[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

本發明公開了一種基于光譜分析的陸表植被冠層生態水含量遙感反演方法，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。利用該方法能夠實現對植被冠層生態水含量的動態監測，且監測準確性高。

技術領域

本發明涉及生態水含量監測領域，具體涉及一種基于光譜分析的陸表植被冠層生態水含量遙感反演方法。

背景技術

生態水(層)為地球表面植被層，包括葉面、枝干、根系、腐殖層、表層植被根系土壤層中及植物體本身所能截留(滯留)或涵養的水量，這部分水主要與地球表面的植被密切相關，圍繞植被層形成水循環的一個特殊轉換帶或過渡帶，它的存在形式與運動形式都有別于地表水與地下水，其水量能用于蒸發、調劑補給地表與地下水。

植被冠層含水量是指陸表植被生態水中所包含的植被冠層生態水含量，它是一種動態變化的資源。植被冠層生態水含量與所處環境密切相關，受時間、空間的影響較大。

現有水分量化方法主要是針對地下水、土壤水及地表水的各自特征進行單獨研究，通常采用普遍的方法來分析其水文循環過程及量化水分。對陸表植被冠層生態水的復雜性和動態性認知不足，沒有提出系統的、準確的植被冠層生態水量化方法，難以準確描述植被冠層生態水層的時空特征和復雜性，難以準確刻畫其分布結構及量化植被冠層生態水的含水量。同時，針對環境惡劣的中國西部地區(特別是川西高原)，采用常規方法獲取的調查數據，現勢性較差，難以反映西部地區最新的植被冠層生態水狀況。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明公開基于光譜分析的陸表植被冠層生態水含量遙感反演方法，利用該方法能夠實現對植被冠層生態水含量的動態監測，且監測準確性高。

本發明通過下述技術方案實現：

基于光譜分析的陸表植被冠層生態水含量遙感反演方法，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。

其中，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：

進一步的，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到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”；