張矞勛 齊拓野 孫 源 璩向?qū)?曹 媛 吳夢瑤 劉春虹 王 磊,*

1 寧夏大學(xué)西北土地退化與生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 寧夏銀川 750021; 2 寧夏大學(xué)西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 寧夏銀川 750021; 3 中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所, 北京 100101; 4 寧夏大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院, 寧夏銀川750021

冬小麥的種植面積和產(chǎn)量對(duì)我國糧食安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響。苗期是冬小麥生長的關(guān)鍵時(shí)期, 及時(shí)管理有利于冬小麥最終產(chǎn)量的提高[1]。因此, 冬小麥苗期長勢信息的實(shí)時(shí)快速獲取, 可以為冬小麥苗期管理措施的實(shí)施提供有效的數(shù)據(jù)支撐[2]。葉面積指數(shù)(LAI)是作物長勢的重要參數(shù)之一[3-4], 其大小與分布對(duì)光能利用產(chǎn)生重要的影響, 可作為冬小麥苗期長勢信息評(píng)估的有效指標(biāo)[5-6]。

隨著光譜技術(shù)的發(fā)展, 通過地面、無人機(jī)和衛(wèi)星平臺(tái)搭載的各類光譜測定設(shè)備來獲取冠層光譜成為LAI測量的主要方法之一[7-14]。由于衛(wèi)星具有大范圍成像的優(yōu)勢,被廣泛用于植物L(fēng)AI反演中, 作為與在軌高分一號(hào)(GF-1)組網(wǎng)運(yùn)行的高分六號(hào)(GF-6), 具有窄幅(PMS)和寬幅(WFV) 2種不同空間分辨率影像, 但GF-6寬幅影像除具有更大的幅寬(800 km)的成像優(yōu)勢外, 還在原有4個(gè)波段基礎(chǔ)上新增了紅邊I、紅邊II、紫和黃4個(gè)波段。光譜的紅邊波段(Red Edge, RE)對(duì)植被的營養(yǎng)情況、生物量、冠層含水量及物候期變化的響應(yīng)顯著[15-18], 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面有極高的應(yīng)用價(jià)值[19-21]。因此, 紅邊波段的加入理論上可以有效提高傳感器對(duì)作物分類、葉面積指數(shù)反演、生理參數(shù)估算的應(yīng)用精度。但目前有關(guān)GF-6 WFV影像植被波段特征及其在作物參數(shù)反演方面的的研究仍較少。應(yīng)用遙感方式對(duì)LAI進(jìn)行反演主要分為物理模型與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢煞N[22], 而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以通過建立對(duì)應(yīng)的非線性模型對(duì)非線性參數(shù)進(jìn)行反演[23], 目前已經(jīng)被廣泛用于多種領(lǐng)域的研究。在現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中, BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Back Propagation-Neural Network)是一種基于反向傳播的學(xué)習(xí)算法[24-25], 非線性轉(zhuǎn)化能力強(qiáng), 還具有學(xué)習(xí)能力高等特點(diǎn), 是目前應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[26-27]。

本研究以冬小麥為研究對(duì)象, 以實(shí)測冬小麥冠層光譜作為冠層真實(shí)反射率, 通過將實(shí)測光譜進(jìn)行光譜響應(yīng)函數(shù)重采樣后的寬波段光譜來分析GF-6影像的植被波段特征; 基于GF-6 WFV遙感影像反射率信息, 構(gòu)建不同的植被指數(shù), 以GF-6兩個(gè)紅邊波段構(gòu)建的植被指數(shù)NDVI710和NDVI750為控制變量, 將所有植被指數(shù)作為輸入?yún)?shù)建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法反演模型, 之后對(duì)建立的模型進(jìn)行精度驗(yàn)證, 來探究GF-6紅邊波段在反演冬小麥苗期LAI反演中的應(yīng)用能力。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

選取地處黃河三角洲地區(qū), 以冬小麥為主要糧食作物的山東省東營市東北部中國科學(xué)院黃河三角洲研究中心附近為研究區(qū), 該區(qū)域也是中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院確定的遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)場, 如圖1所示。試驗(yàn)區(qū)中心經(jīng)度118.84°, 緯度37.70°, 平均海拔3.66 m, 屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候氣候, 四季分明, 全年日照時(shí)數(shù)2657.5 h, 年不小于10℃積溫4300℃, 年均溫12.8℃, 年降水量555.9 mm, 全年無霜期206 d[28], 本研究中采樣時(shí)間設(shè)置在2019年11月22日至25日, 此階段研究區(qū)內(nèi)冬小麥均處于苗期, 并且除冬小麥外并未種植其他農(nóng)作物,所選取的農(nóng)田樣地內(nèi)幾乎無雜草生長, 采樣的結(jié)果更接近真實(shí)結(jié)果。

