一种高空间分辨率卫星地表反射率反演方法技术

本发明专利技术公开了一种高空间分辨率卫星地表反射率反演方法，具体为：1)大气参数查找表构建；2)判断研究区域是否有AOD？3)若无AOD，采用暗像元大气校正方法反演得到地表反射率；4)若有AOD，采用6SV模型反演得到地表反射率；5)对地表反射率进行精度验证。本发明专利技术的高空间分辨率卫星地表反射率反演方法，可以精确、快速的获取高空间分辨率卫星地表反射率，促进高空间分辨率卫星在国土资源部、环境保护部、农业部等部门的广泛应用，为高空间分辨率卫星在不同行业的成功应用提供技术支撑。

A high spatial resolution satellite surface albedo retrieval method

The invention discloses a high spatial resolution satellite surface albedo inversion method, which is as follows: (1) construction of an atmospheric parameter look-up table; 2) determining whether a AOD exists in a study area; 3) if there is no AOD, the surface albedo is retrieved by using the dark pixel atmospheric correction method; (4) if the AOD is used, the land surface reflectance is retrieved by using the 6SV model; and 5) the surface albedo is verified by accuracy. The invention of high spatial resolution satellite surface reflectance inversion method can accurately and quickly obtain high spatial resolution satellite surface reflectance, promote high spatial resolution satellite is widely used in the Ministry of land and resources, Ministry of environmental protection, Ministry of agriculture and other departments to provide technical support for high spatial resolution satellite successfully applied in different industries.

【技术实现步骤摘要】
一种高空间分辨率卫星地表反射率反演方法
本专利技术涉及遥感领域，尤指一种高空间分辨率卫星地表反射率反演方法。
技术介绍
高分辨率对地观测系统(简称“高分专项”)是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020年)》所确定的16个重大专项之一，2010年高分专项全面启动实施。目前，高分专项已经发射多颗高空间分辨率卫星，其中高分一号卫星和高分二号卫星分别于2013年4月26日和2014年8月19日成功发射。高分一号卫星空间分辨率为2米(全色)、8米和16米(多光谱)，高分二号卫星空间分辨率达到1米(全色)和4米(多光谱)，高分一号卫星的主要用户部门为国土资源部、环境保护部、农业部等部门，高分二号卫星的主要用户为国土资源部、住房和城乡建设部、交通运输部、林业局等部门，同时还将为其他用户部门和有关区域提供示范应用服务，而地表反射率是高分一号卫星和高分二号卫星开展广泛应用的基础产品，因此获取高空间分辨率地表反射率产品至关重要。高空间分辨率卫星指的是空间分辨率优于等于16米的卫星，包括高分一号卫星、高分二号卫星、资源三号卫星等。地表反射率是卫星遥感数据经过大气校正后获取的，针对高空间分辨率卫星数据，地表反射率获取存在3个问题：1)气溶胶光学厚度(AOD)是影响地表反射率反演精度的关键因素之一，然而，在很多情况下，卫星观测的区域由于AOD反演算法、灰霾等原因，没有AOD，在这种情况下如何获取高精度的地表反射率是个难题。2)气溶胶模型是影响地表反射率反演精度的另外一个关键因素。我国华北区域大气污染严重，气溶胶类型复杂多样，6SV模型中的气溶胶模型主要是基于欧洲清洁大气环境观测的结果，不能代表我国华北区域的气溶胶特征。3)高空间分辨率卫星像元数量多，若逐像元进行计算，则耗时长，效率低。
技术实现思路
高空间分辨率卫星指的是空间分辨率优于等于16米的卫星，包括高分一号卫星、高分二号卫星、资源三号卫星等。针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种高空间分辨率卫星地表反射率反演方法。为实现上述目的，本专利技术的高空间分辨率卫星地表反射率反演方法，(以高分一号卫星16米多光谱相机WFV4为例，但不限于WFV4相机)具体为：1)大气参数查找表构建；2)判断研究区域是否有AOD？3)若无AOD，采用暗像元大气校正方法反演得到地表反射率；4)若有AOD，采用6SV模型反演得到地表反射率；5)对地表反射率进行精度验证。进一步，步骤1)基于东亚气溶胶模型，采用6SV矢量辐射传输模型进行辐射传输计算，得出多组由大气参数组合而成的查找表。进一步，步骤2)根据研究区域，选取MOD043kmAOD产品或者AERONET地基站点观测的AOD产品，判断该研究区域是否有AOD？进一步，步骤3)若无AOD，通过选取WFV4相机观测图像中的暗像元，采用暗像元法大气校正原理反演得到地表反射率。进一步，步骤4)若有AOD，根据AOD和WFV4相机的观测几何，通过在查找表中计算大气的反射率，再利用WFV4相机观测的表观反射率减去大气反射率，即可获取真实的地表反射率。进一步，步骤5)利用ASD光谱仪测量的地表反射率对WFV4相机反演的地表反射率进行精度验证。本专利技术的高空间分辨率卫星地表反射率反演方法，可以精确、快速的获取高空间分辨率卫星地表反射率，促进高空间分辨率卫星在国土资源部、环境保护部、农业部等部门的广泛应用，为高空间分辨率卫星在不同行业的成功应用提供技术支撑。以上实施方式仅用于说明本专利技术，而并非对本说明的限制，有关
的普通技术人员，在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本专利技术的范畴。附图说明图1为本专利技术的高空间分辨率卫星地表反射率反演方法流程图；图2为反演的高分一号卫星WFV4相机植被反射率与ASD地面实测反射率对比图(2015.1.19)；具体实施方式如图1所示，本专利技术的一种高空间分辨率卫星地表反射率反演方法，包括基于东亚气溶胶模型和6SV矢量辐射传输模型建立大气参数查找表，再结合研究区域是否存在AOD，进而选择暗像元大气校正方法或者6SV模型进行大气校正，获取高空间分辨率卫星地表反射率。反演流程如下：1)首先，选择东亚气溶胶模型，改进6SV模型中的气溶胶模型，使之更适合我国华北区域，东亚6种典型气溶胶模型如表1：表1东亚地区6种典型气溶胶模型(Leeetal.，2010)其中，Rf为细粒子气溶胶中值半径，Sf为细粒子气溶胶标准差，Cf为细粒子气溶胶浓度；Rc为粗粒子气溶胶中值半径，Sc为粗粒子气溶胶标准差，Cc为粗粒子气溶胶浓度；mr为复折射指数的实部，mi为复折射指数的虚部，SSA为单次散射反照率。其次，根据东亚气溶胶模型和6SV矢量辐射传输模型建立大气参数查找表。通过设定不同的太阳和卫星观测几何参数：11个太阳天顶角(0，12，24，36，48，54，60，66，72，78，84)、14个观测天顶角(0，8，14，20，24，30，36，42，48，54，60，66，72，81)、15个相对方位角(0，12，24，36，48，60，72，84，96，108，120，132，144，160，180)，不同的大气气溶胶参数：东亚6种典型气溶胶模型、24个0.55μm处的AOD(0.0001，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0，1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8，1.9，2.0，2.5，3.0，4.0)，使用6SV矢量辐射传输模型进行计算得出的由多组大气参数组合而成的查找表。2)根据高分一号卫星WFV4相机数据的研究区域，选取MOD043kmAOD产品或者AERONET地基站点观测的AOD产品，根据经纬度位置对AOD和WFV4相机数据进行匹配，判断该研究区域是否有AOD？3)若无AOD，通过选取WFV4相机图像中的暗像元，采用暗像元法大气校正原理反演得到地表反射率。具体流程为：①暗像元法大气校正原理如下(Songetal.，2001)：Lp＝Ldos-0.01{[E0cos(θz)Tz+Edown]Tv/π}(2)Edown＝πLp(3)Tv＝exp(-τa/cosθv)(4)Tz＝exp(-τa/cosθz)＝1-4πLp/(Eocosθz)(5)τa＝-cosθzIn(1-4πLp/(E0cosθz))(6)其中，ρ为地表反射率，Lsat为卫星观测到的表观辐亮度(W·m-2·sr-1·um-1)，Lp为程辐射(W·m-2·sr-1·um-1)，Tv为大气上行透过率，Tz为大气下行透过率，θz为太阳天顶角，E0为大气层顶相应波长的太阳光谱辐照度(W·m-2·um-1)，Edown为由天空光漫射到地表的光谱辐照度(W·m-2·um-1)，Ldos是图像中暗像元的辐亮度(W·m-2·sr-1·um-1)，τa为气溶胶光学厚度。②高空间分辨率卫星由于“纯像元”更容易获取，因此基于高空间分辨率卫星的暗像元选取变得更加容易。本专利技术利用直方图统计法，选择整景图像或者一景图像的大部分像元中具有一定数量的较小的图像灰度值(DN值)为暗像元。③根据暗像元的DN值，并结合定标系数计算得到Ldos。④首先假设Tv＝Tz＝1，利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高空间分辨率卫星地表反射率反演方法，具体为：1)大气参数查找表构建；2)判断研究区域是否有AOD？3)若无AOD，采用暗像元大气校正方法反演得到地表反射率；4)若有AOD，采用6SV模型反演得到地表反射率；5)对地表反射率进行精度验证。

