9高光谱遥感的应用
高光谱遥感技术在环境监测中的应用与案例分析
高光谱遥感技术在环境监测中的应用与案例分析一、引言高光谱遥感技术是一种通过采集物体表面反射和辐射的连续光谱信息来获取物质光学特征的技术。
由于其高灵敏度和高分辨率的特点，高光谱遥感技术在环境监测领域广泛应用。
本文将介绍高光谱遥感技术的原理，并通过案例分析探讨其在环境监测中的应用。
二、高光谱遥感技术原理高光谱遥感技术基于物体反射光谱的原理，通过获取物质的光谱特征来进行识别和分析。
传统的遥感技术只能采集三个波段的光谱信息，而高光谱遥感技术则能够采集上百个波段的连续光谱信息。
这种连续光谱信息包含了物体的细微差异，可以更准确地判断物质的组成、含量和状态。
高光谱遥感技术的获取方式多样，包括航空航天遥感技术、卫星遥感技术和无人机遥感技术等。
不同的获取方式适用于不同的场景和需求，可以根据实际情况选择最合适的方式。
三、高光谱遥感技术在环境监测中的应用案例1. 水质监测高光谱遥感技术能够对水体中的溶解性有机物、氨氮、总磷等进行准确测量，通过光谱信息分析可以检测水体中污染物的种类和浓度，为水质监测提供了有力的手段。
例如，在某湖泊水质监测项目中，高光谱遥感技术被应用于测定水中蓝藻的浓度，通过对蓝藻光谱信息的分析，可以实时掌握湖泊蓝藻的分布情况，及时采取治理措施。
2. 土壤环境监测土壤的质量对于农业生产和生态保护至关重要，而高光谱遥感技术可以在更大范围内对土壤环境进行监测和评价。
通过解析土壤的光谱反射特征，可以获得土壤养分含量、重金属污染程度以及土壤湿度等信息。
在一次农业生产中，高光谱遥感技术被应用于实时监测农田土壤的湿度，帮助农民及时调整灌溉措施，提高农作物的生产效率。
3. 空气质量监测空气质量是城市环境监测的重要指标之一，高光谱遥感技术可以通过监测大气中的气体成分和颗粒物浓度来评估空气质量。
例如，某城市在空气质量监测中应用高光谱遥感技术，通过对大气悬浮颗粒物的光谱信息进行分析，能够实时监测并预测空气中颗粒物的释放源和传输路径，为城市环保管理提供科学依据。
高光谱遥感的应用(课堂PPT)
不同传感器红外波段与红波段的光谱响应
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实例1：MODIS数据
原始modis影像
(b) 植被指数NDVI影像图
(a) 植被指数VIUPD影像图
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实例2：日本高光谱GLI数据
全球反射率影像图(B1+B5+B8) (GLI数据2003年4月7日)
全球植被指数影NDVI像图 (GLI数据2003年4月7日)
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地表岩性
岩石分为三大类：沉积岩、火成岩和变质岩， 各类岩石由于形成的环境不同，具有不同的光 谱特性。
沉积岩：以Fe离子的变化作为判别依据，三阶 铁离子（0.5和0.9微米）与二阶铁离子（1.0微 米）的光谱特性并不一样。
火成岩：SiO2的含量。 变质岩：比如白云石和方解石中的Mg和Ca离
新
疆
柯
坪
地
区
岩
石灰岩
性
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图
白云岩
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矿山污染
甘甫平等利用航天 Hyperion高光谱数 据研究矿山污染物 的识别，通过对矿 山野外光谱特征综 合分析，结合污染 物的特征，展开对 废矿的污染物提取 的研究。 （2004）
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油气渗漏探测
当石油在地表的侵入点明显而且范围较大的时候，高 光谱遥感的发展为油气管线渗漏监测提供了有效的解 决方案。
