植被蒸腾计算装置、方法及计算机系统与流程

本发明涉及农田灌溉管理领域，尤其涉及一种植被蒸腾计算装置、方法及计算机系统。

背景技术：

植被蒸腾是地表能量平衡和水量平衡的重要组成部分，一直是计算植被需水量及预防干旱的关键，是实时灌溉预报和水分管理的重要参数，对农田管理极其重要，而且蒸腾量的大小与植被的生理活动及产量的形成有密切的关系。目前计算植被蒸腾的方法有Penman-monteith、Blaney-Criddle、Hargreaves等方法，Penman-monteith、Blaney-Criddle、Hargreaves等方法采用环境气象参数如空气温度、空气湿度、风速等计算获得植被蒸腾量，空气温度、空气湿度、风速等环境气象参数均是从气象观测站获得，这样一方面，气象观测站数量有限，导致只能计算某区域若干点的蒸腾量，不能反映整个检测区域的蒸腾量；另一方面，在没有气象观测站布设的区域或观测站分布不均的区域，就不能理想地获取所需的环境气象参数，导致无法获得该区域的植被蒸腾量。

技术实现要素：

本发明提供了一种植被蒸腾计算装置、方法及计算机系统，以解决目前计算植被蒸腾量的方法不能反映整个检测区域的蒸腾量、在没有气象观测站布设的区域或观测站分布不均的区域，无法获得该区域的植被蒸腾量的问题。

第一方面，本发明提供了一种植被蒸腾计算装置，包括获取单元、净辐射确定单元、土壤热通量确定单元、感热通量确定单元和计算单元；所述获取单元分别与所述净辐射确定单元、土壤热通量确定单元和感热通量确定单元连接，用于从遥感影像中获取参数；所述净辐射确定单元用于根据所述获取的参数确定净辐射；所述土壤热通量确定单元用于根据所述获取的参数确定土壤热通量；所述感热通量确定单元包括冷热点范围查找模块和判断模块，所述冷热点范围查找模块用于在所述遥感影像中选取感兴趣区域，在该感兴趣区域内查找冷热点范围；所述判断模块用于选取所述冷热点范围内的第一冷热点，将所述第一冷热点与该第一冷热点周围的冷热点进行比较，判断所述第一冷热点与该第一冷热点周围的冷热点之间是否满足空间一致性的条件，若满足空间一致性的条件，则将所述第一冷热点作为目标冷热点；若不满足空间一致性的条件，则在所述冷热点范围内重新选取冷热点，进行比较判断，若在所述冷热点范围内未找到目标冷热点，则使用所述冷热点范围查找模块重新查找冷热点范围，在该重新查找的冷热点范围内查找目标冷热点，直至找到目标冷热点；所述感热通量确定单元用于根据所述目标冷热点及从遥感影像中获取的参数确定感热通量；所述计算单元分别与净辐射确定单元、土壤热通量确定单元和感热通量确定单元连接，用于根据所述净辐射、土壤热通量和感热通量计算植被蒸腾。

第二方面，本发明还提供了一种植被蒸腾计算方法，包括以下步骤：从遥感影像中获取参数；根据所述获取的参数确定净辐射；根据所述获取的参数确定土壤热通量；在所述遥感影像中选取感兴趣区域，在该感兴趣区域内查找冷热点范围；在所述冷热点范围内选取第一冷热点，将所述第一冷热点与该第一冷热点周围的冷热点进行比较，判断所述第一冷热点与该第一冷热点周围的冷热点之间是否满足空间一致性的条件，若满足空间一致性的条件，则将所述第一冷热点作为目标冷热点；若不满足空间一致性的条件，则在所述冷热点范围内重新选取冷热点，重复本步骤，若在所述冷热点范围内未找到目标冷热点，则重新查找冷热点范围，在该重新查找的冷热点范围内查找目标冷热点，直至找到目标冷热点；根据所述目标冷热点及从遥感影像中获取的参数确定感热通量；根据所述净辐射、土壤热通量和感热通量计算植被蒸腾。

第三方面，本发明还提供了一种计算机系统，包括处理器和存储器，所述处理器与所述存储器通过总线连接，所述处理器，用于从遥感影像中获取参数；根据所述获取的参数确定净辐射；根据所述获取的参数确定土壤热通量；在所述遥感影像中选取感兴趣区域，在该感兴趣区域内查找冷热点范围；在所述冷热点范围内选取第一冷热点，将所述第一冷热点与该第一冷热点周围的冷热点进行比较，判断所述第一冷热点与该第一冷热点周围的冷热点之间是否满足空间一致性的条件，若满足空间一致性的条件，则将所述第一冷热点作为目标冷热点；若不满足空间一致性的条件，则在所述冷热点范围内重新选取冷热点，重复本步骤，若在所述冷热点范围内未找到目标冷热点，则重新查找冷热点范围，在该重新查找的冷热点范围内查找目标冷热点，直至找到目标冷热点；根据所述目标冷热点及从遥感影像中获取的参数确定感热通量；根据所述净辐射、土壤热通量和感热通量计算植被蒸腾。

