[發(fā)明專利]融合光譜與紋理特征的森林地上生物量反演方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610058303.8
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105608293B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵振峰;張鄰晶;彭浩
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01N33/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴(yán)彥

本發(fā)明提供一種融合光譜與紋理特征的森林地上生物量反演方法及系統(tǒng)，包括進(jìn)行研究區(qū)樣地地上生物量計(jì)算，得到樣地生物量觀測值；對高分辨率遙感影像全色數(shù)據(jù)和多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正和輻射校正；將樣地生物量觀測值與相應(yīng)的光譜特征植被指數(shù)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸，選取光譜特征反演模型；提取不同窗口下的多種紋理特征變量，將樣地生物量觀測值與相應(yīng)的紋理特征變量分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸，選取紋理特征反演模型；通過光譜關(guān)鍵因子與紋理關(guān)鍵因子的敏感性分析確定權(quán)重，構(gòu)建生物量的光譜紋理特征聯(lián)合反演模型，實(shí)現(xiàn)森林地上生物量反演。本發(fā)明融合了光譜與紋理特征，充分發(fā)揮兩者反演生物量的優(yōu)勢，有效提高了森林地上生物量的定量反演精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及森林地上生物量提取領(lǐng)域，具體來說，涉及一種融合遙感影像光譜與紋理特征的森林地上生物量(AGB)反演技術(shù)方案。

背景技術(shù)

森林地上生物量對于森林生態(tài)系統(tǒng)固碳能力和碳儲量有重要的指示作用，在國際地圈-生物圈研究計(jì)劃(IGBP)中，碳循環(huán)被確定為全球變化和陸地生態(tài)系統(tǒng)(GCTE)等計(jì)劃的重要研究內(nèi)容。因此，森林地上生物量的準(zhǔn)確提取對于全球變化及陸地生態(tài)系統(tǒng)研究具有重要意義。

以人工采樣測量為主要技術(shù)手段的傳統(tǒng)森林地上生物量監(jiān)測方法存在費(fèi)時費(fèi)力，受干擾因素多，估算精度低等缺點(diǎn)，很難大范圍、高效率和實(shí)時地進(jìn)行常規(guī)測量。而遙感技術(shù)由于其宏觀動態(tài)實(shí)時多源的特點(diǎn)，已在森林地上生物量研究中蓬勃開展。國內(nèi)外眾多學(xué)者已經(jīng)運(yùn)用合成孔徑雷達(dá)(synthetic aperture radar，SAR)、激光雷達(dá)(Lidar)以及多傳感器結(jié)合技術(shù)對森林地上生物量反演進(jìn)行了大量研究，但是光學(xué)遙感數(shù)據(jù)，特別是光譜植被指數(shù)，仍然是森林地上生物量估測使用最為廣泛的數(shù)據(jù)源之一。然而，當(dāng)植被比較茂密時，植被反射光譜信息出現(xiàn)飽和，使得生物量定量反演的精度仍難以達(dá)到行業(yè)應(yīng)用的需求。遙感圖像紋理一般理解為圖像灰度在空間上的變化和重復(fù)出現(xiàn)。紋理測度對植被冠層結(jié)構(gòu)的空間變化具有高度敏感性，甚至在濃密植被區(qū)也能夠較好的捕捉森林冠層結(jié)構(gòu)及生物量信息。相比中低分辨率遙感數(shù)據(jù)，高分辨率遙感數(shù)據(jù)由于能夠提供更為豐富的紋理信息，已在森林結(jié)構(gòu)參數(shù)及森林地上生物量的探測中得到廣泛應(yīng)用，并在很大程度上提高了森林參數(shù)的反演精度。雖然紋理信息在森林生物量估算方面具有較大潛力，但它的優(yōu)越性并未被充分地研究和利用。一方面，紋理測度是一種相對復(fù)雜的參數(shù)，并且對研究對象、地形條件及所用窗口大小等具有高度的敏感性。另一方面，并未有任何研究顯示哪種紋理測度或其組合具有最好的估測效果。因此，針對目前生物量精準(zhǔn)定量反演的迫切需求以及單一光譜或紋理信息存在的優(yōu)勢和局限性，有效結(jié)合光譜與紋理特征提取生物量，是提高生物量參數(shù)估測精度的一種合理途徑。

國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)利用光譜和紋理特征的結(jié)合，基于傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)回歸方法，取得了較好的生物量或其他植被參數(shù)的估測效果。但是單純利用經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)回歸方法結(jié)合光譜與紋理特征，無法考慮二者的內(nèi)部結(jié)合機(jī)制。充分考慮光譜與紋理特征的內(nèi)部結(jié)合機(jī)制，不但可以使聯(lián)合模型具有更加明確的數(shù)學(xué)和物理意義，而且在提高生物量估測精度方面具有更大的潛力。但是如何通過考慮光譜與紋理特征的內(nèi)部結(jié)合機(jī)制來構(gòu)建生物量聯(lián)合反演模型，是擺在眾多研究者面前的一道難題。

發(fā)明內(nèi)容

對此，本發(fā)明提出了一種融合遙感影像光譜與紋理特征的森林地上生物量反演方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種融合光譜與紋理特征的森林地上生物量反演方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟a，進(jìn)行研究區(qū)樣地地上生物量計(jì)算，包括利用地面觀測試驗(yàn)獲取的樣地單株參數(shù)數(shù)據(jù)集，基于地上生物量計(jì)算公式，得到樣地生物量觀測值，記為AGB；

步驟b，進(jìn)行預(yù)處理，包括對高分辨率遙感影像全色數(shù)據(jù)和多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，并對多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正，得到地表反射率數(shù)據(jù)；

步驟c，基于預(yù)處理后的多光譜數(shù)據(jù)，提取多種光譜特征植被指數(shù)，將步驟1所得樣地生物量觀測值與相應(yīng)的光譜特征植被指數(shù)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸，選取估測精度最高的模型作為光譜特征反演模型；