油气渗漏和土壤混杂点很难被多光谱遥感监测到，原 因在于它们被其他材料所冲淡。而高光谱遥感器提供 了充足的光谱分辨率，可以在可见光，近红外，短波 红外提供大量的光谱数据。
国外政府的投入很大，大的石油公司都有一套完备的 高光谱遥感油气管道监测系统。
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三、农业方面的应用
高光谱遥感在农业科研和应用技术上主要表现在以下几 个方面：
高光谱遥感技术在作物生长监测中的应用
高光谱遥感技术在作物生长监测中的应用遥感技术是指通过卫星或飞机等高空观测平台获取地球表面信息的技术。
高光谱遥感技术是其中一种，它可以对物体的反射光谱进行高精度测量和分析，将物体对光的反射光谱分成不同的波段，获取不同波段下物体反射的能力。
这使得高光谱遥感技术成为了作物生长监测的有力工具。
一、高光谱遥感技术在作物生长监测中的基本原理高光谱遥感技术是通过测量远距离目标反射回来的电磁波谱，从而获取地球表面物质的信息。
其基本原理是利用一定波长范围内处于发射状态的伽马矩阵对物体反射光谱进行精细测量和分析。
通过这种方式，可以获得大量的光谱数据，分析出作物主要生长期的生长状态，如叶绿素含量、叶面积指数、植被覆盖率、植被生物量等指标，为研究作物生长提供了可靠的数据依据。
二、高光谱遥感技术在农业生产中的应用非常广泛，尤其在作物生长监测中更是得到了广泛应用。
监测作物的生长状态，是农业生产中的重要环节。
高光谱遥感技术具有非常好的应用前景，可以为我们提供很多有价值的数据指标。
以下是高光谱遥感技术在作物生长监测中的一些应用。
1、植被指数分析植被指数（vi）是利用遥感技术来测量植物的生长状况，其包含了植物叶绿素含量、植被覆盖率、植物生物量等多种参数。
植被指数可以直接反映植物的生长状态，能够在很大程度上反映农作物的生长状态。
通过对植被指数进行分析，农民们可以更加有效地进行农田管理。
2、作物类型分类高光谱遥感技术可以识别出不同形态和特征的植被类型，包括水稻、小麦、玉米、大豆等，能够分别进行精准的作物分类和区别，从而为作物科学监测和长期管理提供了依据。
对于农民而言，它能够减少不必要的浪费和时间成本，提高生产率。
3、水分追踪作物在整个生长周期中，需要不断地吸收水分以维持正常的生长状态。
高光谱遥感技术通过监测地表植物覆盖状态和土壤水分含量，可以在作物生态系统h中追踪水的分布和运动状态。
这种方法可以有效地减少水的浪费，提高水的使用效率，为作物的健康生长提供保障。
高光谱遥感的原理与应用
高光谱遥感的原理与应用1. 高光谱遥感技术简介•高光谱遥感是一种用于获取地面物体光谱信息的遥感技术。
•与传统遥感技术相比，高光谱遥感具有更高的波段分辨率和更丰富的光谱信息。
•高光谱遥感技术的原理是通过采集地面物体在可见光和近红外波段的光谱反射信息，来获取物体的光谱特征。
2. 高光谱遥感的原理•高光谱遥感利用高光谱仪器来收集地面物体在一系列窄波段上的光谱反射数据。
•高光谱仪器通常由特定波段的传感器阵列组成，每个传感器负责收集一个波段的光谱数据。
•地面物体的光谱特征可以通过分析被收集到的光谱数据来确定。
3. 高光谱遥感的应用领域•农业：利用高光谱遥感技术可以监测作物的生长状态、优化农田管理以及检测病虫害等问题。
•矿产资源勘探：高光谱遥感可以检测矿产资源的类型和分布，有助于矿产资源勘探和开发。
•环境监测：高光谱遥感可以监测水体质量、土壤污染程度等环境参数，有助于环境保护和资源管理。
•森林火灾监测：通过高光谱遥感技术可以实时监测森林火灾的扩散情况，有助于及时采取灭火措施。
•城市规划：高光谱遥感可以提供城市土地利用信息，有助于城市规划和土地管理。
4. 高光谱遥感技术的优势•高光谱遥感技术具有较高的波段分辨率，可以获取更详细的光谱信息。
•高光谱遥感技术可以提供更准确的地物分类和识别能力。
•高光谱遥感技术可以探测隐蔽的物体特征，对物体的构成和结构提供更深入的了解。
•高光谱遥感技术具有较高的空间分辨率，可以提供更精细的地物信息。
5. 高光谱遥感技术的挑战和发展方向•数据处理：高光谱遥感技术生成的数据量巨大，对数据处理的算法和技术提出了新的挑战。