1.2 樣地布設(shè)

研究區(qū)設(shè)置冬小麥地面觀測樣地20個(gè), 并在每個(gè)觀測樣地內(nèi)設(shè)置4個(gè)大小為16 m×16 m (對(duì)應(yīng)GF-6 WFV傳感器影像1個(gè)像元大小)的樣方, 總計(jì)80觀測樣方, 每個(gè)樣方內(nèi)延對(duì)角線設(shè)置數(shù)據(jù)采集點(diǎn)17個(gè)。冠層數(shù)據(jù)的采集時(shí)間為2019年11月22日至25日, 使用GPS記錄每一個(gè)采集點(diǎn)坐標(biāo)。

1.3 遙感影像獲取與預(yù)處理

本次觀測試驗(yàn)為中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院2019年度華北遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)綜合地面觀測試驗(yàn)的一部分,在開展野外觀測試驗(yàn)前, 根據(jù)衛(wèi)星星歷和天氣預(yù)報(bào), 編程了衛(wèi)星數(shù)據(jù)的采集時(shí)間, 保證了與衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集的同步性,GF-6 WFV傳感器影像成像時(shí)間為2019年11月22日。

通過ENVI 5.3對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 以2019年11月22日Sentinel-2A的L2A級(jí)影像產(chǎn)品對(duì)GF-6影像進(jìn)行幾何精校正, 校正時(shí)誤差在0.5個(gè)像元內(nèi)。對(duì)幾何精校正后的GF-6影像進(jìn)行輻射定標(biāo)和大氣校正處理, 處理后獲得研究區(qū)地表反射率數(shù)據(jù)。大氣校正所使用ENVI 5.3的FLAASH模塊, 該模塊基于MODTRAN 4+輻射傳輸計(jì)算方法, 校正所需參數(shù)通過影像產(chǎn)品頭文件及中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心網(wǎng)站獲取, 其余參數(shù)大氣模型設(shè)置為Mid-Latitude Winter (中緯度冬季), 氣溶膠模型設(shè)置為Rural (鄉(xiāng)村)。最后根據(jù)坐標(biāo)提取每個(gè)樣方對(duì)應(yīng)的GF-6 WFV傳感器B1~B6共計(jì)6個(gè)波段反射率數(shù)據(jù), 6個(gè)波段范圍依次對(duì)應(yīng)藍(lán)、綠、紅、近紅外、紅邊I (RE I)及紅邊II (RE II)波段。

1.4 葉面積指數(shù)觀測與預(yù)處理

使用LI-COR公司的LAI-2200植物冠層分析儀對(duì)葉面積指數(shù)進(jìn)行測量, 受儀器測量過程中太陽直射的限制,使用180°視角蓋, 選取陰天、日出、日落等時(shí)段對(duì)每一個(gè)觀測樣方進(jìn)行測量, 避免因太陽光過強(qiáng)影響儀器測量結(jié)果。分別在80個(gè)樣方內(nèi)設(shè)置的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)進(jìn)行測量, 每個(gè)數(shù)據(jù)測量時(shí)先在冠層上無遮擋處測量一次天空光A值,之后在冠層底部行間測量5次B值。測量B值時(shí)在冠層下植物根部附近及行間1/4和1/2位置挖開小坑, 使得探頭可以水平放入并保持鏡頭與地面平齊, 以此確保儀器可以觀測數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位置地表上所有冠層, 葉面積指數(shù)的采集時(shí)間在11月22日至25日之間。

使用FV-2200軟件計(jì)算每個(gè)點(diǎn)位的LAI數(shù)據(jù), 以每個(gè)樣方內(nèi)所有數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的平均值代表該樣方的葉面積指數(shù)。根據(jù)計(jì)算得到實(shí)際測得到的苗期冬小麥LAI的大小,將地面觀測的80組LAI數(shù)據(jù)分為高(LAI>1.5)、中(0.5

