基于主成分分析的叶面积指数尺度效应.pdf

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1、第28卷第11期农业工程学报2012年6月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV01．28No．11Jun2012基于主成分分析的叶面积指数尺度效应董莹莹1,2王纪华1，_，李存军1※，杨贵军1，徐新刚1王慧芳l'2，黄文江1(1．北京农业信息技术研究中心，北京100097=2．浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所，杭州310029)摘要：为描述多守间尺度观测数据存表达同一区域农作物叶面积指数(LAD分布特征时存在的差异，该文提出了一种基于主成分

2、分析(PCA)的LA!尺度效府分析方法。该方法充分考虑了多尺度数据的相关性与差异性，从统计分析角度出发，采用PCA进行数据挖掘和信息重组，引入动态多无线性回归模式基于主成分信息(PCs)反演fJi算Lu，进而定量描述尺度效应。选取大麦和玉米为试验对象，先以地面最细空问尺度观测数据为基准，通过尺度l：推构建一系列不同空间八度数据；再依据上述尺度效应分析方法进行有教信息提取和LAI估算，并纳入有效主成分个数(NEPCs)、决定系数(露)和平均相对精度(MRA)等参数定量描述尺度效应。理论分析和数值实践证实了该方法在农作物LA

3、I尺度效应定龟分析中的町行性和有效性。关键词：主成分分析(PCA)，统计分析，线性回归，空间尺度，尺度效应，叶面积指数(LAI)doi：10．3969，j．issn．1002—6819．2012．11．027中图分类号：TP79文献标志码：A文章编号：1002—6819(2012)-1I一0164—06董莹莹，王纪华．李存军．等．基于主成分分析的叶面积指数尺度效应[J]农业工程学报，2012，28(11)：164—169．DongYingying，WangJihua，LiCunjuIl，el：a1．Analyzingsc

4、aleeffectsofcropLAIbasedonPCAmethod[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2012，28(11)：164—169．(inChinesewithEnglishabstract)0引言叶面积指数(1eafareaindex，LAI)是一个重要的植物学参数，其窄间分布特，怔对定量描述农作物长势具有参考价值和实用意义{l‘2I。存农业遥感研究中，LAl分布特征的描述主

5、要是基于遥感观测数据开展的。鉴于不同空间尺度观测信息在LAl分布特征描述方面存在或多或少的差异，因此如何定量描述此类差异即定量分析尺度效应，成为遥感尺度问题研究的重要内容p。51。所谓尺度效应，是指不同尺度数据在表达同一地表参数时存在的差异【“”。在尺度效J恒研究领域，分析方法可划分为统计类和物理类2种。其中统计类方法主要有方差分析18’9l、变异函数法【10f¨1、分形信息维等【12-17]；物理类方法主要有泰勒级数展开模型[18-20】、计算几何模型【2lJ、作物冠层辐射传输模型等【z21。统计类方法从数据自身统计特

6、性出发，研究不同尺度数据描述同一地表参数的规律；物理类方法以物理机制为基础，选用合适的数学工具进行尺度效应产生机理的分析与探讨，二者均有各自的适用条件和使用范围。考虑到物理模型对地表的均一性和反演模型的非线性有一定的要求，本文从数据处理模式和建模方收稿口期：2011．10-12修订日期：2012-04-09基金项日：国家蓖点基础研究发展计划(973)资助项目(201ICB311806)；国家自然科学基金链助项目(41071228)；国家自然科学基金资助项目(31071324)作者简介：莆茕巷(1984一)。女(汉族)．山

7、东淄博人，博上生，浙江大学环境与资源学院农_k遥感与信息技术应用专业，土要从事遥感信息的尺度转换和真实性检验等研究。Email：cici520I@163．com※通信作者：李存军(1975--)，男(汉族)．湖北十堰人，副研究员，北京农业信息技术研究中心，主要从事农业定量遥感应用研究。Email：l萌@ncrcita．org．cn式角度出发，提出了一种基于主成分分析(principalcomponentanalysis，PCA)数据挖掘理论川和动态多元线性回归估算模式【矧的农作物LAI尺度效应分析方法。该方法引入PCA理

8、论对多尺度遥感观测数据进行数据挖掘及有效信息重组，以提高数据统计的町靠：在建模环节纳入基于主成分信息(principalcomponents，PCs)的动态多元线性回归估算模式，一方面充分挖掘LAI反演估算中的有效信息量，另一方面为LAI尺度效应定量分析提供数据支持。1材料与方法1．1研究区与数据采集为验iIE基十P