•传感器技术：高光谱遥感仪器的性能和稳定性需要不断提升，以满足复杂环境下的需求。
•数据标定和校正：高光谱遥感数据需要进行标定和校正，来消除传感器和大气等因素对数据的影响。
•数据分析和解释：高光谱遥感技术生成的数据需要进行分析和解释，以提取有用的地物信息。
6. 结论高光谱遥感技术是一种重要的遥感技术，具有广泛的应用前景。
高光谱遥感技术在土壤养分监测中的应用
高光谱遥感技术在土壤养分监测中的应用随着科技的不断进步，高光谱遥感技术在许多领域中展现出了广阔的应用前景。
其中，其在土壤养分监测中的应用不仅为农业生产提供了重要的数据支持，同时也为环境保护和可持续发展做出了积极贡献。
一、高光谱遥感技术概述高光谱遥感技术是一种利用地球观测卫星对地球表面进行连续、多通道和连续的光谱测量的技术。
相较于传统遥感技术，高光谱遥感技术具有更高的空间和光谱分辨率，能够捕捉到更多的光谱信息，从而提供更为准确的土壤养分监测数据。
二、高光谱遥感技术在土壤养分监测中的优势1. 高精度的光谱信息高光谱遥感技术能够提供丰富的光谱信息，能够对土壤中各种物质进行准确识别和定量分析。
通过测量土壤表面的反射光谱，可以推断土壤中的氮、磷、钾等养分的含量，进一步提高土壤管理的精细化程度。
2. 大范围的监测能力传统的土壤养分监测工作通常需要采集大量的土壤样本，并进行实验室分析，过程繁琐且耗时。
而高光谱遥感技术可以实现对广大区域土壤的同时监测，大大提高了监测的效率和覆盖范围。
3. 长时间序列的监测高光谱遥感技术可以实现对土壤养分的长时间序列监测，通过连续观测土壤的光谱变化，可以追踪土壤中养分的动态变化，并及时采取相应的管理措施。
这对于农业生产的可持续发展非常重要。
三、高光谱遥感技术在土壤养分监测中的应用案例1. 土壤类型分类高光谱遥感技术能够通过分析土壤表面的光谱信息来判断土壤类型，从而为土壤肥力评价和农田规划提供基础数据。
例如，通过分析土壤的光谱特征，可以划分出不同的土壤类型，进而根据不同的土壤类型制定相应的土壤养分管理方案。
2. 养分含量测定高光谱遥感技术可以直接或间接反演土壤中的养分含量。
通过建立土壤光谱与养分含量之间的关系模型，可以通过遥感数据反演土壤中的氮、磷、钾等养分含量。
这种无需采样的方法不仅提高了监测效率，还降低了采样带来的干扰。
3. 养分时空变化监测高光谱遥感技术还可以实现土壤养分的时空动态监测。
高光谱成像在遥感中的应用
高光谱成像在遥感中的应用1. 引言遥感技术是通过对地球表面的光谱、热力、电磁辐射等信息进行测量和分析，从而获取地表信息的一种手段。
高光谱成像是遥感技术中的一项重要技术，它能够获取被观测物体在数百个连续的光谱波段上的信息。
本文将探讨高光谱成像在遥感中的应用及其优势。
2. 高光谱成像的原理高光谱成像利用一个连续的光谱范围，将被观测物体的反射、辐射或发射光谱信息以光谱图像的形式记录下来。
相比于传统的彩色图像，高光谱图像包含了更丰富的光谱信息，能够提供更多种类的地表特征。
高光谱成像技术主要依赖于高光谱成像仪器，其通过分光光栅将光分成不同的波段，然后通过具有高灵敏度和高空间分辨率的光学传感器捕捉每个波段的图像。
3. 高光谱成像在地质勘探中的应用地质勘探是指通过对地质构造、矿产资源等进行调查和研究的一种手段。
传统的地质勘探通常依赖于地质样品的采集和实地勘探，而高光谱成像技术能够通过对地表光谱数据的分析，准确识别出不同的地质类型。
例如，高光谱成像可以用于矿产资源的预测和探测，通过识别不同波长下矿物质的光谱特征，可以定量地评估矿床分布和矿床类型。
此外，高光谱成像还可以用于确定地下水资源的分布情况，为地下水的开发利用提供信息支持。
4. 高光谱成像在农业中的应用农业是一个多因素综合作用的复杂系统，对农作物的监测和管理需要全面的信息支持。
高光谱成像技术可以通过对农田的高光谱图像进行分析，提供精准的作物信息。
例如，高光谱成像可以用于农作物的远程监测和应力识别。
通过分析不同波段下植被的光谱反射率，可以测量植被的生理指标，如叶绿素含量、叶面积指数等，进而判断作物生长状态和营养状况。
