一种校正尺度效应的中低分辨率遥感产品真值获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种中低分辨率遥感产品真值获取方法，尤其涉及一种校正尺度效应 的中低分辨率遥感产品真值获取方法。
【背景技术】
[0002] 20世纪六七十年代，随着遥感技术的不断发展，遥感科学为地表要素的区域测量 和估算提供了强有力的手段，可以说是从传统的"点"测量向"面"测量发展的一次飞跃，遥 感技术逐步成为目前获得区域尺度地表信息的唯一有效手段。然而，这光鲜的背后却隐藏 着中低分辨率遥感产品真值获取仍旧并非易事，特别对于非均一的地表。究其原因，主要是 因为遥感反演过程中使用的模型大多都是通过分析特定波长下实际地表参数同传感器测 量的物理量之间的关系而建立起来的。简言之，这些遥感模型大多都是从点源观测发展而 来的，通常都只适合于地表下垫面均一的情况。在实际应用中，由于地表的非均一性，中低 分辨率像元多数都是混合像元。不加改正就使用这些遥感模型来反演地表参数势必会因为 尺度的改变而带来较大的反演误差，造成所谓的尺度效应问题，影响了遥感产品地表真值 的高精度获取，无法满足各行各业决策对于地表参数遥感反演精度的需求。
[0003] 现有的获取方法存在的缺陷是：
[0004] 中低分辨率遥感产品真值的估算脱离不了高分辨率数据。配套的高分辨率数据本 身获取就较为棘手，成本代价较高。此外要求高分辨率数据和中低分辨率数据的成像时间、 观测几何等条件均近似保持一致，否则空间异质性的估算会带来一定的偏差，进而影响到 中低分辨率遥感产品真值的获取精度。这一局限性导致了在实际应用过程中由于高分辨率 数据的缺乏而使得中低分辨率的遥感产品真值无法有效精确获取。
[0005] 在空间尺度效应的数学推导中，采用泰勒级数展开公式对空间尺度效应进行了定 量估算。这一过程要求遥感反演模型连续可导，因此当违背这一假设，即选择的遥感反演模 型不连续或者不可导时，就无法估算空间尺度效应，从而无法获取中低分辨率的遥感产品 真值。
[0006] 空间异质性决定了空间尺度效应的大小，但现有技术仅考虑了类内异质性导致的 尺度效应，而忽略了类间异质性导致的尺度效应。然而不同地表类型间这种明显的类间异 质性才是决定空间尺度效应的关键因素，如果不能有效刻画类间异质性的影响将无法保证 尺度效应校正的精度，进而影响中低分辨率遥感产品真值的获取精度。
【发明内容】
[0007] 为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种校正尺度效应的中低分 辨率遥感产品真值获取方法。
[0008] 为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种校正尺度效应的中低分 辨率遥感产品真值获取方法，获取方法分为以下步骤：
[0009] (1)、定量遥感产品生产：
[0010] 定量遥感产品生产具体分为5个步骤：第一、获取公里级中低分辨率遥感数据r， 其中r是中低分辨率遥感传感器多个通道的观测值；第二、通过配套的地表下垫面的分类 图估算不同地表类型的组分比例第三、根据地表下垫面的分类图，针对不同的地表下 垫面d，选择合适的遥感反演模型fd，通常地表下垫面类型不同，遥感反演模型的形式或者 模型系数也不同；第四、将遥感数据r输入到对应的遥感反演模型匕中，直接获取不同地表 下垫面组分对应的定量遥感产品pd，即：pd=fd(r);第五、通过面积加权的方式获取中低分 辨率遥感产品的粗略值/(? ,即：
[0011](1)α=ι
[0012] 其中，c为地表不同下垫面类型的总个数；cod为不同地表类型的组分比例；fd(r) 表示对应的定量遥感产品；
[0013] (2)、模型二阶导估算：
[0014] 遥感反演函数将被作为黑箱，采用离散求解的方式估算模型二阶导和二阶偏导匕 .〕，即：
[0015]
(2)
[0016] 其中，f是模型的一阶导，可以表示为丨