本发明植被蒸腾计算装置具有如下有益效果：

本发明植被蒸腾计算装置通过获取单元获取遥感影像的参数，根据遥感影像的参数确定净辐射、土壤热通量，冷热点范围查找模块首先利用感兴趣区域内的各项约束条件找到冷热点范围，再判断冷热点范围内的各冷热点之间的空间一致性，以得出目标冷热点的具体位置；感热通量确定单元根据目标冷热点及遥感影像的参数计算感热通量，最后，计算单元根据净辐射、土壤热通量、感热通量计算植被蒸腾。本发明植被蒸腾计算装置能够根据遥感影像完成植被蒸腾的计算，不管是在没有气象观测站布设的区域还是观测站分布不均的区域，利用本发明植被蒸腾计算装置均能计算出植被蒸腾；而且遥感影像具有覆盖面广，实时准确的特点，能够更好地监测大范围区域，本发明植被蒸腾计算装置能够监测整个区域的植被蒸腾量。

本发明植被蒸腾计算装置能够自动完成植被蒸腾的计算过程，提高了工作效率，并且可以处理大批量的数据，能够长时间监测大范围区域的植被蒸腾量。

本发明植被蒸腾计算方法具有如下有益效果：

本发明植被蒸腾计算方法从遥感影像中获取所需的参数，根据遥感影像的参数确定净辐射、土壤热通量，确定感热通量时，首先利用感兴趣区域内的各项约束条件找到冷热点范围，再判断冷热点范围内的各冷热点之间的空间一致性，以得出目标冷热点的具体位置，根据目标冷热点及遥感影像的参数计算感热通量，最后，根据净辐射、土壤热通量、感热通量计算植被蒸腾。本发明植被蒸腾计算方法根据遥感影像完成植被蒸腾的计算，不管是在没有气象观测站布设的区域还是观测站分布不均的区域，利用本发明植被蒸腾计算方法均能计算出植被蒸腾；而且遥感影像具有覆盖面广，实时准确的特点，能够更好地监测大范围区域，利用本发明植被蒸腾计算方法能够监测整个区域的植被蒸腾量。

本发明植被蒸腾计算方法能够自动完成植被蒸腾的计算过程，提高了工作效率，并且可以处理大批量的数据，能够长时间监测大范围区域的植被蒸腾量。本发明提供了一种规范化的植被蒸腾计算方法，而且基于冷热点的方法能够简化计算过程，便于操作。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明植被蒸腾计算装置的结构示意图；

图2为本发明植被蒸腾计算装置的获取单元的一种优选结构示意图；

图3为图1所示的植被蒸腾计算装置的工作流程图；

图4为图1所示的植被蒸腾计算装置的工作流程中，判断是否满足空间一致性条件的示意图。

具体实施方式

下面结合附图介绍本发明，本发明在附图中通过示例的方式而不是通过限制的方式被示出。

如图1-2所示，本发明植被蒸腾计算装置包括获取单元10、净辐射确定单元11、土壤热通量确定单元12、感热通量确定单元13和计算单元14。获取单元10分别与净辐射确定单元11、土壤热通量确定单元12和感热通量确定单元13连接，用于从遥感影像中获取参数；其中，获取单元10包括处理模块101，该处理模块101用于对遥感影像进行处理，以将遥感影像还原为真实信息，从真实信息中获取参数，因为遥感影像中通常为数字信号，不能够直接使用，需要将数字信号转换为模拟信号(即真实信息)，将遥感影像还原为真实信息后就能够满足直接使用的要求。获取单元10从遥感影像中获取的参数例如可以是可见光波段的增益与偏移量、太阳高度角、热红外波段的增益与偏移量，使用过程中，还可以根据需要获取其他参数。

净辐射确定单元11用于根据获取的参数确定净辐射，净辐射是指地面上的短波辐射和长波辐射的能量平衡，即短波辐射与长波辐射之差，根据获取单元10从遥感影像中获取的参数能够计算出净辐射。

土壤热通量确定单元12用于根据获取的参数确定土壤热通量，土壤热通量是指土壤上层的热通量，即土壤吸收的能量。土壤热通量和净辐射之间存在一定的相关性，在植被覆盖度高的地表类型，通过地表温度、反照度、归一化植被指数计算该相关性，而在其他地表类型(水体、沙漠、裸土等)，该相关性为常数，通过土壤热通量和净辐射之间的相关性就可以得到土壤热通量。根据获取单元10从遥感影像中获取的参数能够计算出土壤热通量。

