综述:利用卫星光学遥感估算植被生物物理和生化参数的方法、传感器和研究区综述
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时间:2025年10月13日
来源:International Journal of Remote Sensing 2.6
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本综述系统评述了利用卫星光学遥感估算植被生物物理(VBph)与生化(VBch)参数的研究进展,重点分析了不同方法(如人工神经网络、随机森林等MLRAs及物理方法)、传感器特性(如红边和SWIR波段)及其在不同植被类型与生物群落中的性能表现,并指出结合主动学习与高光谱数据降维的混合方法是当前新兴趋势。
方法性能比较
在估算植被生物物理(VBph)和生化(VBch)参数时,参数回归方法的性能高度依赖于传感器类型、目标参数、植被覆盖类型及研究区生物群落特征。研究表明,非参数化机器学习回归算法(MLRAs)如人工神经网络(ANN)、偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和高斯过程回归(GPR)均表现出较好的估算精度。其中,GPR在结合主动学习策略时表现尤为突出。
物理驱动方法的准确性则取决于三个核心要素:选择合适的辐射传输模型(如PROSAIL等)、优化反演算法与代价函数,以及通过添加适当的高斯噪声或采用最优解集合(如查找表部分最优解的平均值)来提升稳定性。
混合方法与数据优化
近年来,混合方法逐渐成为研究热点。通过主动学习技术(特别是基于欧氏距离的多样性采样)优化训练数据集,并结合MLRAs(尤其是GPR),在真实或模拟(Re/Si)卫星高光谱(或多光谱)数据上实现了对VBph和VBch参数的高精度估算。该过程常辅以光谱维度降维技术,如主成分分析(PCA)中采用20个主成分,以提升计算效率与模型泛化能力。
传感器与光谱波段作用
总体而言,具备红边波段(主要敏感于VBch参数,如叶绿素含量)和短波红外(SWIR)波段(主要敏感于VBph参数,如叶面积指数LAI)的卫星光学传感器数据表现最佳。近年来,利用中空间分辨率且具备良好光谱特性的传感器数据(如PRISMA、EnMAP及Sentinel-2 MSI)进行估算已成为新兴趋势。
研究趋势展望
当前研究明显倾向于结合非参数回归(特别是MLRAs)与混合方法,利用Re/Si中分辨率卫星数据开展大尺度植被参数监测。未来发展方向包括进一步优化物理模型与数据驱动方法的融合策略,以及拓展在复杂生态系统中的应用。
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