一种基于多种植被指数的AOD反演方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多种植被指数的AOD反演方法及系统，方法包括：对处理后的卫星遥感影像数据基于多种植被指数寻找暗像元；统计预设范围暗像元的个数并对其进行红蓝波段表观反射率平均值的计算得到红蓝波段的平均表观反射率；根据卫星遥感的观测几何数据和预先建立的查找表，获得红蓝波段的地表反射率并计算两者的比值；当所述比值和预设比值的差值大于预设阈值则继续AOD反演；通过多次迭代直至得到小于或等于所述预设阈值要求的红蓝波段地表反射率及比值，并根据不同气溶胶类型的消光系数计算得到AOD。本发明专利技术提供的AOD反演方法及系统，利用多种植被指数确定的暗像元，实现了对暗像元的精确判定，进一步提高了AOD反演的精度。的精度。的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多种植被指数的AOD反演方法及系统


[0001]本专利技术涉及气溶胶光学厚度
，具体涉及一种基于多种植被指数的AOD反演方法及系统。

技术介绍

[0002]气溶胶是悬浮在气体中的固态或液态微粒，直径通常在0.01μm至10μm之间，广泛存在于空气之中的分散质(或称为分散相)并以气体作为分散介质而形成的溶胶，具有胶体性质。对光线具有散射作用、电泳和布朗运动等特性。在大气中分散质做布朗运动且不因重力而沉降，使得其在大气中可悬浮长达数月甚至数年之久。大气的许多现象与之有关，如：大气能见度、云雾形成、臭氧光化学反应、辐射传输等。因此在环境与气候变化研究、空间对地遥感的大气订正等诸多研究过程中，气溶胶的影响都不可忽略，对其研究具有重要意义。
[0003]气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)是指气溶胶组分由于消光作用产生的光学厚度，也可称之为大气浑浊度，用以描述气溶胶对光的衰减程度。由于AOD可以反映气溶胶对辐射平衡的影响，与颗粒物浓度有较高的相关性，因此对AOD的测量亦具有重要意义。
[0004]目前，人类对AOD的反演方式主要分为两种：地基观测反演和卫星遥感反演。在地基观测反演方面，使用太阳光度计测量是较常见且可靠的测量方法。太阳光度计可以直接获得地基观测太阳辐射通量的数据，此外还可以通过观测天空不同方向的辐射反演气溶胶粒子的谱分布和散射相。常见的反演算法，包括：光谱消光法(Langley法)、带宽消光法、Femald法等。
[0005]卫星遥感反演是随着人类航空航天技术的发展，利用卫星遥感所携带的星载传感器来探测气溶胶光学特征，并使用正在不断的改进和完善的反演算法而反演AOD的一种方法。基于卫星遥感的AOD反演过程，根据经验回归的方法借助观测数据构建的基于经验系数的回归模型，估算气溶胶光学厚度在观测数据丰富且精度较高的前提下能获得较为满意的结果，但是精度和范围受制于观测数据的获取难度。基于物理模型的方法主要是基于辐射传输模型，构建查找表，通过太阳天顶角、卫星天顶角和相对方位角确定对应通道处的气溶胶光学厚度。相较于地基观测具有成本低、区域广、响应快等诸多优点。常见的反演算法有：黑暗像元法、结构函数法、陆地海洋对比法、大气透过率法、反射率角度分布法和极化法等。
[0006]AOD反演通常采用暗像元法或称浓密植被法。然而暗像元法通常只在植被覆盖度较高的区域有着较好的AOD反演结果。现有的暗像元法的反演精度很大程度上依赖算法对暗像元反射率的精确判定或测量，Kaufman最先提出的暗像元法是基于归一化植被指数判断暗像元的，但该植被指数受植物冠层的背景影响(如：土壤、腐地、雪地、枯叶等)较大，作为判断暗像元的依据时，往往因为背景辐射影响造成暗像元标定不准确，进而影响AOD反演的精度和结果。因此归一化植被指数用于判定暗像元，只适用于低反射率的像元，且需要高精度的已知地表反射率的先验知识。对于像元间的差异较为敏感，尤其是在确定暗像元时存在诸多误差引入的因素，最终导致暗像元不准确，从本质上影响AOD的反演精度，尤其在
植被覆盖度较低或者高地表反射率像元较多的时候更为明显。

