一种无人机载高光谱成像仪反演亚热带植被叶面积指数的方法技术

一种基于无人机和高光谱技术反演亚热带植被叶面积指数的方法，其特征在于：利用无人机载高光谱成像仪、GPS模块、时间模块、数据运算模块，获得目标区域植被高光谱数据和几何参数数据；将获得的高光谱数据进行特征光谱提取，得到8个波段的特征光谱数据；基于PROSAIL辐射传输模型，将提取的特征光谱数据和几何参数数据作为输入数据，采用人工神经网络算法进行叶面积指数反演。本发明专利技术提供了一种同时具备高空间分辨率和高光谱分辨率的亚热带植被叶面积指数遥感测量方法。

A method to retrieve the leaf area index of subtropical vegetation by using an unmanned hyperspectral imager

A method for retrieving the leaf area index of subtropical vegetation based on UAV and hyperspectral technology is described. The method is characterized in that: the hyperspectral data and geometric parameter data of the target area are obtained by using the UAV hyperspectral imager, GPS module, time module and data operation module; the hyperspectral data obtained is extracted by the characteristic spectrum, and the characteristic spectrum data of 8 bands are obtained; Based on PROSAIL radiative transfer model, the extracted characteristic spectral data and geometric parameter data are used as input data, and the artificial neural network algorithm is used for leaf area index inversion. The invention provides a remote sensing method for measuring leaf area index of subtropical vegetation with high spatial resolution and high spectral resolution at the same time.

【技术实现步骤摘要】
一种无人机载高光谱成像仪反演亚热带植被叶面积指数的方法
本专利技术涉及生态环境监测
，更具体地，涉及基于无人机载高光谱成像仪反演的植被信息检测系统及方法。
技术介绍
叶面积指数(LeafAreaIndex，LAI)是指单位地表面积上单面植物叶片的垂直投影面积。叶面积指数可以反映植物冠层中的二氧化碳、能量及物质环境，是森林生长和健康状况重要指标，也是蒸散量、土壤水分、树冠层截光量等生态参数估测的基础，因此在农业、林业以及生物学、生态学等领域得到广泛应用，成为一个重要的植物学参数和评价指标。叶面积指数的测定方法主要有直接测定法(叶面积测定法、落叶收集法、分层收割法)和间接法(消光系数法、经验公式法、遥感监测法)等。直接测定法往往需要工作人员进入样地开展测量，需消耗大量人力和时间，不适用于大面积区域植被的叶面积指数测定。间接法主要以卫星遥感影像的光谱特征为基础，根据特定模型及算法反演影像像元的叶面积指数；但由于卫星遥感影像空间分辨率和光谱分辨率不足的限制，该方法测定的叶面积指数一般精度较低，难以满足现实管理要求。同时，卫星遥感影本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机载高光谱成像仪反演亚热带植被叶面积指数的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)借助无人机平台，同步搭载高光谱成像仪、GPS模块、时间模块、数据运算模块，在对象区域内进行航飞，拍摄并同步获取研究区域内植被连续的高光谱影像和时空参数数据；/n(2)数据运算模块通过GPS模块、时间模块获取的时空参数数据，求解并记录高光谱数据对应的太阳天顶角，实现反演模型所需的高光谱数据和几何参数数据的同步获取；/n(3)对获取的高光谱数据进行辐射亮度校正、几何校正处理以获得高空间精度的植被冠层顶部反射率数据；/n(4)对获得的植被冠层顶部反射率高光谱数据进行重采样，形成多个特征波段数据：/n(5)...

【技术特征摘要】
1.一种无人机载高光谱成像仪反演亚热带植被叶面积指数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)借助无人机平台，同步搭载高光谱成像仪、GPS模块、时间模块、数据运算模块，在对象区域内进行航飞，拍摄并同步获取研究区域内植被连续的高光谱影像和时空参数数据；
(2)数据运算模块通过GPS模块、时间模块获取的时空参数数据，求解并记录高光谱数据对应的太阳天顶角，实现反演模型所需的高光谱数据和几何参数数据的同步获取；
(3)对获取的高光谱数据进行辐射亮度校正、几何校正处理以获得高空间精度的植被冠层顶部反射率数据；
(4)对获得的植被冠层顶部反射率高光谱数据进行重采样，形成多个特征波段数据：
(5)利用获得的特征波段数据，进行植被与非植被的区分，对植被部分区域进行提取，以减少后续数据处理量；
(6)基于冠层反射模型PROSAIL构建BP神经网络模型，采用1000个实测数据进行模型训练，采用300个实测数据进行验证，确定叶面积指数反演模型；
(7)利用提取后得到的植被区域中的特征波段数据和获得的飞行几何参数数据，基于上一步骤确定的BP神经网络模型，反演得到植被区域的叶面积指数结果。


2.根据权利要求1所述的一种无人机载高光谱成像仪反演亚热带植被叶面积指数的方法，其特征在于：步骤(1)所述航飞指使用空间地理数据浏览和标绘软件的多边形工具规划飞行区域和采集区域；高光谱成像仪采用GPS位置触发拍摄，即成像仪飞进区域开始采集，飞出区域停止采集。


3.根据权利要求1所述的一种无人机载高光谱成像仪反演亚热带植被叶面积指数的方法，其特征在于：根据冠层反射模型PROSAIL，植被叶面积指数反演所需的几何参数包括：太阳天顶角(θs)、观测天顶角(θv)、相对方位角步骤(1)所述高光谱成像仪搭载于三轴云台上，航飞及摄影过程中成像仪摄影方向稳定保持垂直地面，因此观测天顶角(θv)、相对方位角均恒定为0°，因此将求三个几何参数简化为求太阳天顶角(θs)。


4.根据权利要求1所述的一种无人机载高光谱成像仪反演亚热带植被叶面积指数的方法，其特征在于：数据运算模块采用以下方法反算已知经纬度和时间的情况下太阳天顶角(θs)：



式中θs为太阳天顶角，表示地理纬度，δ表示太阳赤纬，t表示时角；其中太阳赤纬的计算公式为：
δ(deg)＝0.006918-0.399912cos(b)+0.070257sin(b)-0.006758cos(2b)+0.000907sin(2b)-0.002697cos(3b)+0.00148sin(3b)
其中，b＝2π(N-1)/365，N为积日，即日期在年内的顺序号；
时角的计算公式为：t＝(S*-12)×15°，式中S*表示真太阳时；
真太阳时的计算公式为：S*＝S-4×(120-γ)×Δt，式中S表示平北京时间太阳时，γ表示当地经度，Δt表示时差。


5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡建楠，何甜辉，
申请(专利权)人：蔡建楠，何甜辉，
类型：发明
国别省市：广东;44