定量研究濕地植被？新趨勢髙光譜遙感助力

現代遙感技術(shù)，己經(jīng)構成地面、空中、太空3個(gè)立體層面，正在向高空間分辨率（分辨率在10m以下〉、高光譜分辨率（分辨率為3~6nm)和高時(shí)間分辨率(分辨時(shí)間在半小時(shí)以?xún)?3個(gè)方向發(fā)展。

高光譜遙感概念

高光譜遙感已成為對地觀(guān)測的強有力工具，它的出現使得遙感技術(shù)的應用可以在光譜這一維度上進(jìn)行空間信息展開(kāi)，準實(shí)時(shí)地獲取研究對象的影像和每個(gè)像元的光譜分布，允許對地面目標物直接識別并能對微弱光譜差異進(jìn)行定量分析。

高光譜分辨率遙感（ Hyperspectral remote sensing)是遙感發(fā)展的前沿之一，它利用很多很窄的電磁波波段測量獲取感興趣物體的有關(guān)數據，其基礎是測譜學(xué)（Spectroscopy)。測譜學(xué)在20世紀就被用于識別分子、原子及其結構。而隨著(zhù)遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，遙感信息在波譜分辨率、時(shí)間分辨率和空間分辨率上都有了飛速的進(jìn)展，尤其以光譜分辨率的提高為明顯發(fā)展趨勢。

高光譜遙感發(fā)展

20世紀80年代建立了成像光譜學(xué)（ Imaging spectroscopy)，它可以在電磁波的紫外、可見(jiàn)光、近紅外、中紅外以至熱紅外區域，獲取許多非常窄而且光譜連續的圖像數據。對大量地球表面物質(zhì)的光譜測量表明，不同的物體會(huì )表現出不同的光譜反射和輻射特征，這種特征引起吸收蜂和反射蜂的波長(cháng)寬度在4~5nm。對于普通的寬波段遙感源，如MSS和TM等(波段寬度在100~200nm間），就無(wú)法探測出那些具有診斷性光譜特征的地表物質(zhì)。

高光譜遙感技術(shù)起步于80年代，發(fā)展于90年代，至今己經(jīng)解決了一系列重大技術(shù)問(wèn)題，目前正從實(shí)驗研究階段轉向實(shí)際應用階段，從航空系統為主轉向航空和航天高光譜遙感系統相結合的階段。國際上己有40多套遙感航空成像遙感儀正在運行，在實(shí)驗、研究和商業(yè)應用方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。相對于寬波段遙感，髙光譜遙感把地物分類(lèi)從植被，道路、耕地、居民區、水體等大類(lèi)區分帶到了同物種的不同品種精細劃分，把對植被的宏觀(guān)認知帶到了對植物生化組分研究的微觀(guān)境界，展現出巨大的誘人前景。

高光譜遙感光譜儀的應用

高光譜遙感需要覆蓋一定波譜范圍的成像光譜及非成像光譜儀作為傳感器，一般搭載于不同飛行高度的飛機或地面工作平臺上。用于高光譜遙感的野外便攜式或者室內光譜儀一般是非成像的，它們可以測量目標物體的光譜特性，在野外或實(shí)驗室測量礦物、植物或其它物體的光譜反射率、透射率及其它輻射率，不僅能幫助理解航空或航天高光譜遙感數據的性質(zhì)，而且可以模擬和定標一切成像光譜儀器在升空之前的工作性能，這對于高光譜遙感的理解和應用是非常重要的。

野外光譜儀在自然環(huán)境下測得的高光譜數據可用于不同的遙感領(lǐng)域。

首先，野外光譜儀數據可供用來(lái)建立和測試描述表面方向性光譜反射和生物物理屬性的關(guān)系。地表的輻射能抵達傳感器是一個(gè)復雜的過(guò)程，受到多種因素影響，包括地面的生物物理性質(zhì)、地表的宏觀(guān)微觀(guān)糙度、觀(guān)測和光線(xiàn)照射的幾何角度、大氣狀況等因素的影響。

