[发明专利]一种基于遥感的土壤水分反演方法和装置

摘要

本发明公开了一种基于遥感的土壤水分反演方法和装置，包括以下步骤步骤1,根据SAR影像的参数信息，反演得到SAR影像中各个像元的地表组合粗糙度；步骤2,根据入射角范围和各个像元的地表组合粗糙度这两个指标，逐像元进行分类判断选择对应的土壤水分反演半经验方程；步骤3,通过野外实测数据对各半经验方程的系数进行回归拟合，得到像元对应的经验反演方程；步骤4,得到SAR影像中各像元对应的土壤水分；本发明突破了目前常规使用单一反演方程反演所有不同区域土壤水分的方法，使得本发明适用性更广泛；另外本发明考虑了土壤有效温度和土壤质地对后向散射系数的影响，能够有效提高土壤水分的反演精度。

主权项

一种基于遥感的土壤水分反演方法，该方法应用于中国西北干旱半干旱地区，其特征在于，包括以下步骤：步骤1,基于组合粗糙度半经验反演方程库和SAR影像的极化方式、不同时相和不同SAR影像入射角获取到SAR影像中各像元的地表组合粗糙度；步骤2,基于SAR影像入射角范围和SAR影像中各个像元的组合粗糙度对各像元进行分类判断，按照判断后像元所属类别从土壤水分半经验反演方程库中选取合适的反演方程；步骤3,通过SAR影像所在区域的野外实测数据对各半经验方程的系数进行回归拟合，得到SAR影像各像元对应的经验反演方程；步骤4,将各像元后向散射系数、地表组合粗糙度、土壤有效温度、土壤质地数据输入土壤水分经验反演方程，最终得到SAR影像中各像元对应的土壤水分；步骤1中所述的根据SAR影像参数信息，获取SAR影像中各像元的地表组合粗糙度包括：当获取到的一幅SAR影像极化方式为VV和HH时，组合粗糙度的反演方程为：Zs=(σvv-σhhz1)z2]]>其中，Zs是地表组合粗糙度，取S为地表均方根高度，l为表面相关长度；σvv和σhh是VV和HH极化后向散射系数；z1和z2是组合粗糙度半经验反演方程的系数；其中，z1和z2的计算公式为：Zs′=(σvv′-σhh′z1)z2]]>其中，Zs′为SAR影像所在区域实测的组合粗糙度值，σ′vv为SAR影像所在区域的雷达影像VV极化后向散射系数值，σ′hh为SAR影像所在区域的雷达影像HH极化后向散射系数值；当获取到的一幅SAR影像极化方式为VV和VH时，组合粗糙度的反演方程为：Zs=[exp(σvh-σvv-z4z3)]2]]>其中，Zs是地表组合粗糙度，取S为地表均方根高度，l为表面相关长度；σvv和σvh是VV和VH极化后向散射系数；z3和z4是组合粗糙度半经验反演方程的系数；其中，z3和z4的计算公式为：Zs′=[exp(σvh′-σvv′-z4z3)]2]]>其中，Zs′为实测的组合粗糙度值，σ′vv为对应实测地点的雷达影像VV极化后向散射系数值，σ′vh为对应实测地点的雷达影像VH极化后向散射系数值；当获取到的一幅SAR影像极化方式为HH和HV时，组合粗糙度的反演方程为：Zs=σhv-σhh-z6z5]]>其中，Zs是地表组合粗糙度，取S为地表均方根高度，l为表面相关长度；σhv和σhh是HV和HH极化后向散射系数；z5和z6是组合粗糙度半经验反演方程的系数；其中，z5和z6的计算公式为：Zs′=σhv′-σhh′-z6z5]]>其中，Zs′为SAR影像所在区域实测的组合粗糙度值，σ′hv为SAR影像所在区域的SAR影像VV极化后向散射系数值，σ′hh为SAR影像所在区域的SAR影像VH极化后向散射系数值；当获取到的一幅SAR影像为同极化的VV或HH，再获取与所述SAR影像同一时相不同观测角度的同一区域另一幅SAR影像，组合粗糙度的反演方程为：Zs=(σvv(θ1)-σvv(θ2)-z8z7)z9]]>其中，Zs是地表组合粗糙度，取S为地表均方根高度，l为表面相关长度；σvv(θ1)和σvv(θ2)是VV极化不同入射角后向散射系数，θ1和θ2是不同的入射角度，z7,z8和z9是组合粗糙度半经验反演方程的系数；其中，z7，z8和z9的计算公式为：Zs′=(σvv′(θ1)-σvv′(θ2)-z8z7)z9]]>其中，Zs′为SAR影像所在区域实测的组合粗糙度值，σvv′(θ1)为SAR影像所在区域的SAR影像VV极化角度θ1后向散射系数值，σvv′(θ2)为SAR影像所在区域的SAR影像VV极化角度θ2后向散射系数值；当获取到的一幅SAR影像为同极化的VV或HH时，再获取与所述SAR影像不同时相、相同入射角度同一区域的另一幅SAR影像，组合粗糙度的反演方程为：Zs=(σvv(t1)-σvv(t2)-z11z10)z12]]>其中，Zs是地表组合粗糙度，取S为地表均方根高度，l为表面相关长度；σvv(t1)和σvv(t2)是VV极化不同时相后向散射系数，t1和t2是不同时相；z10,z11和z12是组合粗糙度半经验反演方程的系数；其中，z10，z11和z12的计算公式为：Zs′=(σvv′(t1)-σvv′(t2)-z11z10)z12]]>其中，Zs′为SAR影像所在区域实测的组合粗糙度值，σvv′(t1)和σvv′(t2)为SAR影像所在区域的SAR影像VV极化两个不同时相的t1和t2后向散射系数值。