基于GNSS-R的土壤湿度反演方法、装置、介质及计算设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于GNSS

【技术实现步骤摘要】
基于GNSS
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R的土壤湿度反演方法、装置、介质及计算设备


[0001]本专利技术涉及土壤湿度监测领域，特别涉及一种基于GNSS
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R的土壤湿度反演方法、装置、介质及计算设备。

技术介绍

[0002]土壤湿度是水循环中的一个关键要素，土壤湿度信息对水文、气候、生态、农业等科学研究与生产领域非常重要，准确测量土壤湿度具有重要意义。
[0003]目前，常用的小范围土壤湿度的测量(如重量法测量和时域反射仪法测量)都是基于点的测量，代表土壤湿度信息空间范围很小。对于大面积的土壤湿度测量，现有的主要遥感手段是微波遥感与光学遥感。常用的光学遥感手段可以通过识别土壤颜色与地表温度等因素对土壤湿度进行反演，但光学遥感通常容易受到云雾的影响，且重访时间相对较长。L波段微波遥感已成为土壤湿度观测的主要手段，以被动微波遥感为例，通常通过测量后向散射系数得到土壤介电常数，再由土壤介电常数与土壤湿度的相关关系得到土壤湿度，但其通常需要2
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3天甚至更多时间完成对范围土壤湿度的测定。
[0004]自1993年Mart
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Neira提出利用GPS反射信号测量海面高度后，导航卫星系统反射信号遥感技术(Global Navigation Satellite System Reflectometry，GNSS
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R)逐渐兴起并迅速发展。利用GNSS(Global Navigation Satellite System)卫星提供的长期稳定、高时空分辨率的L波段微波信号，凭借对土壤湿度敏感、能够穿透云层与中等植被覆盖、双基地雷达结构等优点，GNSS
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R成为一种探测地表土壤湿度的有效手段。
[0005]现有的星载GNSS
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R土壤湿度反演方法，大部分都是以单一像元进行反演，得出的反演结果比较局限，且对数据量的依赖较大，由于土壤湿度在空间上分布不均匀，而且随时间动态变化，可能会遇到数据不足的情况，因此此种反演结果并不能准确的对各个地理区域的土壤湿度进行预测。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的是提出一种基于GNSS
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R的土壤湿度反演方法、装置、介质及计算设备，旨在解决
技术介绍
中所提到的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提出一种基于GNSS
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R的土壤湿度反演方法，包括：
[0008]获取同一目标区域相同时段内的星载数据和土壤湿度产品，其中，所述土壤湿度产品包括能够描述所述目标区域各个位置的土壤湿度数据、物理量数据和环境量数据；
[0009]基于所述星载数据，计算所述目标区域各个位置的地表反射系数；
[0010]基于所述土壤湿度产品，以所述物理量数据和环境量数据中的至少一个为分类依据，将所述目标区域的各个位置进行聚类，得到预设数量的分类类型，其中每一分类类型包括所述目标区域内的多个位置；
[0011]在相同的时空维度上，将所述土壤湿度数据与所述地表反射系数进行匹配，计算各个分类类型的土壤湿度数据与地表反射系数的映射关系，以便进行土壤湿度反演。
[0012]可选地，在获取目标区域的星载数据后，还包括：
[0013]基于预设参数对所述星载数据进行预处理筛选；
[0014]并基于筛选后的星载数据计算所述目标区域各个位置的地表反射系数。
[0015]可选地，所述预设参数至少包括以下之一：信噪比及入射角度；
[0016]在基于信噪比进行筛选时，选取信噪比大于5dB的数据；
[0017]在基于入射角度进行筛选时，选取入射角度小于45
°
的数据。
[0018]可选地，基于所述星载数据，计算所述目标区域各个位置的地表反射系数，包括：
[0019]基于所述星载数据，利用双基雷达方程，计算所述目标区域各个位置的地表反射率；
[0020]基于所述目标区域各个位置的物理量数据和环境量数据，对所述各个位置的地表反射率进行修正，以得到所述目标区域各个位置的地表反射系数。
[0021]可选地，选取影响土壤湿度反演结果的物理量数据和/或环境量数据进行聚类；
