[發(fā)明專利]基于逆高斯過程反演葉面積指數(shù)的農(nóng)作物長勢監(jiān)測方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910790564.2 | 申請日： | 2019-08-26 |
| 公開（公告）號： | CN110579186B | 公開（公告）日： | 2020-07-21 |
| 發(fā)明（設計）人： | 黃健熙;尹峰 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國農(nóng)業(yè)大學 |
| 主分類號： | G01B11/28 | 分類號： | G01B11/28;G01N21/17 |
| 代理公司： | 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002 | 代理人： | 陳征 |
| 地址： | 100193 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 逆高斯 過程 反演 葉面積 指數(shù) 農(nóng)作物 長勢 監(jiān)測 方法 | ||
1.基于逆高斯過程反演葉面積指數(shù)的農(nóng)作物長勢監(jiān)測方法，其特征在于，具體步驟如下：
S1、使用傳感器無差別大氣校正方法SIAC獲取一致性的哨兵2號地表反射率；
S2、使用樣本點對應的哨兵2號地表反射率的時間序列數(shù)據(jù)，提取待測的作物各個關(guān)鍵性生育期，進行監(jiān)督分類以獲取研究區(qū)作物空間分布圖；
S3、針對作物對應的PROSAIL模型參數(shù)集合進行廣泛采樣，以獲取黑土壤背景下PROSAIL模擬的作物光譜和包含土壤信息背景下PROSAIL模擬的作物光譜；所述S3具體方法為：根據(jù)大量的實測樣本點獲取作物對應的PROSAIL模型的主要生物物理參數(shù)的最小值、最大值，在所述最小值、最大值的范圍內(nèi)使用拉丁超立方抽樣方法進行隨機均勻采樣，將采樣所得的大量參數(shù)輸入PROSAIL模型，模擬作物在不同生長狀況下的光譜，即得到黑土壤背景下PROSAIL模擬的作物光譜和包含土壤信息背景下PROSAIL模擬的作物光譜；
S4、利用哨兵2號的波譜響應函數(shù)將S3中模擬的作物光譜轉(zhuǎn)換為與哨兵2號對應的波段光譜，即獲得黑土壤背景下PROSAIL模擬的地表反射率和包含土壤信息背景下PROSAIL模擬的地表反射率；
S5、對S4所得的黑土壤背景下PROSAIL模擬的地表反射率進行主成分分析，選前4個主成分作為純冠層的光譜反射特征；同時，對實測土壤光譜曲線對應的哨兵2號地表反射率進行主成分分析，選前2個主成分作為純土壤的光譜反射特征；
S6、基于S5所得的純冠層的光譜反射特征和純土壤的光譜反射特征，對S4所得包含土壤信息背景下PROSAIL模擬的地表反射率進行線性分解，得到PROSAIL模擬的純冠層反射率；
S7、利用高斯過程模擬學習S4所得黑土壤背景下PROSAIL模擬的地表反射率與LAI之間的映射關(guān)系，實現(xiàn)純冠層光譜反射率到LAI的預測，得到訓練好的高斯過程模型；步驟S7中所述實現(xiàn)純冠層光譜特征到LAI的預測，采用的公式如下：
f*與具有高斯噪聲的訓練樣本點y之間是一個多元高斯分布：
該多元高斯分布均值為0，協(xié)方差矩陣為其中：f*、y分別是預測樣本點和訓練樣本點的LAI；X*、X分別是預測樣本點和訓練樣本點的反射率數(shù)據(jù)；是訓練樣本的協(xié)方差，是人為給訓練樣本加的高斯噪聲的方差，K(X*,X*)是預測樣本的協(xié)方差，K(X,X*)是訓練樣本與預測樣本的協(xié)方差，～表示服從于，N表示高斯分布；
因此，預測樣本的條件分布概率為：
按照公式(3)、(4)計算，其中，E的含義是期望，的含義是定義為，－1表示矩陣的逆，|表示條件：
令K＝K(X,X)，K*＝K(X,X*)，則預測樣本的預測均值f與預測協(xié)方差cov(f*)見公式(5)、公式(6)：
高斯過程的訓練是一個優(yōu)化過程，以此得到?jīng)Q定公式(1)中的協(xié)方差矩陣的超參數(shù)，從而能夠利用公式(5)、(6)計算預測樣本的均值和不確定性預測協(xié)方差cov(f*)；T的含義是轉(zhuǎn)置；
在本高斯過程徑向基函數(shù)核為：
其中，σ是該核函數(shù)的超參數(shù)；
S8、基于S5的主成分分析所得結(jié)果，對原始的哨兵2號影像進行線性分解，得到對應的純冠層反射率；再將S6得到的PROSAIL模擬的純冠層反射率與其進行對比，選取與其最接近的PROSAIL模擬的純冠層反射率輸入S7所訓練好的高斯過程模型，得到LAI；以歷史近3年的地塊平均LAI軌跡作為基準，將當年LAI軌跡與此進行對比，從而對當前作物的長勢的好差進行判斷。
2.如權(quán)利要求1所述的基于逆高斯過程反演葉面積指數(shù)的農(nóng)作物長勢監(jiān)測方法，其特征在于，所述作物為主糧作物。
3.權(quán)利要求1或2所述基于逆高斯過程反演葉面積指數(shù)的農(nóng)作物長勢監(jiān)測方法的應用，其為根據(jù)長勢監(jiān)測結(jié)果指導田間灌溉、施肥、植保。
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