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本文从实际农业应用的需求分析入于，以新疆棉花的监测应用为目标，开展模型和方法的研究，并在最后初步实现了棉花长势和旱情监测的应用示范。针对棉花作物的特点，我们首先在实验观测的基础上对模型进行了改进。针对监测应用中使用方法对任意天的地物波谱的需求，我们设计了基于波谱知识库的全生长期波谱模拟方法。为了在遥感图像中准确获取棉花信息，我们对棉花纯像元提取和中低分辨率图像上的棉花田块平均波谱提取开展了研究。并在最后开展了新疆棉花长势和旱情监测的应用示范。本文的研究内容主要包括以下几方面：
(1)针对新疆棉花的生长特点和种植特点，设计和开展了系统的观测实验，收集了完整的观测数据，并按照我国典型地物标准波谱数据库的格式要求将数据整理入库。
(2)发现叶片正反两面光学特性不相等的现象，对其产生原因进行了分析；对假设叶片正反两面结构对称的PROSPECT模型进行改进，构建能够计算叶片正反两面反射率和透过率的EPROSPECT模型，并对模型改进精度进行分析。
(3)进一步改进冠层反射率模型SAILH，去掉了叶片正反两面光学特性一致的假设，分别将叶片正反两面反射率带入模型中，重新推导了散射系数的计算公式，构建SAILE模型；对改进后的EPROSPECT+SAILE模型与改进前的PROSPECT+SAILH模型进行比较分析。
(4)使用冠层光谱的多项式表达模型对作物的覆盖率反演进行了研究。
(5)对新疆棉花全生长期的冠层结构特征进行分析，统计棉花冠层主要生化理化参数在全生长期内的取值分布及其变化规律；设计基于知识库的棉花全生长期波谱模拟方法，并对棉花花蕾期和花铃期连续植被冠层特征时任意天的棉花波谱模拟进行了模拟。
(6)对不同地物的波谱分布相互重叠的现象对纯像元识别的影响进行分析，并设计了用来描述两种地物波谱间的交叉程度的可分性指数；基于CBERS/CCD数据分析了不同图像处理精度下的棉花纯像元提取精度。
(7) 设计了从中等分辨率遥感图像中提取田块平均光谱的PSP方法，并对方法精度进行了详细的分析和验证。方法使高时间分辨率中等空间分辨率的遥感数据可以用于实际监测应用。
(8) 设计了基于MODIS和TM数据的多尺度长势与旱情监测流程，编写了图像预处理软件，并以新疆生产建设兵团团场为实验区，进行了多尺度的棉花长势与旱情遥感监测应用示范。