一种植被光合有效辐射吸收率的遥感估算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种植被光合有效辐射吸收率的遥感估算方法及装置，所述方法包括：以微分法对原始光谱曲线进行前置处理，得到二阶微分曲线，并利用二阶微分曲线对原始光谱曲线进行去噪预处理；对去噪预处理后的光谱曲线进行去包络线处理，得到去包络线后的光谱曲线；利用所述去包络线后的光谱曲线，识别特征吸收峰并提取其光谱吸收指数SAI；根据所述特征吸收峰SAI的，获取融入可见光‑近红外高光谱吸收特征的新型植被指数，从而进行植被光合有效辐射吸收率FAPAR的遥感估算。上述技术方案具有如下有益效果：构建融入可见光‑近红外高光吸收特征的新型植被指数，提高常规可见光‑近红外植被指数的总体估算精度，从而提高植被光合有效辐射吸收率的遥感估算精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及遥感
，尤其涉及一种植被光合有效辐射吸收率(FAPAR)的遥感估算方法及装置。
技术介绍
由可见光和近红外波段反射率组成的植被指数，因可见光波段与近红外波段对于植被光能辐射的响应极为突出，在植被光合有效辐射吸收率的遥感估算中被广泛应用，然而随着植被覆盖度高低的变化，这些植被指数估算FAPAR的总体精度不同程度的受到土壤背景(植被覆盖度较低时，植被覆盖均匀性较差，土壤对光谱干扰较大)或饱和现象(这些植被指数以“红波段吸收峰”与“红边”位置的波段组合最为常见，“红波段吸收峰”峰值点反射率在植被覆盖度较高时趋向饱和，对FAPAR的敏感性较弱)的影响。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种植被光合有效辐射吸收率的遥感估算方法及装置，以提高植被光合有效辐射吸收率的遥感估算精度。一方面，本专利技术实施例提供了一种植被光合有效辐射吸收率的遥感估算方法，所述方法包括：以微分法对原始光谱曲线进行前置处理，对原始光谱曲线波段上各采样点按公式：计算其二阶微分量，从而得到二阶微分曲线，并利用二阶微分曲线对原始光谱曲线进行去噪预处理，其中，λι代表波段上第i个采样点的波长；Ri代表波段上第i个采样点的原始光谱反射率；SDRi代表波段上第i个采样点的二阶微分，i＝1，2......N，N为样本点数，即二阶微分曲线在波段上的总点数；对去噪预处理后的光谱曲线进行去包络线处理，得到去包络线后的光谱曲线；利用所述去包络线后的光谱曲线，识别特征吸收峰并提取其光谱吸收指数SAI；根据所述特征吸收峰SAI的，获取融入可见光-近红外高光谱吸收特征的新型植被指数，从而进行植被光合有效辐射吸收率FAPAR的遥感估算。另一方面，本专利技术实施例提供了一种植被光合有效辐射吸收率的遥感估算装置，所述装置包括：微分处理单元，用于以微分法对原始光谱曲线进行前置处理，对原始光谱曲线波段上各采样点按公式：计算其二阶微分量，从而得到二阶微分曲线，并利用二阶微分曲线对原始光谱曲线进行去噪预处理，其中，λι代表波段上第i个采样点的波长；Ri代表波段上第i个采样点的原始光谱反射率；SDRi代表波段上第i个采样点的二阶微分，i＝1，2......N，N为样本点数，即二阶微分曲线在波段上的总点数；去包络线处理单元，用于对去噪预处理后的光谱曲线进行去包络线处理，得到去包络线后的光谱曲线；SAI提取单元，用于利用所述去包络线后的光谱曲线，识别特征吸收峰并提取其光谱吸收指数SAI；FAPAR估算单元，用于根据所述特征吸收峰SAI的，获取融入可见光-近红外高光谱吸收特征的新型植被指数，从而进行植被光合有效辐射吸收率的遥感估算。上述技术方案具有如下有益效果：通过一定的数学变换，优化组合对高覆盖度区域植被FAPAR变化敏感的可见光-近红外高光谱吸收特征参数，构建融入可见光-近红外高光吸收特征的新型植被指数，提高常规可见光-近红外植被指数的总体估算精度，从而提高植被光合有效辐射吸收率的遥感估算精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一种植被光合有效辐射吸收率的遥感估算方法流程图；图2为本专利技术实施例原始光谱曲线图；图3为本专利技术实施例特征吸收峰分布图；图4为本专利技术实施例吸收峰结构图；图5为本专利技术实施例一种植被光合有效辐射吸收率的遥感估算装置结构示意图；图6为本专利技术应用实例各变量最佳模型预测值与实测值的拟