机）基本相同，
20、但由于空中摄影的特殊要求，在镜头精密程度及结构上则更为精密和复杂，并能根据设计（曝光时间、摄影时间间隔等），可进行自动连续摄影。航空摄影机的种类主要有四种，即单镜头框幅航空摄影机、多镜头框幅航空摄影机、条带航空摄影机和全景航空摄影机。其中以单镜头航空摄影机最为常用。,影像的形成 航空摄影机在空中对地面摄影成像，其成像过程与一般摄影（照相）是一样的。即通过快门瞬间曝光将镜头收集到的地物反射光线（可见光）直接在感光胶片上感光，形成负像潜影，然后经显影、定影技术处理，得到像片底片；再经底片接触晒印以及显影、定影处理，获得与地面地物亮度一致的（正像）像片，即航空像片。航空像片上的影像是由于地物各部分反
21、射的光线强度不同，使感光材料上感光程度不同，形成各部分的（黑、白）色调不同所致。,航空摄影的种类按像片倾斜角分类 按像片倾斜角分类（像片倾斜角是航空摄影机主光轴与通过透镜中心的地面铅垂线（主垂线）间的夹角），可分为垂直摄影和倾斜摄影。倾斜角等于0的，是垂直摄影，这时主光轴垂直于地面（与主垂线重合），感光胶片与地面平行。但由于飞行中的各种原因，倾斜角不可能绝对等于0，一般凡倾斜角小于3的称垂直摄影。由垂直摄影获得的像片称为水平像片。水平像片上地物的影像，一般与地面物体顶部的形状基本相似，像片各部分的比例尺大致相同。水平像片能够用来判断各目标的位置关系和量测距离。倾斜角大于3的，称为倾斜摄影，所获
22、得的像片称为倾斜像片。这种像片可单独使用，也可以与水平像片配合使用。,按摄影的实施方式分类可分为单片摄影、航线摄影和面积摄影。单片摄影 为拍摄单独固定目标而进行的摄影称为单片摄影，一般只摄取一张（或一对）像片。航线摄影 沿一条航线，对地面狭长地区或沿线状地物（铁路、公路等）进行的连续摄影，称为航线摄影。面积摄影 沿数条航线对较大区域进行连续摄影，称为面积摄影（或区域摄影）。面积摄影要求各航线互相平行。在同一条航线上相邻像片间的航向重叠为6053%。实施面积摄影时，通常要求航线与纬线平行，即按东西方向飞行。但有时也按照设计航线飞行。由于在飞行中难免出现一定的偏差，故需要限制航线长度。一般为601
23、20km，以保证不偏航，而产生漏摄。,按感光材料分类可分为全色黑白摄影、黑白红外摄影、彩色摄影、彩色红外摄影和多光谱摄影等。全色黑白摄影 采用全色黑白感光材料进行的摄影。它对可见光波段（0.40.76m）内的各种色光都能感光，是目前应用广，又易收集到的航空遥感资料之一。黑白红外摄影 采用黑白红外感光材料进行的摄影。它能对可见光、近红外光（0.41.3m）波段感光，尤其对水体植被反应灵敏，所摄像片具有较高的反差和分辨率。彩色摄影 彩色像片虽然也是感受可见光波段内的各种色光，但由于它能将物体的自然色彩、明暗度以及深浅表现出来，因此与全色黑白像片相比，影像更为清晰，分辨能力高。,彩色红外摄影 彩色红
24、外摄影虽然也是感受可见光和近红外波段（0.41.3m），但却使绿光感光之后变为蓝色，红光感光之后变为绿色，近红外感光后成为红色，这种彩色红外片与彩色片相比，在色别、明暗度和饱合度上都有很大的不同。例如在彩色片上绿色植物呈绿色，在彩色红外片上却呈红色。由于红外线的波长比可见光的波长长，受大气分子的散射影响小，穿透力强，因此，其彩色红外片色彩要鲜艳得多。多光谱摄影 多光谱摄影是利用摄影镜头与滤光片的组合，同时对一地区进行不同波段的摄影，取得不同的分波段像片。例如通常采用的四波段摄影，可同时得到蓝、绿、红及近红外波段四张不同的黑白像片或合成为彩色像片；或将绿、红、近红外三个波段的黑白像片，合成假彩色
