[发明专利]一种植被覆盖区域的土壤湿度估计方法及装置

说明书

本发明公开了一种植被覆盖区域的土壤湿度估计方法及装置，属于电子、信息及光学遥感等领域，首先，借助星载GNSS‑R反射计数据构建总体后向反射系数和DDM反射功率关系；利用光学影像数据求解植被覆盖区域植被反射系数和衰减系数；融合星载GNSS‑R反射计数据总体后向反射系数和DDM反射功率的关系以及光学数据中植被信息，求解植被覆盖区域纯粹土壤表面反射系数和DDM反射功率关系；利用多个控制点土壤湿度的实测数据建立土壤湿度和DDM反射功率回归模型；以某点GNSS‑R数据DDM反射功率代入回归方程反演土壤湿度。本发明的实施是一次星载GNSS‑R反射计数据与多光谱遥感数据影像共同反演植被覆盖区域土壤湿度的有效融合。

技术领域

本发明属于电子、信息及遥感技术领域，更具体地，涉及一种基于星载GNSS-R反射计与多光谱数据融合的土壤湿度估计方法及装置。

背景技术

土壤湿度是一种全球水循环的重要状态参数，在农业灌溉、环境研究、自然灾害预警及水土治理等方面都起着至关重要的作用。

目前测量土壤湿度的方法存在以下几种：传统的土壤水分的测量方法包括重量法、时域反射法、电容传感器、中子仪、电阻率仪、热脉冲传感器和光纤传感器等方法，这种实测方法优势在于测量精度大，并且可以除去植被影响。但是不足之处是定点测量，测量范围小，人工成本较高。

地基测量方面包括最新发出的基于GPS多星三频数据融合的GNSS-IR土壤湿度反演方法，利用不同轨道、不同频率的差异性和互补性，提出了一种将GPS多星的L1，L2，L5频段数据加权融合进行联合反演的方法，虽然提高了测量精度，但是具有测量范围局限性的弊病，测量范围小，并且只考虑了裸土情况下土壤湿度的测量，没有加入植被考虑因素。

在利用卫星遥感技术监测土壤湿度方面，主要方法有光学、热红外和微波遥感法等，而光学遥感法主要是利用光谱反射特性来估算土壤含水量，但容易受到天气影响。热红外遥感法是利用土壤的热特性来反演土壤湿度，但是在植被覆盖度高的地方，由于植被掩盖了土壤信息，会影响估算土壤含水量的准确性，因此该方法仅仅适用于裸土和植被稀疏地区土壤含水量的监测。利用合成孔径雷达SAR卫星的遥感土壤湿度法主要手段是通过土壤表面反射信号与发射信号功率比值反演出土壤水分。虽然解决了植被覆盖下土壤湿度的测量问题，但是该方法受限于SAR卫星的重返周期，无法保证数据连续性，同一地方需几日才能获得一场数据。同样，在专利CN103940834A中公开了一种采用合成孔径雷达技术测量土壤湿度的方法，同样也需要利用两个不同时刻t1和t2重复观测获取的观测区域的极化合成孔径雷达复图像来反演土壤湿度。

目前，利用导航信号的反射信号进行地面遥感是一个研究热点，当反射信号接收机安装在卫星上时，称为星载GNSS-R反射计。星载GNSS-R反射计利用的导航信号处于L波段，是一种微波信号，具有穿透性，可以不受云层，雨雪等天气条件的影响，同时还可以穿透植被，因此可以作为反演植被覆盖下土壤湿度的有利手段。但是植被参数很多情况下是未知的，导致植被对土壤湿度反演的结果造成干扰。

综上，亟需一种有效的植被覆盖区域土壤湿度估计方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种植被覆盖区域的土壤湿度估计方法及装置，由此解决现有植被覆盖区域土壤湿度估计方法不能有效的进行土壤湿度估计的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种植被覆盖区域的土壤湿度估计方法，包括：

(1)基于星载GNSS-R反射计数据构建土壤总体后向反射系数和DDM反射功率之间的关系；

(2)利用光学影像数据得到植被覆盖区域的植被反射系数和衰减系数；

(3)基于所述土壤总体后向反射系数和DDM反射功率之间的关系，消除所述植被反射系数和衰减系数的影响，得到植被覆盖区域纯粹土壤表面反射系数与所述DDM反射功率之间的关系；