感热通量确定单元13用于根据目标冷热点及从遥感影像中获取的参数确定感热通量，感热通量是指物体在加热或冷却过程中，温度升高或降低而不改变其原有相态所需吸收或放出的热量通量。如图1所示，感热通量确定单元13包括冷热点范围查找模块131和判断模块132，冷热点范围查找模块131用于在遥感影像中选取感兴趣区域，在该感兴趣区域内查找冷热点范围，其中，感兴趣区域例如可以是农场中的某个地块，冷热点范围查找模块131可以根据感兴趣区域内的归一化植被指数、地表温度和反照率查找冷热点范围。判断模块132用于选取查找到的冷热点范围内的第一冷热点，该“第一冷热点”是指冷热点范围内的任意一个冷热点，将第一冷热点与该第一冷热点周围的冷热点进行比较，判断第一冷热点与该第一冷热点周围的冷热点之间是否满足空间一致性的条件，若满足空间一致性的条件，则将第一冷热点作为目标冷热点；若不满足空间一致性的条件，则在冷热点范围内重新选取第二冷热点，判断第二冷热点与该第二冷热点周围的冷热点之间是否满足空间一致性的条件，依次循环，若在所述冷热点范围内未找到目标冷热点，则使用冷热点范围查找模块131重新查找冷热点范围，在该重新查找的冷热点范围查找目标冷热点，直至找到目标冷热点。

计算单元14分别与净辐射确定单元11、土壤热通量确定单元12和感热通量确定单元13连接，用于根据净辐射、土壤热通量和感热通量计算植被蒸腾。

如图3所示，本发明植被蒸腾计算装置的工作流程为：

步骤S1，获取单元10从遥感影像中获取所需的参数。

步骤S2，净辐射确定单元11根据获取单元10获取的参数确定净辐射。

步骤S3，土壤热通量确定单元12根据获取单元10获取的参数确定土壤热通量。

步骤S4，冷热点范围查找模块131在遥感影像中选取感兴趣区域，在感兴趣区域内查找冷热点范围。

步骤S5，确定目标冷热点。判断模块132选取步骤S4中查找到的冷热点范围内的第一冷热点，将第一冷热点与该第一冷热点周围的冷热点进行比较，以判断第一冷热点与该第一冷热点周围的冷热点之间是否满足空间一致性的条件，若满足空间一致性的条件，则将第一冷热点作为目标冷热点；若不满足空间一致性的条件，则在冷热点范围内重新选取第二冷热点，判断第二冷热点与该第二冷热点周围的冷热点之间是否满足空间一致性的条件，依次循环，若在冷热点范围内未找到目标冷热点，则使用冷热点范围查找模块131重新查找冷热点范围，在该重新查找的冷热点范围查找目标冷热点，直至找到目标冷热点。

如图4所示，冷热点范围查找模块131已在感兴趣区域15查找到了冷热点范围A 17，冷热点范围A 17内有四个冷热点，判断模块132选取冷热点范围A 17内的第一冷热点19，该第一冷热点19为冷热点范围A 17内的任意一个冷热点，判断第一冷热19与该第一冷热点19周围的冷热点之间是否满足空间一致性的条件，空间一致性可以理解为各冷热点之间的空间特性是一致的，如图4所示，第一冷热点19与该第一冷热点19周围的冷热点之间的距离较远，第一冷热点19与该第一冷热点19周围的冷热点之间空间特性不一致，所以第一冷热点19与该第一冷热点19周围的冷热点之间不满足空间一致性的条件。依次选取冷热点范围A 17内剩余的三个冷热点，判断所选取的冷热点与该冷热点周围的冷热点之间是否满足空间一致性的条件。若在冷热点范围A 17内未找到目标冷热点，则使用冷热点范围查找模块131重新查找冷热点范围，如图4所示，冷热点范围B 16为重新查找到的冷热点范围，然后在冷热点范围B 16内查找目标冷热点，首先选取冷热点范围B 16内的第一冷热点18，该第一冷热点18为冷热点范围B 16内的任意一个冷热点，判断第一冷热点18与该第一冷热点18周围的冷热点之间是否满足空间一致性的条件，如图4所示，第一冷热点18与该第一冷热点18周围的冷热点之间的距离很近，所以第一冷热点18与该第一冷热点18周围的冷热点之间的空间特征是一致的，满足空间一致性的条件，将第一冷热点18作为目标冷热点。

步骤S6，感热通量确定单元13根据步骤S5找到的目标冷热点及步骤S1中获取的参数确定感热通量。

步骤S7，计算单元14根据净辐射、土壤热通量和感热通量计算植被蒸腾。

其中，步骤S2是为了得到净辐射，步骤S3是为了得到土壤热通量，步骤S4-S6是为了得到感热通量，将步骤S4-S6合称为得到感热通量的步骤，步骤S2、步骤S3与得到感热通量的步骤的顺序是可以互换的。