其次，光譜測量學(xué)用來(lái)描述表面反射特性，以便為航空和航天傳感器定標。

再次，當有些應用不需要圖像數據時(shí)，光譜測量或低空測量不失為成本低廉、靈活的數據采集方法。

很多近年來(lái)新問(wèn)世的高光譜分辨率光譜儀可以被用于多種研究目的，特別是地物光譜分析，如利用便攜式光譜儀到野外測定各種覆被類(lèi)型的光譜值，可幫助理解各種地物的光譜特征和提高不同種類(lèi)遙感數據的分析應用精度。

地面非成像光譜儀的工作原理是由光譜儀通過(guò)光導線(xiàn)探頭獲取目標光線(xiàn)，經(jīng)由模/數轉換器變成數字信號，進(jìn)入計算機。整個(gè)測量過(guò)程由計算機通過(guò)操作員控制。

便攜式計算機控制光譜儀并實(shí)時(shí)將光譜測量結果顯示于屏幕上，為了測定目標光譜，需要測定三類(lèi)光譜輻射值：

第一類(lèi)，稱(chēng)為暗光譜，即沒(méi)有光線(xiàn)進(jìn)入光譜儀時(shí)由儀器記錄的光譜（通常是系統本身的噪聲值，取決于環(huán)境和儀器本身溫度）；

第二類(lèi)，為參考光譜或稱(chēng)標準板白光，世界上是從較完美的勃朗體（漫輻射體）——標準板上測得的光譜；

第三類(lèi)，為樣本光譜或目標光譜，是從感興趣的目標物上測得的光譜。

為了避免光飽和或光量不足，依照測量時(shí)候的光照條件和環(huán)境溫度需要調整光譜儀的測定時(shí)間。最后，感興趣目標的反射光譜是在相同的光照條件下同步參考光輻射值除目標光輻射值得。

因此，目標反射光譜是個(gè)相對參考光譜輻射的比值（光譜反射率)。運用地物光譜輻射儀和空間遙感探測在時(shí)間上同步探測的方法正在被廣大研究者采用，例如Artigas和Yang (2005)用空間高光譜影像和地面采集的鹽沼多跡象反射光譜相結合，分析并利用非參數U統計檢驗了互花米草（Spartina alterniflora）和蘆葦（Phragmites australis）的活力梯度。

高光譜分辨率遙感與傳統遙感手段的比較

與傳統遙感手段相比，高光譜分辨率遙感具有窄波段、多信道、圖像與光譜合而為一的優(yōu)點(diǎn)，它在其光譜范圍內連續采樣，而多光譜數據來(lái)源于傳統的多光與傳統遙感手段相比，高光譜分辨率遙感具有窄波段、多信道、圖像與光譜合而為一的優(yōu)點(diǎn)，它在其光譜范圍內連續采樣，而多光譜數據來(lái)源于傳統的多光譜/寬光譜傳感器，在光譜范圍內不連續采樣。

高光譜分辨率遙感以納米級的超高光譜分辨率和幾十或幾百波段同時(shí)對地物成像，從而獲得地物的連續光譜信息和更多的精細光譜信息。這些特征非常有利于地物的精細識別和分類(lèi)，能大大改善對植被類(lèi)型的識別和分類(lèi)精度，提高植被參數的估測和反演精度。

具體來(lái)說(shuō)，高光譜分辨率遙感與傳統的遙感技術(shù)相比主要具有以下優(yōu)勢：

1) 光譜分辨率高。波段范圍一般小于10 nm，且連續的光譜使得根據光譜數據庫光譜直接匹配識別植被類(lèi)型和土地覆蓋類(lèi)型成為可能；

2) 波段多。超多光譜波段使得根據混合光譜模型進(jìn)行混合像元分解獲取子像元信息的能力得到提高，波段數目遠遠多于多光譜圖像，提供了更為豐富的信息，可以解決在多光譜遙感中不能解決的目標探測和分類(lèi)問(wèn)題；

3) 高光譜成像數據窄波段信道信息比多光譜掃描的寬波段信息具有較低的信噪比；

4)根據光譜獲取的光譜吸收特征信息、可以實(shí)現植被生物化學(xué)成份（葉綠素、木質(zhì)素、水分含量等等）定量填圖；

5) 高光譜成像數據應用成像范圍及應用領(lǐng)域比多光譜掃描數據的應用范圍大，領(lǐng)域更廣。

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