[發明專利]一種結合遙感數據的宇宙射線中子儀空間特征模擬方法

有效

• 申請號: 202110355076.6
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113076645B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 龐治國;江威;覃湘棟;呂娟;付俊娥;路京選;楊昆;李琳;李小濤;曲偉;宋文龍;馮天時
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/18
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

本發明公開了一種結合遙感數據的宇宙射線中子儀空間特征模擬方法，針對宇宙射線中子法在土壤水分測量中難以反映其空間異質性的問題，利用Landsat8遙感數據計算歸一化植被指數與地表溫度，提出了一種考慮地表植被和地表溫度等下墊面條件因素的土壤含水量水平方向參數修正方法，結合宇宙射線中子儀自身的中子足跡特征和土壤類型模擬土壤水分垂向修正參數，從而實現宇宙射線中子儀觀測范圍內的土壤水分三維空間分布特征模擬，有助于提高宇宙射線中子儀土壤水分觀測的精細程度，客觀反映了測量區域土壤水分空間分布差異，為土壤水分遙感真實性檢驗奠定了基礎。

技術領域

本發明屬于測量技術推廣技術領域，具體涉及一種結合遙感數據的宇宙射線中子儀空間特征模擬方法的設計。

背景技術

土壤水分是水循環、能量循環和生物地球化學循環中的關鍵參數，目前土壤水分的地面觀測手段根據觀測數據的空間代表性分為點觀測和面觀測。點觀測的觀測結果是空間點數據，空間代表性較小，難以準確描述土壤水分的空間分布，主要方法有烘干稱重法、張力計法、中子儀法和介電特性法。面觀測的觀測結果可以實現土壤水分的空間連續性觀測，代表性方法有探地雷達法和宇宙射線中子法，其中宇宙射線中子法研究探討較多。

宇宙射線中子法(CRS)則是20世紀40年代出現的一種新型的面狀土壤水分測量方法，該方法原理是利用宇宙射線中子儀測量由宇宙射線粒子所產生的中子的數量，由中子數與土壤水分含量的關系估算一定區域內的平均土壤水分含量。該儀器測量值僅代表該范圍的土壤水分均值，認為不同距離和不同深度對觀測區域土壤水分結果的貢獻無差別。實際上，由于測量源區內下墊面條件不同，土壤水分在區域存在明顯的空間異質性，僅用儀器測量并不能展現土壤水分在空間上分布差異，一定程度制約著宇宙射線中子法在土壤水分精確測量和應用推廣，需要結合下墊面影響因素開展其空間特征模擬。

發明內容

本發明的目的是提出一種結合遙感數據的宇宙射線中子儀空間特征模擬方法,充分考慮測量源區下墊面中地表植被、地表溫度和土壤類型等下墊面條件影響因素，用于快速準確模擬觀測范圍內土壤水分三維空間分布特征，提高宇宙射線中子法在土壤水分測量中的空間精度，促進其在土壤水分遙感驗證中的應用深度。

本發明的技術方案為：一種結合遙感數據的宇宙射線中子儀空間特征模擬方法，包括以下步驟：

S1、采集宇宙射線中子儀的觀測數據，并根據宇宙射線中子儀的測量范圍和時間，采集其觀測時期下的Landsat 8地表反射率數據。

S2、對采集的觀測數據以及Landsat 8地表反射率數據進行處理，得到溫度植被干旱指數。

S3、基于溫度植被干旱指數，進行宇宙射線中子儀測量空間內的修正參數模擬。

S4、根據修正參數模擬結果，進行宇宙射線中子儀三維空間特征模擬，計算得到宇宙射線中子儀測量范圍內土壤含水量空間分布。

進一步地，步驟S2包括以下分步驟：

S21、根據采集的Landsat 8地表反射率數據，計算得到歸一化植被指數NDVI。

S22、根據采集的觀測數據以及Landsat 8地表反射率數據，采用單窗算法反演地表溫度T_s。

S23、根據地表溫度T_s和歸一化植被指數NDVI計算得到溫度植被干旱指數VI。

進一步地，步驟S21中歸一化植被指數NDVI的計算公式為：

其中B₄表示Landsat 8地表反射率數據的第4波段，B₅表示Landsat 8地表反射率數據的第5波段。

進一步地，步驟S22中地表溫度T_s的反演公式為：