專利名稱：一種植被空間分布狀態測量方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及遙感領域，尤其涉及一種植被空間分布狀態測量方法及裝置。
背景技術：
植被空間分布狀態是指植被中的植株地上部分的空間分布狀態，通常，可以將植被的空間分布狀態分成直立型、中間型和披散型，一般地，葉傾角和葉面積指數等參數可以直接表征植被的空間分布狀態。目前，對植被空間分布狀態的測量通常由人工進行，具體地，由人工使用測量工具，實地測量植被中的植株的傾斜角等參數，再依據測得的參數計算出各植株的空間分布狀態。這種測量植被空間分布狀態的方法準確性不高，并且測量測度慢。

發明內容
有鑒于此，本發明提供了一種植被空間分布狀態測量方法及裝置，目的在于解決現有的植被空間分布狀態測量方法存在的準確性不高、測量速度慢的問題。為了實現上述目的，本發明實施例提供了以下技術方案—種植被空間分布狀態測量方法,包括獲取待測植被的冠層遙感圖像；確定表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數；確定所述參數與所述冠層遙感圖像的光譜反射率之間的對應關系；查詢所述對應關系，確定所述植被的空間分布狀態。優選地，所述確定表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數包括利用主成分分析和敏感性分析，統計不同參數對所述冠層遙感圖像的影響；確定對所述冠層遙感圖像的影響最大的參數為表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數。優選地，所述確定所述參數與所述冠層遙感圖像的光譜反射率之間的對應關系包括依據所述參數及預設的模型，繪制預設的光譜波長范圍內所述冠層遙感圖像的光譜反射率隨所述參數變化的曲線；依據所述曲線，確定所述冠層遙感圖像的光譜反射率隨所述參數變化率最大的光譜波長；選擇所述光譜波長對應的曲線為所述參數與所述冠層遙感圖像的光譜反射率之間的對應關系。優選地，所述預設的模型包括計算植被冠層光譜和光譜影響因素的植被冠層輻射傳輸模型。優選地，所述查詢所述對應關系，確定所述植被的空間分布狀態包括測量所述植被的冠層遙感圖像的反射率；
依據所述對應關系，確定與所述反射率對應的所述參數的參數值；依據所述參數值，確定所述植被的空間分布狀態。優選地，所述確定表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數之前，還包括對所述待測植被的冠層遙感圖像進行預處理。一種植被空間分布狀態測量裝置，包括遙感圖像獲取模塊，用于獲取待測植被的冠層遙感圖像；參數確定模塊，用于確定表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數；對應關系確定模塊，用于確定所述參數與所述冠層遙感圖像的光譜反射率之間的 對應關系；空間分布狀態確定模塊，用于查詢所述對應關系，確定所述植被的空間分布狀態。
優選地,所述參數確定模塊包括分析單元，用于用主成分分析和敏感性分析，統計不同參數對所述冠層遙感圖像的影響；參數確定單元，用于確定對所述冠層遙感圖像的影響最大的參數為表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數。優選地，所述對應關系確定模塊包括繪圖單元，用于依據所述參數及預設的模型，繪制預設的光譜波長范圍內所述冠層遙感圖像的光譜反射率隨所述參數變化的曲線；光譜波長確定單元，用于依據所述曲線，確定所述冠層遙感圖像的光譜反射率隨所述參數變化率最大的光譜波長；對應關系選擇單元，用于選擇所述光譜波長對應的曲線為所述參數與所述冠層遙感圖像的光譜反射率之間的對應關系。優選地，所述空間分布狀態確定模塊包括測量單元，用于測量所述植被的冠層遙感圖像的反射率；參數值確定單元，用于依據所述對應關系，確定與所述反射率對應的所述參數的參數值；空間分布狀態確定單元，用于依據所述參數值，確定所述植被的空間分布狀態。本發明實施例所述的植被空間分布狀態測量方法及裝置，通過對待測植被的冠層遙感圖像進行分析，確定所述遙感圖像的表征參數及表征參數與光譜反射率之間的對應關系，從而能夠通過所述對應關系確定植被的空間分布狀態，而避免了人工使用測量工具測量植被的空間分布狀態，因而提供了測量的準確性和測量速度。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明實施例公開的一種植被空間分布狀態測量方法的流程圖；圖2為本發明實施例公開的又一種植被空間分布狀態測量方法的流程圖3為本發明實施例公開的又一種植被空間分布狀態測量方法的流程圖；圖4為本發明實施例公開的一種植被空間分布狀態測量方法中400nm至2500nm波長范圍內反射率隨葉傾角變化的曲線的示意圖；圖5為本發明實施例公開的一種植被空間分布狀態測量方法中對小麥空間分布狀態的測量結果的示意圖；圖6為本發明實施例公開的一種植被空間分布狀態測量裝置的結構示意圖。
