一种时空信息融合的微波遥感土壤水分产品降尺度方法技术

本发明专利技术涉及微波遥感领域，公开了一种时空信息融合的微波遥感土壤水分产品降尺度方法，包括构建土壤水分与关联地表参数之间的关系表达模型；利用时序相近的关联参数对低空间分辨率土壤水分遥感产品进行降尺度，利用空间相邻的关联参数对低空间分辨率土壤水分遥感产品进行降尺度，利用误差加权方法对时序辅助信息的高空间分辨率土壤水分降尺度结果和空间辅助信息的高空间分辨率土壤水分降尺度结果进行融合，获得高空间分辨率土壤水分产品降尺度融合结果。本发明专利技术全面考虑了与土壤水分关联的地表参数，利用时序相近和空间相邻辅助信息对被动微波遥感低空间分辨率的土壤水分产品进行降尺度，提高了土壤水分降尺度结果的科学性、处理精度和时空连续性。

【技术实现步骤摘要】
一种时空信息融合的微波遥感土壤水分产品降尺度方法
本专利技术涉及微波遥感
，具体地涉及时空信息融合的微波遥感土壤水分产品降尺度方法。
技术介绍
被动微波遥感土壤水分产品像元的空间分辨率一般在10公里至25公里左右。如此低空间分辨率的土壤水分产品无法满足小尺度科学研究和业务应用的需求，从而制约了被动微波遥感土壤水分产品在农业、水利等行业的应用。因此，如何提高被动微波遥感土壤水分产品的空间分辨率成为被动微波遥感土壤水分反演领域的关键和热点问题之一。传统的土壤水分降尺度方法主要采用插值或引入辅助数据进行空间加权分配，将低空间分辨率的数值按照一定的规则分配到低空间分辨率像元所包含的高空间分辨率像元中。在上述方法中，空间插值的方法没有考虑土壤水分的影响因素，单纯依赖空间距离进行加权，可能会导致土壤水分的空间分配与实际不符的情况；其他引入辅助数据的方法多以植被或土壤温度等信息为主，利用现有的卫星遥感植被产品和温度产品开展降尺度工作，但是没有考虑地形、土壤质地等因素对土壤水分空间分配的影响，在局部区域会产生较大误差，因此辅助因子的全面性仍有待提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时空信息融合的微波遥感土壤水分产品降尺度方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1)构建土壤水分与关联地表参数之间的关系表达模型；/nS2)根据所述土壤水分与关联地表参数之间的关系表达模型、并利用时序相近的关联参数对低空间分辨率土壤水分遥感产品进行降尺度，得到时间相近差值以及时序辅助信息的高空间分辨率土壤水分降尺度结果；/nS3)根据所述土壤水分与关联地表参数之间的关系表达模型、并利用空间相邻的关联参数对低空间分辨率土壤水分遥感产品进行降尺度，得到空间相邻差值以及空间辅助信息的高空间分辨率土壤水分降尺度结果；/nS4)根据所述时间相近差值和所述空间相邻差值、并利用误差加权方法对所述时序辅...

【技术特征摘要】
1.一种时空信息融合的微波遥感土壤水分产品降尺度方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)构建土壤水分与关联地表参数之间的关系表达模型；
S2)根据所述土壤水分与关联地表参数之间的关系表达模型、并利用时序相近的关联参数对低空间分辨率土壤水分遥感产品进行降尺度，得到时间相近差值以及时序辅助信息的高空间分辨率土壤水分降尺度结果；
S3)根据所述土壤水分与关联地表参数之间的关系表达模型、并利用空间相邻的关联参数对低空间分辨率土壤水分遥感产品进行降尺度，得到空间相邻差值以及空间辅助信息的高空间分辨率土壤水分降尺度结果；
S4)根据所述时间相近差值和所述空间相邻差值、并利用误差加权方法对所述时序辅助信息的高空间分辨率土壤水分降尺度结果和所述空间辅助信息的高空间分辨率土壤水分降尺度结果进行融合，获得高空间分辨率土壤水分产品降尺度融合结果。


