专利名称：一种植被空间分布状态测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及遥感领域，尤其涉及一种植被空间分布状态测量方法及装置。
背景技术：
植被空间分布状态是指植被中的植株地上部分的空间分布状态，通常，可以将植被的空间分布状态分成直立型、中间型和披散型，一般地，叶倾角和叶面积指数等参数可以直接表征植被的空间分布状态。目前，对植被空间分布状态的测量通常由人工进行，具体地，由人工使用测量工具，实地测量植被中的植株的倾斜角等参数，再依据测得的参数计算出各植株的空间分布状态。这种测量植被空间分布状态的方法准确性不高，并且测量测度慢。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种植被空间分布状态测量方法及装置，目的在于解决现有的植被空间分布状态测量方法存在的准确性不高、测量速度慢的问题。为了实现上述目的，本发明实施例提供了以下技术方案—种植被空间分布状态测量方法,包括获取待测植被的冠层遥感图像；确定表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的参数；确定所述参数与所述冠层遥感图像的光谱反射率之间的对应关系；查询所述对应关系，确定所述植被的空间分布状态。优选地，所述确定表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的参数包括利用主成分分析和敏感性分析，统计不同参数对所述冠层遥感图像的影响；确定对所述冠层遥感图像的影响最大的参数为表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的参数。优选地，所述确定所述参数与所述冠层遥感图像的光谱反射率之间的对应关系包括依据所述参数及预设的模型，绘制预设的光谱波长范围内所述冠层遥感图像的光谱反射率随所述参数变化的曲线；依据所述曲线，确定所述冠层遥感图像的光谱反射率随所述参数变化率最大的光谱波长；选择所述光谱波长对应的曲线为所述参数与所述冠层遥感图像的光谱反射率之间的对应关系。优选地，所述预设的模型包括计算植被冠层光谱和光谱影响因素的植被冠层辐射传输模型。优选地，所述查询所述对应关系，确定所述植被的空间分布状态包括测量所述植被的冠层遥感图像的反射率；
依据所述对应关系，确定与所述反射率对应的所述参数的参数值；依据所述参数值，确定所述植被的空间分布状态。优选地，所述确定表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的参数之前，还包括对所述待测植被的冠层遥感图像进行预处理。一种植被空间分布状态测量装置，包括遥感图像获取模块，用于获取待测植被的冠层遥感图像；参数确定模块，用于确定表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的参数；对应关系确定模块，用于确定所述参数与所述冠层遥感图像的光谱反射率之间的 对应关系；空间分布状态确定模块，用于查询所述对应关系，确定所述植被的空间分布状态。
优选地,所述参数确定模块包括分析单元，用于用主成分分析和敏感性分析，统计不同参数对所述冠层遥感图像的影响；参数确定单元，用于确定对所述冠层遥感图像的影响最大的参数为表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的参数。优选地，所述对应关系确定模块包括绘图单元，用于依据所述参数及预设的模型，绘制预设的光谱波长范围内所述冠层遥感图像的光谱反射率随所述参数变化的曲线；光谱波长确定单元，用于依据所述曲线，确定所述冠层遥感图像的光谱反射率随所述参数变化率最大的光谱波长；对应关系选择单元，用于选择所述光谱波长对应的曲线为所述参数与所述冠层遥感图像的光谱反射率之间的对应关系。优选地，所述空间分布状态确定模块包括测量单元，用于测量所述植被的冠层遥感图像的反射率；参数值确定单元，用于依据所述对应关系，确定与所述反射率对应的所述参数的参数值；空间分布状态确定单元，用于依据所述参数值，确定所述植被的空间分布状态。本发明实施例所述的植被空间分布状态测量方法及装置，通过对待测植被的冠层遥感图像进行分析，确定所述遥感图像的表征参数及表征参数与光谱反射率之间的对应关系，从而能够通过所述对应关系确定植被的空间分布状态，而避免了人工使用测量工具测量植被的空间分布状态，因而提供了测量的准确性和测量速度。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例公开的一种植被空间分布状态测量方法的流程图；图2为本发明实施例公开的又一种植被空间分布状态测量方法的流程图3为本发明实施例公开的又一种植被空间分布状态测量方法的流程图；图4为本发明实施例公开的一种植被空间分布状态测量方法中400nm至2500nm波长范围内反射率随叶倾角变化的曲线的示意图；图5为本发明实施例公开的一种植被空间分布状态测量方法中对小麦空间分布状态的测量结果的示意图；图6为本发明实施例公开的一种植被空间分布状态测量装置的结构示意图。
