一种利用高光谱遥感分离阴叶和阳叶叶绿素荧光的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用高光谱遥感分离阴叶和阳叶叶绿素荧光的方法，其步骤为：步骤S100：建立多角度探测叶绿素荧光和光化学植被指数的装置；步骤S200：获取长时间序列的多角度叶绿素荧光观测数据；步骤S300：建立叶绿素荧光角度校正模型，对观测到原始的叶绿素荧光进行角度校正；步骤S400：建立阴叶和阳叶叶绿素荧光分离模型，对冠层总的叶绿素荧光进行分离，得到阴叶和阳叶的叶绿素荧光。本发明专利技术通过建立叶绿素荧光角度校正模型，对观测到的叶绿素荧光进行角度校正，经过角度校正后的叶绿素荧光估算植被总初级生产力时更加准确。在对冠层总的荧光进行阴叶叶绿素和阳叶叶绿素的分离时也充分考多次散射的影响，从而提高了分离的准确性。

A Method for Separating Chlorophyll Fluorescence from Shade and Yang Leaves by Hyperspectral Remote Sensing

The invention discloses a method for separating chlorophyll fluorescence of shade and sun leaves by hyperspectral remote sensing. The steps are as follows: 00: setting up a device for detecting chlorophyll fluorescence and photochemical vegetation index from multiple angles; 220: acquiring multi-angle chlorophyll fluorescence observation data of long time series; 00: establishing chlorophyll fluorescence angle correction model to observe original leaves. The chlorophyll fluorescence of shade and sun leaves was separated to obtain chlorophyll fluorescence of shade and sun leaves. By establishing a chlorophyll fluorescence angle correction model, the observed chlorophyll fluorescence is angle corrected, and the estimated total primary productivity of vegetation is more accurate after angle correction of chlorophyll fluorescence. The effect of multiple scattering was also fully considered in the separation of chlorophyll from shade and sun leaves in the total fluorescence of canopy, thus improving the accuracy of the separation.

