[发明专利]基于逆高斯过程反演叶面积指数的农作物长势监测方法有效

专利信息
申请号: 201910790564.2 申请日: 2019-08-26
公开(公告)号: CN110579186B 公开(公告)日: 2020-07-21
发明(设计)人: 黄健熙;尹峰 申请(专利权)人: 中国农业大学
主分类号: G01B11/28 分类号: G01B11/28;G01N21/17
代理公司: 北京路浩知识产权代理有限公司 11002 代理人: 陈征
地址: 100193 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 基于 逆高斯 过程 反演 叶面积 指数 农作物 长势 监测 方法
【说明书】:

发明属农业遥感领域,涉及基于逆高斯过程反演叶面积指数的农作物长势监测方法,其为:获一致性哨兵2号地表反射率,提取作物空间分布图;获不同背景下PROSAIL模拟作物光谱并转为波段光谱;对黑土壤背景下模拟地表反射率主成分分析得纯冠层反射特征;对实测土壤光谱反射率主成分分析得纯土壤反射特征;线性分解含土壤信息的模拟地表反射率得模拟纯冠层反射率;高斯过程模拟学习模拟纯冠层反射率与LAI映射关系得训练好的高斯过程模型;线性分解哨兵2号影像得纯冠层反射率,选与其最接近的模拟纯冠层反射率输入训练好的高斯过程模型得到LAI,以往年平均LAI轨迹为基准判断当前作物长势。本发明的方法规避多参同效问题,精度较高。

技术领域

本发明属于农业遥感领域,具体涉及一种基于逆高斯过程反演叶面积指数的农作物长势监测方法。

背景技术

在目前的实际应用中,一般基于NDVI进行长势监测,较少基于叶面积指数LAI,其原因在于LAI的反演比仅通过波段计算就能得到的NDVI困难得多。但是,NDVI仅仅反映了作物在红波段与近红波段的光谱信息,LAI却反映了单位地表面积上单面绿叶面积的总和,其与冠层截留、蒸散发、光合作用等作物重要的生物物理过程有着更紧密的联系,能更加综合地反映作物的长势。

当前,利用遥感技术获取LAI主要有两种方法,一种是通过冠层光辐射信息和LAI之间的统计经验关系,另一种是通过辐射传输模型从冠层光辐射信息反演LAI;第一种方法缺乏普适性,在某地建立的经验关系很难推广到另一地,第二种方法计算非常复杂,且输入参数多,在反演时容易出现异参同效,降低LAI的反演精度。

发明内容

为解决传统通过辐射传输模型从冠层光辐射信息反演获取LAI的方法存在的多参同效的问题,本发明基于逆高斯过程对辐射传输模型进行模拟,能快速反演LAI,且在反演中不需要地面实测数据,也能避免异参同效性。通过对比往年作物生长的LAI轨迹,我们能及时地对当前作物的长势进行监测。

本发明提供一种基于逆高斯过程反演叶面积指数的农作物长势监测方法,具体步骤如下:

S1、使用传感器无差别大气校正方法SIAC获取一致性的哨兵2号地表反射率;

S2、使用样本点对应的哨兵2号地表反射率的时间序列数据,提取待测的作物各个关键性生育期,进行监督分类以获取研究区作物空间分布图;

S3、针对作物对应的PROSAIL模型参数集合进行广泛采样,以获取黑土壤背景下PROSAIL模拟的作物光谱和包含土壤信息背景下PROSAIL模拟的作物光谱;

S4、利用哨兵2号的波谱响应函数将S3中模拟的作物光谱转换为与哨兵2号对应的波段光谱,即获得黑土壤背景下PROSAIL模拟的地表反射率和包含土壤信息背景下PROSAIL模拟的地表反射率;

S5、对S4所得的黑土壤背景下PROSAIL模拟的地表反射率进行主成分分析,选前4个主成分作为纯冠层的光谱反射特征;同时,对实测土壤光谱曲线对应的哨兵2号反射率进行主成分分析,选前2个主成分作为纯土壤的光谱反射特征;

S6、基于S5所得的纯冠层的光谱反射特征和纯土壤的光谱反射特征,对S4所得包含土壤信息背景下PROSAIL模拟的地表反射率进行线性分解,得到PROSAIL模拟的纯冠层反射率;

S7、利用高斯过程模拟学习S4所得黑土壤背景下PROSAIL模拟的地表反射率与LAI之间的映射关系,实现纯冠层光谱反射率到LAI的预测,得到训练好的高斯过程模型;

S8、基于S5的主成分分析所得结果,对原始的哨兵2号影像进行线性分解,得到对应的纯冠层反射率;再将S6得到的PROSAIL模拟的纯冠层反射率与其进行对比,选取与其最接近的PROSAIL模拟的纯冠层反射率输入S7所训练好的高斯过程模型,得到LAI;以历史近3年的地块平均LAI轨迹作为基准,将当年LAI轨迹与此进行对比,从而对当前作物的长势的好差进行判断。

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