[发明专利]一种作物理化参数的遥感定量反演方法及系统

说明书

本申请公开了一种作物理化参数的遥感定量反演方法及系统，将LUTs根据光谱波段数分割成相同数目的LUTsi，将各LUTsi进行排序得到LUTsi_sort，针对每个LUTsi_sort利用二分法查找方法，查找出与真实植被冠层反射率数据相似度满足预设要求的模拟植被冠层反射率数据，将各模拟植被冠层反射率数据和该数据在LUTs中对应条目的内容以对应关系的形式构建表格得到LUTs_new，计算LUTs_new中每一条模拟植被冠层反射率数据和与其对应的真实植被冠层反射率数据的TD，将TD中最小值对应的作物理化参数数据作为查找表算法的最优解。本发明综合考虑植被冠层反射率数据的大小和方向特性，实现了在提高作物理化参数反演数值精度的同时降低计算复杂度。

技术领域

本发明涉及作物理化参数技术领域，更具体的说，涉及一种作物理化参数的遥感定量反演方法及系统。

背景技术

作物理化参数是表征作物形态结构和生理活性的一类关键指标，包括作物生理参数(例如群体密度、株高、叶面积指数等)和作物生化参数(例如叶绿素含量、氮素含量、类胡萝卜素含量等)，作物理化参数在精准农业领域的作物群体长势监测、品质估算、产量预测、病虫害测报以及作物田间管理策略制定与实施等方面，均有着广泛且重要的理论研究意义和现实应用价值。

目前，作物理化参数的遥感定量反演方法主要分为统计类方法和机理类方法，统计类方法主要依据作物理化参数和遥感观测数据之间的统计关系构建定量反演模型，该方法简单易用，但普适性差、可移植性弱；机理类方法从作物光谱响应等物理机制出发，选取植被辐射传输模型或作物生长模型等机理类模型，定量描述作物的形态结构和生理活性，此类方法物理意义明确、数学逻辑清晰、普适性强。机理类方法中最常用的是植被辐射传输模型PROSAIL反向模式，而实现植被辐射传输模型PROSAIL反向模式的最为简单易用的经典数值算法是查找表算法，查找表算法自提出至今备受国内外研究学者的关注。

采用查找表算法遥感定量反演作物理化参数的原理是：首先，构建较大的作物理化参数查找表；然后，基于PROSAIL模型的正向模式，定量模拟得到植被冠层反射率查找表，其中，冠层反射率数据与作物理化参数一一对应；最后，对于真实的植被冠层反射率数据，查找与之最为相似的模拟植被冠层反射率数据，并将其对应的作物理化参数作为定量反演结果，该结果也被称为作物理化参数定量反演的最优解。查找表算法的最终目标是找到作物理化参数定量反演的最优解，其关键点和难点在于最优解的查找精度和查找速度，其中，查找精度受植被冠层反射率数据的相似性定量评价指标影响，查找速度受最优解的数据搜索方法影响。在现有的查找表算法中，最常用的数据相似性定量评价指标为均方根误差。该指标定量描述真实和模拟植被冠层反射率数据之间的大小差异，但忽略植被冠层反射率数据之间的方向差异，因此查找精度不是很高；最常用的数据搜索方法是全遍历搜索方法。全遍历搜索方法能够找到全局最优解，但该方法的计算复杂度较高，所需时间较长，故而无法满足作物理化参数及时快速定量反演的需求，在现实应用中受到较大局限。

综上，如何提供一种反演数值精度高且复杂度低的作物理化参数的遥感定量反演方法及系统是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种作物理化参数的遥感定量反演方法及系统，以实现在提高反演数值精度的同时降低计算复杂度，从而缩短搜索时间，提高反演效率。

一种作物理化参数的遥感定量反演方法，包括：