具体实施例方式本发明公开了一种植被空间分布状态测量方法，利用植被冠层的遥感图像检测植被的空间分布状态，而摒弃现有的人工使用测量工具，实地测量植被中的植株的方法。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例公开了一种植被空间分布状态测量方法，如图I所示，包括SlOl :获取待测植被的冠层遥感图像；所述植被的冠层遥感图像通常由遥感监测卫星拍摄得到，其中包括待测植被的冠层及其它噪声，在进行后续处理之前，可以对遥感图像进行预处理，包括几何校正、滤除噪声等。S102 :确定表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的参数；通常，叶倾角、叶面积指数等参数可以用来表征植被冠层遥感图像的空间分布状态，但是，不同参数对同一植被冠层遥感图像的表征程度不同，例如，对于同一植被冠层遥感图像，有可能叶倾角对遥感图像的光谱的影响较大，那么就选择叶倾角作为表征参数，因此，不同植被的冠层遥感图像的表征参数不同，针对冠层遥感图像，需要先确定其表征参数，只有选择对植被的冠层遥感图像光谱影响大的参数，才能够为后续的准确测量提供保证。实际操作中，可以针对植被的冠层遥感图像进行测试，找出对其光谱的影响较大的参数作为表征参数。S103 :确定所述参数与所述冠层遥感图像的光谱反射率之间的对应关系；因为表征植被的冠层遥感图像的参数与所述冠层遥感图像之间存在对应关系，且在较宽的光谱波段(例如波长从400nm到2500nm的光谱波段)内都存在对应关系，所以，本步骤中，需要从较宽的光谱波段中存在的众多的对应关系中，确定反射率随所述参数变化的变化率最大的，即反射率对所述参数的变化最为敏感的对应关系。S104 :查询所述对应关系,确定所述植被的空间分布状态。由对应关系，可以根据植被的冠层遥感图像的反射率得到其对应的参数的值，再依据所述参数的值，可以确定所述植被的空间分布状态。本实施例所述的植被空间分布状态测量方法，依据植被冠层的遥感图像中光谱反射率与植被空间的表征参数之间的对应关系，对植被的空间分布状态进行测量，而不必再依赖人工进行实地测量，因而，能够提高测量的准确性，并且提高测量的速度，两外，在相同的时间内，本实施例所述的方法可以实现对植被的大规模无损测量。
本发明实施例公开的又一种植被空间分布状态测量方法，如图2所示，包括S201 :获取待测植被的冠层遥感图像；S202:利用主成分分析和敏感性分析，统计叶倾角、叶面积指数等参数的变化对植被冠层遥感图像的影响程度，也就是植被冠层遥感图像对叶倾角、叶面积指数等参数的变化的敏感性；S203 :确定对所述冠层遥感图像的影响最大的参数为表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的参数；S204:依据所述参数及预设的模型，绘制预设的光谱波长范围内所述冠层遥感图像的光谱反射率随所述参数变化的曲线； 本实施例中，预设的模型可以为PR0SAIL计算植被冠层光谱和光谱影响因素的植被冠层(PR0SAIL)辐射传输模型。S205:依据所述曲线，确定所述冠层遥感图像的光谱反射率随所述参数变化率最大的光谱波长；S206:选择所述光谱波长对应的曲线为所述参数与所述冠层遥感图像的光谱反射率之间的对应关系；需要说明的是，上述通过绘制曲线、通过曲线在不同波长段的变化选择对应关系的方法只是本实施例的优选方式，除此以外，通过其它方式确定对应关系的方法，例如通过统计历史数据的表格等，均属于本发明的保护范围。S207 :测量所述植被的冠层遥感图像的反射率；S208 :依据所述对应关系，确定与所述反射率对应的所述参数的参数值；S209 :依据所述参数值，确定所述植被的空间分布状态。本实施例中，植被的空间分布状态可以具体划分为直立型、中间型和披散型。下面以小麦的空间分布状态测量为例，对本实施例中的方法进行详细论述如图3所示，测量小麦的空间分布状态的方法包括S301 :获取待测小麦的冠层遥感图像；S302:利用主成分分析和敏感性分析，统计叶倾角、叶面积指数对小麦冠层遥感图像的影响；S303 :确定对所述小麦冠层遥感图像的影响最大的叶倾角为表征小麦冠层遥感图像的空间分布状态的参数；S304 :依据叶倾角及PR0SAIL辐射传输模型，绘制400nm至2500nm波长范围内反射率随叶倾角变化的曲线；绘制的曲线如图4所示，其中，ALA表示小麦叶倾角，图4中表示出在400nm至2500nm的波长范围内，叶倾角从10度到90度的分别对应的光谱反射率曲线，可以看出，在不同的波长点，曲线的变化率是不同的。本实施例中，需要选择变化率最大的波长点的对应关系，需要说明的是，叶倾角从10度到90度包括了直立型、中间型和披散型三种植株空间分布状态时呈现的角度。S305 :从图4中的曲线中，确定近红外波段810nm波长处对应的光谱反射率为不同株型小麦的叶倾角与小麦冠层遥感图像的光谱反射率差异数值较大点；S306 :测量小麦冠层遥感图像的反射率；
