粒子群算法下辐射传输模型反演路域植被参数

摘要

高速公路的快速发展，给我国带来了巨大的经济效益和社会效益。然而，伴随着高速公路的发展，其建设与运营给沿线的生态环境带来了严重影响，主要表现为地表植被覆盖的破坏、水土结构的重构及人为生物分割带的形成等。这种一切以经济为核心的发展方式逐步引起了我国相关学者的注意并开始进行环境状况的监测与评价研究，如何能够快速、准确地获取研究区域的植被参数作为监测与评价的数据基础成为近年来的研究热点。
　　目前较为先进的研究方法是借助定量遥感的优势，以遥感影像为数据基础，利用现有的植被模型反演植被理化参数并构建植被环境评价体系来进行植被环境健康状况的监测与评价。本文针对当前所用物理模型及相应反演算法的缺陷，首先考虑针叶和阔叶叶片的结构特点，将阔叶叶片与针叶叶片看作均匀堆叠在一起的无限层叶细胞的水平排列，通过计算无限层叶细胞与单层叶细胞的光学特性并引入有限层光学平板的光学特点构建广义叶片模型;其次根据光路可逆原理，将地表对太阳直射光的方向—方向反射及散射光的半球—方向反射过程引入冠层SAIL模型中的土壤反射率修正并将地表自身热辐射对入瞳辐射造成的影响进行相应修正从而建立适于南方丘陵地形的DSAIL模型;最后，将粒子群优化算法引入定量遥感体系，根据耦合后物理模型的特点对粒子群算法的搜索次数、适应度函数尤其是惯性权重进行相应调整并拓展其目标因子用于反演植被参数。并进行“星地同步”的实验，在卫星过境时间内采集实验样区的植被参数对所建立的模型进行检测与分析，探索出模型所用最佳参数。
　　研究结果表明:粒子群算法配合物理模型用于遥感影像反演植被参数的业务化运行能力强，反演精度较高且反演速度快，适合于遥感影像大面积参数反演。粒子群算法配合物理模型反演植被参数可为路域植被环境的监测评价提供基础数据支持，在一定程度上反映出高速公路在建设、运营过程中对路域植被环境带来的影响。研究成果可提高定量遥感理论在生态环境监测评价中的业务化运行能力，为南方丘陵地区高速公路域植被理化信息的快速、定量化监测奠定基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

第二章 辐射传输理论研究基础

2．1 辐射传输理论基础

2．2 阔叶PROSPECT模型基本原理

2．3 针叶LIBERTY模型基本原理

2．4 SAIL模型基本原理

2．5 粒子群算法基本原理

第三章 辐射传输模型改进

3．1 研究区域介绍

3．2 广义GLIBERTY模型构建

3．2．1 无限反射作用

3．2．2 单个细胞的光学特性

3．2．3 无限细胞的光学特性

3．2．4 叶片的光学特性

3．2．5 模型参数确定

3．3 GLIBERTY模型分析及精度评价

3．3．1 叶片结构参数N和细胞直径d的敏感性分析

3．3．2 与PROSPECT和LIBERTY模拟数据的对比

3．3．3 模型精度评价

3．4 SAIL模型地形修正

3．5 DSAIL模型分析及精度评价

3．5．1 模型分析

3．5．2 DSAIL模型精度评价

第四章 耦合模型反演植被信息

4．1 GLDSAIL耦合模型构建

4．2 多目标粒子群算法原理

4．2．1 组合式惯性权重改进

4．2．2 精度控制

4．2．3 适应度函数建立

4．2．4 搜索次数确定

4．2．5 多目标因子拓展

4．3 模型反演精度评价及分析

4．3．1 反演精度评价

4．3．2 模型分析

4．3．3 参数反演分级图

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 研究展望

参考文献

致谢

附录