1、主要植被指数类型及其应用条件分类:遥感知识2008.7.2 08:55 作者：晓雪天飞 | 评论：0 | 阅读：79 在遥感应用领域，植被指数已广泛用来定性和定量评价植被覆盖及其生长活力。由于植被光谱表现为植被、土壤亮度、环境影响、阴影、土壤颜色和湿度复杂混合反应，而且受大气空间时相变化的影响，因此植被指数没有一个普遍的值，其研究经常表明不同的结果。研究结果表明，利用在轨卫星的红光和红外波段的不同组合进行植被研究非常好，这些波段在气象卫星和地球观测卫星上都普遍存在，并包含 90%以上的植被信息，这些波段间的不同组合方式统被称为植被指数。植被指数有助于增强遥感影像的解译力，并已作为一种遥感手段广
2、泛应用于土地利用覆盖探测、植被覆盖密度评价、作物识别和作物预报等方面，并在专题制图方面增强了分类能力。植被指数还可用来诊断植被一系列生物物理参量：叶面积指数（LAI）、植被覆盖率、生物量、光合有效辐射吸收系数（APAR）等；反过来又可用来分析植被生长过程：净初级生产力（NPP）和蒸散（蒸腾）等。 为了估算和监测植被覆盖，最早发展了比值植被指数（R VI）。但 RVI 对大气影响敏感，而且当植被覆盖不够浓密时（小于 50%），它的分辨能力也很弱，只有在植被覆盖浓密的情况下效果最好。归一化差异植被指数（NDVI）对绿色植被表现敏感，它可以对农作物和半干旱地区降水量进行预测 ，该指数常被用来进行区域
3、和全球的植被状态研究。对低密度植被覆盖，NDVI 对于观测和照明几何非常敏感。但在农作物生长的初始季节，将过高估计植被覆盖的百分比；在农作物生长的结束季节，将产生估计低值。继之,将各波段反射率以不同形式进行组合来消除外在的影响因素，如遥感器定标、大气、观测和照明几何条件等。这些线性组合或波段比值的指数发展满足特定的遥感应用，如作物产量、森林开发、植被管理和探测等。农业植被指数（AVI ）针对作物生长阶段测量绿色植被；多时相植被指数（MTVI），将两个不同日期的数值简单相减，是为了观测两个日期植被覆盖条件的变化和作物类型的分类，并用来探测由于火灾和土地流失造成的森林覆盖变化。归一化差异绿度指数（
4、NDGI），可用来对不同活力植被形式进行检验。归一化差异指数（NDI）建立了光谱反射率和棉花作物残余物的表面覆盖率的关系，以用来对作物残余物的制图。 近年来，随着高光谱分辨率遥感的发展以及热红外遥感技术的应用，又发展了红边植被 指数、导数植被指数（DVI）、温度植被指数（Ts-VI）、生理反射植被指数（PRI）。“红 边” 的一般定义为叶绿素吸收红边斜率的拐点。红边位置灵敏于叶绿素 a、b 的浓度和植被叶细胞的结构。为获取红边位置信息，Miller 等用一个倒高斯模型拟合红边斜率。导数植被指数由于它能压缩背景噪音对目标信号的影响或不理想的低频信号，被应用在目前的高光谱遥 感研究中，尤其是在利用
5、高光谱遥感提取植被化学成份信息方面得到成功的应用。近年来的 经验研究表明：热红外辐射（如土面亮度温度）和植被指数在大尺度范围遥感应用中可提高土地覆盖的制图和监测精度。生理反射植被指数是针对高光谱遥感的特点，对植被生化 特性的短期变化（如一天的植被的光合作用）进行探测。 植被指数按发展阶段可分为三类：第一类植被指数基于波段的线性组合（差或和）或原 始波段的比值，由经验方法发展的，没有考虑大气影响、土壤亮度和土壤颜色，也没有考虑 土壤、植被间的相互作用（如 RVI 等）。它们表现了严重的应用限制性，这是由于它们是针对特定的遥感器（Landsat MSS）并为明确特定应用而设计的。第二类植被指数大都
6、基于物理知识，将电磁波辐射、大气、植被覆盖和土壤背景的相互作用结合在一起考虑，并通过数学和物理及逻辑经验以及通过模拟将原植被指数不断改进而发展的（如 PVI、SAVI、MSAVI、TSAV I、ARVI、GEMI、AVI、NDVI 等）。它们普遍基于反射率值、遥感器定标和大气影响并形成理论方法，解决与植被指数相关的但仍末解决的一系列问题。第三类植被指数是针对高光谱遥感及热红外遥感而发展的植被指数（如 DVI、Ts-VI、PRI 等）。这些植被指数是近几年来 基于遥感技术的发展和应用的深入而产生的新的表现形式。尽管许多新的植被指数考虑了土壤 、大气等多种因素并得到发展，但是应用最广的还是 NDV
