一種濕地水生植被幾何光學模型制造技術

本發明專利技術涉及一種濕地水生植被幾何光學模型。其步驟如下：輸入場景基本參數，以圓柱體作為基本單元；將視場內的面積分量分為水面以上及水面以下兩部分，計算只有一個基本單元存在時各個分量的面積；考慮基本單元的個數及相互遮擋計算視場內各個分量的面積；計算各個分量的亮度；水面只考慮其透射，計算視場內各分量亮度的加權平均；疊加水面反射的影響，計算水生植被場景的二向反射率。本發明專利技術能實現不同水生植被冠層參數、太陽位置及觀測位置等條件下，水生植被方向反射特性的精確描述，是分析水生植被方向反射特性及其影響因素的有效工具。此外本發明專利技術是一種建立在植被冠層結構形態上的幾何光學模型，具有通用性強、運算速度快等優點。

【技術實現步驟摘要】
一種濕地水生植被幾何光學模型(一)所屬
本專利技術涉及一種濕地水生植被幾何光學模型，屬于光學遙感領域，在濕地遙感技術研究和水生植被反射特性分析方面具有重要意義。(二)
技術介紹
自然界的濕地水生植被按照其生長習性可以分為挺水植被、浮水植被及沉水植被三類。自然狀態下水生植被的空間分布往往比較復雜，多呈現出不同種類的水生植被及水體交錯分布的情況，而水體及不同類型的水生植被又具有不同的反射特性。因此自然狀況下的濕地區域往往是典型的非均勻地物，在利用遙感影像進行地表信息提取時需要考慮地表方向反射特性的影響。相對水體，水面及水生植被具有相對較高的反射率以及明顯的方向反射特性。因此，科學認識水生植被的方向反射特性，對水生植被的分類、變化監測等實際應用具有非常重要的意義。本專利技術借鑒陸地植被冠層幾何光學建模方法，提出了一種考慮水體及水面影響的處理方法，建立了一種濕地水生植被幾何光學模型，對于濕地遙感中正確計算水生植被方向反射特性，實現水生植被的分類與變化監測具有重要的科學意義與應用價值。(三)
技術實現思路
本專利技術涉及一種濕地水生植被幾何光學模型。技術解決方案是：輸入場景基本參數，以圓柱體作為基本單元；將視場內的面積分量分為水面以上及水面以下兩部分，計算只有一個基本單元存在時各個分量的面積；考慮基本單元的個數及相互遮擋計算視場內各個分量的面積；計算各個分量的亮度；水面只考慮其透射，計算視場內各分量亮度的加權平均；疊加水面反射的影響，計算水生植被場景的二向反射率。其具體步驟如下：1一種濕地水生植被幾何光學模型，其特征在于包含以下步驟：(1)輸入場景基本參數，以圓柱體作為基本單元；(2)將視場內的面積分量分為水面以上及水面以下兩部分，計算只有一個基本單元存在時各個分量的面積；(3)考慮基本單元的個數及相互遮擋計算視場內各個分量的面積比；(4)計算各個分量的亮度；(5)水面只考慮其透射，計算視場內各分量亮度的加權平均；(6)疊加水面反射的影響，計算水生植被場景的二向反射率。2根據權利要求1所述的一種濕地水生植被幾何光學模型，其特征在于：步驟(1)中所述的“輸入場景基本參數，以圓柱體作為基本單元”，具體計算過程如下：輸入場景尺寸、水深、圓柱體高度、圓柱體底面半徑、圓柱體個數，各個圓柱體的尺寸相同并且在場景內隨機分布。3根據權利要求1所述的一種濕地水生植被幾何光學模型，其特征在于：步驟(2)中所述的“將視場內的面積分量分為水面以上及水面以下兩部分，計算只有一個基本單元存在時各個分量的面積”，具體計算過程如下：第一步：只考慮一個圓柱體，將視場內的面積劃分為：水上光照冠層、水上陰影冠層、光照水面、陰影水面、水下光照冠層、水下陰影冠層、光照水底、陰影水底；第二步：考慮水面以上部分，計算水上光照冠層、水上陰影冠層、光照水面、陰影水面的面積；第三步：考慮水面以下部分，計算水下光照冠層、水下陰影冠層、光照水底、陰影水底的面積。4根據權利要求1所述的一種濕地水生植被幾何光學模型，其特征在于：步驟(3)中所述的“考慮基本單元的個數及相互遮擋計算視場內各個分量的面積比”，其計算過程如下：第一步：計算光照地面的面積比其中，一個單元沿光照方向及觀測方向在地面投射陰影的面積分別為Γs與Γo，O為兩陰影的重疊面積，Γ為兩個陰影的并集，λ為單位面積上的基本單元的個數；第二步：計算光照冠層分量的面積比其中，β為單元中心位置在豎直方向分布的權重，取值從完全隨機0到高度相同1；f為蔭蔽系數；Γc為可視光照面面積；第三步：計算陰影冠層和陰影地面的面積比其中，Kt為陰影冠層的面積比，Kz為陰影地面的面積比。5根據權利要求1所述的一種濕地水生植被幾何光學模型，其特征在于：步驟(4)中所述的“計算各個分量的亮度”，具體計算過程如下：水面以上冠層部分的亮度為輸入參數，光照水面的亮度根據波浪水面反射模型計算，水面以下分量的亮度需要考慮水面透射及水體衰減的影響。6根據權利要求1所述的一種濕地水生植被幾何光學模型，其特征在于：步驟(5)中所述的“水面只考慮其透射，計算視場內各分量亮度的加權平均”，具體計算過程如下：不考慮水面反射時，傳感器接收到的亮度可以表示為L0＝CKc+TKt+CwKcw+TwKtw+GwKgw+ZwKzw其中，C、T、Cw、Tw、Gw、Zw分別是水上光照冠層、水上陰影冠層以及考慮水面透射及水體衰減時的水下光照冠層、水下陰影冠層、光照水底及陰影水底的亮度；Kc、Kt、Kcw、Ktw、Kgw、Kzw分別是水上光照冠層、水上陰影冠層以及考慮水面透射及水體衰減時的水下光照冠層、水下陰影冠層、光照水底及陰影水底在視場內的面積比；這些亮度與各自在視場內的面積比相乘再求和。7根據權利要求1所述的一種濕地水生植被幾何光學模型，其特征在于：步驟(6)中所述的“疊加水面反射的影響，計算水生植被場景的二向反射率”，具體計算過程如下：將步驟(5)中計算出的不考慮水面反射時的亮度疊加水面反射的影響L＝L0+GKg+ZKz其中，G、Z分別是光照水面與陰影水面的亮度，L0是傳感器接收到的亮度，Kg與Kz分別是光照水面與陰影水面的面積比；光照水面與陰影水面的亮度分別與各自的面積比相乘再疊加到不考慮水面反射時的亮度中，即得到整個場景的反射率。本專利技術與現有技術相比的優點在于：(1)目前學術界缺乏描述水生植被方向反射特性的幾何光學模型，本專利技術填補了這一領域的空白，具有顯著的創新性，豐富了植被冠層遙感理論。(2)本專利技術借鑒陸地植被冠層幾何光學模型，考慮了水面及水體的影響，相比于一維輻射傳輸模型，本專利技術考慮了地表的不連續性及非均勻性，物理概念清晰、通用性強、計算方便。(四)附圖說明圖1為本專利技術的技術流程圖。圖2為步驟(2)中的光照陰影、觀測陰影及陰影重疊面積的示意圖。(五)具體實施方式為了更好地說明本專利技術涉及的一種濕地水生植被幾何光學模型，利用本專利技術的模型進行了測試與分析，取得了良好的效果，具體實施方法如下：(1)輸入場景基本參數，以圓柱體作為基本單元；(2)將視場內的面積分量分為水面以上及水面以下兩部分，計算只有一個基本單元存在時各個分量的面積；(3)考慮基本單元的個數及相互遮擋計算視場內各個分量的面積比；(4)計算各個分量的亮度；(5)水面只考慮其透射，計算視場內各分量亮度的加權平均；(6)疊加水面反射的影響，計算水生植被場景的二向反射率。實驗結果如圖3所示，基于本專利技術的模型，可以定量探討單位面積內基本單元的個數、太陽天頂角、水深、基本單元的尺寸等因素對水生植被二向反射特性的影響。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種濕地水生植被幾何光學模型。其特征在于包含以下步驟：(1)輸入場景基本參數，以圓柱體作為基本單元；(2)將視場內的面積分量分為水面以上及水面以下兩部分，計算只有一個基本單元存在時各個分量的面積；(3)考慮基本單元的個數及相互遮擋計算視場內各個分量的面積比；(4)計算各個分量的亮度；(5)水面只考慮其透射，計算視場內各分量亮度的加權平均；(6)疊加水面反射的影響，計算水生植被場景的二向反射率。