25、像片。,四、航天遥感与卫星图像,航天遥感是以人造地球卫星、航天飞机或宇宙飞船及运行于太空的飞行器作为遥感平台的遥感，即通过安装在这类飞行器上的传感器来获取地面电磁波信息的遥感。目前主要作为地球观测、地学应用的航天遥感有：陆地卫星系列、斯波特卫星系列、海洋卫星和气象卫星系列等。,陆地卫星 陆地卫星（Landsat）是美国发射的一系列卫星，原称地球资源技术卫星（ERTS），以探测地球资源为主要目的。1972年7月23日发射了第一颗地球资源技术卫星。1975年1月22日，第二颗地球资源技术卫星发射以后，把对陆地和海洋的资源探测任务分开，地球资源技术卫星以探测陆地资源为主要任务，改称陆地卫星（海洋资源
26、的探测发射了“海洋卫星”（Seasat）。1978年3月5日又发射了第3颗陆地卫星。这三颗卫星分别称为陆地卫星1号、2号、3号。1982年7月16日、1984年3月1日分别发射了第4号、第5号陆地卫星。这两颗卫星是改进的新型陆地卫星。并计划今后发射更新的第6号陆地卫星。,陆地卫星的传感器 在陆地卫星13号上装载的传感器有反束光导管摄像机（RBV）、多光谱扫描仪（MSS）。在陆地卫星4、5号上，除装载多光谱扫描仪（MSS）外，还装载专题制图仪（TM）；在新的陆地卫星上，将安装增强型的专题制图仪（ETM）。前三颗陆地卫星上装载的RBV，因为这种传感器容易出故障，回收的图像很少。4、5号陆地卫星再没
27、有装载这种传感器。以下主要介绍多光谱扫描仪和专题制图仪。,多光谱扫描仪（Multi Spectral Scaner）（MSS）多光谱扫描仪是把来自地面上地物的电磁波辐射（反射或发射）分成几个不同的光谱波段，同时扫描成像的一种传感器，在陆地卫星15号上均装有这种传感器。下表列出MSS各波段的编号及波段的划分。,注：陆地卫星13上MSS编号依次为4、5、6、7。,专题制图仪（Thematic Mapper（TM）专题制图仪是新型光学机械扫描仪，与多光谱扫描仪相比，它具有更好的波谱选择性，更好的几何保真度，更高的辐射准确度和分辨率。专题制图仪可以同时感测7个不同波段，如下表：,增强型专题制图仪（ET
28、M）在新的陆地卫星上将安装增强型专题制图仪，它是在TM传感器的基础上增加了一个波长0.50.9m的全色波段，称为pan波段，其瞬时视场为13m15m。其他7个波段的波长范围、瞬时视场均与TM相同。,光谱效应 各种地物物质成分、表面结构以及表面温度等的不同，造成光谱特性的差异。这种差异反映在黑白像片或图像上就是色调深浅的不同；在彩色图像上则表现为色彩的差异。航天遥感的传感器大都是分波段探测的。因此，即或是同一地物，在不同光谱波段的图像上，其色调是不相同的。也就是说，采用不同波段图像判读，识别地物的能力和判读效果是不一样的，亦称光谱效应不同。以下两表分别列出MSS和TM图像光谱效应。,MSS图像光
29、谱效应,TM图像光谱效应,五、植被指数模型,植被指数 植被指数是指由多光谱数据，经线性和非线性组合构成的对植被有一定指示意义的各种数值。植物光谱中红波段和近红外波段反射率及其相互关系，是构成各种植被指数的核心。红波段被植物叶绿素强吸收，进行光合作用制造干物质，它是光合作用的代表波段；近红外波段是叶子健康状况最灵敏的标志，它对植被差异及植物长势反映敏感，指示着光合作用能否正常进行。它们的各种组合构成的植被指数，是植物光合作用能力（即植物生产力）的精良监测器。,归一化差值植被指数（Normalization Difference Vegetation Index-NDVI）ND被定义为近红外波段与
30、可见光红波段数值之差和这两个波段数值之和的比值，即ND=（IR-R）/（IR+R）。在陆地卫星MSS中，ND=（M7-M5）/（M7+M5）；在气象卫星AVHRR中，ND=（CH2-CH1）/（CH2+CH1）。其中，1为可见光通道,2为近红外通道。它在植被研究以及植物物候研究中得到广泛应用。它是植物生长状态及植物空间分布密度的最佳指示因子，与植物分布密度呈线性相关，因此又称为生物量（Biomass）指标。实验证明，ND对土壤背景的变化较为敏感。当植物覆盖度小于15%时，数值高于ND值；而植物覆盖度为2580%时，ND值随植被量呈线性增加；当植被覆盖度大于80%时，ND对植被检测灵密度下降。因