本发明植被蒸腾计算装置通过获取单元10获取遥感影像的参数，根据遥感影像的参数确定净辐射、土壤热通量，冷热点范围查找模块131首先利用感兴趣区域内的各项约束条件找到冷热点范围，再判断冷热点范围内的各冷热点之间的空间一致性，以得出目标冷热点的具体位置；感热通量确定单元13根据目标冷热点及遥感影像的参数计算感热通量，最后，计算单元14根据净辐射、土壤热通量、感热通量计算植被蒸腾。本发明植被蒸腾计算装置能够根据遥感影像完成植被蒸腾的计算，不管是在没有气象观测站布设的区域还是观测站分布不均的区域，利用本发明植被蒸腾计算装置均能计算出植被蒸腾；而且遥感影像具有覆盖面广，实时准确的特点，能够更好地监测大范围区域，本发明植被蒸腾计算装置能够监测整个区域的植被蒸腾量。

本发明植被蒸腾计算装置能够自动完成植被蒸腾的计算过程，提高了工作效率，并且可以处理大批量的数据，能够长时间监测大范围区域的植被蒸腾量。

本发明还提供一种植被蒸腾计算方法，包括以下步骤：从遥感影像中获取参数；根据所述获取的参数确定净辐射；根据所述获取的参数确定土壤热通量；在所述遥感影像中选取感兴趣区域，在该感兴趣区域内查找冷热点范围；在冷热点范围内选取第一冷热点，将第一冷热点与该第一冷热点周围的冷热点进行比较，判断第一冷热点与该第一冷热点周围的冷热点之间是否满足空间一致性的条件，若满足空间一致性的条件，则将第一冷热点作为目标冷热点；若不满足空间一致性的条件，则在冷热点范围内重新选取冷热点，重复本步骤，若在冷热点范围内未找到目标冷热点，则重新查找冷热点范围，在该重新查找的冷热点范围内查找目标冷热点，直至找到目标冷热点；根据所述目标冷热点及从遥感影像中获取的参数确定感热通量；根据所述净辐射、土壤热通量和感热通量计算植被蒸腾。

优选地，所述步骤“从遥感影像中获取参数”包括对遥感影像进行处理，以将遥感影像还原为真实信息，从真实信息中获取参数。

优选地，从遥感影像中获取的参数包括可见光波段的增益与偏移量、太阳高度角、热红外波段的增益与偏移量。

优选地，所述步骤“在所述遥感影像中选取感兴趣区域，在该感兴趣区域内查找冷热点范围”包括根据感兴趣区域内的归一化植被指数、地表温度和反照率查找冷热点范围。

本发明还提供一种计算机系统，包括处理器和存储器，处理器与存储器通过总线连接，该处理器，用于从遥感影像中获取参数；根据所述获取的参数确定净辐射；根据所述获取的参数确定土壤热通量；在所述遥感影像中选取感兴趣区域，在该感兴趣区域内查找冷热点范围；在冷热点范围内选取第一冷热点，将第一冷热点与该第一冷热点周围的冷热点进行比较，判断第一冷热点与该第一冷热点周围的冷热点之间是否满足空间一致性的条件，若满足空间一致性的条件，则将第一冷热点作为目标冷热点；若不满足空间一致性的条件，则在冷热点范围内重新选取冷热点，重复本步骤，若在冷热点范围内未找到目标冷热点，则重新查找冷热点范围，在该重新查找的冷热点范围内查找目标冷热点，直至找到目标冷热点；根据所述目标冷热点及从遥感影像中获取的参数确定感热通量；根据所述净辐射、土壤热通量和感热通量计算植被蒸腾。

优选地，处理器还用于对遥感影像进行处理，以将遥感影像还原为真实信息，从真实信息中获取参数。

优选地，处理器还用于根据感兴趣区域内的归一化植被指数、地表温度和反照率查找冷热点范围。

处理器为计算机系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机系统的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的软件程序和/或单元、模块，以及调用存储在存储器内的数据，以执行计算机系统的各种功能和/或处理数据。处理器可以由集成电路(IntegratedCircuit,简称IC)组成，例如可以由单颗封装的IC所组成，也可以由连接多颗相同功能或不同功能的封装IC而组成。在本发明实施例中，处理器可以为至少一个中央处理器(Central Processing Unit,简称CPU)，CPU可以是单运算核心，也可以是多运算核心，可以是实体机的处理器，也可以是虚拟机的处理器。

本说明书中，对于植被蒸腾计算方法实施例、计算机系统实施例而言，由于其基本相似于植被蒸腾计算装置实施例，相关之处参见植被蒸腾计算装置实施例的说明部分即可，以避免重复性描述。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必须的硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟和光盘等，包括若干指令，用以使得包括处理器和存储器的计算机设备(可以是个人计算机、服务器或网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的构思或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。