S307 :依据上述确定的对应关系，确定与反射率对应的叶倾角值；S308 :选用小麦拔节期和返青期对结构参数敏感的拔节期近红外810nm处波段反射率和拔节与返青期两个小麦结构参数敏感生育时期的SlOnm处波段反射率比值的组合可以进行小麦叶倾角的识别，依据叶倾角确定出小麦空间分布状态的类型分为直立型、中间型和披散型。因为通过已有小麦栽培知识和对小麦主要生育时期的空间分布状态的冠层光谱反射率分析表明，小麦的拔节期和返青期的反射率的差异度能用于区分小麦的空间分布类型划分(直立型、中间型、披散型)。因此，选用小麦拔节期和返青期对结构参数敏感的拔节期近红外SlOnm处波段反射率和拔节与返青期两个小麦结构参数敏感生育时期的SlOnm处波段反射率比值的组合可以进行小麦叶倾角的识别。需要说明的是，本例中根据本发明实践过程中得到的经验，通过S308的技术手段 检测出小麦的空间分布状态，S308所述的技术手段只是本发明中依据对应关系，确定植被空间分布状态的一种是具体的实施方式，而并非唯一方式，其它能够依据对应关系确定植被空间分布状态的手段，也在本发明的保护范围之间。对小麦空间分布状态的测量结果如图5所示,三角形图标表示处于直立状态的小麦植株，正方形表不处于中间状态的小麦植株，圆形图标表不处于披散状态的小麦植株。从图5中可以看出，本实施例所述的方法，能够对植被中植株的空间分布状态做出识别。与上述方法实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种植被空间分布状态测量装置，如图6所示,包括遥感图像获取模块601，用于获取待测植被的冠层遥感图像；本实施例中，遥感图像获取模块至少包括遥感卫星，可以但不限于包括遥感图像预处理设备等。参数确定模块602，用于确定表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的参数；对应关系确定模块603，用于确定所述参数与所述冠层遥感图像的光谱反射率之间的对应关系；空间分布状态确定模块604，用于查询所述对应关系，确定所述植被的空间分布状态。本实施例中所述装置检测植被空间分布状态的过程为遥感图像获取模块获取待测植被的冠层遥感图像，参数确定模块确定出遥感图像的表征参数，对应关系确定模块确定出该植被冠层遥感图像敏感的表征参数与光谱反射率间的对应关系，空间分布状态确定模块依据对应关系，检测出植被中植株的空间分布状态。本实施例所述的植被空间分布状态测量装置，通过植被的遥感图像测量植被的空间分布状态，从而能够提高测量的准确性，并且，有利于实现植被空间分布状态的快速、大面积、无损测量。进一步地,本实施例中所述参数确定模块包括分析单元，用于用主成分分析和敏感性分析，统计不同参数对所述冠层遥感图像的影响；参数确定单元，用于确定对所述冠层遥感图像的影响最大的参数为表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的参数。
进一步地，本实施例中所述对应关系确定I旲块包括绘图单元，用于依据所述参数及预设的模型，绘制预设的光谱波长范围内所述冠层遥感图像的光谱反射率随所述参数变化的曲线；光谱波长确定单元，用于依据所述曲线，确定所述冠层遥感图像的光谱反射率随所述参数变化率最大的光谱波长；对 应关系选择单元，用于选择所述光谱波长对应的曲线为所述参数与所述冠层遥感图像的光谱反射率之间的对应关系。需要说明的是，上述对应关系确定模块包括各个单元只为本实施例的优选方案，本实施例并不做限定。进一步地，本实施例中所述空间分布状态确定模块包括测量单元，用于测量所述植被的冠层遥感图像的反射率；参数值确定单元，用于依据所述对应关系，确定与所述反射率对应的所述参数的参数值；空间分布状态确定单元，用于依据所述参数值，确定所述植被的空间分布状态。本实施例方法所述的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括u盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM, Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要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。