31、此，ND很适合于早期发展极端或低覆盖度植被的检测。,比值植被指数（Ratio Vegetation Index-RVI）是指近红外波段与可见光红波段数值的比值，即RVI=IR/R。在陆地卫星MSS中，RVI=M7/M5；在气象卫星AVHRR中，RVI=CH2/CH1。RVI是绿色植被的一个灵敏指示者。它与叶面积指数（LAI）、叶干生物量、叶绿素含量相关最好。当植被覆盖小于50%时，RVI不能很好地识别植物密度差异；但在高覆盖度下，RVI将变得非常敏感，与生物量的相关性最好。因而，RVI更使用于植被旺盛、具有高覆盖度的植物的监测。RVI对大气状况极为敏感，极大地降低了它对植物检测的灵敏度，尤其在
32、RVI值高时，大气效应影响相当显著，因此，最好运用经大气校正的数据。,环境植被指数（Environmental Vegetation Index-EVI）又称差值植被指数，被定义为近红外波段与可见光波段数据的差值，即EVI=IR-R。在陆地卫星MSS中，EVI=CH2-CH1。EVI对土壤背景的变化较RVI敏感。在植被覆盖度为1525%时，它随植被数量的增加而迅速增大；当植被覆盖度达80%时，它对植被的灵敏度有所下降。EVI在AVHRR的植被遥感中应用较为普遍。,绿度植被指数（Green Vegetation Index-GVI）和垂直植被指数（Perpendicular Vegetation
33、 Index-PVI）由于植被指数都受土壤背景的影响，为了消除和减轻土壤背景值对植物光谱的影响，采用光谱数值的“穗帽”转换技术，把离“土壤光谱线”的垂直距离作为植被生长的指标，叫做垂直植被指数。国内的黄签（1986），根据大气参数、大气外太阳光光谱照度数据，AVHRR定标参数及由实验计算出的转换系数，获得实际应用的绿色植被指数，其表达式为：GVI=1.6225CH2-2.2978CH1+11.0656。国外专家对于陆地卫星2号MSS数据而言，GVI=0.3887M7+0.577M6-0.660M5-0.283M4+32 PVI=0.939M7-0.344M5+0.09,植被指数模型分析光谱数据
34、分析 农业高光谱遥感研究的主要内容包括农作物种类识别与分类、农作物长势监测与估产、农作物生化组分的估测及农业生态评价等。建立各种从高光谱遥感数据中提取农作物的生物物理参数（如LAI、生物量、植物种类、冠层结构、净生产率等）、生物化学参数（如光合色素、各种糖类、淀粉、脂肪、蛋白质和各种营养元素等）的分析技术，是农业遥感中十分重要的内容。这些分析技术结果的好坏取决于所采用的具体的分析技术和方法、高光谱数据特性及其质量。针对于水稻高光谱数据分析，一般采用 多元统计分析技术；基于光谱特征位置变量的分析技术；光谱匹配技术；光学模型方法等四类分析技术和方法。,光谱参数提取 为了探究目标物吸收反射光谱的特征
35、，便于对目标物进行光谱匹配和混合光谱分解，以解释目标物光谱特征的物理学、生物化学、植物学和植物生理学的机理，进而求得目标物的生物物理和生物化学参数，常常需要提取目标物光谱的一些参数，以这些参数来鉴别目标物的各组分及模拟、反演它的生物物理、化学参数。常见的高光谱参数有各类高光谱植被指数、各类高光谱数据变换形式（如对数变换、微分变换）构建的光谱参数、光谱吸收指数、“蓝边”参数、“红边”参数、“绿峰”参数、“黄边”参数、红光吸收谷参数等。光谱吸收指数SAI（Spectrum Absorbed Index）任意一条实际反射光谱的吸收特征可以看作是在一条基础光谱线上叠加了数个个别吸收特征，这条基础光谱线
