基于單極化雷達數(shù)據的土壤含水量反演方法及系統(tǒng)技術方案

本發(fā)明專利技術涉及一種基于單極化雷達數(shù)據的土壤含水量反演方法及系統(tǒng)，所述方法包括：S1、選取待測地區(qū)的干旱期圖像和雨期圖像；S2、對所述干旱期圖像和所述雨期圖像分別進行定標；S3、將定標后的所述干旱期圖像和雨期圖像進行配準，并計算所述配準后的干旱期圖像的后向散射系數(shù)和所述配準后的雨期圖像的后向散射系數(shù)；S4、使用預設的干旱期土壤介電常數(shù)、所述配準后的干旱期圖像的后向散射系數(shù)和所述配準后的雨期圖像的后向散射系數(shù)進行反演計算，得到雨期的土壤介電常數(shù)；S5、將所述雨期土壤介電常數(shù)代入土壤水分反演模型，計算所述待測地區(qū)的土壤含水量。本發(fā)明專利技術的方法能夠有效利用多時相的單極化雷達數(shù)據獲取干旱半干旱區(qū)土壤含水量分布。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及微波遙感
，尤其涉及一種基于單極化雷達數(shù)據的土壤含水量反演方法及系統(tǒng)。
技術介紹
地表參數(shù)的反演一直是微波遙感研究的熱點，尤其是土壤水分的反演。在現(xiàn)有文獻中，學者對土壤含水量的反演進行了多方面的研究，也創(chuàng)立了很多經驗反演模型，比如Shi模型、Dubois模型、Oh模型等等。這些模型是根據實測數(shù)據，建立HH、VV或者HV等多極化數(shù)據與地面參數(shù)。但現(xiàn)在大量的數(shù)據是單波段、單極化，比如Radarsat-1，ERS，JERS，環(huán)境一號C衛(wèi)星等。為了克服以上模型的問題，即要利用單極化數(shù)據進行水分反演。不少學者結合研究區(qū)地理特征進行了研究，提出了多時相單極化雷達數(shù)據在半干旱地區(qū)反演水分的方法。但這些算法對極化方式、角度、干旱區(qū)土壤介電特性等參數(shù)對于模型結果的影響沒有進一步分析。
技術實現(xiàn)思路
基于上述問題，本專利技術提供一種適用于單極化雷達數(shù)據的土壤水分反演方法及系統(tǒng)，該方法能夠利用多時相的單極化雷達數(shù)據有效地獲取干旱半干旱區(qū)土壤含水量的分布。根據上述目的，本專利技術提供了一種基于單極化雷達數(shù)據的土壤含水量反演方法，其特征在于，所述方法包括：S1、選取待測地區(qū)的干旱期圖像和雨期圖像，所述干旱期圖像與所述雨期圖像具有相同的成像參數(shù)；S2、對所述干旱期圖像和所述雨期圖像分別進行定標；S3、將定標后的所述干旱期圖像和雨期圖像進行配準，得到配準后的干旱期圖像和配準后的雨期圖像，并計算所述配準后的干旱期圖像的后向散射系數(shù)和所述配準后的雨期圖像的后向散射系數(shù)；S4、使用預設的干旱期土壤介電常數(shù)、所述配準后的干旱期圖像的后向散射系數(shù)和所述配準后的雨期圖像的后向散射系數(shù)進行反演計算，得到雨期的土壤介電常數(shù)；S5、將所述雨期土壤介電常數(shù)代入土壤水分反演模型，計算所述待測地區(qū)的土壤含水量。其中，所述成像參數(shù)包括成像模式和入射角度。其中，所述干旱期圖像和所述雨期圖像均為單極化雷達圖像。其中，所述步驟S3中將定標后的所述干旱期圖像和雨期圖像進行配準，具體包括：采用基于自動匹配找點的一次多項式幾何校正的方式將定標后的所述干旱期圖像和雨期圖像進行配準。其中，采用基于自動匹配找點的一次多項式幾何校正的方式將定標后的所述干旱期圖像和雨期圖像進行配準，具體包括：將所述干旱期圖像或雨期圖像的任意一個作為基準圖像，另一個為帶匹配圖像；通過一次多項式幾何校正的方式對所述帶匹配圖像進行校正。