[发明专利]一种基于地形沙盘的山地方向性反射率的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及遥感的真实性检验领域，特别是涉及一种基于地形沙盘的山地方向性反射率的测量方法。

背景技术

双向性反射分布函数(BRDF)常被用来描述非朗伯表面的方向性反射特性。1977年，Nicodemus曾给出它的定义：

其中，单位为1/sr(球面度^-1)。dE_s(Ω_s)表示在一个微分面积元dA上，由于Ω_s这个微分立体角内辐射亮度L_s(Ω_s)的增量所引致的dA上辐照度的增量。dL_v(Ω_v)则是由于增量dE_s(Ω_s)引起的Ω_v方向上辐亮度的增量。双向性反射因子(BRF)是指相同条件下，观测地物与理想朗伯体反射的辐射通量之比，在数值上等于BRDF乘以π，是一个无量纲量。BRDF和BRF不仅包含了地表的生物、物理信息，可以用于反演如LAI、FPAR等植被参量，同时能够对不同角度下的卫星观测数据进行角度订正，具有重要研究意义。

目前，基于卫星数据的模型反演是快速获取空间大尺度BRDF信息的主要途径。首先，卫星通过多角度传感器获取几个方向的地表反射率。例如，通过MODIS的多角度观测获取方向性反射率。但由于它基于宽视场角和多时相数据的组合，未能考虑不同时间条件下地表和大气状况的差异。近年来随着同步多角度观测技术的发展，出现如ATSR-2、POLDER和MISR等具有多角度、近同时相、窄波段数据的传感器，可以更准确地获取多角度的方向性反射率数据。

然而，卫星获取地表反射率信息仍有很多不确定性，对其结果进行真实性验证具有重要意义，它是遥感模型精度评价和改进的主要依据。就平坦地表而言，人们提出两种方法用于真实性检验：地面测量法和计算机模拟法。

地面测量法主要依赖多角度观测系统获取不同方向的地表反射率。目前，国内外学者已经研制出多种观测装置，主要分为两类：一是固定目标模式，即在半球空间内转动传感器，使其从一个特定距离对目标进行观测，不同角度观测的对象近似相同；二是固定平台模式，即传感器在一个静止的平台上向不同角度进行观测，不同角度观测的是不同对象，因此要求地表具有良好的均质性。这些装置被广泛用于平地、空间小尺度BRDF的获取。

计算机模拟法是借助计算机图形学方法产生三维真实植被结构，采取辐射度法或蒙特卡洛光线追踪等方法模拟植被结构内部的吸收、反射和透射过程，可以准确地描述三维场景结构及植被冠层反射辐射分布特性，因此，计算机模拟结果也经常作为BRDF数据获取的一种有效途径。然而计算机模拟模型的计算过程较为复杂、速度慢，无法批量模拟BRDF。

对于复杂地形区，卫星BRDF数据进行验证对，传统的地面多角度测量装置由于装卸困难难以适用，计算机模拟复杂性比平地更高，不适用于大范围验证。因此，本发明旨在提出一种借助高精度地形沙盘获取山地方向性反射率的方法。作为微缩景观模型的代表之一，沙盘将大尺度的地表按一定比例尺微缩于案几之上，可在一定条件下重构山区粗象元内的光照分布、相互遮蔽情况，从而能够模拟方向性反射率受地形起伏的影响。近年来，随着实体沙盘制作工艺的提高和电子沙盘技术的发展，基于沙盘的定量化研究逐渐涉及各领域。因此，多角度测量系统和地形沙盘模型的结合为山地方向性反射率测量提供了新的思路。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种基于地形沙盘的山地方向性反射率的测量方法，可实现多角度、近同时相、较大尺度下地表方向性反射率的测量。

本发明提供了一种基于地形沙盘的山地方向性反射率的测量方法，包括以下步骤：

S1：高精度地形沙盘模型的制作及逼真度检查；

S2：地形沙盘模型的多角度观测；

S3：地形沙盘模型的BRF提取；

S4：BRF数据的分析及使用。

进一步的，所述步骤S1中所述高精度地形沙盘模型的制作及逼真度检查具体包括以下步骤：

S11、获取研究区高精度DEM，计算缩放比例，确定与实际地表状况相符的材料反射率，制作能体现研究区地形、地貌及基本地表特征的地形沙盘模型；

S12、检查沙盘模型的DEM是否能够较好地反映研究区真实地表起伏状况，检查沙盘表面的反射率曲线是否能够最大程度地模拟山区地表反射特性。