[發明專利]基于光譜分析的陸表植被冠層生態水含量遙感反演方法

在審

• 申請號: 201910446437.0
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110118742A
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 楊武年;巫明焱;楊鑫;雷俊杰;簡季;李云霞;戴曉愛;潘佩芬;黃瑾;劉漢湖;王玉蘭;萬新南
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: G01N21/3554
• 分類號: G01N21/3554
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李英

1.基于光譜分析的陸表植被冠層生態水含量遙感反演方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)實測植被冠層光譜數據和生化數據，生化數據包括鮮重、干重和葉面積；

(2)對實測光譜數據進行預處理和光譜特征提取：進行水汽噪聲去除、光譜微分計算及包絡線去除；

(3)依據實測植被反射光譜特征，計算提取所需的植被指數；

(4)對植被野外實測光譜數據與生化數據進行相關性分析，建立所計算植被指數與植被含水量的模型；

(5)分析遙感影像光譜特征，結合實測數據所建立的植被含水量模型，實現植被冠層生態水遙感定量反演。

2.根據權利要求1所述的基于光譜分析的陸表植被冠層生態水含量遙感反演方法，其特征在于，步驟(1)中，測得實測植被冠層生化數據后，對實測植被冠層含水量進行計算，采用等效水層厚度植被含水量進行相關計算，其計算公式為：

其中，EWT為等效水層厚度植被含水量，有量綱(g.cm^-2)，A表示對應植被的葉片總面積，單位為cm²，FW為植被鮮重，DW為植被干重；

為消除植被覆蓋的影響，將葉面積指數LAI引入EWT，因此，新的等效水層厚度植被冠層含水量用EWTc表示，其計算為：

3.根據權利要求1所述的基于光譜分析的陸表植被冠層生態水含量遙感反演方法，其特征在于，步驟(2)中，對實測光譜數據進行預處理和光譜特征提取的具體步驟為：

(21)水汽噪聲去除：剔除水汽噪聲主要集中的波段區間，在消除水汽影響同時考慮后期建模時與遙感數據光譜波段相匹配，再通過平滑處理消除采集的光譜數據的“毛刺噪聲”；

(22)光譜微分計算處理：對水汽噪聲去除后的光譜數據進行微分計算，一階微分公式：

其中，λ_i為第i波段，為第i波段的光譜反射率，分別為第i+1波段的光譜反射率，Δλ為波段的采樣間隔，即相鄰兩波段的波長差；

光譜微分可迅速確定光譜彎曲點及最大最小反射率的波長位置，從而識別并提取光譜特征，突出光譜的變化信息，減弱光譜采集過程中的系統誤差和各種噪聲，實現對光譜中存在的細微差異進行分析，從而提取地物信息，由于光譜數據為每隔幾nm采集一次的離散數據，因此，對采集的植被冠層光譜由光譜微分計算變為光譜差分計算；

(23)對上一步處理后的光譜數據進行包絡線去除操作，實現對光譜數據進行歸一化處理，歸一化處理后，所有的光譜曲線都具有相同的背景，去除掉不感興趣的光譜，突出反映地物特征的有效光譜，便于光譜特征比較分析：

(24)分析所有實測植被樣本的包絡線，發現主要差異出現在紅光波段、近紅外波段和中紅外波段。

4.根據權利要求1所述的基于光譜分析的陸表植被冠層生態水含量遙感反演方法，其特征在于，步驟(4)中，依據實測植被反射光譜特征，計算所需植被指數，然后選取與實測植被冠層含水量相關性最高的植被指數作為遙感反演模型的數據源：由于單波段的響應對于植被含水量反演比較弱，反演效果不理想，因此，研究這些波段之間的組合方式，構建植被指數以突出對植被冠層含水量的響應特征，本方法選取常見的植被指數WI、NDWI、SWAI、SR、II，建立各植被指數與植被含水量之間的數學回歸模型，選取模型相關系數最高的SR植被指數作為植被特征參數。

5.根據權利要求4所述的基于光譜分析的陸表植被冠層生態水含量遙感反演方法，其特征在于，根據實測數據的回歸擬合效果，選擇最佳的植被特征參數構建植被含水量模型，依據植被指數SR與植被含水量EWTc之間的對數函數關系相關性最高，得到植被冠層含水量估算模型：

y＝-0.1223ln(x)+0.2735

R²＝0.9275(公式2)；

其中，x表示植被指數SR，SR＝R₁₆₀₀/R₉₂₀，y表示植被含水量EWTc，R²表示所建立模型的精度。