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基于HJ-1A星HSI高光谱数据的植被分类研究

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摘要

第一章 绪论

第一节 研究背景与意义

第二节 高光谱遥感技术

1 高光谱遥感技术概述

2 国内外研究进展

第三节 高光谱遥感影像分类技术研究现状

第四节 高光谱影像数据在植被分类中的应用

第五节 论文研究的主要内容与技术路线

第二章 研究区概况与分类算法

第一节 研究区概况

1 研究区的概况

2 研究区地理位置

3 研究区气候、地形与地质

4 研究区土壤与植被资源

第二节 高光谱数据分类基本算法

1 传统非监督分类法

2 传统监督分类法

3 光谱匹配分类法

4 决策树分类方法

第三章 HSI高光谱数据特性与预处理

第一节 HSI高光谱数据说明

1 数据的获取与特性

2 高光谱数据的特点

3 HSI数据的应用目标

第二节 HSI高光谱数据的预处理

1 数据格式转换

2 去除受损严重的波段

3 坏线修复

4 垂直条纹的去除

5 几何精校正

第三节 HSI高光谱数据的最小噪声分离变换

1 MNF变换原理

2 HSI数据的MNF变换

第四节 其他辅助数据采集与处理

1 1:20万植被图与稀珍植被覆盖点

2 外业调查及其数据

第四章 研究区植被类型的光谱特征提取与分析

第一节 研究区地物分类类别的确定与样本的选取

1 分类类别的确定

2 地物类型训练样本的选择

第二节 HSI高光谱遥感影像的波谱信息

第三节 研究区地物类型光谱特征

1 地物波谱特性及其机理

2 研究区地物类型光谱特征提取与分析

第四节 小结

第五章 分类实践与精度评价

第一节 决策树分类法分类实践

1 决策树分类特征的选择

2 分类流程与分类实践

3 精度分析与评价

第二节 最大似然监督分类法分类实践

1 最大似然法分类实践

2 精度分析与评价

第三节 ISODATA非监督分类法分类实践

1 ISODATA非监督分类法分类实践

2 精度分析与评价

第四节 光谱角填图分类法分类实践

1 光谱角填图分类法分类实践

2 精度分析与评价

第五节 四种分类方法精度对比与分析

第六章 结论与展望

第一节 研究总结

第二节 不足与展望

参考文献

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摘要

高光谱遥感技术是当前遥感领域的前沿技术,为植物物种或种群信息的获取、大范围植被的识别与分类提供了新的技术手段。在植被分类中,某些类型的植被群落光谱特性有较为相近的情况,多光谱等传统遥感影像的应用就会受到很大影响。而高光谱遥感由于具有极高的光谱分辨率,能够大大提高对植被的识别与分类精度。可以在大量窄波段中筛选出那些对植被类型光谱差异较明显的波段,利用少数几个窄波段对植被类型进行识别与分类。也可采用压缩技术重新组合几个综合波段,充分利用植被的光谱信息,改善了植被的识别与分类精度。
   环境与灾害监测预报小卫星星座(HJ-1A/B)是我国于2008年发射的第一颗专用于环境监测的卫星。HJ-1A星所获取的HSI高光谱数据连续的波段设置能够反映地物光谱的微小变化,提高了对地识别与分类精度,其应用可以满足我国对植被大范围动态的监测需要。然而受限于发射时间较短,目前基于HSI数据的植被分类及与此相关的研究比较少。本文以金钟山自然保护区为研究区,利用环境小卫星HSI高光谱数据,主要进行了以下研究工作:
   1.HSI数据特性与预处理:介绍了HSI数据特点、特性以及波谱信息。针对HSI数据产品特点设置了包括质量差波段的去除、修复个别波段上存在的坏线、垂直条纹去除、几何精校正预处理工作流程,处理后的影像质量明显高于原始影像。
   2.植被类型的光谱特征分析:依据野外调查数据与1∶20万植被分布图等数据提取了保护区典型植被的光谱曲线。草丛、灌丛、常绿阔叶林、落叶阔叶林、稀疏植被覆盖区这五种植被类型具有典型的植被光谱特征。
   3.不同分类方法对比研究:运用四种分类方法对保护区植被类型进行分类识别,分别为基于光谱特征与植被指数构建的决策树法、最大似然监督分类法、ISODATA非监督分类法、波谱角填图法。结果表明决策树法与最大似然法具有较高精度,分别为83.74%,76.22%。一方面验证了决策树方法和高光谱分析方法相结合在提取植被信息中的可行性。另一方面验证了经过MNF变换处理后应用传统的分类方法也可对HSI数据的植被分类有很好的效果。进而证明了HSI高光谱植被分类研究中的数据支撑能力。
   总体来讲,本研究运用HSI高光谱数据,充分分析研究区典型植被的光谱特征,运用不同分类方法对研究区植被分类,充分挖掘HSI高光谱数据对植被分类的潜力,成功拓展了HSI高光谱数据在植被分类识别这一应用领域。不仅证实了HJ-1A星HSI数据应用于植被识别分类的可行性,对于推进我国国产卫星及遥感技术在相关方面的应用具有重要作用。

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