7、I，并经常用 NDVI 作参考来评价基于 遥感影像和地面测量或模拟的新的植被指数，NDVI 在植被指数中仍占有重要的位置。 土壤亮度对植被指数有相当大的影响。许多植被指数的发展就是为了控制土壤背景的 影响。土壤背景和环境反射率的空间变化与土壤结构、构造、颜色和湿度有关。 由于土壤背景的作用，当植被覆盖稀疏时，红波段辐射将有很大的增加，而近红外波段辐射将减 小，致使比值指数和垂直指数（PVI）都不能对植被光谱行为提供合适的描述。由此，必须 发展其它新的植被指数以便更合适地描述“土壤植被大气”系统。基于经验的方法，在忽略大气、土壤、植被间相互作用的前提下，发展了土壤亮度指数 （SBI）、绿度植被指
8、数（GVI）、黄度植被指数（YVI）等。用 Landsat 数据已证明 SBI 和 GVI 指数可用来评价植被和裸土的行为，GVI 指数与不同植被覆盖有较大的相关性。 在此基础上 ，又考虑到大气影响的处理，发展了调整土壤亮度指数（ASBI）和调整绿度植被指数（AGVI ）。基于 Landsat MSS 图像而进行主成份分析，Misra 等通过计算这些指数的多项因子而又发展了 Misra 土壤亮度指数（MSBI）、Misra绿度植被指数（MGVI）、Misra 黄度植被指数（M YVI）和 Misra 典范植被指数（MNSI）。为动态植被发展的裸土绿度指数（GRABS）是基于 GVI 和 SBI
9、 发展的。绿度植被和土壤亮度指数（GVSB）在农作物识别中发挥了作用。 Kauth 等利用 Landsat MSS 的 4 个光谱段作为 4 维空间分析了裸土的光谱变化 ，并注意到裸土信息变化的主要部分是由它们的亮度造成的，并提出了“土壤线”或“土壤亮度 矢量”的观点。Richardson等促使了土壤背景线指数（SBL）的发展，并用来辨别土壤和植被覆盖。植被越密，植被象元离土壤线距越大。在航空和卫星遥感图像分析和解译中，土壤线的概念被广泛采用。基于土壤线理论，Jackson 等发展了垂直植被指数（PVI）。相对于比值植被指数，PVI 表现为受土壤亮度的影响较小。Jackson 发展了基于 n
10、维光谱波段并在 n 维空间中计算植被指数的方法。两维空间计算 的 PVI、四维空间计算的植被指数及六维空间计算的植被指数是 n 维植被指数的特殊情况。 普遍地用“n”波段计算“m”个植被指数（mn）。实际上，相对于仅用红波段和红外波段的方法，通道数一味增加，常常并不能对植被指数有多大的贡献。 NDVI 和 PVI 在描述植被指数和土壤背景的光谱行为上存在着矛盾的一面，因此发展了土壤调整植被指数 SAVI。该指数看上去似乎由 NDVI 和 PVI 组成，其创造性在于，建立了一个可适当描述土壤植被系统的简单模型。为了减小 SAVI 中的裸土影响，将植被指数发展 为修改型土壤调整植被指数（MSAVI
11、）。Major 等又发展了 SAVI 的三个新的形式： SAVI2、SAVI3 和 SAVI4，这些转换形式是基于理论考虑，考虑到土壤是干燥的还是湿润的，以及太阳入射角的变化等。 转换型土壤调整植被指数（TSAVI）是 SAVI 的转换形式，也与土壤线有关。土壤线的参 数参加该指数的运算，而且具有全球的特性。TSAVI 又进行改进，通过附加一个“X”值，将土壤背景亮度的影响减小到最小值。 SAVI 和 TSAVI 表现出，在独立于遥感器类型的情况下， 在描述植被覆盖和土壤背景方面有着较大的优势。对于半干旱地区的土地利用图，TSAVI 已 证明满足于低覆盖植被特性。由于考虑了裸土土壤线，TSAV
12、I 比 NDVI 对于低植被覆盖有更好的指示作用。 除了土壤亮度外，土壤颜色也是影响植被指数的一个重要因素。土壤颜色变化使土壤线 加宽，并且依赖于波长轴。由颜色形成噪音阻止了植被覆盖的探测，该噪音与由土壤特性变化而造成植被指数的增加有关。土壤颜色对于低密度植被区的反射率具有较大影响，尤其在干旱环境下对植被指数的计算影响更严重。 Escadafal 表明，TM2 和 TM3 反射率值与土壤颜色饱和度有关，并发展了颜色指数。其中红色指数（RI）是土壤颜色影响植被的一个校正系数。由土壤颜色引起的变化，普遍妨碍了低植被覆盖率的探测。土壤的颜色指数用于校正使植被指数有双倍的敏感性。 利用卫星和航空遥感数