具體實施例方式本發明公開了一種植被空間分布狀態測量方法，利用植被冠層的遙感圖像檢測植被的空間分布狀態，而摒棄現有的人工使用測量工具，實地測量植被中的植株的方法。下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。本發明實施例公開了一種植被空間分布狀態測量方法，如圖I所示，包括SlOl :獲取待測植被的冠層遙感圖像；所述植被的冠層遙感圖像通常由遙感監測衛星拍攝得到，其中包括待測植被的冠層及其它噪聲，在進行后續處理之前，可以對遙感圖像進行預處理，包括幾何校正、濾除噪聲等。S102 :確定表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數；通常，葉傾角、葉面積指數等參數可以用來表征植被冠層遙感圖像的空間分布狀態，但是，不同參數對同一植被冠層遙感圖像的表征程度不同，例如，對于同一植被冠層遙感圖像，有可能葉傾角對遙感圖像的光譜的影響較大，那么就選擇葉傾角作為表征參數，因此，不同植被的冠層遙感圖像的表征參數不同，針對冠層遙感圖像，需要先確定其表征參數，只有選擇對植被的冠層遙感圖像光譜影響大的參數，才能夠為后續的準確測量提供保證。實際操作中，可以針對植被的冠層遙感圖像進行測試，找出對其光譜的影響較大的參數作為表征參數。S103 :確定所述參數與所述冠層遙感圖像的光譜反射率之間的對應關系；因為表征植被的冠層遙感圖像的參數與所述冠層遙感圖像之間存在對應關系，且在較寬的光譜波段(例如波長從400nm到2500nm的光譜波段)內都存在對應關系，所以，本步驟中，需要從較寬的光譜波段中存在的眾多的對應關系中，確定反射率隨所述參數變化的變化率最大的，即反射率對所述參數的變化最為敏感的對應關系。S104 :查詢所述對應關系,確定所述植被的空間分布狀態。由對應關系，可以根據植被的冠層遙感圖像的反射率得到其對應的參數的值，再依據所述參數的值，可以確定所述植被的空間分布狀態。本實施例所述的植被空間分布狀態測量方法，依據植被冠層的遙感圖像中光譜反射率與植被空間的表征參數之間的對應關系，對植被的空間分布狀態進行測量，而不必再依賴人工進行實地測量，因而，能夠提高測量的準確性，并且提高測量的速度，兩外，在相同的時間內，本實施例所述的方法可以實現對植被的大規模無損測量。
本發明實施例公開的又一種植被空間分布狀態測量方法，如圖2所示，包括S201 :獲取待測植被的冠層遙感圖像；S202:利用主成分分析和敏感性分析，統計葉傾角、葉面積指數等參數的變化對植被冠層遙感圖像的影響程度，也就是植被冠層遙感圖像對葉傾角、葉面積指數等參數的變化的敏感性；S203 :確定對所述冠層遙感圖像的影響最大的參數為表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數；S204:依據所述參數及預設的模型，繪制預設的光譜波長范圍內所述冠層遙感圖像的光譜反射率隨所述參數變化的曲線； 本實施例中，預設的模型可以為PR0SAIL計算植被冠層光譜和光譜影響因素的植被冠層(PR0SAIL)輻射傳輸模型。S205:依據所述曲線，確定所述冠層遙感圖像的光譜反射率隨所述參數變化率最大的光譜波長；S206:選擇所述光譜波長對應的曲線為所述參數與所述冠層遙感圖像的光譜反射率之間的對應關系；需要說明的是，上述通過繪制曲線、通過曲線在不同波長段的變化選擇對應關系的方法只是本實施例的優選方式，除此以外，通過其它方式確定對應關系的方法，例如通過統計歷史數據的表格等，均屬于本發明的保護范圍。S207 :測量所述植被的冠層遙感圖像的反射率；S208 :依據所述對應關系，確定與所述反射率對應的所述參數的參數值；S209 :依據所述參數值，確定所述植被的空間分布狀態。本實施例中，植被的空間分布狀態可以具體劃分為直立型、中間型和披散型。下面以小麥的空間分布狀態測量為例，對本實施例中的方法進行詳細論述如圖3所示，測量小麥的空間分布狀態的方法包括S301 :獲取待測小麥的冠層遙感圖像；S302:利用主成分分析和敏感性分析，統計葉傾角、葉面積指數對小麥冠層遙感圖像的影響；S303 :確定對所述小麥冠層遙感圖像的影響最大的葉傾角為表征小麥冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數；S304 :依據葉傾角及PR0SAIL輻射傳輸模型，繪制400nm至2500nm波長范圍內反射率隨葉傾角變化的曲線；繪制的曲線如圖4所示，其中，ALA表示小麥葉傾角，圖4中表示出在400nm至2500nm的波長范圍內，葉傾角從10度到90度的分別對應的光譜反射率曲線，可以看出，在不同的波長點，曲線的變化率是不同的。本實施例中，需要選擇變化率最大的波長點的對應關系，需要說明的是，葉傾角從10度到90度包括了直立型、中間型和披散型三種植株空間分布狀態時呈現的角度。S305 :從圖4中的曲線中，確定近紅外波段810nm波長處對應的光譜反射率為不同株型小麥的葉傾角與小麥冠層遙感圖像的光譜反射率差異數值較大點；S306 :測量小麥冠層遙感圖像的反射率；