【技術特征摘要】
1.一種濕地水生植被幾何光學模型，其特征在于包含以下步驟：(1)輸入場景基本參數，以圓柱體作為基本單元；具體計算過程如下：輸入場景尺寸、水深、圓柱體高度、圓柱體底面半徑、圓柱體個數，各個圓柱體的尺寸相同并且在場景內隨機分布；(2)將視場內的面積分量分為水面以上及水面以下兩部分，計算只有一個基本單元存在時各個分量的面積；具體計算過程如下：第一步：只考慮一個圓柱體，將視場內的面積劃分為：水上光照冠層、水上陰影冠層、光照水面、陰影水面、水下光照冠層、水下陰影冠層、光照水底、陰影水底；第二步：考慮水面以上部分，分別計算水上光照冠層、水上陰影冠層、光照水面、陰影水面的面積；第三步：考慮水面以下部分，分別計算水下光照冠層、水下陰影冠層、光照水底、陰影水底的面積；(3)考慮基本單元的個數及相互遮擋計算視場內各個分量的面積比；其計算過程如下：第一步：計算光照地面的面積比，其中，一個單元沿光照方向及觀測方向在地面投射陰影的面積分別為Γs與Γo，O為兩陰影的重疊面積，Γ為兩個陰影的并集，λ為單位面積上的基本單元的個數；第二步：計算光照冠層分量的面積比，其中，β為單元中心位置在豎直方向分布的權重，取值從完全隨機0到高度相...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周冠華，牛春躍，楊文娜，徐武健，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：北京;11