36、可看成是背景吸收线，主要由目标物的结构、生物量、生化组分的吸收共性等因素决定，个别吸收特征是由某些特定的生化组分的吸收特征决定的，可用来判定混合光谱中各组分的相对含量。,“红边”是绿色植物光谱的最明显的特征之一，它定义为红光范围（680760nm）内反射光谱的一阶导数的最大值所对应的光谱位置（波长），描述“红边”的参数一般有红边位置（红光范围内一阶导数光谱最大值所对应的波长）r、红边幅值（红光范围内一阶导数光谱的最大值）Dr和红边面积（680760nm之间的一阶导数光谱线所包围的面积）Sr。“黄边”也是绿色植被的光谱特征之一，覆盖范围为560640nm，是绿光向红光的过渡区。描述“黄边”的参数
37、同样有黄边位置（560640nm范围内一阶导数光谱最大值所对应的波长）y、黄边幅值（560640nm范围内一阶导数光谱的最大值）Dy和黄边面积（560640nm之间的一阶导数光谱线所包围的面积）Sy。,“蓝边”也是绿色植被的光谱特征之一，覆盖范围为490530nm，是蓝光向绿光的过渡区。描述“蓝边”的参数同样有蓝边位置（490530nm范围内一阶导数光谱最大值所对应的波长）b、蓝边幅值（490530nm范围内一阶导数光谱的最大值）Db和蓝边面积（490530nm之间的一阶导数光谱线所包围的面积）Sb。“绿峰”是绿色植被在绿光范围（510560nm）反射峰所处的光谱位置，它是由植物中的色素对蓝光
38、和黄光的强吸收而在绿光区形成的相对反射峰。,农业遥感应用,遥感技术的多波段性和多时相性，十分有利于以绿色植物为主体的再生资源的研究，因为这一类的再生资源如植物、水体、土地利用等每时每刻均在变化，它与非再生资源不一样，如一个地质体或是地貌类型可以相对的保存一段时间。因而许多类型卫星的传感器的波段设计都考虑到反映绿色植物的红光波段（约0.60.7m）和近红外波段（0.81.0m）特征。这样，对农业生产状况及其生态环境的监测就十分有利。所以说，农业是遥感技术的最大收益者，也是遥感技术最大的用户，是有一定道理的。农业遥感应用主要有农业资源调查，农作物遥感估产和农业灾害遥感。,遥感技术的农业应用,（1）
39、农业资源的调查与监测（2）农业灾害预警及应急反应（3）农作物估产与长势监测作物长势及其背景的监测作物冠层多光谱监测测定、分析叶绿素的含量叶绿素密度与干物质积累的关系监测土壤水分,农作物遥感监测系统框架,农作物遥感估产,作物单产和总产遥感监测,The inspection and yield estimating of crops,可以准确地反映作物种植面积的动态变化。左图的油菜面积明显比右图大,鲜红色为油菜,鲜红色为油菜,The inspection and yield estimating of crops,有效地分辩作物的类型。可以准确地计算作物种植面积左图墨绿色为小麦，鲜绿色为油菜,土地
40、资源和耕地监测,-土地执法检查,常规农田植株取样,遥感地面数据获取,零星、破坏性取样；获取“点”状信息；代表性差；信息量小。,大面积、无损测试；获取“面”状信息；代表性好；信息量大。,作物田间长势的不均匀性,高光谱遥感以其图谱合一的特点可以为精准农业提供丰富的作物生长发育与定位信息。它根据作物的光谱反射或发射特性，来动态监测作物的长势、预防和控制病虫害的发生、评估农作物的品质和产量，以及完成作物的生物物理、生物化学成分定量分析等。,高光谱遥感的图谱合一特性,田间光谱测量,植株生化组分含量,具有诊断意义的光谱特征曲线,近岸水质污染遥感监测,小清河口,神仙沟口,ASTER,TM,TM,小清河口,黄河三角洲附近海域,黄河三角洲土地覆被/利用图,1984年,1986年,1991年,1996年,2001年,