S307 :依據上述確定的對應關系，確定與反射率對應的葉傾角值；S308 :選用小麥拔節期和返青期對結構參數敏感的拔節期近紅外810nm處波段反射率和拔節與返青期兩個小麥結構參數敏感生育時期的SlOnm處波段反射率比值的組合可以進行小麥葉傾角的識別，依據葉傾角確定出小麥空間分布狀態的類型分為直立型、中間型和披散型。因為通過已有小麥栽培知識和對小麥主要生育時期的空間分布狀態的冠層光譜反射率分析表明，小麥的拔節期和返青期的反射率的差異度能用于區分小麥的空間分布類型劃分(直立型、中間型、披散型)。因此，選用小麥拔節期和返青期對結構參數敏感的拔節期近紅外SlOnm處波段反射率和拔節與返青期兩個小麥結構參數敏感生育時期的SlOnm處波段反射率比值的組合可以進行小麥葉傾角的識別。需要說明的是，本例中根據本發明實踐過程中得到的經驗，通過S308的技術手段 檢測出小麥的空間分布狀態，S308所述的技術手段只是本發明中依據對應關系，確定植被空間分布狀態的一種是具體的實施方式，而并非唯一方式，其它能夠依據對應關系確定植被空間分布狀態的手段，也在本發明的保護范圍之間。對小麥空間分布狀態的測量結果如圖5所示,三角形圖標表示處于直立狀態的小麥植株，正方形表不處于中間狀態的小麥植株，圓形圖標表不處于披散狀態的小麥植株。從圖5中可以看出，本實施例所述的方法，能夠對植被中植株的空間分布狀態做出識別。與上述方法實施例相對應的，本發明實施例還公開了一種植被空間分布狀態測量裝置，如圖6所示,包括遙感圖像獲取模塊601，用于獲取待測植被的冠層遙感圖像；本實施例中，遙感圖像獲取模塊至少包括遙感衛星，可以但不限于包括遙感圖像預處理設備等。參數確定模塊602，用于確定表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數；對應關系確定模塊603，用于確定所述參數與所述冠層遙感圖像的光譜反射率之間的對應關系；空間分布狀態確定模塊604，用于查詢所述對應關系，確定所述植被的空間分布狀態。本實施例中所述裝置檢測植被空間分布狀態的過程為遙感圖像獲取模塊獲取待測植被的冠層遙感圖像，參數確定模塊確定出遙感圖像的表征參數，對應關系確定模塊確定出該植被冠層遙感圖像敏感的表征參數與光譜反射率間的對應關系，空間分布狀態確定模塊依據對應關系，檢測出植被中植株的空間分布狀態。本實施例所述的植被空間分布狀態測量裝置，通過植被的遙感圖像測量植被的空間分布狀態，從而能夠提高測量的準確性，并且，有利于實現植被空間分布狀態的快速、大面積、無損測量。進一步地,本實施例中所述參數確定模塊包括分析單元，用于用主成分分析和敏感性分析，統計不同參數對所述冠層遙感圖像的影響；參數確定單元，用于確定對所述冠層遙感圖像的影響最大的參數為表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數。
進一步地，本實施例中所述對應關系確定I旲塊包括繪圖單元，用于依據所述參數及預設的模型，繪制預設的光譜波長范圍內所述冠層遙感圖像的光譜反射率隨所述參數變化的曲線；光譜波長確定單元，用于依據所述曲線，確定所述冠層遙感圖像的光譜反射率隨所述參數變化率最大的光譜波長；對 應關系選擇單元，用于選擇所述光譜波長對應的曲線為所述參數與所述冠層遙感圖像的光譜反射率之間的對應關系。需要說明的是，上述對應關系確定模塊包括各個單元只為本實施例的優選方案，本實施例并不做限定。進一步地，本實施例中所述空間分布狀態確定模塊包括測量單元，用于測量所述植被的冠層遙感圖像的反射率；參數值確定單元，用于依據所述對應關系，確定與所述反射率對應的所述參數的參數值；空間分布狀態確定單元，用于依據所述參數值，確定所述植被的空間分布狀態。本實施例方法所述的功能如果以軟件功能單元的形式實現并作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算設備可讀取存儲介質中?；谶@樣的理解，本發明實施例對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該軟件產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算設備(可以是個人計算機，服務器，移動計算設備或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括u盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM, Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同或相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.