高光谱遥感在草原监测中的应用-莱森光学

1引言

高光谱遥感是指利用很多很窄的电磁波段从特定的物体中 获取相关数据的一种技术，该种技术手段的一个显著特点就是 在特定的光谱区用高光分辨率同时获取连续性的被监测物体的 光谱图像，将遥感和高光分辨进行结合用于空间信息的研究， 定量分析地球表层生物物力和化学过程以及相应的参数。最近 几年，高光谱遥感被广泛的应用到草原监测工作中，取得了突 出的应用效果。

2高光谱遥感的原理

植物发射光谱的特征和植物的生长情况有着最直接的关 系，植物反射光谱主要是由叶片中的叶肉细胞、叶绿素、水分 和其他生物化学组分对光线吸收和反射所形成的，主要受到叶 片颜色、叶片结构以及水分状况、叶子的理化性质和植株的形 态等多种因素决定的。由此可以看出植物光波段的反射率主要 受到叶绿素等各种色素的影响。不同植物，同一个植物的不同 生理时期以及同一个植物的不同生理状态，其光谱反射特征均 存在巨大的差异性。因此，研究植物不同生长条件下光谱特征 和植物生理指标的关系，就可以实时检测作物的长势，及时料 及植物的养分供给情况，对于强化植物管理具有积极作用。高光谱遥感是以波段数量多、光谱分辨率高为主要特征来 反应叶片各个组分的含量，红监测植被的生长情况。植被生长 情况是综合反应其生长发育的重要参数，长势监测是对植物生 长情况、变化规律的宏观监测。最近几年，高光谱遥感得到了 迅速的发展，能够实现直接对地球表面物体进行微弱光谱差异 性分析，在大面积草原监测，面积估算、灾害评估、牧草长势 监测等方面正发挥着越来越重要中的作用。

3高光谱遥感在草原监测中应用

3.1 在草地生物量估算中应用

测量草地生物量常常使用的到参数是NDVI和红边 （REP）。随着高光谱遥感技术手段的出现，NDVI有了更多的 可以选择的波段去表示草原植被的信息，但是对土壤和大气环 境的变坏太敏感，而红边（REP）相对来说更加稳定。准确的 估算一个草场的牧草可使用量，可以帮助饲养户合理的控制牲 畜饲养量，保证草原和畜牧养殖能够处于一个动态平等之间。利用高光谱遥感模型方法对草地生物量进行估算，能够采用单 变量的线性和非线性回归模型和逐步回归模型进行精确的估 算，从而能够确定原始高光普波段变量最优模型。

3.2 在草地种类识别中的应用

应用高光谱遥感技术获取的高光谱遥感数据能够达到提 升对植物种类的识别和分类，工作人员能够从特定的窄波段的 选取对那些差异性较大的波段进行细致分析，然后结合分离出来的这些特定的波段可以对相应的植物种类进行自动化识别， 从而对草地牧草种类、毒草种类能够进行定量的分析。同时在 遥感系统中还可以利用数据压缩技术对几个特定的波段进行综 合分析，将其制作成一个特定的波段综合体，这对提高信息数 据的利用率，精准化对牧草种类进行区分具有十分重要的作 用。在草地种类识别过程中积极应用高光遥感技术能够帮助草 原管理者及时发现草原生态系统的建设保护情况，通过对某草 的群落进行深度分析，掌握草场退化情况和退化规律，帮助草 原管理部门能够及时采取措施控制好草原退化。最近几年，天 然草原退化现象十分严重，其已经成为制约当地生态环境和畜 牧产业健康可持续发展的主要因素，对区域间的草原气候环境 和经济建设差生了很大的负面影响。过去在对草原进行监测过 程中主要对植被指数的变化情况进行综合分析，而这个指数很 容易受到外界环境的变化，从而严重影响到草地检测结果的准 确性，因此，在今后工作中需要我们结合全新的技术和发展趋 势，探索能够准确监测草原变化的方法和途径，更好实现利用 高光遥感技术对草场种类进行精确识别。

3.1在草地化学成分估测中的应用

高光遥感技术的诞生和应用利用相应数据信息获取相应的 植物化学信息提供了可能，利用该项技术能够细致的对牧草叶 的各种生物化学信息、牧草在时间和空间上变化趋势进行详细 的分析，从而对草场的生产能力、生产速率、植物枯萎后分别 速度以及植物多种营养成分进行确定，然后利用这些监测结果 对草场牧草生长情况进行全面评价。总之，随着科学技术不断发展和应用，高分辨率技术和设 备会逐渐应用到高光遥感技术方面，各种数据的处理手段和方 法也将会变得更加科学和高效，对实现草地动态化建设也将成为可能。

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审核编辑 黄昊宇