[发明专利]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

权利要求书

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；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θ_s、观测天顶角θ_v、相对方位角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θ_v、相对方位角均恒定为0°，将求三个几何参数简化为求太阳天顶角θ_s；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θ_s：

式中θ_s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；

(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；所述多个特征波段及其中心波长分别为B₁561.5nm、B₂665.9nm、B₃705.4nm、B₄740.2nm、B₅782.0nm、B₆865.6nm、B₇909.7nm、B₈949.1nm；其中B₂和B₆特征波段用于区分植被，B₁至B₈特征波段用于反演叶面积指数；

(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：步骤(1)所述高光谱成像仪为Nano-Hyperspec全波段高光谱成像仪，波长范围为400-1000nm，光谱通道为270个，空间通道640个，光谱采样间隔2.2nm/pixel，最大帧频350fps。