权利要求
1.ー种植被空间分布状态测量方法,其特征在于,包括 获取待测植被的冠层遥感图像； 确定表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的參数； 确定所述參数与所述冠层遥感图像的光谱反射率之间的对应关系； 查询所述对应关系，确定所述植被的空间分布状态。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述确定表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的參数包括 利用主成分分析和敏感性分析，统计不同參数对所述冠层遥感图像的影响； 确定对所述冠层遥感图像的影响最大的參数为表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的參数。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述确定所述參数与所述冠层遥感图像的光谱反射率之间的对应关系包括 依据所述參数及预设的模型，绘制预设的光谱波长范围内所述冠层遥感图像的光谱反射率随所述參数变化的曲线； 依据所述曲线，确定所述冠层遥感图像的光谱反射率随所述參数变化率最大的光谱波长; 选择所述光谱波长对应的曲线为所述參数与所述冠层遥感图像的光谱反射率之间的对应关系。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设的模型包括 计算植被冠层光谱和光谱影响因素的植被冠层辐射传输模型。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述查询所述对应关系，确定所述植被的空间分布状态包括 測量所述植被的冠层遥感图像的反射率； 依据所述对应关系，确定与所述反射率对应的所述參数的參数值； 依据所述參数值，确定所述植被的空间分布状态。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述确定表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的參数之前，还包括 对所述待测植被的冠层遥感图像进行预处理。
7.ー种植被空间分布状态测量装置，其特征在于，包括 遥感图像获取模块，用于获取待测植被的冠层遥感图像； 參数确定模块，用于确定表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的參数； 对应关系确定模块，用于确定所述參数与所述冠层遥感图像的光谱反射率之间的对应关系; 空间分布状态确定模块，用于查询所述对应关系，确定所述植被的空间分布状态。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述參数确定模块包括 分析単元，用于用主成分分析和敏感性分析，统计不同參数对所述冠层遥感图像的影响； 參数确定单元，用于确定对所述冠层遥感图像的影响最大的參数为表征所述冠层遥感图像的空间分布状态的參数。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述对应关系确定模块包括 绘图单元，用于依据所述參数及预设的模型，绘制预设的光谱波长范围内所述冠层遥感图像的光谱反射率随所述參数变化的曲线； 光谱波长确定单元，用于依据所述曲线，确定所述冠层遥感图像的光谱反射率随所述參数变化率最大的光谱波长； 对应关系选择单元，用于选择所述光谱波长对应的曲线为所述參数与所述冠层遥感图像的光谱反射率之间的对应关系。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述空间分布状态确定模块包括 测量单元，用于测量所述植被的冠层遥感图像的反射率； 參数值确定单元，用于依据所述对应关系，确定与所述反射率对应的所述參数的參数值； 空间分布状态确定単元，用于依据所述參数值，确定所述植被的空间分布状态。
全文摘要
本发明提供了一种植被空间结构参数状态测量方法及装置，通过对待测植被的冠层遥感图像进行分析，确定所述遥感图像的表征参数及表征参数与光谱反射率之间的对应关系，从而能够通过所述对应关系确定植被的空间分布状态，而避免了人工使用测量工具测量植被的空间分布状态，因而提高了测量的准确性和测量速度。
文档编号G01C11/00GK102853822SQ201210339810
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者黄文江, 刘良云, 杨贵军, 孙刚, 申茜, 彭代亮, 张清 申请人:中国科学院对地观测与数字地球科学中心