1.5 冠層光譜觀測與預(yù)處理

冬小麥實(shí)測冠層光譜測量采用Spectral Evolution公司的SR-8800光譜儀進(jìn)行。光譜范圍350~2500 nm, 光譜分辨率在波長350~700 nm為2.5 nm, 700~1500 nm為8 nm。選擇每天10:30—14:30天氣晴朗時(shí)段進(jìn)行測量, 測量時(shí)探頭豎直向下, 維持在冬小麥冠層以上1.5 m處, 分別對(duì)80個(gè)樣方中設(shè)置的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)進(jìn)行測量, 每個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)測量5條光譜曲線。每塊樣方測量前均先通過觀測標(biāo)準(zhǔn)白板進(jìn)行校正, 根據(jù)研究需要及GF-6 WFV光譜響應(yīng)函數(shù)光譜覆蓋范圍, 選擇400~1000 nm波段范圍內(nèi)數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)間隔為1 nm。

將每個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的5條光譜剔除明顯異常數(shù)據(jù)后作平均處理, 代表該采集點(diǎn)的光譜反射率, 通過ENVI 5.3,按照GF-6 WFV光譜響應(yīng)函數(shù)對(duì)光譜儀獲取的地表冠層光譜進(jìn)行光譜響應(yīng)函數(shù)重采樣, 得到對(duì)應(yīng)的GF-6 WFV模擬反射率數(shù)據(jù)。光譜響應(yīng)重采樣公式如下:

式中,ρs是待擬合波段的光譜反射率,φ(λ)是待擬合波段的光譜響應(yīng)函數(shù),ρs(λ)是實(shí)測光譜各波長處的反射率,λmax和λmin分別是光譜波段取值范圍的上下界,i為測量光譜的第i波長。

1.6 植被指數(shù)

植被指數(shù)是由多個(gè)波段數(shù)據(jù)經(jīng)過線性或非線性組合而成, 可用于植被LAI、覆蓋度、生物量等一系列植被參數(shù)進(jìn)行估算與反演的遙感參數(shù)[11]。首先根據(jù)相關(guān)研究文獻(xiàn),選取4種常見植被指數(shù)用于構(gòu)建冬小麥LAI反演模型。此外, 紅邊光譜的變化可提供比紅綠波段和短波紅外更豐富的紅邊區(qū)域波譜信息[30], 因此將GF-6衛(wèi)星紅邊波段紅邊I(中心波長710 nm)和紅邊II (中心波長750 nm)波段分別代替近紅外波段, 分別構(gòu)建紅邊歸一化植被指數(shù)NDVI710和NDVI750。植被指數(shù)及其表達(dá)式如表1中所示。

表1 植被指數(shù)及計(jì)算公式Table 1 Vegetation indices and equations

1.7 組合方式

以NDVI、ARVI、SAVI及CIgreen共4種植被指數(shù)為基礎(chǔ), 根據(jù)有無紅邊植被指數(shù), 分別不使用紅邊植被指數(shù)、單獨(dú)使用NDVI710、NDVI750以及同時(shí)使用紅邊Ⅰ和紅邊Ⅱ波段植被指數(shù)劃分為不同的組合方式。參數(shù)之間的組合方式為組合1: NDVI、ARVI、SAVI、CIgreen; 組合2: NDVI、ARVI、SAVI、CIgreen、NDVI710; 組合3: NDVI、ARVI、SAVI、CIgreen、NDVI750; 組合4: NDVI、ARVI、SAVI、CIgreen、NDVI710、NDVI750。通過植被指數(shù)紅邊波段不同的組合方式, 探究紅邊波段在冬小麥LAI反演的應(yīng)用能力。

1.8 模型構(gòu)建與評(píng)價(jià)方法

經(jīng)過輻射定標(biāo)與大氣校正后的GF-6 WFV影像后, 構(gòu)建成表1中的6種植被指數(shù), 并按照表2中的分組與實(shí)測LAI數(shù)據(jù)建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型, 經(jīng)過多次測試, 設(shè)置隱含層包含12個(gè)神經(jīng)元構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò), 激勵(lì)函數(shù)均選擇單極性sigmod函數(shù)。將已經(jīng)獲取的80組LAI數(shù)據(jù), 分別從高、中、低LAI分組中按照3∶1比例劃分出模型建立及反演數(shù)據(jù), 通過Matlab 2018軟件建立BP-LAI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模型。建立模型時(shí), 將劃分為模型建立的實(shí)測60組數(shù)據(jù), 按照4∶1比例劃分為模型訓(xùn)練樣本與測試樣本。

