[發(fā)明專利]一種計算巖石裸露率的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710651660.X
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107478611A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 亢慶;扶卿華;顧祝軍;李棟梁
• 申請（專利權(quán)）人: 珠江水利委員會珠江水利科學研究院
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55;G06T7/62
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 劉巧霞,裘暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生態(tài)遙感應用研究領(lǐng)域，特別涉及一種計算巖石裸露率的方法。

背景技術(shù)

石漠化是繼水土流失和荒漠化問題后我國面臨的第三大生態(tài)問題，石漠化地區(qū)已經(jīng)成為我國黃土高原、荒漠地區(qū)、寒漠地區(qū)之后第四大生態(tài)脆弱區(qū)，現(xiàn)逐漸成為國家關(guān)注的重點。掌握巖溶區(qū)土地現(xiàn)狀，特別是石漠化土地分布、程度、面積等現(xiàn)狀資料及動態(tài)信息，可以為國家和地方制定石漠化防治政策、編制綜合治理規(guī)劃、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供基礎(chǔ)資料。巖石裸露率(BRR)是石漠化最直觀的表征，通過建立基于衛(wèi)星遙感的BRR反演模型，進而獲取石漠化的分布與程度，對石漠化較為嚴重地區(qū)采取積極有效的措施，遏制其繼續(xù)惡化具有重要的理論價值與實踐意義。

目前在對石漠化遙感估算的研究方法上，主要的借鑒是廣泛應用于土地利用調(diào)查與分析的像元二分模型和經(jīng)驗模型。其中，經(jīng)驗模型方法是通過擬合BRR與其它要素的相關(guān)關(guān)系，建立起僅適合研究區(qū)域的經(jīng)驗模型，其具有缺乏理論基礎(chǔ)、可推廣性不強的缺點。像元二分模型是將一個像元分為兩部分：植被與非植被，或是裸土與非裸土，計算其各部分的貢獻率，從而建立計算BRR的模型。考慮到石漠化地區(qū)通常是植被、巖石和裸土等地物類型混雜，且裸土與巖石的光譜差異較小，采用僅僅將地物類型分為巖石和非巖石的像元二分模型，在實際的應用中會產(chǎn)生較大的誤差。

同時，由于受到“同物異譜”、“同譜異物”現(xiàn)象和大氣條件的影響，利用以光譜特性為出發(fā)點的混合像元分解模型直接求解的BRR會存在一些偏差，導致精度較低，無法滿足應用級的需求。

為此，研究一種適應性廣、精度高的求解巖石裸露率的方法具有重要的實用價值。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有BRR遙感估算模型存在的問題，本發(fā)明公開了一種結(jié)合無人機定量測量巖溶區(qū)巖石裸露率的方法，該方法通過建立基于巖石、土壤和植被的三分法，可以解決傳統(tǒng)二分法對巖溶區(qū)地物類型考慮不全的問題，同時本發(fā)明還提出基于無人機影像對三分法計算得到的BRR進行評估和校正的方法，從而可以解決“同物異譜”、“同譜異物”現(xiàn)象和大氣條件引起的誤差。

本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：一種計算巖石裸露率的方法，包括步驟：

(1)根據(jù)衛(wèi)星遙感影像，分別統(tǒng)計典型樣點處純凈巖石、植被和土壤像元這三類典型地物紅光波段和近紅外波段的反射率；

(2)根據(jù)混合像元分解原理構(gòu)建下述的三元一次方程組：

ρ_R＝a×ρ_R‐R+b×ρ_R‐V+c×ρ_R‐S；

ρ_NIR＝a×ρ_NIR‐R+b×ρ_NIR‐V+c×ρ_NIR‐S；

a+b+c＝1；

其中，ρ_R‐R、ρ_R‐V、ρ_R‐S分別為紅光波段的純凈巖石、植被、土壤像元的反射率，ρ_NIR‐R、ρ_NIR‐V、ρ_NIR‐S分別為近紅外波段的純凈巖石、植被、土壤像元的反射率，a、b、c分別為巖石、植被、土壤各組分所占的面積比，a即為要計算的該像元的巖石裸露率，對上述三元一次方程組進行求解，即得出巖石裸露率的計算公式如下：

優(yōu)選的，所述步驟(1)中，在純凈巖石、植被、土壤像元的反射率統(tǒng)計時，參照該地區(qū)的近P幅無人機數(shù)據(jù)，對三類典型地物中每一類地物分別選取三個及以上樣方，并對該類地物對應的衛(wèi)星遙感影像中的紅光、近紅外兩個波段分別求均值，以作為紅光、近紅外兩個波段的反射率，進而得到純凈巖石、植被、土壤像元分別在紅光、近紅外波段的反射率。

優(yōu)選的，所述計算巖石裸露率的方法還包括步驟：

(3)采用無人機拍攝地表影像；

(4)對拍攝的地表影像進行非監(jiān)督分類，通過二值化提取巖石裸露率，將其作為地面真值；

(5)將步驟(4)的地面真值與步驟(2)計算得到的巖石裸露率建立回歸模型，用于對步驟(2)計算得到的巖石裸露率進行系統(tǒng)修正和精度驗證，將修正后的模型應用到整個衛(wèi)星影像，進而獲取應用級基巖裸露率結(jié)果。

優(yōu)選的，所述步驟(5)中，對步驟(2)計算得到的巖石裸露率進行精度評估和系統(tǒng)修正的步驟是：