[發明專利]一種作物理化參數的遙感定量反演方法及系統

有效

• 申請號: 201610077364.9
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105738293B
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 董瑩瑩;黃文江;王紀華;楊小冬
• 申請（專利權）人: 中國科學院遙感與數字地球研究所
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

本申請公開了一種作物理化參數的遙感定量反演方法及系統，將LUTs根據光譜波段數分割成相同數目的LUTsi，將各LUTsi進行排序得到LUTsi_sort，針對每個LUTsi_sort利用二分法查找方法，查找出與真實植被冠層反射率數據相似度滿足預設要求的模擬植被冠層反射率數據，將各模擬植被冠層反射率數據和該數據在LUTs中對應條目的內容以對應關系的形式構建表格得到LUTs_new，計算LUTs_new中每一條模擬植被冠層反射率數據和與其對應的真實植被冠層反射率數據的TD，將TD中最小值對應的作物理化參數數據作為查找表算法的最優解。本發明綜合考慮植被冠層反射率數據的大小和方向特性，實現了在提高作物理化參數反演數值精度的同時降低計算復雜度。

技術領域

本發明涉及作物理化參數技術領域，更具體的說，涉及一種作物理化參數的遙感定量反演方法及系統。

背景技術

作物理化參數是表征作物形態結構和生理活性的一類關鍵指標，包括作物生理參數(例如群體密度、株高、葉面積指數等)和作物生化參數(例如葉綠素含量、氮素含量、類胡蘿卜素含量等)，作物理化參數在精準農業領域的作物群體長勢監測、品質估算、產量預測、病蟲害測報以及作物田間管理策略制定與實施等方面，均有著廣泛且重要的理論研究意義和現實應用價值。

目前，作物理化參數的遙感定量反演方法主要分為統計類方法和機理類方法，統計類方法主要依據作物理化參數和遙感觀測數據之間的統計關系構建定量反演模型，該方法簡單易用，但普適性差、可移植性弱；機理類方法從作物光譜響應等物理機制出發，選取植被輻射傳輸模型或作物生長模型等機理類模型，定量描述作物的形態結構和生理活性，此類方法物理意義明確、數學邏輯清晰、普適性強。機理類方法中最常用的是植被輻射傳輸模型PROSAIL反向模式，而實現植被輻射傳輸模型PROSAIL反向模式的最為簡單易用的經典數值算法是查找表算法，查找表算法自提出至今備受國內外研究學者的關注。

采用查找表算法遙感定量反演作物理化參數的原理是：首先，構建較大的作物理化參數查找表；然后，基于PROSAIL模型的正向模式，定量模擬得到植被冠層反射率查找表，其中，冠層反射率數據與作物理化參數一一對應；最后，對于真實的植被冠層反射率數據，查找與之最為相似的模擬植被冠層反射率數據，并將其對應的作物理化參數作為定量反演結果，該結果也被稱為作物理化參數定量反演的最優解。查找表算法的最終目標是找到作物理化參數定量反演的最優解，其關鍵點和難點在于最優解的查找精度和查找速度，其中，查找精度受植被冠層反射率數據的相似性定量評價指標影響，查找速度受最優解的數據搜索方法影響。在現有的查找表算法中，最常用的數據相似性定量評價指標為均方根誤差。該指標定量描述真實和模擬植被冠層反射率數據之間的大小差異，但忽略植被冠層反射率數據之間的方向差異，因此查找精度不是很高；最常用的數據搜索方法是全遍歷搜索方法。全遍歷搜索方法能夠找到全局最優解，但該方法的計算復雜度較高，所需時間較長，故而無法滿足作物理化參數及時快速定量反演的需求，在現實應用中受到較大局限。

綜上，如何提供一種反演數值精度高且復雜度低的作物理化參數的遙感定量反演方法及系統是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種作物理化參數的遙感定量反演方法及系統，以實現在提高反演數值精度的同時降低計算復雜度，從而縮短搜索時間，提高反演效率。

一種作物理化參數的遙感定量反演方法，包括：