此外，高光谱成像还可以用于病虫害的预警和监测，通过识别不同病虫害对植物的光谱特征影响，及时发现问题并采取措施。
5. 高光谱成像在环境监测中的应用环境监测是指对环境污染、资源利用和环境质量等进行监测和评价的活动。
高光谱成像技术具有高灵敏度和高空间分辨率的特点，可以对大范围的地区进行高精度的环境监测。
高光谱遥感技术的发展与应用现状
三、高光谱遥感技术的应用现状
然而，目前高光谱遥感技术还存在一些问题和挑战。首先，高光谱遥感技术 的数据采集和处理成本较高，限制了其广泛应用。其次，高光谱遥感技术的数据 处理算法和模型还不够完善，分类精度有待提高。此外，由于高光谱遥感技术使 用的光谱波段范
三、高光谱遥感技术的应用现状
围较窄，对于某些特定地物目标的识别精度有限。
一、高光谱遥感技术概述
一、高光谱遥感技术概述
高光谱遥感技术是一种利用电磁波谱中可见光、近红外、中红外和热红外波 段的光谱信息，进行地表特征识别的遥感技术。它能够揭示出地物的光谱特征， 反映地物的空间、形态、结构等信息，具有很高的空间分辨率和光谱分辨率。
一、高光谱遥感技术概述
高光谱遥感技术的应用，为地球表面的资源调查、环境监测、精准农业等提 供了强有力的技术支持。
四、未来展望
四、未来展望
针对现有问题和未来发展趋势，高光谱遥感技术的研究和应用将朝着以下几 个方向发展：
1、降低成本：通过研发成本更低的硬件设备和优化数据处理算法，降低高光 谱遥感技术的数据采集和处理成本，促进其广泛应用。
四、未来展望
2、提高精度：通过对数据处理算法和模型的深入研究和完善，提高高光谱遥 感技术的分类精度和识别精度。
三、高光谱遥感技术的应用现状
高光谱遥感技术可以用于土地资源调查、土地利用规划、土地资源保护等方 面的应用。例如，通过对不同土地类型的光谱特征进行分析，可以实现对土地类 型的精细分类和利用评估。
三、高光谱遥感技术的应用现状
在农作物监测方面，高光谱遥感技术可以用于农作物的生长状态监测、产量 预测、品质评估等方面的应用。例如，通过测量农作物的叶绿素含量和水分含量 等光谱特征，可以判断农作物的生长状况和预测产量。此外，高光谱遥感技术在 地质勘察、城市规划、军事侦察等领域也有广泛的应用。
高光谱遥感技术在环境监测中的应用
高光谱遥感技术在环境监测中的应用高光谱遥感技术是一种通过获取地面物体的光谱信息，并通过光谱分析来推断物体的性质和组成的遥感技术。
它具有高精度、高分辨率、大范围、实时性强等优势，在环境监测中得到了广泛的应用。
本文将深入探讨高光谱遥感技术在环境监测中的应用。
首先，高光谱遥感技术可以用于水质监测。
水质是生态环境的重要组成部分，对人类和生态系统都具有重要影响。
通过高光谱遥感仪器获取水体反射谱线，可以分析出水体的透明度、浊度、富营养化程度、水色等关键指标。
通过对水体光谱的分析，可以实现对水体中悬浮物、藻类和溶解有机物等的监测，为水质改善和保护提供科学依据。
其次，高光谱遥感技术也可以应用于土壤监测。
土壤是农田和森林生态系统的重要组成部分，对农作物生长和生态恢复至关重要。
高光谱遥感技术可以获取土壤的反射光谱，并通过光谱分析来评估土壤的质地、含水量、养分含量等关键参数。
根据这些参数的测量结果，可以精确地制定土壤肥力调整和施肥方案，提高农作物的产量和质量，实现可持续农业发展。
同时，高光谱遥感技术在植被监测中也具有重要应用。
植被覆盖是环境监测和生态恢复的重要指标之一。
通过高光谱遥感技术获取植被反射谱线，可以分析出植被的生理状态、叶绿素含量、植被类型等关键信息。
这些信息可用于评估植被的健康状况、植被覆盖度以及生物量，为植被保护、生态恢复和生态系统管理提供科学依据。
另外，高光谱遥感技术还可以应用于大气污染监测。
大气污染对人们的健康和生态系统都具有严重危害，因此对大气污染的监测和预警非常重要。
通过高光谱遥感技术，可以获取大气中的颗粒物和气体的反射、散射光谱，通过光学模型分析得出大气中的颗粒物浓度、气体浓度等关键参数。
这些数据可以用于评估大气质量、掌握污染源分布和变化情况，为大气污染治理和应急响应提供指导。
