[發明專利]一種去除植被覆蓋影響的表層土壤含水量衛星遙感估算方法

有效

• 申請號: 201810505327.2
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108717044B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 吳成永;陳克龍;曹廣超;鄂崇毅;高小紅;巴丁求英;蔣剛
• 申請（專利權）人: 青海師范大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種去除植被覆蓋影響的表層土壤含水量衛星遙感估算方法，本方法的步驟包括（1）材料及數據；（2）輔助參數計算（地表反照率、植被覆蓋度計算）；（3）從地表反照率中分解出裸土反照率；（4）土壤含水量遙感估算模型與制圖；（5）估算方法準確性評價。該方法直接運用裸土反照率來計算土壤含水量，遙感物理意義明確，凸顯了衛星遙感估算土壤含水量的實質內涵；克服了傳統方法（基于地表反照率的方法，如裴浩等.1999）需要計算測量中間參數的缺陷，避免了誤差在參數間的傳遞，沒有多余的中間環節，簡單易行；突破了傳統方法（如光學植被蓋度方法）必須具備的區域條件限制。該方法實現了可靠、穩定和高精度地估算任意較大區域的表層土壤含水量。

技術領域

本發明涉及衛星遙感的應用技術，具體地說是一種去除植被覆蓋影響的表層土壤含水量衛星遙感估算方法。

背景技術

土壤含水量，是植物生長發育的基礎條件，也是農牧業干旱監測的有效因子，對土壤的各種理化性質具有深刻影響。它參與生物圈、大氣圈的物質能量循環，間接地決定與改變了陸地表面的太陽短波輻射和地表長波輻射吸收、反射和發射，進而影響著地球系統能量收支平衡。因此，土壤含水量在農業、陸地生態系統、氣候等領域研究中扮演著重要的角色，其含量的準確，快速測定具有重要的作用和意義。

傳統的土壤含水量測量方法雖然具有很高的精度，但費時、費力，樣點有限，獲取成本高，難以廣泛應用到區域尺度。衛星遙感技術能夠在短時間內，低成本地獲取廣闊地表的地物光譜信息，通過遙感模型，借助尺度推繹方法，實現像元尺度上的土壤含水量測定與空間分布格局，已成為區域尺度土壤含水量估算的主要技術手段，得到了廣泛應用。

現有技術存在的問題：衛星遙感技術估算土壤含水量的基礎是遙感像元。依據遙感技術成像原理，受空間分辨率影響，衛星遙感圖像的像元是混合像元（即對于非人工干擾的自然景觀，其遙感像元包含植被與土壤的反射率，也就是說，當有植被覆蓋時，遙感像元的反射率不完全是純土壤（裸土）的光譜反射率，而是土壤與植被反射率的加權和）。因此，植被（植被覆蓋度）對土壤反射率的影響巨大，欲進一步提高遙感反演的精度，需將植被對混合像元反射率的貢獻設法予以消除或盡可能地降低，“去除”植被光譜的影響，分離出裸土的光譜反射率。

目前，有三大類“去除”植被光譜，分離出裸土的光譜反射率的方法。

一是混合像元分解模型。主要有線性、非線性、幾何光學、隨機幾何和模糊分析5種模型。線性模型的關鍵是要輸入各種地物的參照光譜值，而實際地物的光譜值很難獲得，應用困難。非線性模型，計算過程較復雜，其混合像元的分解效果通常好于線性模型，但受殘差的影響，其結果仍不理想。幾何（光學與隨機幾何）模型，需要大量參數，如植被的高度、形狀參數以及太陽參數（入射與觀測方向）等，這些參數通常難以全部獲取。模糊分析模型，運用該方法的前提是數據必須符合或接近正態分布，但實際上，并不是所有區域的遙感數據滿足這一前提條件。因此，混合像元分解模型雖然取得了較好的效果，但仍然存在著不足。

二是光學植被蓋度方法。該方法成功地將混合像元的光譜信息純化為裸土的光譜信息，但需要用統計方法確定裸土壤的虛生物量本底、全是植被光學信息時的近紅外波段的光譜亮度等眾多模型參數。這意味著區域內必須有全裸地（無植被）和植被全覆蓋地區（植被覆蓋度C達到100%），實際上，并非所有區域滿足這一條件，因此應用受到限制。

三是梯形或三角形方法。研究表明，地表溫度-植被指數、反照率-植被指數、反照率-植被蓋度等的散點圖能夠形成梯形或三角形特征空間，因而得名。因其操作簡便，與其他模型結合，可以對植被蒸騰、地表通量和土壤蒸發等進行估算，但對土壤含水量的估算較少。