一種棗樹冠層類胡蘿卜素含量的衛星遙感監測方法技術

本發明專利技術提供了一種棗樹冠層類胡蘿卜素含量的衛星遙感監測方法，包括如下步驟：確定待監測區域；下載待監測區域的衛星遙感影像；對下載的衛星遙感影像依次進行幾何精校正、輻射校正、大氣校正；對大氣校正后的衛星遙感影像進行裁剪，得到監測區域影像；通過ENVI5.1軟件計算監測區域選取像元的7個植被指數；將7個植被指數通過波段運算代入模型，計算出每個像元的棗樹冠層類胡蘿卜素含量；其中，Y為棗樹冠層的類胡蘿卜素含量，單位為mg/g。本發明專利技術提供的方法實現了區域尺度快速、準確、經濟、環保的獲取棗樹冠層類胡蘿卜素含量數據，避免了測定過程中化學尾液排放對環境的污染和對人體的傷害，大大簡化了操作步驟，縮短了監測時間。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于衛星遙感監測
，具體涉及一種棗樹冠層類胡蘿卜素含量的衛星遙感監測方法。
技術介紹
類胡蘿卜素是植物色素中的第二大類主要色素，是紅色、橙色或黃色的四萜類物質，它由胡蘿卜素和葉黃素組成；類胡蘿卜素同樣能吸收太陽輻射能，并將能量貢獻給光合作用，它是天線色素與反應中心色素復合物的組分，當輻射能超過光合作用所需時，類胡蘿卜素組分葉黃素循環會耗散過剩能量，從而保護反應中心。依賴葉黃素循環的熱耗散在高等植物中是一種關鍵的能量耗散機制，葉黃素與光合作用的光能利用率是緊密相關的，因此，從類胡蘿卜素濃度能提供更多有關植被生理狀態的補充信息。在棗樹種植培育過程中，類胡蘿卜素是一種非常重要的生物化學參數，快速獲取類胡蘿卜素含量信息是監測棗樹生長發育及品質保證的前提。傳統技術測量植物葉片類胡蘿卜素濃度需要高效液相色譜法，這既耗費時間。人力，又對植物造成損傷，而且也很昂貴，領外，從田間到實驗室的運輸和樣本制備過程中很可能損失植物類胡蘿卜素，從而導致植物色素含量發生變化，因此，傳統技術所具有的破壞性性質及諸多不足，限制了監測植物類胡蘿卜素時間動態的能力。而衛星遙感可以快速、經濟、環保、無損的監測大面積(縣域尺度及以上或1萬畝及以上)棗樹冠層的類胡蘿卜素含量。但目前關于利用衛星遙感數據應用于棗樹冠層類胡蘿卜素含量的研究甚少，尤其是缺乏相應的棗樹類胡蘿卜素含量反演模型。
技術實現思路
為了解決現有技術中存在的問題，本專利技術提供了一種棗樹冠層類胡蘿卜素含量的衛星遙感監測方法，包括如下步驟：S1：確定待監測區域；S2：下載待監測區域的衛星遙感影像；S3：對下載的衛星遙感影像進行幾何精校正；S4：對幾何精校正后的衛星遙感影像進行輻射校正；S5：對輻射校正后的衛星遙感影像進行大氣校正；S6：對大氣校正后的衛星遙感影像進行裁剪，得到監測區域影像；S7：計算監測區域影像中每個像元的NR、MSAVI2、GSAVI、GOSAVI、GMSAVI2、GDVI、DVI共7個植被指數；S8：將與每個像元對應的7個植被指數NR、MSAVI2、GSAVI、GOSAVI、GMSAVI2、GDVI、DVI通過ENVI5.1軟件的波段運算功能代入棗樹冠層類胡蘿卜素含量的模型，Y＝0.3209648NR-0.06380936MSAVI2-0.07388984GSAVI-0.1325935GOSAVI-0.05366499GMSAVI2-0.02665145GDVI-0.03155722DVI+0.21882，計算出監測區域中對應像元的棗樹冠層類胡蘿卜素含量；其中，Y為棗樹冠層的類胡蘿卜素含量，單位為mg/g。優選地，S2中，所述衛星遙感影像來源于Landsat8衛星，所述Landsat8衛星空間分辨率為30米。