技术实现思路

[0007]因此，本专利技术提供了一种基于多种植被指数的AOD反演方法及系统，对暗像元的判定过程增加了多种植被指数作为判定依据，能够实现对暗像元的精确判定，提高AOD反演的精度，以解决上述背景中提出的技术问题。
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术实施例提供一种基于多种植被指数的AOD反演方法，包括：
[0010]对卫星遥感影像数据处理后基于多种植被指数寻找暗像元；
[0011]统计预设范围暗像元的个数并对其进行红蓝波段表观反射率平均值的计算，得到红蓝波段的平均表观反射率；
[0012]根据卫星遥感的观测几何数据和预先建立的查找表，获得红蓝波段的地表反射率并计算两者的比值；当所述比值和预设比值的差值大于预设阈值则继续AOD反演；通过多次迭代直至得到小于或等于所述预设阈值要求的红蓝波段地表反射率及比值，并根据不同气溶胶类型的消光系数计算得到AOD。
[0013]优选地，多种植被指数包括：归一化植被指数、比值植被指数、绿度植被指数和垂直植被指数；基于多种植被指数寻找暗像元的过程，包括：
[0014]对处理后的整景卫星遥感影像基于归一化植被指数进行暗像元的初筛，获得归一化植被指数大于第一预设值的高植被覆盖区域，记为第一区域；
[0015]对第一区域使用比值植被指数进行植物生物量敏感性过滤，获得比值植被指数大于第二预设值的绿色健康植被覆盖区域，记为第二区域；
[0016]对第二区域使用绿度植被指数得到第一分量和第二分量构成的二位图，提取二位图获得植被和土壤光谱的特征性差异的植被覆盖区域，记为第三区域；以及使用垂直植被指数得到消除土壤背景的植被覆盖区域，记为第四区域；对第三区域和第四区域进行差模计算，得到最终的暗像元。
[0017]优选地，卫星遥感影像数据为高分卫星影像数据。
[0018]优选地，最终的暗像元在整景卫星遥感影像占比满足预设占比范围。
[0019]优选地，通过数理统计得到预设范围暗像元的个数并计算红蓝波段表观反射率平均值，得到红蓝波段的平均表观反射率。
[0020]优选地，观测几何数据，包括：太阳天顶角、卫星天顶角和相对方位角。
[0021]优选地，反演得到AOD的过程，包括：在预设初值基础上，以固定的预设步长增加的方式进行迭代，得到对应的AOD。
[0022]第二方面，本专利技术实施例提供一种基于多种植被指数的AOD反演系统，包括：
[0023]暗像元寻找模块，用于对卫星遥感影像数据处理后基于多种植被指数寻找暗像元；
[0024]平均表观反射率获得模块，用于统计预设范围暗像元的个数并对其进行红蓝波段表观反射率平均值的计算，得到红蓝波段的平均表观反射率；
[0025]AOD反演模块，用于根据卫星遥感的观测几何数据和预先建立的查找表，获得红蓝波段的地表反射率并计算两者的比值；当所述比值和预设比值的差值大于预设阈值则继续
AOD反演；通过多次迭代直至得到小于或等于所述预设阈值要求的红蓝波段地表反射率及比值，并根据不同气溶胶类型的消光系数计算得到AOD。
[0026]第三方面，本专利技术实施例提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行本专利技术实施例第一方面的一种基于多种植被指数的AOD反演方法。
[0027]第四方面，本专利技术实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行本专利技术实施例第一方面的一种基于多种植被指数的AOD反演方法。
[0028]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0029]本专利技术提供的一种基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多种植被指数的AOD反演方法，其特征在于，包括：对卫星遥感影像数据处理后基于多种植被指数寻找暗像元；统计预设范围暗像元的个数并对其进行红蓝波段表观反射率平均值的计算，得到红蓝波段的平均表观反射率；根据卫星遥感的观测几何数据和预先建立的查找表，获得红蓝波段的地表反射率并计算两者的比值；当所述比值和预设比值的差值大于预设阈值则继续AOD反演；通过多次迭代直至得到小于或等于所述预设阈值要求的红蓝波段地表反射率及比值，并根据不同气溶胶类型的消光系数计算得到AOD。2.根据权利要求1所述的基于多种植被指数的AOD反演方法，其特征在于，所述多种植被指数包括：归一化植被指数、比值植被指数、绿度植被指数和垂直植被指数；所述基于多种植被指数寻找暗像元的过程，包括：对处理后的整景卫星遥感影像基于归一化植被指数进行暗像元的初筛，获得归一化植被指数大于第一预设值的高植被覆盖区域，记为第一区域；对所述第一区域使用比值植被指数进行植物生物量敏感性过滤，获得比值植被指数大于第二预设值的绿色健康植被覆盖区域，记为第二区域；对所述第二区域使用绿度植被指数得到第一分量和第二分量构成的二位图，提取所述二位图获得植被和土壤光谱的特征性差异的植被覆盖区域，记为第三区域；以及使用垂直植被指数得到消除土壤背景的植被覆盖区域，记为第四区域；对所述第三区域和第四区域进行差模计算，得到最终的暗像元。3.根据权利要求1所述的基于多种植被指数的AOD反演方法，其特征在于，所述卫星遥感影像数据为高分卫星影像数据。4.根据权利要求2所述的基于多种植被指数的AOD反演方法，其特征在于，最终的暗像元在整景卫星遥感影像占比满足预设占比范围。5.根据权利要求1所述的基于多种植被指数的AOD反演方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：金和平，余涛，杨磊，周华杰，曹维佳，罗惠恒，胡金艳，张晓萌，姜鹏，
申请(专利权)人：长江三峡技术经济发展有限公司，
类型：发明
国别省市：