一种植被光合有效辐射吸收率的遥感估算方法及装置与流程

技术特征：

1.一种植被光合有效辐射吸收率的遥感估算方法，其特征在于，所述方法包括：

以微分法对原始光谱曲线进行前置处理，对原始光谱曲线波段上各采样点按公式：计算其二阶微分量，从而得到二阶微分曲线，并利用二阶微分曲线对原始光谱曲线进行去噪预处理，其中，λ_i代表波段上第i个采样点的波长；R_i代表波段上第i个采样点的原始光谱反射率；SDR_i代表波段上第i个采样点的二阶微分，i＝1，2......N，N为样本点数，即二阶微分曲线在波段上的总点数；

对去噪预处理后的光谱曲线进行去包络线处理，得到去包络线后的光谱曲线；

利用所述去包络线后的光谱曲线，识别特征吸收峰并提取其光谱吸收指数SAI；

根据所述特征吸收峰SAI的，获取融入可见光-近红外高光谱吸收特征的新型植被指数，从而进行植被光合有效辐射吸收率FAPAR的遥感估算。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述去噪预处理具体包括以下步骤：

如果二阶微分曲线在波段上某采样点的数值小于或等于反射率，即SDR_i≤R_i，则该采样点为真实曲线所经过的点(λ_i，R_i)，将其保留；反之，如果该采样点的值大于反射率，即SDR_i＞R_i，则为噪声，将其去掉；对于波段上保留的采样点进行平滑操作，根据下式重新计算波段上保留的采样点的反射率，

其中，w是窗口选择的点的个数，N是样本点数，即二阶微分曲线在波段上的总点数。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述对去噪预处理后的光谱曲线进行去包络线处理具体包括以下步骤：

设所述去噪预处理后得到的R_i组成数组R_i，i＝1，2......N；

波段上的采样点波长组成数组λ_i，i＝1，2......N；

A.i：＝1，将R₁，λ₁加入到包络线节点表中；

B.求新的包络节点，如i＝N，则结束，否则j：＝i+1；

C.连接i，j；检查(i，j)直线与反射率曲线的交点，如果j＝N则结束，将R_j，λ_j加入到包络线节点表中，否则：

a.m＝j+1；

b.如果m＝N则完成检查，j是包络线上的点，将R_j，λ_j加入到包络线的节点表中，i＝j转到B；

c.否则，求i，j与λ_m的交点R1_m；

d.如果R_m＜R1_m，则j不是包络线上的点，j：＝j+1转到B；如果R_m≤R1_m则i，j与光谱曲线最多有一个交点，m：＝m+1，转到b；

D.得到光谱曲线的包络线节点后，将相邻的节点用直线段依次相连，求出λ_i，i＝1，2......N所对应的折线段上的点的函数值h_i，i＝1，2......N，从而得到该光谱曲线的包络线，显然有R_i≤h_i；

E.对求出的包络线按公式对光谱曲线进行包络线消除。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述利用所述去包络线后的光谱曲线，识别特征吸收峰并提取其光谱吸收指数SAI具体包括以下步骤：

去包络化后的光谱曲线有明显的波峰和波谷特征，选择表征叶绿素光合有效辐射强吸收的蓝波段吸收峰M0、红波段吸收峰M1以及对叶片水分含量敏感的近红外波段吸收峰M2与M3作为对植被光合有效辐射吸收率敏感的特征吸收峰；

其中，S1是一个吸收峰右肩、S2是一个吸收峰左肩、M是一个吸收峰峰值点，令：

R₁、λ₁分别为吸收峰右肩S1的反射率和波长位置；

R_M、λ_M分别为吸收峰峰值点M的反射率和波长位置；

R₂、λ₂分别为吸收峰左肩S2的反射率和波长位置；

对特征吸收峰的光谱吸收指数SAI进行如下公式提取：

SAI＝[(λ_m-λ₂)/(λ₁-λ₂)×R₁+(1-(λ_m-λ₂)/(λ₁-λ₂))×R₂]/R_m。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述根据所述特征吸收峰SAI的，获取融入可见光-近红外高光谱吸收特征的新型植被指数具体包括以下步骤：

通过对特征吸收峰SAI进行数学变化，构建新型植被指数：

$SAIVI=\frac{C_1-C_2}{C_1+C_2}=\frac{{\mathrm{SAI}}_{M0}\×{\mathrm{SAI}}_{M1}-{\mathrm{SAI}}_{M2}\×{\mathrm{SAI}}_{M3}}{{\mathrm{SAI}}_{M0}\×{\mathrm{SAI}}_{M1}+{\mathrm{SAI}}_{M2}\×{\mathrm{SAI}}_{M3}},$

其中，SAI_Mx为吸收峰Mx的SAI值，其分子与分母均包含C1与C2，其中，C1由对叶绿素浓度敏感的蓝波段吸收峰M0、红波段吸收峰M1的SAI的乘积构成，C2由对叶片水分含量敏感的近红外波段吸收峰M2与M3的SAI的乘积构成。