2.根据权利要求1所述的时空信息融合的微波遥感土壤水分产品降尺度方法，其特征在于，在步骤S1)中，构建土壤水分与关联地表参数之间的关系表达模型，包括如下步骤：
S11)参数化若干个与土壤水分关联的地表参数，所述若干个与土壤水分关联的地表参数包括植被覆盖参数、地表温度、地形状况参数和土壤质地参数；利用土壤体积含水量表示土壤水分，利用归一化植被指数表示植被覆盖参数，利用地表坡度表示地形状况参数，利用土壤比表面积和容重分别表示土壤质地参数；
S12)获取与所述若干个与土壤水分关联的地表参数相对应的历史数据，所述历史数据包括土壤体积含水量、归一化植被指数、地表坡度、土壤容重和土壤比表面积；
S13)利用所述历史数据对所述若干个与土壤水分关联的地表参数进行主成分分析，获得贡献值较大且相互独立的前三个分量，将所述贡献值较大且相互独立的前三个分量作为主成分，获得主成分矩阵F1、F2、F3分别表示贡献值较大且相互独立的前三个分量，a11、a12、…、a35分别表示若干个主成分系数，NDVI表示归一化植被指数，T表示地表温度，θ表示地表坡度，S表示土壤比表面积，ρ表示土壤容重；
S14)构建土壤水分与所述主成分矩阵之间的关系表达式，将所述土壤水分与所述主成分矩阵之间的关系表达式作为土壤水分与关联地表参数之间的关系表达模型，所述土壤水分与关联地表参数之间的关系表达模型为υ表示土壤体积含水量，A0、A1、A2、A3分别表示若干个关系表达式系数；表示土壤水分v是归一化植被指数NDVI、地表温度T、地表坡度θ、土壤比表面积S以及土壤容重ρ的函数。


3.根据权利要求2所述的时空信息融合的微波遥感土壤水分产品降尺度方法，其特征在于，在步骤S12)中，还包括测量土壤颗粒组成，利用所述土壤颗粒组成计算土壤比表面积S，所述土壤比表面积S＝0.042+4.23·clay+1.12·silt-1.16·sand，clay、silt和sand分别表示土壤的粘粒、粉粒和砂粒含量。


4.根据权利要求2或3所述的时空信息融合的微波遥感土壤水分产品降尺度方法，其特征在于，在步骤S2)中，根据所述土壤水分与关联地表参数之间的关系表达模型、并利用时序相近的关联参数对低空间分辨率土壤水分遥感产品进行降尺度，得到时间相近差值以及时序辅助信息的高空间分辨率土壤水分降尺度结果，包括如下步骤：
S21)获取低空间分辨率土壤水分遥感产品以及与土壤水分关联的若干个高分辨率关联参数，所述若干个高分辨率关联参数包括高分辨率的归一化植被指数、地表温度、地表坡度、土壤容重以及土壤比表面积数据；
S22)根据所述土壤水分与关联地表参数的关系表达模型逐像元建立高分辨率土壤水分产品与所述若干个高分辨率关联参数之间的关系式υH＝f(NDVIH，TH，θH，SH，ρH)，对所述高分辨率土壤水分产品与所述若干个高分辨率关联参数之间的关系式进行算术平均运算，获得算数平均后的关系式<υH>＝<f(NDVIH，TH，θH，SH，ρH)>，将所述高分辨率土壤水分产品与所述若干个高分辨率关联参数之间的关系式与所述算数平均后的关系式进行相减运算，获得高低空间分辨率相减关系式υH＝f(NDVIH，TH，θH，SH，ρH)-<f(NDVIH，TH，θH，SH，ρH)>+<υH>，对所述高低空间分辨率相减关系式进行更新，获得更新后的高分辨率土壤水分产品与所述若干个高分辨率关联参数之间的关系式υH＝f(NDVIH，TH，θH，SH，ρH)-<f(NDVIH，TH，θH，SH，ρH)>+υC，υC表示低空间分辨率土壤水分，所述低空间分辨率土壤水分υC＝<υH>；
S23)逐像元提取与低空间分辨率土壤水分相对应的若干个高空间分辨率的关联参数数据，对所述若干个高空间分辨率的关联参数数据分别进行算数平均聚合，获得与低空间分辨率土壤水分相同分辨率的关联参数数据，所述与低空间分辨率土壤水分相同分辨率的关联参数数据包括与低空间分辨率土壤水分相同分辨率的归一化植被指数<NDVIi>、与低空间分辨率土壤水分相同分辨率的地表温度<Ti>、与低空间分辨率土壤水分相同分辨率的地表坡度<θi>、与低空间分辨率土壤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，王光辉，齐建伟，张伟，王界，郑利娟，翟浩然，
申请(专利权)人：自然资源部国土卫星遥感应用中心，
类型：发明
国别省市：北京;11