合图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，为本专利技术实施例一种植被光合有效辐射吸收率的遥感估算方法流程图，所述方法包括：101、以微分法对原始光谱曲线进行前置处理，对原始光谱曲线波段上各采样点按公式：计算其二阶微分量，从而得到二阶微分曲线，并利用二阶微分曲线对原始光谱曲线进行去噪预处理，其中，λι代表波段上第i个采样点的波长；Ri代表波段上第i个采样点的原始光谱反射率；SDRi代表波段上第i个采样点的二阶微分，i＝1，2......N，N为样本点数，即二阶微分曲线在波段上的总点数；如图2所示，为本专利技术实施例原始光谱曲线图。102、对去噪预处理后的光谱曲线进行去包络线处理，得到去包络线后的光谱曲线；103、利用所述去包络线后的光谱曲线，识别特征吸收峰并提取其光谱吸收指数SAI；104、根据所述特征吸收峰SAI的，获取融入可见光-近红外高光谱吸收特征的新型植被指数，从而进行植被光合有效辐射吸收率FAPAR的遥感估算。优选地，所述去噪预处理具体包括以下步骤：如果二阶微分曲线在波段上某采样点的数值小于或等于反射率，即SDRi≤Ri，则该采样点为真实曲线所经过的点(λι，Ri)，将其保留；反之，如果该采样点的值大于反射率，即SDRi＞Ri，则为噪声，将其去掉；对于波段上保留的采样点进行平滑操作，根据下式重新计算波段上保留的采样点的反射率，其中，w是窗口选择的点的个数，N是样本点数，即二阶微分曲线在波段上的总点数。优选地，所述对去噪预处理后的光谱曲线进行去包络线处理具体包括以下步骤：设所述去噪预处理后得到的Ri组成数组Ri，i＝1，2......N；波段上的采样点波长组成数组λi，i＝1，2......N；A.i：＝1，将R1，λ1加入到包络线节点表中；B.求新的包络节点，如i＝N，则结束，否则j：＝i+1；C.连接i，j；检查(i，j)直线与反射率曲线的交点，如果j＝N则结束，将Rj，λj加入到包络线节点表中，否则：a.m＝j+1；b.如果m＝N则完成检查，j是包络线上的点，将Rj，λj加入到包络线的节点表中，i＝j转到B；c.否则，求i，j与λm的交点R1m；d.如果Rm＜R1m，则j不是包络线上的点，j：＝j+1转到B；如果Rm≤R1m则i，j与光谱曲线最多有一个交点，m：＝m+1，转到b；D.得到光谱曲线的包络线节点后，将相邻的节点用直线段依次相连，求出λi，i＝1，2......N所对应的折线段上的点的函数值hi，i＝1，2......N，从而得到该光谱曲线的包络线，显然有Ri≤hi；E.对求出的包络线按公式对光谱曲线进行包络线消除。优选地，所述利用所述去包络线后的光谱曲线，识别特征吸收峰并提取其光谱吸收指数SAI具体包括以下步骤：去包络化后的光谱曲线有明显的波峰和波谷特征，选择表征叶绿素光合有效辐射强吸收的蓝波段吸收峰M0、红波段吸收峰M1以及对叶片水分含量敏感的近红外波段吸收峰M2与M3作为对植被光合有效辐射吸收率敏感的特征吸收峰；其中，S1是一个吸收峰右肩、S2是一个吸收峰左肩、M是一个吸收峰峰值点，令：R1、λ1分别为吸收峰右肩S1的反射率和波长位置；RM、λM分别为吸收峰峰值点M的反射率和波长位置；R2、λ2分别为吸收峰左肩S2的反射率和波长位置；对特征吸收峰的光谱吸收指数SAI进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植被光合有效辐射吸收率的遥感估算方法，其特征在于，所述方法包括：以微分法对原始光谱曲线进行前置处理，对原始光谱曲线波段上各采样点按公式：计算其二阶微分量，从而得到二阶微分曲线，并利用二阶微分曲线对原始光谱曲线进行去噪预处理，其中，λi代表波段上第i个采样点的波长；Ri代表波段上第i个采样点的原始光谱反射率；SDRi代表波段上第i个采样点的二阶微分，i＝1，2......N，N为样本点数，即二阶微分曲线在波段上的总点数；对去噪预处理后的光谱曲线进行去包络线处理，得到去包络线后的光谱曲线；利用所述去包络线后的光谱曲线，识别特征吸收峰并提取其光谱吸收指数SAI；根据所述特征吸收峰SAI的，获取融入可见光‑近红外高光谱吸收特征的新型植被指数，从而进行植被光合有效辐射吸收率FAPAR的遥感估算。

【技术特征摘要】