最后，高光谱遥感技术在城市环境监测中也具有重要应用。
城市化进程快速推进，城市环境问题日益突出。
高光谱遥感技术可以获取城市地表的光谱信息并进行分析，识别并定量监测城市地表的构成元素、城市扩张规模、建筑物高度等关键参数。
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不同传感器红外波段与红波段的光谱响应
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实例1：MODIS数据
原始modis影像
(b) 植被指数NDVI影像图
(a) 植被指数VIUPD影像图
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实例2：日本高光谱GLI数据
全球反射率影像图(B1+B5+B8) (GLI数据2003年4月7日)
全球植被指数影NDVI像图 (GLI数据2003年4月7日)
（1）利用多时相的高光谱数据提取出光谱特征对不同作 物进行识别和分类。
4、NDVI能反映出植物冠层的背景影响，如土壤、潮湿6
7
8
3）增强植被指数EVI
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4） 植被指数VIUPD 由于植被光谱表现为植被、土壤亮度、环境影响、阴影、土
壤颜色和湿度等的复杂混合反映，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 现为不同的结果。不同传感器获得的数据，由于光谱响应不 同，即使利用同一天的数据计算植被指数，结果也不同。
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地表岩性
岩石分为三大类：沉积岩、火成岩和变质岩， 各类岩石由于形成的环境不同，具有不同的光 谱特性。
沉积岩：以Fe离子的变化作为判别依据，三阶 铁离子（0.5和0.9微米）与二阶铁离子（1.0微 米）的光谱特性并不一样。
火成岩：SiO2的含量。 变质岩：比如白云石和方解石中的Mg和Ca离
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2） Pinty等在1993年提出归一化差异植被指数NDVI，对绿 色植被表现敏感，常被用来进行区域和全球的植被状态研究。
NDVI NIR R NIR R
为了改进NDVI，人们又提出了其他一些植被指数，主要是 将各波段反射率以不同形式进行组合来消除外界的影响因素， 如土壤、大气、光照、视场角等对反射光谱带来的影响。
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归一化植被指数的特点
1、NDVI的应用：检测植被生长状态、植被覆盖度和消除部 分辐射误差等；
2、-1<=NDVI<=1，负值表示地面覆盖为云、水、雪等，对 可见光高反射；0表示有岩石或裸土等，NIR和R近似相等； 正值，表示有植被覆盖，且随覆盖度增大而增大；
3、NDVI的局限性表现在，用非线性拉伸的方式增强了NIR 和R的反射率的对比度。对于同一幅图象，分别求RVI和 NDVI时会发现，RVI值增加的速度高于NDVI增加速度， 即NDVI对高植被区具有较低的灵敏度；
油气渗漏和土壤混杂点很难被多光谱遥感监测到，原 因在于它们被其他材料所冲淡。而高光谱遥感器提供 了充足的光谱分辨率，可以在可见光，近红外，短波 红外提供大量的光谱数据。
国外政府的投入很大，大的石油公司都有一套完备的 高光谱遥感油气管道监测系统。
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三、农业方面的应用
高光谱遥感在农业科研和应用技术上主要表现在以下几 个方面：
第九章 高光谱遥感应用
本章主要介绍高光谱遥感应用在植 被，地质，水体，农业，林业，矿山， 城市等地区，以及具体的应用实例。
1
9.1 高光谱遥感应用的领域
