[發明專利]植被下土壤濕度的多維度組合優化方法

無效

• 申請號: 201310350399.1
• 申請日: 2013-08-12
• 公開（公告）號: CN103399023A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 何祺勝;楊濤
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N22/04
• 分類號: G01N22/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王華

技術領域

本發明主要涉及植被覆蓋下土壤濕度的多維度組合優化方法。

背景技術

地表土壤水分在全球水循環，特別是在地表水蒸發與滲流，潛熱和顯熱中扮演著重要的角色。同時土壤水分的補給也是影響植被生態系統時空動態變化的一個關鍵因素；土壤水分還是水文學、氣象學、農學模型的輸入參數并能夠確定環境敏感區。因此土壤水分含量匱乏與飽和的時空波動信息的遙感監測對于植被長勢預測，合適播種時間的確定，土壤侵蝕程度及土壤表層動態過程監測、水文和氣象學模型研究等都具有重要意義。因此如何準確、快速地獲取大區域地表土壤水分數據便成為值得研究的重要內容，也是當前國內外的一個研究熱點。

通常土壤水分的遙感監測主要從可見光一近紅外、熱紅外及微波波段進行，土壤水分的紅外波段遙感和微波遙感是當前研究的主要熱點。微波遙感監測土壤水分是現在應用比較成功的，具有廣泛的應用前景。

隨著一系列攜載主動微波傳感器的衛星發射升空，可獲得大量的雷達圖像數據，為我們的研究提供了基礎數據。在微波波段，土壤水分和介電常數密切相關。最近微波遙感研究的發展顯示了定量估算裸土和矮小植被下土壤水分的潛力，提高發展了微波遙感反演這些參數的靈活性。在主動微波遙感領域，合成孔徑雷達已成為國際對地觀測領域最重要的前沿技術之一。同時成像的多波段多極化SAR系統可以獲得不同波段雷達的回波響應，以及線性極化狀態下同極化與交叉極化的信息，可更準確的探測目標特征。目前，SAR反演土壤水分面臨的主要問題是如何在雷達模型中去除表面粗糙度的影響和在不同植被覆蓋條件下建立模型反演土壤水分。

合成孔徑雷達反演土壤水可以分為經驗模型、物理模型、半經驗模型以及極化目標分解方法，經驗模型往往只適用于特定植被類型和特定植被生長期，在很大程度上模型質量還依賴于所獲取的數據質量，因而不能直接把經驗模型應用于其它的研究情況。理論模型是建立在一定的理論基礎之上，對于散射因子的考慮相對詳盡，但一般模型比較復雜，反演相對困難。半經驗模型是經驗模型與物理模型的折中，它以植被的宏觀物理參量為模型參數，模型的建立和反演比理論模型要簡單，但同時也具有一定的理論依據，適用性也較經驗模型廣。極化目標分解將將地物回波的復雜散射過程分解為幾種單一的散射過程，分解出與地表土壤水分相關的的散射機制就可以進行土壤水分的反演。

發明內容

本發明針對現有技術存在的單一微波數據在反演土壤濕度的不足，提供了一種植被覆蓋下土壤濕度的多維度組合優化方法，較單一波長微波數據提高土壤濕度的反演精度，同時為未來傳感器的涉及提供參考。

為實現以上的技術目的，本發明將采取以下的技術方案：一種植被覆蓋下土壤濕度的多維度組合優化方法，包括以下步驟：

步驟1：基于AIEM模型建立等效表面相關長度與L波段后向散射系數的關系；

步驟2：建立C波段VH極化反演植被含水量的模型；

步驟3：基于水云模型并采用Levenberg-Marquardt優化算法進行參數擬合，得到植被覆蓋下土壤的后向散射系數；

步驟4：基于AIEM模型機等效表面相關長度提取植被覆蓋下土壤濕度。

作為優選，步驟1采用AIEM模型，地表采用指數相關函數，將地表均方根高度設為2cm，從而求出相應的表面相關長度，該表面相關長度為等效表面相關長度L_eff，該等效表面相關長度L_eff通過與實測后向散射系數采用二次多項式進行擬合，對于L波段VV極化，采用公式（1）進行計算，對于L波段HH極化，采用公式（2）進行計算：

Leff=1.691×σLVV02+36.79×σLVV0+245.54---(1)]]>