更優選地，S7中，所述NR的計算公式為：NR＝R/(NIR+R+G)；所述MSAVI2的計算公式為：MSAVI2＝0.5*[2*(NIR+1)-SQRT((2*NIR+1)2-8*(NIR-R))]；所述GSAVI的計算公式為：GSAVI＝1.5*[(NIR-G)/(NIR+G+0.5)]；所述GOSAVI的計算公式為：GOSAVI＝(NIR-G)/(NIR+G+0.16)；所述GMSAVI2的計算公式為：GMSAVI2＝0.5*[2*(NIR+1)-SQRT((2*NIR+1)2-8*(NIR-G))]；所述GDVI的計算公式為：GDVI＝NIR–G；所述DVI的計算公式為：DVI＝NIR–R；其中，G代表Landsat8衛星遙感影像大氣校正后的TM3波段的反射率，其波段區間為0.525-0.600μm；R代表Landsat8衛星遙感影像大氣校正后的TM4波段的反射率，其波段區間為0.630-0.680μm；NIR代表Landsat8衛星遙感影像大氣校正后的TM5波段的反射率，其波段區間為0.845-0.885μm。優選地，S3-S5中，所述幾何精校正、所述輻射校正、所述大氣校正均在軟件ENVI5.1中完成。更優選地，所述大氣校正采用FLAASHAtmosphericCorrection方法。本專利技術提供的棗樹冠層類胡蘿卜素含量的衛星遙感監測方法，實現了待監測區域快速、準確、經濟、環保的獲取棗樹冠層類胡蘿卜素含量數據，相較于傳統的室內化學分析測定方法來講，該專利技術不需要配制任何化學試劑，避免了測定過程中化學尾液排放對環境的污染和對人體的傷害，同時也大大簡化了操作步驟，縮短了監測時間，而相對于光譜測定方法來講，該專利技術的優勢是在大面積棗園類胡蘿卜素含量監測時更快速、更省力、更經濟。該專利技術能滿足農業生產中區域尺度的棗園能在短時間內獲取棗樹冠層類胡蘿卜素數據的需求，為棗樹田間管理提供依據，適合推廣應用于區域尺度(縣域尺度及以上或1萬畝及以上)的棗樹冠層類胡蘿卜素含量監測。附圖說明圖1為本專利技術實施例中提供的棗樹冠層類胡蘿卜素含量實測值與衛星遙感監測值散點圖(n＝30)。具體實施方式為了使本領域技術人員更好地理解本專利技術的技術方案能予以實施，下面結合具體實施例對本專利技術作進一步說明，但所舉實施例不作為對本專利技術的限定。一種棗樹冠層類胡蘿卜素含量的衛星遙感監測方法，具體包括以下步驟：查詢Landsat8衛星在該待監測區域的過境時間，該Landsat8衛星的分辨率為30米，衛星過境時如果天氣晴朗無云，下載Landsat8衛星在該待監測區域當日的遙感影像。本實施例的具體實施時間為2016年8月9日，待監測區域為新疆一師11團地域內的巴山公司的紅棗基地，當日天空晴朗無云。本實施例共采集了60個棗樹冠層的樣品，其中30個樣品用于構建棗樹冠層類胡蘿卜素含量的反演模型，另外30個用于檢驗模型的反演精度。下載該監測區域的衛星遙感影像后，對衛星遙感影像進行幾何精校正，然后對幾何精校正后的衛星遙感影像進行輻射校正，接著對輻射校正后的衛星遙感影像進行大氣校正，最后對大氣校正后的衛星遙感影像進行裁剪，裁剪出監測區域影像。上述幾何精校正、輻射校正、大氣校正依次進行，且在軟件ENVI5.1中完成。在監測區域影像內，以相對于實際地面面積為30m*30m且邊線的朝向為正南正北或正東正西方向的的正方形作為一個像元，隨機選取多個像元作為對應多個待監測的取樣單元，并以選取的取樣單元的對角線交叉點為中心，記錄該中心的地理坐標信息，以代表該取樣單元的位置信息，在所述取樣單元內采用5點法取樣，相鄰兩個取樣單元的中心點之間的距離不小于50米，本實例共采集60個取樣單元的信息。在裁剪后的Landsat8衛星監測區域影像上利用ArcGis軟件的Extraction功能提取每個取樣單元的棗樹冠層的TM3波段、TM4波段、TM5波段的反射率。