13、据进行的空间时相研究表明，大气对植被指数也有影响。该影 响对于植被而言，在红波段增加了辐射，而在近红外波段降低了辐射，从而使植被指数减小 。既然土壤对部分植被冠层的整个辐射亮度产生强烈的影响，大气对冠层反射辐射的修改也 强烈地依赖于土壤的光学特性。根据 Pitts 等的研究，大气吸收可减小近红外信息量的 20%以上。据研究估算，水汽吸收和瑞利散射的影响占植被指数的 5.5%。根据 Jackson 研究，大气混浊限制了植被的测量并妨碍了植被胁迫的探测。如果基于植被指数有效的应用遥感数据，如土地利用清查，发展大气校正技术是很必要的。相对于 NDVI，大气阻抗植被指数（ARVI）在红波段完成大气自我
14、校正。蓝和红波段的辐射亮度差异给予一个红蓝波段（RB），替代了 NDVI 的红波段。该方法减小了由于大 气气溶胶引起的大气散射对红波段的影响。通过用大气辐射传输模型在各种大气条件下模拟自然表面光谱，发现 ARVI 与 NDVI 有同样的动态范围，但对大气的敏感性小于 NDVI 的 4 倍。 通过对土壤线的改进，发展了土壤线大气阻抗指数（SLRA）。将 SLRA 与TSAVI 相结合，又形成转换型土壤大气阻抗植被指数（TSARVI），该指数减小了大气、土壤亮度和颜色对于 TSAVI 的影响。全球环境监测指数（GEMI）不用改变植被信息而减小大气影响，并保存了比 NDVI 指数相 对低密度至浓密度
15、覆盖更大的动态范围。尽管 GEMI 的目的是全球性地评价和管理环境而又不受大气影响，但是它受到裸土的亮度和颜色相当大的影响，对于稀疏或中密度植 被覆盖不太适用。抵制大气影响中散射的角度植被指数（AVI）是针对 ATSR-2 应用发展的，但它也适用于具有同样波段的其它遥感器，此外遥感器定标、遥感器光谱响应、双向反射等也对植被指数产生一定的影响。测量学模拟试卷得分 评卷人 复查人1经纬仪测量水平角时，正倒镜瞄准同一方向所读的水平方向值理论上应相差（A ） 。A 180 B 0 C 90 D 2702. 1：5000 地形图的比例尺精度是（ D ） 。A 5 m B 0.1 mm C 5 cm D
16、50 cm 3. 以下不属于基本测量工作范畴的一项是（ C） 。A 高差测量 B 距离测量 C 导线测量 D 角度测量4. 已知某直线的坐标方位角为 220，则其象限角为（D ） 。A 220 B 40 C 南西 50 D 南西 405. 由一条线段的边长、方位角和一点坐标计算另一点坐标的计算称为（A ） 。A 坐标正算 B 坐标反算 C 导线计算 D 水准计算6. 闭合导线在 X 轴上的坐标增量闭合差（ A ） 。A 为一不等于 0 的常数 B 与导线形状有关 C 总为 0 D 由路线中两点确定7. 在地形图中，表示测量控制点的符号属于（D ） 。A 比例符号 B 半依比例符号 C 地貌符号
17、 D 非比例符号8. 在未知点上设站对三个已知点进行测角交会的方法称为（A ） 。A 后方交会 B 前方交会 C 侧方交会 D 无法确定9. 两井定向中不需要进行的一项工作是（C ） 。A 投点 B 地面连接 C 测量井筒中钢丝长度 D 井下连接10. 绝对高程是地面点到（ C ）的铅垂距离。A 坐标原点 B 任意水准面 C 大地水准面 D 赤道面11下列关于等高线的叙述是错误的是：（A ）A 高程相等的点在同一等高线上B 等高线必定是闭合曲线，即使本幅图没闭合，则在相邻的图幅闭合C 等高线不能分叉、相交或合并一、单项选择题（每小题 1 分，共 20 分）在下列每小题的四个备选答案中选出一个正