ー種植被空間分布狀態測量方法,其特征在于,包括 獲取待測植被的冠層遙感圖像； 確定表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數； 確定所述參數與所述冠層遙感圖像的光譜反射率之間的對應關系； 查詢所述對應關系，確定所述植被的空間分布狀態。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述確定表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數包括 利用主成分分析和敏感性分析，統計不同參數對所述冠層遙感圖像的影響； 確定對所述冠層遙感圖像的影響最大的參數為表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述確定所述參數與所述冠層遙感圖像的光譜反射率之間的對應關系包括 依據所述參數及預設的模型，繪制預設的光譜波長范圍內所述冠層遙感圖像的光譜反射率隨所述參數變化的曲線； 依據所述曲線，確定所述冠層遙感圖像的光譜反射率隨所述參數變化率最大的光譜波長; 選擇所述光譜波長對應的曲線為所述參數與所述冠層遙感圖像的光譜反射率之間的對應關系。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述預設的模型包括 計算植被冠層光譜和光譜影響因素的植被冠層輻射傳輸模型。
5.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述查詢所述對應關系，確定所述植被的空間分布狀態包括 測量所述植被的冠層遙感圖像的反射率； 依據所述對應關系，確定與所述反射率對應的所述參數的參數值； 依據所述參數值，確定所述植被的空間分布狀態。
6.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述確定表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數之前，還包括 對所述待測植被的冠層遙感圖像進行預處理。
7.ー種植被空間分布狀態測量裝置，其特征在于，包括 遙感圖像獲取模塊，用于獲取待測植被的冠層遙感圖像； 參數確定模塊，用于確定表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數； 對應關系確定模塊，用于確定所述參數與所述冠層遙感圖像的光譜反射率之間的對應關系; 空間分布狀態確定模塊，用于查詢所述對應關系，確定所述植被的空間分布狀態。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述參數確定模塊包括 分析単元，用于用主成分分析和敏感性分析，統計不同參數對所述冠層遙感圖像的影響； 參數確定單元，用于確定對所述冠層遙感圖像的影響最大的參數為表征所述冠層遙感圖像的空間分布狀態的參數。
9.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述對應關系確定模塊包括 繪圖單元，用于依據所述參數及預設的模型，繪制預設的光譜波長范圍內所述冠層遙感圖像的光譜反射率隨所述參數變化的曲線； 光譜波長確定單元，用于依據所述曲線，確定所述冠層遙感圖像的光譜反射率隨所述參數變化率最大的光譜波長； 對應關系選擇單元，用于選擇所述光譜波長對應的曲線為所述參數與所述冠層遙感圖像的光譜反射率之間的對應關系。
10.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述空間分布狀態確定模塊包括 測量單元，用于測量所述植被的冠層遙感圖像的反射率； 參數值確定單元，用于依據所述對應關系，確定與所述反射率對應的所述參數的參數值； 空間分布狀態確定単元，用于依據所述參數值，確定所述植被的空間分布狀態。
全文摘要
本發明提供了一種植被空間結構參數狀態測量方法及裝置，通過對待測植被的冠層遙感圖像進行分析，確定所述遙感圖像的表征參數及表征參數與光譜反射率之間的對應關系，從而能夠通過所述對應關系確定植被的空間分布狀態，而避免了人工使用測量工具測量植被的空間分布狀態，因而提高了測量的準確性和測量速度。
文檔編號G01C11/00GK102853822SQ201210339810
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者黃文江, 劉良云, 楊貴軍, 孫剛, 申茜, 彭代亮, 張清 申請人:中國科學院對地觀測與數字地球科學中心