[发明专利]一种计算岩石裸露率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生态遥感应用研究领域，特别涉及一种计算岩石裸露率的方法。

背景技术

石漠化是继水土流失和荒漠化问题后我国面临的第三大生态问题，石漠化地区已经成为我国黄土高原、荒漠地区、寒漠地区之后第四大生态脆弱区，现逐渐成为国家关注的重点。掌握岩溶区土地现状，特别是石漠化土地分布、程度、面积等现状资料及动态信息，可以为国家和地方制定石漠化防治政策、编制综合治理规划、实现可持续发展战略提供基础资料。岩石裸露率(BRR)是石漠化最直观的表征，通过建立基于卫星遥感的BRR反演模型，进而获取石漠化的分布与程度，对石漠化较为严重地区采取积极有效的措施，遏制其继续恶化具有重要的理论价值与实践意义。

目前在对石漠化遥感估算的研究方法上，主要的借鉴是广泛应用于土地利用调查与分析的像元二分模型和经验模型。其中，经验模型方法是通过拟合BRR与其它要素的相关关系，建立起仅适合研究区域的经验模型，其具有缺乏理论基础、可推广性不强的缺点。像元二分模型是将一个像元分为两部分：植被与非植被，或是裸土与非裸土，计算其各部分的贡献率，从而建立计算BRR的模型。考虑到石漠化地区通常是植被、岩石和裸土等地物类型混杂，且裸土与岩石的光谱差异较小，采用仅仅将地物类型分为岩石和非岩石的像元二分模型，在实际的应用中会产生较大的误差。

同时，由于受到“同物异谱”、“同谱异物”现象和大气条件的影响，利用以光谱特性为出发点的混合像元分解模型直接求解的BRR会存在一些偏差，导致精度较低，无法满足应用级的需求。

为此，研究一种适应性广、精度高的求解岩石裸露率的方法具有重要的实用价值。

发明内容

鉴于现有BRR遥感估算模型存在的问题，本发明公开了一种结合无人机定量测量岩溶区岩石裸露率的方法，该方法通过建立基于岩石、土壤和植被的三分法，可以解决传统二分法对岩溶区地物类型考虑不全的问题，同时本发明还提出基于无人机影像对三分法计算得到的BRR进行评估和校正的方法，从而可以解决“同物异谱”、“同谱异物”现象和大气条件引起的误差。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种计算岩石裸露率的方法，包括步骤：

(1)根据卫星遥感影像，分别统计典型样点处纯净岩石、植被和土壤像元这三类典型地物红光波段和近红外波段的反射率；

(2)根据混合像元分解原理构建下述的三元一次方程组：

ρ_R＝a×ρ_R‐R+b×ρ_R‐V+c×ρ_R‐S；

ρ_NIR＝a×ρ_NIR‐R+b×ρ_NIR‐V+c×ρ_NIR‐S；

a+b+c＝1；

其中，ρ_R‐R、ρ_R‐V、ρ_R‐S分别为红光波段的纯净岩石、植被、土壤像元的反射率，ρ_NIR‐R、ρ_NIR‐V、ρ_NIR‐S分别为近红外波段的纯净岩石、植被、土壤像元的反射率，a、b、c分别为岩石、植被、土壤各组分所占的面积比，a即为要计算的该像元的岩石裸露率，对上述三元一次方程组进行求解，即得出岩石裸露率的计算公式如下：

优选的，所述步骤(1)中，在纯净岩石、植被、土壤像元的反射率统计时，参照该地区的近P幅无人机数据，对三类典型地物中每一类地物分别选取三个及以上样方，并对该类地物对应的卫星遥感影像中的红光、近红外两个波段分别求均值，以作为红光、近红外两个波段的反射率，进而得到纯净岩石、植被、土壤像元分别在红光、近红外波段的反射率。

优选的，所述计算岩石裸露率的方法还包括步骤：

(3)采用无人机拍摄地表影像；

(4)对拍摄的地表影像进行非监督分类，通过二值化提取岩石裸露率，将其作为地面真值；

(5)将步骤(4)的地面真值与步骤(2)计算得到的岩石裸露率建立回归模型，用于对步骤(2)计算得到的岩石裸露率进行系统修正和精度验证，将修正后的模型应用到整个卫星影像，进而获取应用级基岩裸露率结果。

优选的，所述步骤(5)中，对步骤(2)计算得到的岩石裸露率进行精度评估和系统修正的步骤是：