18、确的答案，并将其字母标号填入题干的括号内。D 等高线经过山脊与山脊线正交12下面关于非比例符号中定位点位置的叙述错误的是（B ）A几何图形符号，定位点在符号图形中心B符号图形中有一个点，则该点即为定位点C宽底符号，符号定位点在符号底部中心D底部为直角形符号，其符号定位点位于最右边顶点处13下面关于控制网的叙述错误的是（D ）A 国家控制网从高级到低级布设B 国家控制网按精度可分为 A、B、C、D、E 五等C 国家控制网分为平面控制网和高程控制网D 直接为测图目的建立的控制网，称为图根控制网14下图为某地形图的一部分，各等高线高程如图所视，A 点位于线段 MN 上，点 A 到点 M 和点 N 的
19、图上水平距离为 MA=3mm，NA=2mm ，则 A 点高程为（A ）A 36.4m B 36.6m C 37.4m D 37.6m15如图所示支导线，AB 边的坐标方位角为 ，转折角如图，则 CD 边30125AB的坐标方位角 为（ B ）CDA B C D3075 3015 3045 3029516三角高程测量要求对向观测垂直角，计算往返高差，主要目的是（D ）A 有效地抵偿或消除球差和气差的影响B 有效地抵偿或消除仪器高和觇标高测量误差的影响C 有效地抵偿或消除垂直角读数误差的影响D有效地抵偿或消除读盘分划误差的影响17下面测量读数的做法正确的是（ C ）A 用经纬仪测水平角，用横丝照准
20、目标读数ANM373635100301303010030DCBAB 用水准仪测高差，用竖丝切准水准尺读数C 水准测量时，每次读数前都要使水准管气泡居中D 经纬仪测竖直角时，尽量照准目标的底部18水准测量时对一端水准尺进行测量的正确操作步骤是（ D ） 。A 对中-整平-瞄准-读数 A 整平-瞄准-读数- 精平C 粗平-精平-瞄准-读数 D 粗平-瞄准-精平- 读数19矿井平面联系测量的主要任务是（ D ）A 实现井上下平面坐标系统的统一 B 实现井上下高程的统一C 作为井下基本平面控制 D 提高井下导线测量的精度20 井口水准基点一般位于（ A ） 。A 地面工业广场井筒附近 B 井下井筒附近
21、C 地面任意位置的水准点 D 井下任意位置的水准点得分 评卷人 复查人21 水准测量中，为了进行测站检核，在一个测站要测量两个高差值进行比较，通常采用的测量检核方法是双面尺法和 。22 直线定向常用的标准方向有真子午线方向、_磁北方向_和坐标纵线方向。23 地形图符号一般分为比例符号、_半依比例符号_和不依比例符号。24 井下巷道掘进过程中，为了保证巷道的方向和坡度，通常要进行中线和_的标定工作。25 测量误差按其对测量结果的影响性质，可分为系统误差和_偶然误差_。26 地物注记的形式有文字注记、 _ 和符号注记三种。27 象限角的取值范围是： 0-90 。28 经纬仪安置通常包括整平和 对中
22、 。29 为了便于计算和分析，对大地水准面采用一个规则的数学曲面进行表示，这个数学曲面称为 参考托球面 。二、填空题（每空 2 分，共 20 分）30 光电测距仪按照测量时间的方式可以分为相位式测距仪和 差分 。得分 评卷人 复查人31竖盘指标差竖盘分划误差32水准测量利用水准仪测定两点间的高差33系统误差由客观原因造成的具有统计规律性的误差34视准轴仪器望远镜物镜和目镜中心的连线得分 评卷人 复查人35简述测回法测量水平角时一个测站上的工作步骤和角度计算方法。对中，整平，定向，测角。观测角度值减去定向角度值三、名词解释（每小题 5 分，共 20 分）四、简答题（每小题 5 分，共 20 分）
23、36什么叫比例尺精度？它在实际测量工作中有何意义？图上 0.1 毫米在实地的距离。可以影响地物取舍37简述用极坐标法在实地测设图纸上某点平面位置的要素计算和测设过程。38高斯投影具有哪些基本规律。得分 评卷人 复查人39在 1：2000 图幅坐标方格网上，量测出 ab = 2.0cm, ac = 1.6cm, ad = 3.9cm, ae = 5.2cm。试计算 AB 长度 DAB 及其坐标方位角 AB。40从图上量得点 M 的坐标 XM=14.22m, YM=86.71m；点 A 的坐标为 XA=42.34m, YA=85.00m。试计算 M、A 两点的水平距离和坐标方位角。abdc eBA