1.一种植被光合有效辐射吸收率的遥感估算方法，其特征在于，所述方法包括：以微分法对原始光谱曲线进行前置处理，对原始光谱曲线波段上各采样点按公式：计算其二阶微分量，从而得到二阶微分曲线，并利用二阶微分曲线对原始光谱曲线进行去噪预处理，其中，λi代表波段上第i个采样点的波长；Ri代表波段上第i个采样点的原始光谱反射率；SDRi代表波段上第i个采样点的二阶微分，i＝1，2......N，N为样本点数，即二阶微分曲线在波段上的总点数；对去噪预处理后的光谱曲线进行去包络线处理，得到去包络线后的光谱曲线；利用所述去包络线后的光谱曲线，识别特征吸收峰并提取其光谱吸收指数SAI；根据所述特征吸收峰SAI的，获取融入可见光-近红外高光谱吸收特征的新型植被指数，从而进行植被光合有效辐射吸收率FAPAR的遥感估算。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述去噪预处理具体包括以下步骤：如果二阶微分曲线在波段上某采样点的数值小于或等于反射率，即SDRi≤Ri，则该采样点为真实曲线所经过的点(λi，Ri)，将其保留；反之，如果该采样点的值大于反射率，即SDRi＞Ri，则为噪声，将其去掉；对于波段上保留的采样点进行平滑操作，根据下式重新计算波段上保留的采样点的反射率，其中，w是窗口选择的点的个数，N是样本点数，即二阶微分曲线在波段上的总点数。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述对去噪预处理后的光谱曲线进行去包络线处理具体包括以下步骤：设所述去噪预处理后得到的Ri组成数组Ri，i＝1，2......N；波段上的采样点波长组成数组λi，i＝1，2......N；A.i：＝1，将R1，λ1加入到包络线节点表中；B.求新的包络节点，如i＝N，则结束，否则j：＝i+1；C.连接i，j；检查(i，j)直线与反射率曲线的交点，如果j＝N则结束，将Rj，λj加入到包络线节点表中，否则：a.m＝j+1；b.如果m＝N则完成检查，j是包络线上的点，将Rj，λj加入到包络线的节点表中，i＝j转到B；c.否则，求i，j与λm的交点R1m；d.如果Rm＜R1m，则j不是包络线上的点，j：＝j+1转到B；如果Rm≤R1m则i，j与光谱曲线最多有一个交点，m：＝m+1，转到b；D.得到光谱曲线的包络线节点后，将相邻的节点用直线段依次相连，求出λi，i＝1，2......N所对应的折线段上的点的函数值hi，i＝1，2......N，从而得到该光谱曲线的包络线，显然有Ri≤hi；E.对求出的包络线按公式对光谱曲线进行包络线消除。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述利用所述去包络线后的光谱曲线，识别特征吸收峰并提取其光谱吸收指数SAI具体包括以下步骤：去包络化后的光谱曲线有明显的波峰和波谷特征，选择表征叶绿素光合有效辐射强吸收的蓝波段吸收峰M0、红波段吸收峰M1以及对叶片水分含量敏感的近红外波段吸收峰M2与M3作为对植被光合有效辐射吸收率敏感的特征吸收峰；其中，S1是一个吸收峰右肩、S2是一个吸收峰左肩、M是一个吸收峰峰值点，令：R1、λ1分别为吸收峰右肩S1的反射率和波长位置；RM、λM分别为吸收峰峰值点M的反射率和波长位置；R2、λ2分别为吸收峰左肩S2的反射率和波长位置；对特征吸收峰的光谱吸收指数SAI进行如下公式提取：SAI＝[(λm-λ2)/(λ1-λ2)×R1+(1-(λm-λ2)/(λ1-λ2))×R2]/Rm。5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述根据所述特征吸收峰SAI的，获取融入可见光-近红外高光谱吸收特征的新型植被指数具体包括以下步骤：通过对特征吸收峰SAI进行数学变化，构建新型植被指数： S A I V I = C 1 - C 2 C 1 + C 2 = SAI M 0 × SAI M 1 - SAI M 2 × SAI M 3 SAI M 0 × SAI M 1 + SAI M 2 × SAI M 3 , ]]>其中，SAIMx为吸收峰Mx的SAI值，其分子与分母均包含C1与C2，其中，C1由对叶绿素浓度敏感的蓝波段吸收峰M0、红波段吸收峰M1的SAI的乘积构成，C2由对叶片水分含量敏感的近红外波段吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李喆，郭旭东，古春，
申请(专利权)人：中国土地勘测规划院，
类型：发明
国别省市：北京;11