反演模型的優(yōu)劣會(huì)對(duì)反演結(jié)果產(chǎn)生重要影響, 通過對(duì)反演模型精度的分析, 評(píng)價(jià)所構(gòu)建模型的反演能力。反演冬小麥LAI后, 提取影像中對(duì)應(yīng)位置LAI反演結(jié)果, 使用實(shí)測LAI數(shù)據(jù)與反演結(jié)果分析, 評(píng)價(jià)反演結(jié)果的優(yōu)劣。使用決定系數(shù)R2、均方根誤差RMSE反演模型模型及反演結(jié)果的精度, 其中R2可以表征真實(shí)LAI與反演LAI之間的相關(guān)程度, RMSE可以放映真實(shí)LAI與反演LAI之間的偏差程度。R2越大且RMSE越小表明模型精度及反演結(jié)果擬合效果越好,R2越小且RMSE越大表明模型精度及反演結(jié)果擬合效果越差。計(jì)算公式如下:

式中,xi和xj分別表示實(shí)測LAI與預(yù)測LAI,n表示參與反演的樣本量。

2 結(jié)果與分析

2.1 高分六號(hào)WFV傳感器波段設(shè)置

傳感器及影像參數(shù)如表2所示。與Landsat8-OLI傳感器相比, GF-6與GF-1的WFV傳感器具有更高的空間分辨率, 并且GF-6 WFV傳感器與Landsat8-OLI相同, 比GF-1 WFV有更高的輻射分辨率, 可以對(duì)地物反射或發(fā)射能量的微小變化有更強(qiáng)的探測能力。在紅、綠、藍(lán)、近紅外4個(gè)波段內(nèi)GF-1與GF-6的WFV傳感器較Landsat8-OLI覆蓋更多的范圍, 可以提供更多的地物反射率信息但也會(huì)增加諸如水氣等更多的影響因素[33]。

表2 GF-1 WFV、GF-6 WFV、Landsat8-OLI影像對(duì)應(yīng)波段參數(shù)對(duì)比Table 2 Key property of GF-1 WFV, GF-6 WFV, and Landsat8-OLI

2.2 高分六號(hào)紅邊波段特征及冬小麥監(jiān)測能力分析

在地面使用便攜式光譜儀對(duì)冬小麥觀測測量時(shí), 由于儀器與目標(biāo)距離較近, 受到氣溶膠、水汽等影響較小,測量結(jié)果可以真實(shí)的反映植被真實(shí)的反射率特征, 在使用GF-6 WFV傳感器光譜響應(yīng)函數(shù)對(duì)實(shí)測光譜進(jìn)行光譜經(jīng)過光譜響應(yīng)函數(shù)重采樣后, 可反映出GF-6遙感產(chǎn)品對(duì)冬小麥冠層特征的響應(yīng)。觀察重采樣后得到的模擬光譜可以發(fā)現(xiàn), 在紅光、紅邊及近紅外波段范圍內(nèi)的反射率, 不同大小LAI之間有著較大的差異。紅光到近紅外波段內(nèi),冬小麥冠層反射率快速提高。進(jìn)行光譜重采樣后的得到的模擬光譜中, 兩個(gè)紅邊波段連線斜率在不同LAI分組之間的大小分別為2.18×10?3、5.69×10?3、7.06×10?3, 相比紅光、近紅外波段反射率之間的斜率8.5×10?4、1.92×10?3、2.35×10?3有明顯變化, 冬小麥冠層光譜在紅光-近紅外與紅邊波段內(nèi)顯示出了對(duì)植被不同的特征響應(yīng)。GF-6遙感產(chǎn)品的紅邊波段, 可以較紅、綠、藍(lán)、近紅外4個(gè)波段提供更多植被特征信息。

將實(shí)測光譜經(jīng)光譜響應(yīng)函數(shù)重采樣后得到的模擬光譜構(gòu)建成為植被指數(shù)NDVI、NDVI710、NDVI750, 植被指數(shù)及冬小麥LAI交互對(duì)比后, 結(jié)果如圖3所示。