24、1200 140016001800五、计算题（每小题 10 分，共 20 分）测量学 标准答案与评分说明一、 一、 单项选择题（每题 1 分）1 A； 2 D； 3 C； 4 D； 5 A； 6 C； 7 D； 8 A； 9 C； 10 C；11 A；12 D；13 B；14 A； 15 B；16 A ；17 C；18 D ； 19 A；20 A二、 二、 填空题 （每空 2 分，共 20 分）21 变更仪器高法22 磁北方向23 半依比例符号（或线状符号）24腰线25偶然误差26数字注记27 大于等于 0 度且小于等于 90 度（或0, 90）28 对中29 旋转椭球体面30 脉冲式测距仪三
25、、 三、 名词解释（每题 5 分，共 20 分）31 竖盘指标差：在垂直角测量中，当竖盘指标水准管气泡居中时，指标并不恰好指向其正确位置 90 度或 270 度，而是与正确位置相差一个小角度 x, x 即为竖盘指标差。32 水准测量：利用一条水平视线并借助于水准尺，测量地面两点间的高差，进而由已知点的高程推算出未知点的高程的测量工作。33 系统误差：在相同的观测条件下，对某量进行了 n 次观测，如果误差出现的大小和符号均相同或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。34 视准轴：望远镜物镜光心与十字丝中心（或交叉点）的连线。 四、 四、 简答题（每题 5 分，共 20 分）35（1）在测站点
26、O 上安置经纬仪，对中，整平 （1 分）（2）盘左瞄准 A 点，读数 LA，顺时针旋转照准部到 B 点，读数 LB，计算上半测回角度 O1=LB-LA； （2 分）（3）旋转望远镜和照准部，变为盘右方向，瞄准 B 点读数 RB，逆时针旋转到 A 点，读数 RA，计算下半测回角度 O2=RB-RA； （3 分）（4）比较 O1 和 O2 的差，若超过限差则不符合要求，需要重新测量，若小于限差，则取平均值为最终测量结果 O = （O 1+O2）/2 （5 分）36 图上 0.1mm 对应的实地距离叫做比例尺精度。 （3 分）其作用主要在于：一是根据地形图比例尺确定实地量测精度；二是根据地形图上需要
27、表示地物地貌的详细程度，确定所选用地形图的比例尺。 （5 分）37 要素计算：从图纸上量算待测设点的坐标，然后结合已有控制点计算该点与控制点连线之间的方位角，进而确定与已知方向之间所夹的水平角，计算待测设点到设站控制点之间的水平距离。（3 分）测设过程：在设站控制点安置经纬仪，后视另一控制点，置度盘为 0 度，根据待定方向与该方向夹角确定方向线，根据距离确定点的位置。（5 分）38 高斯投影的基本规律是：（1） （1） 中央子午线的投影为一直线，且投影之后的长度无变形；其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，且以中央子午线为对称轴，离对称轴越远，其长度变形也就越大；（2） （2） 赤道的投影
28、为直线，其余纬线的投影为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴；（3） （3） 经纬线投影后仍保持相互正交的关系，即投影后无角度变形；（4） （4） 中央子午线和赤道的投影相互垂直。评分说明：答对一条得 2 分，答对三条即可得满分。五、 五、 计算题（每题 10 分，共 20 分）39 bd = ad ab = 1.9cm， 因此X = -38m；ce = ae ac = 3.6cm, 因此 Y = -72m; （3 分）(或由图根据比例尺和距离计算 A、B 两点的坐标)因此距离为：81.413m （6 分）AB 的方位角为：2421033 （10 分）（方位角计算应说明具体过程，过程对结果错扣 2 分）40 X = XA XM = 28.12m, Y = YA YM = -1.71m (2 分)距离 d = (X 2 + Y 2)1/2 = 28.17m （5 分）方位角为：356 3112 （应说明计算过程与主要公式） （10 分）可通过不同方法计算，如先计算象限角，再计算方位角。说明：在距离与方位角计算中，算法公式对但结果错各 1 分
