[发明专利]一种湿地水生植被几何光学模型

说明书

(一)所属技术领域

本发明涉及一种湿地水生植被几何光学模型，属于光学遥感领域，在湿地遥感技术研究和水生植被反射特性分析方面具有重要意义。

(二)背景技术

自然界的湿地水生植被按照其生长习性可以分为挺水植被、浮水植被及沉水植被三类。自然状态下水生植被的空间分布往往比较复杂，多呈现出不同种类的水生植被及水体交错分布的情况，而水体及不同类型的水生植被又具有不同的反射特性。因此自然状况下的湿地区域往往是典型的非均匀地物，在利用遥感影像进行地表信息提取时需要考虑地表方向反射特性的影响。相对水体，水面及水生植被具有相对较高的反射率以及明显的方向反射特性。因此，科学认识水生植被的方向反射特性，对水生植被的分类、变化监测等实际应用具有非常重要的意义。

本发明借鉴陆地植被冠层几何光学建模方法，提出了一种考虑水体及水面影响的处理方法，建立了一种湿地水生植被几何光学模型，对于湿地遥感中正确计算水生植被方向反射特性，实现水生植被的分类与变化监测具有重要的科学意义与应用价值。

(三)发明内容

本发明涉及一种湿地水生植被几何光学模型。技术解决方案是：输入场景基本参数，以圆柱体作为基本单元；将视场内的面积分量分为水面以上及水面以下两部分，计算只有一个基本单元存在时各个分量的面积；考虑基本单元的个数及相互遮挡计算视场内各个分量的面积；计算各个分量的亮度；水面只考虑其透射，计算视场内各分量亮度的加权平均；叠加水面反射的影响，计算水生植被场景的二向反射率。其具体步骤如下：

1一种湿地水生植被几何光学模型，其特征在于包含以下步骤：

(1)输入场景基本参数，以圆柱体作为基本单元；

(2)将视场内的面积分量分为水面以上及水面以下两部分，计算只有一个基本单元存在时各个分量的面积；

(3)考虑基本单元的个数及相互遮挡计算视场内各个分量的面积比；

(4)计算各个分量的亮度；

(5)水面只考虑其透射，计算视场内各分量亮度的加权平均；

(6)叠加水面反射的影响，计算水生植被场景的二向反射率。

2根据权利要求1所述的一种湿地水生植被几何光学模型，其特征在于：步骤(1)中所述的“输入场景基本参数，以圆柱体作为基本单元”，具体计算过程如下：输入场景尺寸、水深、圆柱体高度、圆柱体底面半径、圆柱体个数，各个圆柱体的尺寸相同并且在场景内随机分布。

3根据权利要求1所述的一种湿地水生植被几何光学模型，其特征在于：步骤(2)中所述的“将视场内的面积分量分为水面以上及水面以下两部分，计算只有一个基本单元存在时各个分量的面积”，具体计算过程如下：

第一步：只考虑一个圆柱体，将视场内的面积划分为：水上光照冠层、水上阴影冠层、光照水面、阴影水面、水下光照冠层、水下阴影冠层、光照水底、阴影水底；

第二步：考虑水面以上部分，计算水上光照冠层、水上阴影冠层、光照水面、阴影水面的面积；

第三步：考虑水面以下部分，计算水下光照冠层、水下阴影冠层、光照水底、阴影水底的面积。

4根据权利要求1所述的一种湿地水生植被几何光学模型，其特征在于：步骤(3)中所述的“考虑基本单元的个数及相互遮挡计算视场内各个分量的面积比”，其计算过程如下：

第一步：计算光照地面的面积比

其中，一个单元沿光照方向及观测方向在地面投射阴影的面积分别为Γ_s与Γ_o，O为两阴影的重叠面积，Γ为两个阴影的并集，λ为单位面积上的基本单元的个数；

第二步：计算光照冠层分量的面积比

其中，β为单元中心位置在竖直方向分布的权重，取值从完全随机0到高度相同1；f为荫蔽系数；Γ_c为可视光照面面积；

第三步：计算阴影冠层和阴影地面的面积比

其中，K_t为阴影冠层的面积比，K_z为阴影地面的面积比。

5根据权利要求1所述的一种湿地水生植被几何光学模型，其特征在于：步骤(4)中所述的“计算各个分量的亮度”，具体计算过程如下：水面以上冠层部分的亮度为输入参数，光照水面的亮度根据波浪水面反射模型计算，水面以下分量的亮度需要考虑水面透射及水体衰减的影响。