6.一种植被光合有效辐射吸收率的遥感估算装置，其特征在于，所述装置包括：

微分处理单元，用于以微分法对原始光谱曲线进行前置处理，对原始光谱曲线波段上各采样点按公式：计算其二阶微分量，从而得到二阶微分曲线，并利用二阶微分曲线对原始光谱曲线进行去噪预处理，其中，λ_i代表波段上第i个采样点的波长；R_i代表波段上第i个采样点的原始光谱反射率；SDR_i代表波段上第i个采样点的二阶微分，i＝1，2......N，N为样本点数，即二阶微分曲线在波段上的总点数；

去包络线处理单元，用于对去噪预处理后的光谱曲线进行去包络线处理，得到去包络线后的光谱曲线；

SAI提取单元，用于利用所述去包络线后的光谱曲线，识别特征吸收峰并提取其光谱吸收指数SAI；

FAPAR估算单元，用于根据所述特征吸收峰SAI的，获取融入可见光-近红外高光谱吸收特征的新型植被指数，从而进行植被光合有效辐射吸收率的遥感估算。

7.根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述微分处理单元的去噪预处理具体包括以下步骤：

如果二阶微分曲线在波段上某采样点的数值小于或等于反射率，即SDR_i≤R_i，则该采样点为真实曲线所经过的点(λ_i，R_i)，将其保留；反之，如果该采样点的值大于反射率，即SDR_i＞R_i，则为噪声，将其去掉；对于波段上保留的采样点进行平滑操作，根据下式重新计算波段上保留的采样点的反射率，

其中，w是窗口选择的点的个数，N是样本点数，即二阶微分曲线在波段上的总点数。

8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述去包络线处理单元，具体用于：

设所述去噪预处理后得到的R_i组成数组R_i，i＝1，2......N；

波段上的采样点波长组成数组λ_i，i＝1，2......N；

A.i：＝1，将R₁，λ₁加入到包络线节点表中；

B.求新的包络节点，如i＝N，则结束，否则j：＝i+1；

C.连接i，j；检查(i，j)直线与反射率曲线的交点，如果j＝N则结束，将R_j，λ_j加入到包络线节点表中，否则：

a.m＝j+1；

b.如果m＝N则完成检查，j是包络线上的点，将R_j，λ_j加入到包络线的节点表中，i＝j转到B；

c.否则，求i，j与λ_m的交点R1_m；

d.如果R_m＜R1_m，则j不是包络线上的点，j：＝j+1转到B；如果R_m≤R1_m则i，j与光谱曲线最多有一个交点，m：＝m+1，转到b；

D.得到光谱曲线的包络线节点后，将相邻的节点用直线段依次相连，求出λ_i，i＝1，2......N所对应的折线段上的点的函数值h_i，i＝1，2......N，从而得到该光谱曲线的包络线，显然有R_i≤h_i；

E.对求出的包络线按公式对光谱曲线进行包络线消除。

9.根据权利要求8所述装置，其特征在于，所述SAI提取单元，具体用于：

去包络化后的光谱曲线有明显的波峰和波谷特征，选择表征叶绿素光合有效辐射强吸收的蓝波段吸收峰M0、红波段吸收峰M1以及对叶片水分含量敏感的近红外波段吸收峰M2与M3作为对植被光合有效辐射吸收率敏感的特征吸收峰；

其中，S1是一个吸收峰右肩、S2是一个吸收峰左肩、M是一个吸收峰峰值点，令：

R₁、λ₁分别为吸收峰右肩S1的反射率和波长位置；

R_M、λ_M分别为吸收峰峰值点M的反射率和波长位置；

R₂、λ₂分别为吸收峰左肩S2的反射率和波长位置；

对特征吸收峰的光谱吸收指数SAI进行如下公式提取：

SAI＝[(λ_m-λ₂)/(λ₁-λ₂)×R₁+(1-(λ_m-λ₂)/(λ₁-λ₂))×R₂]/R_m。

10.根据权利要求9所述装置，其特征在于，所述FAPAR估算单元，具体用于：

通过对特征吸收峰SAI进行数学变化，构建新型植被指数：

$SAIVI=\frac{C_1-C_2}{C_1+C_2}=\frac{{\mathrm{SAI}}_{M0}\×{\mathrm{SAI}}_{M1}-{\mathrm{SAI}}_{M2}\×{\mathrm{SAI}}_{M3}}{{\mathrm{SAI}}_{M0}\×{\mathrm{SAI}}_{M1}+{\mathrm{SAI}}_{M2}\×{\mathrm{SAI}}_{M3}},$

其中，SAI_Mx为吸收峰Mx的SAI值，其分子与分母均包含C1与C2，其中，C1由对叶绿素浓度敏感的蓝波段吸收峰M0、红波段吸收峰M1的SAI的乘积构成，C2由对叶片水分含量敏感的近红外波段吸收峰M2与M3的SAI的乘积构成。