【技术特征摘要】
1.一种高空间分辨率卫星地表反射率反演方法，具体为：1)大气参数查找表构建；2)判断研究区域是否有AOD？3)若无AOD，采用暗像元大气校正方法反演得到地表反射率；4)若有AOD，采用6SV模型反演得到地表反射率；5)对地表反射率进行精度验证。2.如权利要求1所述的高空间分辨率卫星地表反射率反演方法，其特征在于，所述的高空间分辨率卫星指的是空间分辨率优于等于16米的卫星，包括高分一号卫星、高分二号卫星、资源三号卫星等。3.如权利要求1所述的高空间分辨率卫星地表反射率反演方法，其特征在于，步骤1)中采用东亚气溶胶模型，改进6SV模型中的气溶胶模型，使之更适合我国华北区域，并根据东亚气溶胶模型和6SV矢量辐射传输模型建立了由多组大气参数组合而成的查找表。4.如权利要求1所述的高空间分辨率卫星地表反射率反演方法，其特征在于，步骤2)根据高分一号卫星WFV4相机数据的研究区域，选取MODO43kmAOD产品或者AERONET地基站点观测的AOD产品，根据经纬度位置对AOD和WFV4相机数据进行匹配，判断该研究区域是否有AOD？5.如权利要求1所述的高空间分辨率卫星地表反射率反演方法，其特征在于，步骤3)若无AOD，通过选取WFV4相机图像中的暗像元，采用暗像元法大气校正原理反演得到地表反射率。具体流程为：①利用直方图统计法，选择整景图像或者一景图像的大部分像元中具有一定数量的图像灰度值(DN值)较小的为暗像元。②根据暗像元的DN值，并结合定标系数计算得到Ldos。③首先假设Tv＝Tz＝1，利用图像中...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾行发，郭红，程天海，余涛，王颖，包方闻，师帅一，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11