其中，所述步驟S4中計算所述雨期的土壤介電常數(shù)具體包括：當選擇的所述干旱期圖像和所述雨期圖像為VV極化圖像時，計算所述雨期的土壤介電常數(shù)的反演公式為：σvv-wet0-σvv-dry0=γvvλ1Cvv-1ln(ϵwet-ϵdry)+λ2Cvv-2,]]>當選擇的所述干旱期圖像和所述雨期圖像為HH極化圖像時，計算所述雨期的土壤介電常數(shù)的反演公式為：σhh-wet0-σhh-dry0=γhhλ1Chh-1ln(ϵwet-ϵdry)+λ2Chh-2,]]>其中，為VV極化圖像的雨期圖像后向散射系數(shù)，為VV極化圖像的干旱期圖像后向散射系數(shù)，為HH極化圖像的雨期圖像后向散射系數(shù)，為VV極化圖像的干旱期圖像后向散射系數(shù)，εwet為雨期土壤介電常數(shù)，εdry為干旱期土壤介電常數(shù)，γvv=[sin(θ)sin(i)]n,]]>γhh＝1/γvv、n=110-θ/10,]]>Cvv-1＝2.1561、Cvv-2＝1.5584、Chh-1＝2.0089、Chh-2＝1.5561、均為反演計算時的擬合系數(shù)。根據本專利技術的另一個方面，提供一種基于單極化雷達數(shù)據的土壤含水量反演系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：圖像選取單元，用于選取待測地區(qū)的干旱期圖像和雨期圖像，所述干旱起圖像與所述雨期圖像具有相同的成像參數(shù)；定標單元，用于對所述干旱期圖像和所述雨期圖像分別進行定標；圖像配準單元，用于將定標后的所述干旱期圖像和雨期圖像進行配準；后向散射系數(shù)計算單元，用于計算所述配準后的干旱期圖像的后向散射系數(shù)和所述配準后的雨期圖像的后向散射系數(shù)；反演計算單元，使用預設的干旱期土壤介電常數(shù)、所述配準后的干旱期圖像的后向散射系數(shù)和所述配準后的雨期圖像的后向散射系數(shù)進行反演計算，得到雨期的土壤介電常數(shù)；土壤含水量計算單元，用于將所述雨期土壤介電常數(shù)代入土壤水分反演模型，計算所述待測地區(qū)的土壤含水量。本專利技術提供一種適用于單極化雷達數(shù)據的土壤水分反演方法及系統(tǒng)，通過對多時相的單極化雷達數(shù)據的應用，突破了常規(guī)使用多極化數(shù)據開展土壤水分反演的方法，能夠利用我國更為廣泛的單極化數(shù)據開展土壤水分反演；另外，本專利技術反演方法靈活，考慮了不同極化方式、不同入射角、不同干旱期土壤狀況等因素，適用性較廣泛。附圖說明通過參考附圖會更加清楚的理解本專利技術的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應理解為對本專利技術進行任何限制，在附圖中：圖1示出了本專利技術的基于單極化雷達數(shù)據的土壤含水量反演方法的流程圖。圖2示出了本專利技術的基于單極化雷達數(shù)據的土壤含水量反演系統(tǒng)的結構框圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚吧明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。下面將結合附圖對本專利技術的實施例進行詳細描述。圖1示出了本專利技術的基于單極化雷達數(shù)據的土壤含水量反演方法的流程圖。參照圖1，本專利技術的本專利技術提供了一種基于單極化雷達數(shù)據的土壤含水量反演方法，其特征在于，所述方法包括：S1、選取待測地區(qū)的干旱期圖像和雨期圖像，所述干旱期圖像與所述雨期圖像具有相同的成像參數(shù)；本實施例中，干旱期圖像和雨期圖像均為單極化雷達圖像，并且成像參數(shù)包括成像模式和入射角度等參數(shù)。