地球信息科学学报 ›› 2020, Vol. 22 ›› Issue (2): 308-315.doi: 10.12082/dqxxkx.2020.190254
郭云开1,2, 张晓炯1,2,*(), 许敏1,2, 刘雨玲1, 钱佳1, 章琼1
收稿日期:
2019-05-22
修回日期:
2019-09-20
出版日期:
2020-02-25
发布日期:
2020-04-13
作者简介:
郭云开(1958— ),男,湖南常德人,教授,主要从事高等级路域环境遥感研究。E-mail: guoyunkai226@163.com
基金资助:
GUO Yunkai1,2, ZHANG Xiaojiong1,2,*(), XU Min1,2, LIU Yuling1, QIAN Jia1, ZHANG Qiong1
Received:
2019-05-22
Revised:
2019-09-20
Online:
2020-02-25
Published:
2020-04-13
Contact:
ZHANG Xiaojiong
Supported by:
摘要:
植被等效水厚度对路域生态环境的监测评估具有重要意义。本研究以湖南醴潭高速一段为研究对象,以地面实测光谱和等效水厚度以及PRO4SAIL模拟光谱和模拟等效水厚度为数据源,利用PRO4SAIL冠层模型模拟光谱与地面实测光谱建立12种常用水分指数,引入随机森林算法对水分指数与等效水厚度进行重要性分析,得到12种水分指数的重要性排序;利用调整R 2确定建立等效水厚度估算模型中输入水分指数的最佳个数;在优选水分指数基础上,以PRO4SAIL模拟光谱计算得到水分指数和等效水厚度为训练集,分别构建随机森林耦合偏最小二乘(RF-PLS)、随机森林耦合支持向量机(RF-SVM)和随机森林耦合遗传算法优化支持向量机(RF-GA-SVM)等效水估算模型,并用地面实测等效水厚度对估算模型进行精度验证与分析。结果表明:RF-SVM估算模型中输入重要性前9的水分指数(NDWI、NMDI、SRWI、SR、NDII、WI、DWI、MSI、SAVI)时,调整R 2最高,验证集决定系数为0.8877;RF-PLS和RF-GA-SVM估算模型中输入重要性前4的水分指数(NDWI、NMDI、SRWI、SR)时,调整R 2最高,验证集决定系数分别为0.8053、0.8952,其中RF-GA-SVM模型估算等效水厚度效果最佳,其精度满足路域植被等效水厚度监测要求。本文研究成果为等效水厚度估算提供一种有效且精确的方法,同时为发展基于高光谱遥感的路域环境监测提供重要支撑。
郭云开, 张晓炯, 许敏, 刘雨玲, 钱佳, 章琼. 路域植被等效水厚度估算模型研究[J]. 地球信息科学学报, 2020, 22(2): 308-315.DOI:10.12082/dqxxkx.2020.190254
GUO Yunkai, ZHANG Xiaojiong, XU Min, LIU Yuling, QIAN Jia, ZHANG Qiong. Estimation Model of Equivalent Water Thickness in the Road Area[J]. Journal of Geo-information Science, 2020, 22(2): 308-315.DOI:10.12082/dqxxkx.2020.190254
表2
12种水分指数的计算方法列表
水分指数 | 计算公式 | 公式编号 | 参考文献 |
---|---|---|---|
新近红外肩部区域光谱比值指数 (Spectral Ratio Index in theNIR Shoulder Region, NSRI) | (1) | [ | |
水分指数 (Water Index, WI) | (2) | [ | |
归一化差值植被指数 (Normalized difference vegetation index, NDVI) | (3) | [ | |
归一化差值红外指数 (Normalized Difference Infrared Index, NDII) | (4) | [ | |
Datt水分指数 (DattWater Index, DWI) | (5) | [ | |
简单水比指数 (Simple Ratio Water Index, SRWI) | (6) | [ | |
湿度胁迫指数 (Moisture Stress Index, MSI) | (7) | [ | |
水比指数 (Simple Ratio, SR) | (8) | [ | |
归一化差值水分指数 (Normalized Difference Water Index, NDWI) | (9) | [ | |
归一化多波段干旱指数 (NormalizedMulti-band Drought Index, NMDI) | (10) | [ | |
全球植被水分指数 (Global Vegetation Moisture Index, GVWI) | (11) | [ | |
土壤调整植被指数 (Soil Adjusted Vegetation Index, SAVI) | (12) | [ |
表4
建模样本和验证样本统计
反演模型 | 建模样本 | 预测样本 | |||
---|---|---|---|---|---|
自变量 | 应变量 | 自变量 | 应变量 | ||
PLS | PRO4SAIL模拟NDWI、NMDI、SRWI、SR | PRO4SAIL模拟EWT | 实测NDWI、NMDI、SRWI、SR | 实测EWT | |
SVM | PRO4SAIL模拟NDWI、NMDI、SRWI、SR、NDII、WI、DWI、MSI、SAVI | PRO4SAIL模拟EWT | 实测NDWI、NMDI、SRWI、SR、NDII、WI、DWI、MSI、SAVI | 实测EWT | |
GA-SVM | PRO4SAIL模拟NDWI、NMDI、SRWI、SR | PRO4SAIL模拟EWT | 实测NDWI、NMDI、SRWI、SR | 实测EWT |
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