一、在植被中的应用
利用高光谱遥感数据提取生物物理参数主要是 指用于陆地生态系统研究中的一些生物物理变 量，比如：叶面积指数（LAI），生物量，植 物种类，植冠郁闭度，光合有效辐射，净生产 率及其它冠层结构参数等。
子，吸收峰发生偏移。
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矿物光谱特性
一、吸收机制 1、电子跃迁：金属阳离子 2、分子振动：水分子，OH 二、外部影响 （1）风化 （2）表面结构 （3）颜色 （4）其他
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岩石判别光谱理论与模型
矿物光谱遥感识别主要依赖于光谱吸收特征， 以此来实现遥感矿物识别和填图。
光谱吸收特征主要是通过波形特征参数来表达， 如：吸收波段位置，吸收深度，吸收宽度，吸 收面积，对称性等。
全球植被指数VIUPD影像图
(GLI数据2003年4月7日)
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二、地质方面的应用
区域地质制图和矿产勘探是高光谱技术主要的应 用领域之一。根据光谱特征可以识别出大部分的 岩石和矿物，从而利用高光谱遥感手段进行地质 制图变成可能。
各种矿物和岩石在电磁波谱上显示的光谱特征可 以帮助人们识别不同矿物成分。高光谱数据能反 映出这类光谱特征。
新
疆
柯
坪
地
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岩
石灰岩
性
填
图
白云岩
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矿山污染
甘甫平等利用航天 Hyperion高光谱数 据研究矿山污染物 的识别，通过对矿 山野外光谱特征综 合分析，结合污染 物的特征，展开对 废矿的污染物提取 的研究。 （2004）
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油气渗漏探测
当石油在地表的侵入点明显而且范围较大的时候，高 光谱遥感的发展为油气管线渗漏监测提供了有效的解 决方案。
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1）Pearson等于1972年提出了比值植被指数RVI，它是基于 植被在红光波段处叶绿素强烈吸收太阳光谱，而在近红外波 段处植被叶细胞结构强烈反射太阳光谱这一植被的生物物理 机理而提出的。
RVI NIR R
缺点：RVI没有考虑大气等外部环境的影响，因此RVI对大气 影响很敏感。由于没有考虑土壤背景的影响，只适用于植被 覆盖浓密的情况，当植被分布较稀疏时，RVI效果并不理想。
2
植被指数
植被指数是植被监测应用的重要参数之一，通过高光 谱遥感植被指数技术可以提取植物生物物理参数的定 量信息。
植被指数（Vegetation Index）的定义：是指通过多/ 高光谱遥感数据波段的线性或非线性组合，定量描述 地球表面植被状况的一种光谱特征度量指标。
植被指数的作用：已被广泛用来定性和定量评价植被 覆盖及其生长状况。另外，有助于增强遥感影像的解 译力，并已作为一种遥感手段广泛应用于土地利用覆 盖探测、植被覆盖密度评价、作物识别和作物灾害预 报等方面。
典型的光谱识别模型如：矿物吸收指数模型 （SAI），或一些混合光谱模型。
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Mineral spectral absorption index
矿物光谱吸收指数 (SAI)： r2
r r SAI / drs2 (1d )rs1 r
m
rm
r1
d s1 m s1 s 2
rm
s2 s1
2 m 1
石灰岩(CaCO3): SAI 2.315m < SAI 2.330 m 白云岩 (MgCO3): SAI 2.315 m> SAI 2.330 m