【技术实现步骤摘要】
一种利用高光谱遥感分离阴叶和阳叶叶绿素荧光的方法
本专利技术涉及遥感
，特别涉及一种利用高光谱遥感分离阴叶和阳叶叶绿素荧光的方法。
技术介绍
植被总初级生产力是指植物通过光合作用固化二氧化碳的能力，并且也是陆地生态系统在自然条件下的生产能力。植被总初级生产力(GPP)是估算地球支持能力和评价生态系统可持续发展的重要指标，一直是目前地球系统科学研究的热点。目前，陆地生态系统生产力估算主要有生态系统模型和基于植被指数的光能利用率模型。由于目前模型对于一些关键的生态过程描述不清，或者由于模型结构、参数和输入数据等方面的原因，当前模型生产力的估算尚存在较大的不确定性，估算能力仍有待提高。而现有遥感技术虽然能提取出与地表碳通量、储量相关的植被参数，但是这些植被参数无法直接反应植物生理活动，不能直接反应陆地生态系统碳通量信息，需要用新的观测数据对模型估算进行优化，以提高对区域植被生产力的模拟精度。日光诱导叶绿素荧光(SIF)为陆地生态系统生产力估算提供新的思路和方法。日光诱导叶绿素荧光是由植物光合中心II(PSII)发射出的光谱信号，可以反映植被的光合作用状态，被誉为“光合探针”，通过观测叶绿素荧光可以直接探测植被的光合作用等有关信息。相比植被指数，叶绿素荧光更能够反映植被的光合动态变化，因此逐渐成为陆地生态系统生产力估算的研究热点。植被冠层内部阴影叶片(即阴叶)和光照叶片(即阳叶)对叶绿素荧光的贡献差别很大，可将阴叶叶绿素荧光与阳叶叶绿素荧光进行分离，通过分离后的阴叶叶绿素荧光和阳叶叶绿素荧光对陆地生态系统生产力分别进行估算，以提高估算的精度。目前，存在一种利用多角度观测系统同时获取太阳入射光谱和植被冠层多角度反射光谱的方法，用于计算太阳辐照度和植被冠层不同角度的辐亮度，进而计算不同观测角度植被冠层的荧光，但是该方法没有考虑到热点以及多次散射对叶绿素荧光的影响。因此，如何寻找一种能利用遥感的数据分离阴叶和阳叶叶绿素，并且能够校正热点以及多次散射对叶绿素荧光的影响成为了本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有技术没有考虑到热点以及多次散射对叶绿素荧光的影响，提供一种能利用遥感的数据分离阴叶和阳叶叶绿素荧光，并且能够能够校正热点以及多次散射对叶绿素荧光的影响的方法。本专利技术的技术解决方案是：提供一种利用高光谱遥感分离阴叶和阳叶叶绿素荧光的方法，包括如下步骤：步骤S100：建立多角度探测叶绿素荧光和光化学植被指数的装置；步骤S200：获取长时间序列的多角度叶绿素荧光观测数据；步骤S300：建立叶绿素荧光角度校正模型，对观测到原始的叶绿素荧光进行角度校正；步骤S400：建立阴叶和阳叶叶绿素荧光分离模型，对冠层总的叶绿素荧光进行分离，得到阴叶和阳叶的叶绿素荧光。优选地，所述步骤S300的叶绿素荧光角度校正方法为：步骤S310：根据太阳天顶角、观测天顶角以及太阳方位角和观测方位角之间的夹角，计算多角度探测叶绿素荧光和光化学植被指数的装置的传感器与太阳之间的夹角；步骤S320：计算阳叶总叶面积指数、传感器观测到的总叶面积指数以及传感器观测到的阳叶总叶面积指数；步骤S330：根据传感器观测到的阳叶总叶面积指数、阳叶的总叶面积指数、热点函数、一阶散射相函数，得到推算的角度校正后的阳叶总叶面积指数；步骤S340：建立叶绿素荧光角度校正模型，对观测到原始的叶绿素荧光进行角度校正。优选地，所述步骤S340中叶绿素荧光角度校正模型为：SIFhotspot＝SIFobs·Lsun/(L'sun_v+L'sh_v/β+Lv·α)(10)SIFcanopy＝SIFhotspot+SIFsh·(L-Lsun)(11)SIFobs＝SIFsunlit·(L'sun_v+L'sh_v/β+α·Lv)(12)其中，SIFhotspot为热点方向总的叶绿素荧光，SIFobs为角度校正前的原始荧光数据，SIFsunlit为阳叶的叶绿素荧光，SIFcanopy为冠层总的叶绿素荧光，SIFsh为阴叶的叶绿素荧光，Lsun为阳叶总叶面积指数，L'sun_v为推算的观测视场角内阳叶的总叶面积指数，L'sh_v为推算的观测视场角内阴叶的总叶面积指数，Lv为传感器观测到的总叶面积指数，L为总叶面积指数，β为冠层没有考虑多次散射影响阳叶的叶绿素荧光和阴叶的叶绿素荧光的比值，α为多次散射因子。优选地，所述步骤S400的叶绿素荧光分离模型考虑多次散射的影响，具体为：SIFcanopy＝Psunlit·SIFsunlit(1+αsunlit)+Pshaded·SIFsh(1+αshaded)(20)ω＝(ρ+τ)/2(24)其中：Psunlit为传感器观测到的阳叶叶绿素荧光的概率，Pshaded为传感器观测到的阴叶叶绿素荧光的概率，αsunlit为阳叶的多次散射因子，αshaded为阴叶的多次散射因子，ρ为反射率，τ为透射率。优选地，传感器观测到的阳叶叶绿素荧光的概率和传感器观测到的阴叶叶绿素荧光的概率具体为：Pshaded＝1-Psunlit-P(θv)(16)其中，Γ(ξ)为一阶散射相函数，P(θv)为看见背景的概率，G(θv)、G(θs)均为投影函数，Ω为聚集度指数。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术通过建立日光诱导叶绿素荧光角度校正模型，对观测到原始叶绿素荧光进行角度校正，使计算出的冠层总的荧光消除了角度对荧光观测的影响，估算总初级生产力更加准确；另外，在对冠层总的荧光进行阴叶叶绿素和阳叶叶绿素的分离时充分考虑多次散射的影响，从而提高了分离的准确性。附图说明图1为本专利技术第一种实施方式提供的一种利用高光谱遥感分离阴叶和阳叶叶绿素荧光的方法流程图；图2为本专利技术第二种实施方式提供的一种利用高光谱遥感分离阴叶和阳叶叶绿素荧光的方法流程图；图3为多角度叶绿素荧光观测系统示意图；图4为太阳天顶角(θs)，观测天顶角(θv)与太阳方位角和观测方位角之间的夹角(Φ)的示意图；图5为传感器与太阳之间的夹角ξ的示意图。具体实施方式为使本领域技术人员更加清楚和明确本专利技术的技术方案，下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述。参见图1，图1为本专利技术第一种实施方式提供的一种利用高光谱遥感分离阴叶和阳叶叶绿素荧光的方法流程图。一种利用高光谱遥感分离阴叶和阳叶叶绿素荧光的方法，包括如下步骤：步骤S100：建立多角度探测叶绿素荧光和光化学植被指数的装置；步骤S200：获取长时间序列的多角度叶绿素荧光观测数据；步骤S300：建立叶绿素荧光角度校正模型，对观测到原始的叶绿素荧光进行角度校正；步骤S400：建立阴叶和阳叶叶绿素荧光分离模型，对冠层总的叶绿素荧光进行分离，得到阴叶和阳叶的叶绿素荧光。能利用遥感的数据分离阴叶和阳叶叶绿素荧光，并且能够校正热点以及多次散射对叶绿素荧光的影响。参见图2至图5，图2为本专利技术第二种实施方式提供的一种利用高光谱遥感分离阴叶和阳叶叶绿素荧光的方法流程图。图3为多角度叶绿素荧光观测系统示意图；图4为太阳天顶角(θs)，观测天顶角(θv)与太阳方位角和观测方位角之间的夹角(Φ)的示意图；图5为传感器与太阳之间的夹角ξ的示意图。步骤S100：建立用于多角度探测叶绿素荧光和光化学植被指数的装置；建立多角度叶绿素荧光观测系统结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用高光谱遥感分离阴叶和阳叶叶绿素荧光的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S100：建立多角度探测叶绿素荧光和光化学植被指数的装置；步骤S200：获取长时间序列的多角度叶绿素荧光观测数据；步骤S300：建立叶绿素荧光角度校正模型，对观测到原始的叶绿素荧光进行角度校正；步骤S400：建立阴叶和阳叶叶绿素荧光分离模型，对冠层总的叶绿素荧光进行分离，得到阴叶和阳叶的叶绿素荧光。