如圖3-a~c所示, 當(dāng)使用地面測量LAI數(shù)據(jù)分別與地面測量光譜構(gòu)建的NDVI、NDVI710與NDVI750進(jìn)行對(duì)比后可發(fā)現(xiàn), LAI與NDVI、NDVI750的最優(yōu)擬合函數(shù)類型為指數(shù)函數(shù), 而與NDVI710的之間最優(yōu)擬合函數(shù)類型為線性關(guān)系。這主要是由于在冬小麥當(dāng)前生長階段, 采集得到的地表光譜經(jīng)光譜響應(yīng)函數(shù)重采樣后, 紅邊II與近紅外波段放射率數(shù)據(jù)較為接近, 并且由于植被指數(shù)NDVI與NDVI750之間有較好的線性關(guān)系(圖3-d), 導(dǎo)致LAI隨著NDVI與NDVI750的變化而有相近的變化趨勢。構(gòu)建的紅邊植被指數(shù)NDVI710與NDVI及NDVI750有不同的變化趨勢(圖3-e, f), 并且隨著LAI的增大, NDVI710并未出現(xiàn)明顯的飽和現(xiàn)象, 因此在應(yīng)用植被指數(shù)對(duì)冬小麥LAI進(jìn)行反演時(shí), 相比于NDVI及NDVI750, NDVI710對(duì)冬小麥LAI的變化可以提供更多植被特征信息。

2.3 冬小麥苗期LAI反演

基于不同參數(shù)組合, 分別建立不同組合的BP-LAI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模型。對(duì)比不同分組建立的BP-LAI反演模型結(jié)果可以發(fā)現(xiàn), 各組合對(duì)LAI建立的模型相關(guān)系數(shù)R2均大于0.7, 其中使用組合2和組合4建立的模型R2可達(dá)到0.75以上, 模型精度較高。從組合之間的差異來看, 組合3與相比于組合1建立的反演模型, 其R2變化較小, 組合2與組合4建立的反演模型相比于組合1的R2分別提高7.84%和9.80%, 提高較為明顯。即在建立反演模型時(shí), 使用4種植被指數(shù)的基礎(chǔ)上, 單獨(dú)增加使用NDVI750對(duì)反演模型精度影響較小, 而單獨(dú)使用NDVI710的反演模型精度有一定的提高, 當(dāng)同時(shí)使用兩個(gè)紅邊指數(shù)數(shù)據(jù)建立冬小麥苗期LAI反演模型時(shí), 反演模型的精度的提升最大(表3)。

表3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模型精度Table 3 Accuracy of BP neural network inversion model

反演模型中訓(xùn)練樣本與測試樣本不同組合間模型的精度有相同變化趨勢。使用從GF-6 WFV遙感影像中提取的B1~B6波段反射率數(shù)據(jù), 構(gòu)建成對(duì)應(yīng)的NDVI、ARVI、SAVI、CIgreen、NDVI710及NDVI750, 按照不同組合方式對(duì)冬小麥苗期LAI進(jìn)行反演, 反演結(jié)果如圖4所示。提取除反演結(jié)果中對(duì)應(yīng)樣方點(diǎn)位的LAI, 不同參數(shù)組合反演精度如圖5所示。

使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模時(shí), 使用不包含紅邊植被指數(shù)的參數(shù)組合1進(jìn)行LAI反演, 反演精度R2>0.70。使用組合2和組合3對(duì)冬小麥LAI進(jìn)行反演之后, 以未使用紅邊植被指數(shù)的組合1為參考, 可以觀察到相比于組合1,組合3反演的精度變化不明顯,R2與RMSE變化均較小,組合2反演精度有一定提升,R2提高9.53%, RMSE下降10.30%。當(dāng)使用組合4方式對(duì)冬小麥苗期LAI進(jìn)行反演時(shí), 反演精度有較大提升,R2提高12.48%, RMSE降低14.75%。即在反演冬小麥LAI時(shí), 使用NDVI、ARVI、SAVI、CIgreen等4種植被指數(shù)的前提下, 僅增加NDVI750后對(duì)反演影響較小; 而僅增加NDVI710后, 對(duì)冬小麥LAI反演效果有一定提升; 當(dāng)同時(shí)增加NDVI710和NDVI750時(shí),對(duì)反演結(jié)果精度的提升能力最好。

