[發(fā)明專利]地表反照率反演方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110034414.2
• 申請日: 2011-02-01
• 公開（公告）號: CN102103076A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉思含;柳欽火;王橋;劉強;張峰;李小文
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所;環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01S7/48;G06F19/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及遙感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種地表反照率反演方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在眾多地表參數(shù)中，地表雙向反射分布函數(shù)(BidirectionalReflectance?Distribution?Function，BRDF)/反照率的準(zhǔn)確遙感反演從狹義上講常常是準(zhǔn)確估算其他陸地表面參數(shù)如植被參數(shù)、土地利用和土地覆蓋的先決條件。因此，作為影響地球氣候系統(tǒng)的關(guān)鍵變量，地表反照率是數(shù)值氣候模型和地表能量平衡方程中的一個重要參數(shù)。準(zhǔn)確計算下墊面反照率可以揭示局地和區(qū)域氣候變化的內(nèi)在機制，可以更好的對生態(tài)系統(tǒng)模型進行參數(shù)化，提高中、長期氣候預(yù)報的水平。雖然地表BRDF/反照率遙感反演具有非常重要的意義，但是在BRDF/反照率反演過程中，面臨主要的問題表現(xiàn)在：

1)傳感器獲得的多角度的地表二向反射率數(shù)據(jù)利用效率低，如何協(xié)同利用多源遙感數(shù)據(jù)有待加強

BRDF反演需要多個角度的信息，且反照率作為所有短波反射能量與入射能量之比，包括地表半球空間所有方向的反射能量。多數(shù)情況下由于方向反射的原因，不同方向地表反射率不同，不同地表組成，在各方向的反射率也有差異，故精確進行地表BRDF/反照率遙感反演需要所有半球方向的多角度的地表二向反射率數(shù)據(jù)。而這對于遙感技術(shù)是較難實現(xiàn)的。目前大多數(shù)傳感器只在一個方向進行觀測。即使是對于大視場傳感器，在假定地表短期變化不大的情況下，利用同一地表目標(biāo)的多時相的重復(fù)觀測可以獲取多個角度的信息。但是所需周期較長，如中分辨率成像光譜儀(Moderate-Resolution?ImagingSpectroradiometer，MODIS)需要半個月的時間生成BRDF/反照率的產(chǎn)品。而且由于時間跨度大，很難保證地表的不變性。雖然如此，即使將所有角度都用上也無法滿足直接進行反照率提取的需求。多源數(shù)據(jù)融合有待加強，充分利用多光譜信息，將多角度遙感信息與多光譜遙感信息相結(jié)合。

2)波譜信息利用形式單一，與多角度數(shù)據(jù)結(jié)合有待加強

地表反照率還是全波段光譜反照率之和，但是目前傳感器觀測地表的波段數(shù)據(jù)有限，傳感器無法覆蓋全波段，因此用有限的波段去計算全波段的反照率具有比較大的誤差。在全波段反照率獲取時，最早的掃描輻射儀AVHRR。只能提供兩個可用波段，MSS四個波段，目前專題繪圖儀(Thematic?Mapper，TM)可以提高到6個波段，即使是MODIS也只能提供20個波段。目前的BRDF/反照率(ALBEDO)模型主要是針對傳感器設(shè)置波段，反演時也是分別實施，而沒有充分利用多光譜信息的優(yōu)勢，而不同傳感器之間波段設(shè)置區(qū)域與響應(yīng)的差距也給在多源遙感數(shù)據(jù)協(xié)同反演時帶來困難，使得來自不同平臺傳感器的數(shù)據(jù)不能有效地結(jié)合，如何有效的綜合利用多角度多光譜的遙感數(shù)據(jù)還有待于加強，因為兩者結(jié)合可為我們提供更多的關(guān)于植被本身的信息，也可以在反演中降低對多角度的地表二向反射率數(shù)據(jù)量的要求。

3)地表的二向反射獲取

目前雖有比較多的模型來描述地表的二向反射特性。但由于觀測方向的有限性，目前很難精確進行地表二向反射的獲取。目前物理模型有些過于復(fù)雜，參數(shù)反演較為困難。作為半經(jīng)驗的核驅(qū)動模型也需要多角度的地表二向反射率數(shù)據(jù)，并且進行迭代運算獲取模型的參數(shù)，運算量大而且不太穩(wěn)定。

總而言之，地表BRDF/反照率遙感反演需要多角度信息的支持，目前只能通過多角度/大視場傳感器如MODIS、POLDER、MISR等實現(xiàn)。單一傳感器利用多角度信息進行的BRDF/反照率遙感反演往往具有信息量不足，反演精度不能滿足要求，特別是在多角度的地表二向反射率數(shù)據(jù)角度分布不合理條件下，反演存在極大的風(fēng)險性，有時會生成極端錯誤的結(jié)果；同時由于傳感器波段設(shè)置的局限，單一的傳感器往往不能覆蓋全波段，用極有限的波段求取全波段的地表反照率也具有比較大的誤差。在獲取寬波段反照率時需要將反演得到的窄波段反照率轉(zhuǎn)化到寬波段上，目前針對這個問題多數(shù)研究采用了給定經(jīng)驗權(quán)重的算法，這一過程無疑又會帶來額外的誤差，而且權(quán)重系數(shù)也隨不同地表類型及不同衛(wèi)星而變化，不同學(xué)者給出的結(jié)果也存在較大的差異，地域性很強，難以推廣，同時這種差異性也制約著綜合利用多源遙感數(shù)據(jù)協(xié)同反演，不能更好的綜合利用有限的數(shù)據(jù)資源。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何解決觀測信息量不足，傳統(tǒng)算法中窄波段向?qū)挷ǘ无D(zhuǎn)化誤差很大，以及遙感數(shù)據(jù)利用率低的問題。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種地表反照率反演方法，包括以下步驟：

S1：通過觀測衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)上的每個像元獲取多角度的地表二向反射率數(shù)據(jù)；