【技术特征摘要】
1.一种利用高光谱遥感分离阴叶和阳叶叶绿素荧光的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S100：建立多角度探测叶绿素荧光和光化学植被指数的装置；步骤S200：获取长时间序列的多角度叶绿素荧光观测数据；步骤S300：建立叶绿素荧光角度校正模型，对观测到原始的叶绿素荧光进行角度校正；步骤S400：建立阴叶和阳叶叶绿素荧光分离模型，对冠层总的叶绿素荧光进行分离，得到阴叶和阳叶的叶绿素荧光。2.根据权利要求1所述的利用高光谱遥感分离阴叶和阳叶叶绿素荧光的方法，其特征在于，所述步骤S300的叶绿素荧光角度校正方法为：步骤S310：根据太阳天顶角、观测天顶角以及太阳方位角和观测方位角之间的夹角，计算多角度探测叶绿素荧光和光化学植被指数的装置的传感器与太阳之间的夹角；步骤S320：计算阳叶总叶面积指数、传感器观测到的总叶面积指数以及传感器观测到的阳叶总叶面积指数；步骤S330：根据传感器观测到的阳叶总叶面积指数、阳叶的总叶面积指数、热点函数、一阶散射相函数，得到推算的角度校正后的阳叶总叶面积指数；步骤S340：建立叶绿素荧光角度校正模型，对观测到原始的叶绿素荧光进行角度校正。3.根据权利要求2所述的利用高光谱遥感分离阴叶和阳叶叶绿素荧光的方法，其特征在于，所述步骤S340中叶绿素荧光角度校正模型为：SIFhotspot＝SIFobs·Lsun/(L'sun_v+L'sh_v/β+Lv·α)(10)SIFcanopy＝SIFhotspot+SIFsh·(L-Lsun)(11)SIFobs＝SIFsunlit·(L'sun_v+L'sh...

【专利技术属性】
技术研发人员：丑述仁，陈斌，陈镜明，王鹏，夏鲁瑞，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：北京,11