[发明专利]一种多角度观测植被冠层阴阳叶光化学反射指数的方法

摘要

本发明提供了一种利用观测的多角度植被冠层反射率，结合5尺度几何光学模型计算阴叶和阳叶各自光化学反射指数的方法，属于植被遥感反演参数获取方法的研究领域。其步骤为：多角度观测系统的建立；多角度光谱反射率数掘的获取；计算不同观测角度的光化学反射指数；利用样地调查获取的植被冠层结构参数驱动改进的5尺度几何光学模型，计算不同观测角度阴阳叶的比例；分别计算阴阳叶的光化学反射指数，并分析光化学反射指数的空间变化特征。本发明可获取连续的多角度植被冠层光谱数据，用于计算光化学反射指数等植被指数，结合改进的5尺度几何光学模型，适用于任何坡度的坡地，快速有效计算阴叶和阳叶的光化学反射指数，精度也比较高。

主权项

一种多角度观测植被冠层阴阳叶光化学反射指数的方法，其主要包括以下步骤：(1)光谱观测硬件系统的建立；(2)利用MATLAB为平台编写的软件控制观测系统的运行，并保存观测数据；(3)对保存的数据进行筛选转换：将保存的mat文件转换成EXCEL表格，去除因仪器自身和传输过程的噪声产生的异常数据；(4)光化学反射指数的计算：首先计算531nm和570nm的反射率，并用白板观测的各波段辐照度与辐亮度的比值ρ’进行校正，校正后的反射率用于计算光化学反射指数PRI： PRI = ρ 531 - ρ 570 ρ 531 + ρ 570 - - - ( 1 ) (5)多角度光化学反射指数空间变化分析，利用MATLAB编写可视化程序，制作不同观测天顶角和方位角的光化学反射指数的三维分布图；(6)阴叶和阳叶光化学反射指数的计算。利用样地调查的植被冠层结构参数驱动光线追踪法改进的5尺度几何光学模型，计算冠层不同太阳入射角下特定观测角阴叶和阳叶的比例。首先对冠层中叶片空间角度分布进行描述，假设叶片是随机分布的，选择冠层内一个点为原点，定义每个叶片的法向量，从而算出每个叶片的空间角度和空间位置。设定观测方位角为0，通过改变观测方位角θV和太阳入射角θS模拟多角度观测，视线的入射面由视线的方向向量和观测点来定义。视线由入射面逐点的发出，如果发出的视线与叶片没有交点，则不进行计算；如有交点，则可找出第一个交点。然后根据太阳入射光和视线的方向向量，以及叶片的法向量判断该交点是否被太阳光照射。如果该交点与太阳光之间有其他叶片遮挡，或者该交点与太阳入射光和叶片的交点不在同一面，则判定此视线看到的是阴叶，否则为阳叶。光线追踪进程结束后，可求得视线内阳叶点占所有观测点的比例Sv。由于观测点包含背景点(可视的地面点)，设观测到背景的比例为Pvg(此比例的计算不属于本发明的内容)，则在任意坡度上的植被冠层可观测到阳叶的比例Pst为：Pst＝Sv/(1‑Pvg)      (2)可观测到阴叶的比例Pat为：Pat＝1‑Pst‑Pvg      (3)利用样地观测的植被冠层结构参数：叶面积指数、枝下高、冠层高度、树梢高度、冠幅、树梢半角值等，驱动改进的5尺度几何光学模型计算阴阳叶比例。然后分别计算各太阳入射角和观测角的阴阳叶光化学反射指数。