3 討論

近年來, 使用不同衛(wèi)星傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突蛭锢砟Ｐ瓦M(jìn)行作物L(fēng)AI反演或估算的研究方面開展了大量工作尤其在使用近紅外與可見光波段的反演已經(jīng)產(chǎn)出了大量成果。伴隨著紅邊波段研究的不斷深入, 其對(duì)植被生長狀況差異的響應(yīng)能力明顯提高已得到廣泛認(rèn)同[34],星上傳感器加入紅邊波段的數(shù)據(jù)源逐漸開始增加, 紅邊波段逐漸被越來越廣泛的應(yīng)用在包括LAI在內(nèi)的各類植被參數(shù)的反演與監(jiān)測中。隨著Sentinel-2/3、WorlView 2/3等衛(wèi)星的成功發(fā)射, 衛(wèi)星影像中的紅邊波段數(shù)據(jù)逐漸得到大尺度應(yīng)用, 相比之下, 高分六號(hào)衛(wèi)星影像以其在16 m空間分辨率實(shí)現(xiàn)800 km幅寬影像產(chǎn)品的優(yōu)勢, 將能夠在大范圍的作物監(jiān)測中發(fā)揮重要的作用, 但對(duì)其搭載傳感器新增4個(gè)波段的研究卻較為有限。張沁雨等[35]對(duì)喬木的研究中認(rèn)為, 高分六號(hào)的全部8個(gè)波段可以比前紅、綠、藍(lán)及近紅外4個(gè)波段可以提供更多的光譜和紋理信息;李文杰等[36]對(duì)葡萄的研究中, 高分六號(hào)紅邊波段的引進(jìn)提高了葡萄與其他植被的光譜差異。這些已有研究結(jié)果表明高分六號(hào)的紅邊波段能夠有效的提高植被的識(shí)別能力,但針對(duì)作物參數(shù)定量估算或反演能力的評(píng)價(jià)研究相對(duì)較少。本研究中, 以地面測量得到的冬小麥冠層真實(shí)反射率數(shù)據(jù), 經(jīng)過光譜響應(yīng)函數(shù)重采樣后獲得GF-6 WFV傳感器對(duì)應(yīng)波段范圍的模擬光譜, 認(rèn)為兩個(gè)紅邊波段的數(shù)據(jù)的增加相比于近紅外與可見光波段可以提供更多的植被長勢信息, 對(duì)植被特征差異化的響應(yīng)能力明顯增強(qiáng), 這為應(yīng)用GF6 WFV紅邊波段開展冬小麥長勢及LAI監(jiān)測提供了更好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

植被指數(shù)對(duì)LAI的敏感性隨著LAI的增加逐漸降低直至飽和, 并且不同植被指數(shù)飽和點(diǎn)有所差異[37]。隨著植被指數(shù)對(duì)LAI敏感性的下降, 通過植被指數(shù)對(duì)LAI進(jìn)行反演的能力和精度都會(huì)受到一定的影響。NDVI是使用最普遍的一種植被指數(shù), 被廣泛用于LAI的估算中, 但也存在易飽和的問題[38]。通過對(duì)地面實(shí)測光譜構(gòu)建得到植被指數(shù)的研究, 相比于NDVI, 基于高分六號(hào)紅邊波段構(gòu)建的NDVI710與NDVI750的抗飽和能力得到增強(qiáng), 其中NDVI710與NDVI之間在數(shù)值大小和對(duì)LAI的響應(yīng)關(guān)系上均有一定的差異。在當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)的LAI范圍內(nèi), 隨著LAI的增加, NDVI710并未出現(xiàn)明顯的飽和現(xiàn)象。因此,NDVI710作為特征參數(shù)加入到反演模型構(gòu)建中時(shí), 反演模型及反演結(jié)果的精度均有較大的提高。土壤背景是植被遙感監(jiān)測能力評(píng)價(jià)的重要影響因素[39], 研究區(qū)中的土壤質(zhì)地類型較為單一, 不同樣地之間的平均含水率為78.76%,含水率標(biāo)準(zhǔn)差0.033, 差異較小, 土壤背景因素的影響相對(duì)較小, 有利于保證研究結(jié)果的精度和普適性。

研究中側(cè)重于分析GF-6 WFV影像植被紅邊波段的對(duì)植被特征的響應(yīng)及其在冬小麥LAI反演的應(yīng)用, 而對(duì)如何更好的提高反演精度的考慮較少。因此, 盡管兩個(gè)紅邊波段的引入對(duì)冬小麥LAI反演精度的提高有一定的促進(jìn)作用, 但仍有提升的空間, 如對(duì)不同植被指數(shù)之間進(jìn)行對(duì)比分析, 篩選出更適合冬小麥LAI反演的植被指數(shù)。