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高光譜成像技術(shù)的應(yīng)用場景

2023-09-20

高光譜成像技術(shù)將傳統(tǒng)的二維成像遙感技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合，其主要特征是在對地物目標(biāo)空間成像的同時獲取該目標(biāo)的連續(xù)光譜信息。隨著高光譜成像技術(shù)的日益成熟，其應(yīng)用前景也越來越廣闊。本文簡單介紹了高光譜成像技術(shù)的應(yīng)用場景。

高光譜成像技術(shù)

高光譜遙感數(shù)據(jù)是一個光譜圖像立方體，其首要特點是光譜分辨率高。相對于單波段全色數(shù)據(jù)或多光譜遙感數(shù)據(jù)，高光譜數(shù)據(jù)以窄的波段區(qū)間、多的波段數(shù)量提供遙感信息，能夠有效捕捉地物光譜特征。可見，高光譜數(shù)據(jù)可涵蓋探測譜段范圍內(nèi)的地物光譜信息，大幅提高了精細(xì)信息的表達(dá)能力。利用高光譜圖像數(shù)據(jù)涵蓋的地物豐富的精細(xì)光譜信息，依據(jù)地物光譜特征產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)理，可實現(xiàn)地物成分信息的反演與地物識別。

高光譜遙感數(shù)據(jù)處理的核心是地物光譜分析，而高光譜成像技術(shù)的定量化水平是支撐應(yīng)用的基礎(chǔ)與保障。隨著高光譜成像技術(shù)的日益成熟，其應(yīng)用前景也越來越廣闊，其典型應(yīng)用包括，農(nóng)作物長勢和產(chǎn)量評估、作物類別調(diào)查和病蟲害監(jiān)測、林業(yè)遙感、海洋資源普查、水色水質(zhì)變化、葉綠素和浮游生物含量分析、海岸帶和海洋生態(tài)變化及海洋污染監(jiān)測、地質(zhì)資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、洪澇、干旱、冰雹、林火和地震等多種災(zāi)害監(jiān)測與災(zāi)情評估。以下是詳細(xì)介紹。

1. 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)攸關(guān)國計民生，農(nóng)業(yè)信息至關(guān)重要。高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展為遙感信息定量應(yīng)用開辟了新的領(lǐng)域，并逐漸成為新興的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)最重要的技術(shù)手段之一。高光譜遙感技術(shù)可以準(zhǔn)確獲得植物的精細(xì)光譜信息，建立監(jiān)測模型，從而能夠精準(zhǔn)監(jiān)測作物的類型及播種面積、作物的生長環(huán)境及病蟲害、作物生理生化性狀、作物長勢和產(chǎn)量品質(zhì)等，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的科學(xué)化管理和實現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，為作物的科學(xué)管理和高產(chǎn)高效提供技術(shù)保障。

2. 植被調(diào)查

高光譜可用來估計一些森林物理參數(shù)，如葉面積指數(shù)（LAI）、材積、密度、森林覆蓋度、樹高等。LAI是植被重要的生物物理參數(shù)和植物生態(tài)研究中的一個重要指標(biāo)，它與生物量、植被長勢均密切相關(guān)。過去應(yīng)用遙感方法估計森林LAI的研究主要局限于一些相對較寬的波段的多光譜數(shù)據(jù)，精度不高，原因之一是寬波段高光譜遙感數(shù)據(jù)中往往混有相當(dāng)比例的非植物光譜，致使各種植被指數(shù)與LAI的關(guān)系不緊密，而這種非植物光譜在高光譜遙感中采用光譜微分技術(shù)可以得到有效抑制，從而提高遙感數(shù)據(jù)LAI的相關(guān)性。

3. 巖礦探測

與多光譜遙感相比，高光譜遙感能夠以更高的光譜分辨率提取地物的診斷性光譜特征，這使得在多光譜遙感中不可區(qū)分的巖石和礦物光譜，可在高光譜遙感中得到精確識別。利用高光譜遙感識別巖礦，能夠直接提供同礦床成礦和蝕變相關(guān)的礦物種類、分布以及豐度信息。基于這些巖礦信息，可以有效地圈定相關(guān)礦產(chǎn)資源的勘探范圍，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源大面積快速勘查。

4. 水體水質(zhì)調(diào)查

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類活動的不斷擴(kuò)張，各種水體的水質(zhì)狀況越來越受到影響，水環(huán)境監(jiān)測已刻不容緩。20世紀(jì)70年代開始，一些國家應(yīng)用航空遙感監(jiān)測海岸帶污染，應(yīng)用衛(wèi)星遙感監(jiān)測區(qū)域性的海上溢油、赤潮事件。赤潮水體與正常水體的光譜曲線形狀在700nm附近有所不同，差異表現(xiàn)在是否存在中心波長大于685nm的熒光峰，即赤潮水體的特征反射峰。寬光譜波段不能有效捕捉水體復(fù)雜的光譜特性，而高光譜遙感數(shù)據(jù)具有較高的空間分辨率和連續(xù)的光譜信息，能進(jìn)行有效的水體水色因子探測及提高光學(xué)水質(zhì)參數(shù)反，演精度。

5. 大氣科學(xué)研究

高光譜遙感技術(shù)在大氣研究中的突出應(yīng)用是云蓋制圖、云頂高度與云層狀態(tài)參數(shù)估算、大氣水汽含量與分布估算、氣溶膠含量估計與大氣光學(xué)特性評價等。利用高光譜成像技術(shù)，在準(zhǔn)確探測大氣成分的基礎(chǔ)上，能提高天氣預(yù)報、災(zāi)害預(yù)警等的準(zhǔn)確性與可靠性。