[0022]所述影响土壤湿度反演结果的环境量数据包括植被光学厚度；
[0023]所述影响土壤湿度反演结果的物理量数据包括地表粗糙度系数。
[0024]可选地，基于所述目标区域各个位置的物理量数据和环境量数据，对所述各个位置的地表反射率进行修正，包括：
[0025]基于所述目标区域各个位置的植被光学厚度和地表粗糙度系数，对所述各个位置的地表反射率进行修正。
[0026]可选地，基于所述土壤湿度产品，以所述物理量数据和环境量数据中的至少一个为分类依据，将所述目标区域的各个位置进行聚类，包括：
[0027]基于所述土壤湿度产品的时长，计算所述目标区域各个位置的平均植被光学厚度和平均地表粗糙度系数；
[0028]以所述目标区域各个位置的平均植被光学厚度和平均地表粗糙度系数中的至少一个为分类依据，并按照预设数量的分类类型，将所述目标区域的各个位置进行聚类。
[0029]可选地，在相同的时空维度上，将所述土壤湿度数据与所述地表反射系数进行匹配，计算各个分类类型的土壤湿度数据与地表反射系数的映射关系，包括：
[0030]选取同一时段的地表反射系数和土壤湿度产品；
[0031]在空间维度上，将所述地表反射系数和所述土壤湿度产品进行匹配；
[0032]按照所述分类类型，分别获取每一分类类型所包含的各个位置的土壤湿度数据以及对应的地表反射系数，以计算各个分类类型的土壤湿度数据与地表反射系数的映射关系。
[0033]可选地，在计算各个分类类型的土壤湿度数据与地表反射系数的映射关系之前，还包括：删除所述地表反射系数和所述土壤湿度数据中的水体数据。
[0034]可选地，该方法还包括：
[0035]分别将每一分类类型所包含的各个位置的土壤湿度数据以及对应地表反射系数进行拟合，以得到各个分类类型的土壤湿度数据与地表反射系数的映射关系，以进行土壤湿度反演。
[0036]本专利技术还提出一种基于GNSS
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R的土壤湿度反演装置，包括：
[0037]获取模块，用于获取同一目标区域相同时段内的星载数据和土壤湿度产品，其中，
所述土壤湿度产品包括能够描述所述目标区域各个位置的土壤湿度数据、物理量数据和环境量数据；
[0038]计算模块，用于基于所述星载数据，计算所述目标区域各个位置的地表反射系数；
[0039]聚类模块，用于基于所述土壤湿度产品，以所述物理量数据和环境量数据中的至少一个为分类依据，将所述目标区域的各个位置进行聚类，得到预设数量的分类类型，其中每一分类类型包括所述目标区域内的多个位置；
[0040]匹配模块，用于在相同的时空维度上，将所述土壤湿度数据与所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于GNSS
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R的土壤湿度反演方法，包括：获取同一目标区域相同时段内的星载数据和土壤湿度产品，其中，所述土壤湿度产品包括能够描述所述目标区域各个位置的土壤湿度数据、物理量数据和环境量数据；基于所述星载数据，计算所述目标区域各个位置的地表反射系数；基于所述土壤湿度产品，以所述物理量数据和环境量数据中的至少一个为分类依据，将所述目标区域的各个位置进行聚类，得到预设数量的分类类型，其中每一分类类型包括所述目标区域内的多个位置；在相同的时空维度上，将所述土壤湿度数据与所述地表反射系数进行匹配，计算各个分类类型的土壤湿度数据与地表反射系数的映射关系，以便进行土壤湿度反演。2.如权利要求1所述的基于GNSS
‑
R的土壤湿度反演方法，其中，在获取目标区域的星载数据后，还包括：基于预设参数对所述星载数据进行预处理筛选；并基于筛选后的星载数据计算所述目标区域各个位置的地表反射系数。3.如权利要求2所述的基于GNSS
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R的土壤湿度反演方法，其中，所述预设参数至少包括以下之一：信噪比及入射角度；在基于信噪比进行筛选时，选取信噪比大于5dB的数据；在基于入射角度进行筛选时，选取入射角度小于45
°
的数据。4.如权利要求1所述的基于GNSS
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R的土壤湿度反演方法，其中，基于所述星载数据，计算所述目标区域各个位置的地表反射系数，包括：基于所述星载数据，利用双基雷达方程，计算所述目标区域各个位置的地表反射率；基于所述目标区域各个位置的物理量数据和环境量数据，对所述各个位置的地表反射率进行修正，以得到所述目标区域各个位置的地表反射系数。5.一种基于GNSS
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R的土壤湿度反演装置，包括：获取模块，用于获取同一目标区域相同时段内的星载数据和土壤湿度产品，其中，所述土壤湿度产品包括能够...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭祉辀，刘宝剑，万玮，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：