S2、對所述干旱期圖像和所述雨期圖像分別進行定標；在本實施例中，定標公式和定標系數(shù)一般由數(shù)據分發(fā)組織提供，如典型的定標公式有：σ0＝k*DN2*sinθ其中，σ0為定標后的雷達后向散射系數(shù)，DN為圖像像素值，θ為像元入射角，k為定標常數(shù)。S3、將定標后的所述干旱期圖像和雨期圖像進行配準，得到配準本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于單極化雷達數(shù)據的土壤含水量反演方法，其特征在于，所述方法包括：S1、選取待測地區(qū)的干旱期圖像和雨期圖像，所述干旱期圖像與所述雨期圖像具有相同的成像參數(shù)；S2、對所述干旱期圖像和所述雨期圖像分別進行定標；S3、將定標后的所述干旱期圖像和雨期圖像進行配準，得到配準后的干旱期圖像和配準后的雨期圖像，并計算所述配準后的干旱期圖像的后向散射系數(shù)和所述配準后的雨期圖像的后向散射系數(shù)；S4、使用預設的干旱期土壤介電常數(shù)、所述配準后的干旱期圖像的后向散射系數(shù)和所述配準后的雨期圖像的后向散射系數(shù)進行反演計算，得到雨期的土壤介電常數(shù)；S5、將所述雨期土壤介電常數(shù)代入土壤水分反演模型，計算所述待測地區(qū)的土壤含水量。

【技術特征摘要】
1.一種基于單極化雷達數(shù)據的土壤含水量反演方法，其特征在
于，所述方法包括：
S1、選取待測地區(qū)的干旱期圖像和雨期圖像，所述干旱期圖像與
所述雨期圖像具有相同的成像參數(shù)；
S2、對所述干旱期圖像和所述雨期圖像分別進行定標；
S3、將定標后的所述干旱期圖像和雨期圖像進行配準，得到配準
后的干旱期圖像和配準后的雨期圖像，并計算所述配準后的干旱期圖
像的后向散射系數(shù)和所述配準后的雨期圖像的后向散射系數(shù)；
S4、使用預設的干旱期土壤介電常數(shù)、所述配準后的干旱期圖像
的后向散射系數(shù)和所述配準后的雨期圖像的后向散射系數(shù)進行反演
計算，得到雨期的土壤介電常數(shù)；
S5、將所述雨期土壤介電常數(shù)代入土壤水分反演模型，計算所述
待測地區(qū)的土壤含水量。
2.根據權利要求1所述的基于單極化雷達數(shù)據的土壤含水量反演
方法，其特征在于，所述成像參數(shù)包括成像模式和入射角度。
3.根據權利要求1所述的基于單極化雷達數(shù)據的土壤含水量反演
方法，其特征在于，所述干旱期圖像和所述雨期圖像均為單極化雷達
圖像。
4.根據權利要求1所述的基于單極化雷達數(shù)據的土壤含水量反
演方法，其特征在于，所述步驟S3中將定標后的所述干旱期圖像和
雨期圖像進行配準，具體包括：
采用基于自動匹配找點的一次多項式幾何校正的方式將定標后
的所述干旱期圖像和雨期圖像進行配準。
5.根據權利要求1所述的基于單極化雷達數(shù)據的土壤含水量反演
方法，其特征在于，所述步驟S4中計算所述雨期的土壤介電常數(shù)具體
包括：
當選擇的所述干旱期圖像和所述雨期圖像為VV極化圖像時，計
算所述雨期的土壤介電常數(shù)的反演公式為：
σvv-wet0-σvv-dry0=γvvλ1Cvv-1ln(ϵwet-&ep...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：熊文成，聶憶黃，孫中平，屈冉，婁啟佳，
申請(專利權)人：環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11