；r是中 低分辨率遥感传感器多个通道的观测值；A巧和是一个足够小的增量，如10 3;占表 示数学上求取函数的偏导数；f表示抽象的遥感反演模型；
[0017] (3)、空间异质性估算：
[0018] 首先根据配套的地表下垫面的分类图，针对每一地表类型，采用分层随机采样的 方式，随机布设采样点，并依赖地面观测实验来获取样本；采样点的个数需根据标准差、抽 样误差以及置信度的先验知识来确定；在每一地表类型内，通过统计比较特定滞后距离分 隔的观测变量的差异，计算相隔滞后距离h，然后观测变量的变异性，获取变异函数γ(h)， 即：
[0019]
[0020] 其中\是相隔滞后距离h的观测变量数据对的个数；r(X)是观测变量值；
[0021] 为了刻画数据的多尺度特性，变异函数被认为是球状模型和指数模型的线性组 合；通过对理论变异函数模型的拟合，获取到描述变异函数的重要参数：球状模型和指数 模型的权重、基台值以及变程；相应的类内异质性可以表示为：
[0022]
(4)
[0023] 其中，Μ为根据地表下垫面分类图获取的像元尺度s内的某一地表类型的面积， X和y为像元内在水平和垂直方向上的空间位置的坐标，同时，类间异质性直接利用组分比 例《d来衡量；整个像元的空间异质性由类内异质性和类间异质性来共同表示；
[0024] (4)、空间尺度效应估算：
[0025] 通过继续分析同一区域高分辨率数据和中低分辨率数据表达同一客观事物的差 异，结合现有技术方法中对空间尺度效应的数学简化近似和推导，尺度效应厶^^可以表示 为：
[0026] (5)
[0027] 其中，kd>1,,是下垫面d对通道i和j的模型二阶偏导，Vhv是下垫面d在像元尺 度s下i和j通道的类间异质性；上式中组分比例cod解释了类间异质性对尺度效应的影 响，和ν^·，7?解释了模型非线性程度和类内异质性对尺度效应的影响；
[0028] (5)、空间尺度效应改正：
[0029] 结合公式⑴和（5)，利用像元内的组分比例就可以对中低分辨率反演获取的遥 感产品进行空间尺度效应校正，获取中低分辨率遥感产品像元尺度真值
[0030]
(6)
[0031] 当遥感反演模型在整个输入参数分布区间内不连续或者不可导的时候，可根据遥 感反演模型不连续和不可导的位置，将输入参数分布区间重新划分为若干子区间，使得在 每个子区间内遥感反演模型连续且可导，并同时估算每个子分布区间所占的比例和等效参 数值，结合公式（6)估算中低分辨率遥感产品像元尺度真值；η为通道数。
[0032] 本发明摆脱了遥感产品真值获取过程中对于配套高分辨率数据需求的束缚，突破 现有技术中要求遥感反演模型连续可导的限制，同时考虑类内异质性和类间异质性导致的 尺度效应问题，进一步提高中低分辨率遥感产品像元尺度真值的获取精度，最终实现中低 分辨率遥感产品像元尺度真值的简便精确获取。
【附图说明】
[0033] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0034] 图1为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0035] 本发明提出的中低分辨率遥感产品真值的获取方法仍旧是结合遥感模型反演和 尺度效应校正来实现的。但对于尺度效应的校正，是通过结合下垫面地表覆盖类型的分类 图，在不同地表类型布设采用点的方式，利用地统计中的变异函数来估算地表空间异质性。 最后结合不同地表类型的组分比例，同时校正类内和类间异质性导致的尺度效应，进而获 取到中低分辨率遥感产品像元尺度真值。本发明的总体技术流程图如图1所示，分为以下 五个步骤：1、定量遥感产品生产；2、模型二阶导估算；3、空间异质性估算；4、空间尺度效应 估算；5、空间尺度效应改正。
[0036] 1、定量遥感产品生产：
[0037] 分为5个步骤：第一、获取公里级中低分辨率遥感数据r，其中r是中低分辨率遥 感传感器多个通道的观测值；第二、通过配套的地表下垫面的分类图估算不同地表类型的 组分比例cod;第三、根据地