融合地物类别信息的NDVI升降尺度转换耦合研究

As a significant land surface parameter, NDVI’s scaling is studied for a long time. Among various scaling methods, NDVI’s scaling model based on Taylor series expansion (TSE) is impressive because of high scaling precision. However, for traditional TSE models there are two disadvantages: a) the models essentially utilize images’ texture information, such as mean, variance, covariance, et al, and generally are applied to single ground object; b) the models cannot describe the dynamic process of scaling. Addressed on these problems, the project will extract ground objects classification which can directly represent spatial heterogeneity of land surface, and fuse it with NDVI’s TSE model, and establish NDVI’s up-scaling model applied to mixed ground objects. Furthermore, based on fractal IFS (iterated function system) NDVI’s down-scaling model will be studied, which can reveal the dynamic process of scaling. In the end, the two models’ advantages will be coupled, and an integrated up-scaling and down-scaling methodology will be established, which has high precision and dynamic meaning. On the basis of the methodology Landsat8 OLI images will be utilized to comprehensively validate the MODIS NDVI images. On the whole, the project aims at studying a scaling methodology of high precision and physical meaning, which has important theoretical value and application potential.

NDVI作为一种最为常用的地表参数，其空间尺度转换一直得到关注与研究。在诸多转换方法中，基于泰勒级数展开的NDVI升尺度转换模型因为数学严密、精度高而颇受重视。但传统的模型从本质上通常利用影像基本纹理信息（均值、方差、协方差等），适用于均一地类；此外，该模型无法描述尺度转换中的动力学过程，物理意义不明显。针对这些问题，本项目将提取可直观反映地表空间异质性的地物类别信息，将其融入NDVI泰勒级数展开模型，建立适用于混合地类的NDVI升尺度转换模型；同时将基于分形IFS（迭代函数系统）建立NDVI降尺度转换模型，以揭示其尺度转换的动力学过程；最终课题将耦合两种方法优势，建立一套高精度、且顾及动力学过程的升降尺度转换综合研究方法，并利用Landsat8 OLI影像对MODIS NDVI影像进行综合验证。本项目旨在研究高精度、且具有一定物理意义的地表参数尺度转换方法，具有重要的理论价值与应用潜力。

针对定量遥感尺度转换研究中存在的某些问题，本项目将提取可直观反映地表空间异质性的地物类别信息，将其融入NDVI泰勒级数展开模型，建立适用于混合地类的NDVI升尺度转换模型；同时将基于分形IFS（迭代函数系统）建立NDVI降尺度转换模型，以揭示其尺度转换的动力学过程；最终课题将耦合两种方法优势，建立一套高精度、且顾及动力学过程的升降尺度转换综合研究方法，并利用Landsat8 OLI影像对MODIS NDVI影像进行综合验证。本项目旨在研究高精度、且具有一定物理意义的地表参数尺度转换方法，具有重要的理论价值与应用潜力。.项目总体按照任务书进度进行，相关研究内容与任务书总体保持一致。总体认为，项目研究基本上取得了预期的效果，并基本达到预先设定的考核指标。但是，必须承认，项目进展中，出现一些与预期不一致的研究结果。.一方面，在预期分析中，认为融合地物类别信息的NDVI TSE（泰勒级数展开）模型、基于分形IFS（迭代函数系统）的NDVI降尺度转换模型相比较传统模型获得更好的效果，但实际研究发现这些改进的模型确实呈现出部分优势，但是在尺度转换结果方面的改善上并不十分明显。有待后期进一步的探索研究。.另一方面，在NDVI升降尺度转换模型耦合方面的研究结果超出了预期。在项目申请书中，关于NDVI升降尺度转换模型的耦合方式主要限定于定性描述方面，尚未给出一个可行的定量实施方法。而在此次具体实施中，借鉴、引入物理学、系统科学的耦合度、耦合协调度模型，对NDVI升尺度转换、降尺度转换两个过程的相互独立性与关联性进行定量评价，以综合评估两个转换过程的质量及其协调水平，最终获取更为客观、科学的评价结论。.此外，在利用分形方法进行NDVI降尺度转换研究的基础上，项目组进行了拓展研究，进行了分形在NDVI升尺度转换中的适用性分析，并取得有意义的结果。