然后通過TM3波段、TM4波段、TM5波段的反射率數據計算每個取樣單元的棗樹冠層的NG、NR、NNIR、RVI、GRVI、DVI、GDVI、NDVI、GNDVI、SAVI、GSAVI、OSAVI、GOSAVI、MSAVI2、GMSAVI2、RDVI、GRDVI共17個植被指數。同時，采集對應取樣單元的葉片，具體為在與上述同一取樣單元內采用5點法取樣，然后混合成一個樣，取樣時需均勻的采集棗樹冠層上、中、下部位的葉片，采集好的樣品帶回實驗室后烘干研磨成粉狀樣品，進行化學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種棗樹冠層類胡蘿卜素含量的衛星遙感監測方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：確定待監測區域；S2：下載待監測區域的衛星遙感影像；S3：對下載的衛星遙感影像進行幾何精校正；S4：對幾何精校正后的衛星遙感影像進行輻射校正；S5：對輻射校正后的衛星遙感影像進行大氣校正；S6：對大氣校正后的衛星遙感影像進行裁剪，得到監測區域影像；S7：計算監測區域影像中每個像元的NR、MSAVI2、GSAVI、GOSAVI、GMSAVI2、GDVI、DVI共7個植被指數；S8：將與每個像元對應的7個植被指數NR、MSAVI2、GSAVI、GOSAVI、GMSAVI2、GDVI、DVI通過ENVI5.1軟件的波段運算功能代入棗樹冠層類胡蘿卜素含量的模型，Y＝0.3209648NR?0.06380936MSAVI2?0.07388984GSAVI?0.1325935GOSAVI?0.05366499GMSAVI2?0.02665145GDVI?0.03155722DVI+0.21882，計算出監測區域中對應像元的棗樹冠層類胡蘿卜素含量；其中，Y為棗樹冠層的類胡蘿卜素含量，單位為mg/g。

【技術特征摘要】
1.一種棗樹冠層類胡蘿卜素含量的衛星遙感監測方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：確定待監測區域；S2：下載待監測區域的衛星遙感影像；S3：對下載的衛星遙感影像進行幾何精校正；S4：對幾何精校正后的衛星遙感影像進行輻射校正；S5：對輻射校正后的衛星遙感影像進行大氣校正；S6：對大氣校正后的衛星遙感影像進行裁剪，得到監測區域影像；S7：計算監測區域影像中每個像元的NR、MSAVI2、GSAVI、GOSAVI、GMSAVI2、GDVI、DVI共7個植被指數；S8：將與每個像元對應的7個植被指數NR、MSAVI2、GSAVI、GOSAVI、GMSAVI2、GDVI、DVI通過ENVI5.1軟件的波段運算功能代入棗樹冠層類胡蘿卜素含量的模型，Y＝0.3209648NR-0.06380936MSAVI2-0.07388984GSAVI-0.1325935GOSAVI-0.05366499GMSAVI2-0.02665145GDVI-0.03155722DVI+0.21882，計算出監測區域中對應像元的棗樹冠層類胡蘿卜素含量；其中，Y為棗樹冠層的類胡蘿卜素含量，單位為mg/g。2.根據權利要求1所述的棗樹冠層類胡蘿卜素含量的衛星遙感監測方法，其特征在于，S2中，所述衛星遙感影像來源于Landsat8衛星，所述Landsat8衛星空間分辨率為30米。3.根據權利要求2所述的棗樹冠層類胡蘿卜素含量的衛星遙感監測方法，其特征在于，S7中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：柳維揚，彭杰，竇中江，陳兵，王瓊，王靜，曲浩亮，劉新路，周煊，
申請(專利權)人：塔里木大學，
類型：發明
國別省市：新疆;65