[发明专利]一种玉米叶片等效水厚度反演方法及系统

说明书

本发明实施例提供了一种玉米叶片等效水厚度反演方法及系统，包括：根据各参数的敏感程度确定PROSAIL模型中需标定的参数；将需标定的参数作为可变参数结合PROSAIL模型，获取查找表；对需标定的参数进行标定得到需标定的参数对应的后验分布，并根据需标定的参数对应的后验分布以及玉米冠层实际光谱反射率，构建基于权重差和形式的代价函数；在代价函数取最小值时，利用查找表反演得到玉米叶片的等效水厚度。通过对PROSAIL模型进行全局敏感性确定需标定的参数和查找表的可变参数，并对可变参数进行标定和不确定分析，得到了参数和PROSAIL模型在反演过程中的不确定性，并通过在代价函数中加入可变修正项，有效避免了反演的病态问题，提高了反演精度。

技术领域

本发明涉及农业遥感技术领域，更具体地，涉及一种玉米叶片等效水厚度反演方法及系统。

背景技术

玉米生长过程中冠层及叶片的各类参数，如叶面积指数、叶绿素含量、叶片等效水厚度，是反映生长状况和进行长势监测的重要参数。对这些参数进行实时的反演和监测，对玉米的估产和病虫害监测有重要意义。卫星遥感，从可见光到近红外波段，提供了可用于反演这些重要参数的连续时空信息，植被冠层的反射率信息能反映植被冠层结构和叶片生理生化特征。其中，叶片等效水厚度是反映玉米生长过程中水分含量变化的重要参数，其定义为单位占地面积上叶片的水分含量，单位为g/cm²或cm。

运用遥感信息反演叶片等效水厚度的主要方法有经验模型法和物理模型法。其中，经验模型法主要是通过建立特定植被指数与等效水厚度的统计关系来估计叶片等效水厚度，这种方法需要“足够多”的样本数量，调查成本高、空间覆盖有限，且由于土壤与作物覆盖类型的复杂多样导致所构建的模型具有地域性与尺度性。物理模型反演法是利用几何光学模型、辐射传输模型和混合模型等冠层反射率模型，通过模型的组合运算来模拟得到玉米叶片等效水厚度，这种方法能考虑到玉米生长过程中各项参数的影响，更具有科学性。

目前，有许多利用PROSAIL模型反演植被冠层参数的研究，但是在反演叶片等效水厚度的研究中，由于模型内部机理的不同以及冠层参数与叶片参数的差异，反演精度难以达到要求；同时，使用最小化代价函数在查找表中寻找最优值时，常会因遥感观测信息量的不足而导致等效水厚度存在病态反演的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的玉米叶片等效水厚度反演方法及系统。

第一方面本发明实施例提供了一种玉米叶片等效水厚度反演方法，包括：

对PROSAIL模型进行全局敏感性分析得到各参数的敏感程度，并根据各参数的敏感程度确定所述PROSAIL模型中需标定的参数；

将所述需标定的参数作为可变参数结合所述PROSAIL模型，获取用于反演玉米叶片等效水厚度的查找表；对所述需标定的参数进行马尔科夫链蒙特卡洛标定得到所述需标定的参数对应的后验分布，并根据所述需标定的参数对应的后验分布以及玉米冠层实际光谱反射率，构建基于权重差和形式的代价函数；

在所述代价函数取最小值时，利用所述查找表反演得到玉米叶片的等效水厚度。

另一方面本发明实施例提供了一种玉米叶片等效水厚度反演系统，包括：

需标定参数确定模块，用于对PROSAIL模型进行全局敏感性分析得到各参数的敏感程度，并根据各参数的敏感程度确定所述PROSAIL模型中需标定的参数；

查找表和代价函数获取模块，用于将所述需标定的参数作为可变参数结合所述PROSAIL模型，获取用于反演玉米叶片等效水厚度的查找表；对所述需标定的参数进行马尔科夫链蒙特卡洛标定得到所述需标定的参数对应的后验分布，并根据所述需标定的参数对应的后验分布以及玉米冠层实际光谱反射率，构建基于权重差和形式的代价函数；

反演模块，用于在所述代价函数取最小值时，利用所述查找表反演得到玉米叶片的等效水厚度。