基于单极化雷达数据的土壤含水量反演方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及微波遥感技术领域，尤其设及一种基于单极化雷达数据的±壤含水量 反演方法及系统。
【背景技术】
[0002] 地表参数的反演一直是微波遥感研究的热点，尤其是±壤水分的反演。在现有文 献中，学者对±壤含水量的反演进行了多方面的研究，也创立了很多经验反演模型，比如 Shi模型、Dubois模型、化模型等等。该些模型是根据实测数据，建立皿、W或者HV等多 极化数据与地面参数。但现在大量的数据是单波段、单极化，比如Radarsat-1，邸S，巧RS， 环境一号C卫星等。为了克服W上模型的问题，即要利用单极化数据进行水分反演。不少 学者结合研究区地理特征进行了研究，提出了多时相单极化雷达数据在半干旱地区反演水 分的方法。但该些算法对极化方式、角度、干旱区±壤介电特性等参数对于模型结果的影响 没有进一步分析。
【发明内容】
[0003] 基于上述问题，本发明提供一种适用于单极化雷达数据的±壤水分反演方法及系 统，该方法能够利用多时相的单极化雷达数据有效地获取干旱半干旱区±壤含水量的分 布。
[0004] 根据上述目的，本发明提供了一种基于单极化雷达数据的±壤含水量反演方法， 其特征在于，所述方法包括：
[0005] S1、选取待测地区的干旱期图像和雨期图像，所述干旱期图像与所述雨期图像具 有相同的成像参数；
[0006] S2、对所述干旱期图像和所述雨期图像分别进行定标；
[0007]S3、将定标后的所述干旱期图像和雨期图像进行配准，得到配准后的干旱期图像 和配准后的雨期图像，并计算所述配准后的干旱期图像的后向散射系数和所述配准后的雨 期图像的后向散射系数；
[000引 S4、使用预设的干旱期±壤介电常数、所述配准后的干旱期图像的后向散射系数 和所述配准后的雨期图像的后向散射系数进行反演计算，得到雨期的±壤介电常数；
[0009] S5、将所述雨期±壤介电常数代入±壤水分反演模型，计算所述待测地区的±壤 含水量。
[0010] 其中，所述成像参数包括成像模式和入射角度。
[0011] 其中，所述干旱期图像和所述雨期图像均为单极化雷达图像。
[0012] 其中，所述步骤S3中将定标后的所述干旱期图像和雨期图像进行配准，具体包 括：
[0013] 采用基于自动匹配找点的一次多项式几何校正的方式将定标后的所述干旱期图 像和雨期图像进行配准。
[0014] 其中，采用基于自动匹配找点的一次多项式几何校正的方式将定标后的所述干旱 期图像和雨期图像进行配准，具体包括：
[0015] 将所述干旱期图像或雨期图像的任意一个作为基准图像，另一个为带匹配图像；
[0016] 通过一次多项式几何校正的方式对所述带匹配图像进行校正。
[0017] 其中，所述步骤S4中计算所述雨期的±壤介电常数具体包括：
[001引当选择的所述干旱期图像和所述雨期图像为W极化图像时，计算所述雨期的± 壤介电常数的反演公式为：
[0019]
【主权项】
1. 一种基于单极化雷达数据的土壤含水量反演方法，其特征在于，所述方法包括： 51、 选取待测地区的干旱期图像和雨期图像，所述干旱期图像与所述雨期图像具有相 同的成像参数； 52、 对所述干旱期图像和所述雨期图像分别进行定标； 53、 将定标后的所述干旱期图像和雨期图像进行配准，得到配准后的干旱期图像和配 准后的雨期图像，并计算所述配准后的干旱期图像的后向散射系数和所述配准后的雨期图 像的后向散射系数； 54、 使用预设的干旱期土壤介电常数、所述配准后的干旱期图像的后向散射系数和所 述配准后的雨期图像的后向散射系数进行反演计算，得到雨期的土壤介电常数； 55、 将所述雨期土壤介电常数代入土壤水分反演模型，计算所述待测地区的土壤含水 量。
2. 根据权利要求1所述的基于单极化雷达数据的土壤含水量反演方法，其特征在于， 所述成像参数包括成像模式和入射角度。
3. 根据权利要求1所述的基于单极化雷达数据的土壤含水量反演方法，其特征在于， 所述干旱期图像和所述雨期图像均为单极化雷达图像。
4. 根据权利要求1所述的基于单极化雷达数据的土壤含水量反演方法，其特征在于， 所述步骤S3中将定标后的所述干旱期图像和雨期图像进行配准，具体包括： 采用基于自动匹配找点的一次多项式几何校正的方式将定标后的所述干旱期图像和 雨期图像进行配准。
5. 根据权利要求1所述的基于单极化雷达数据的土壤含水量反演方法，其特征在于， 所述步骤S4中计算所述雨期的土壤介电常数具体包括： 当选择的所述干旱期图像和所述雨期图像为VV极化图像时，计算所述雨期的土壤介 电常数的反演公式为：
当选择的所述干旱期图像和所述雨期图像为HH极化图像时，计算所述雨期的土壤介 电常数的反演公式为：
其中，为W极化酣象的雨期酣象后向散射·系数，,为化酣象的干旱 期图像后向散射系数，为HH极化图像的雨期图像后向散射系数，为VV极 化图像的干旱期图像后向散射系数，ewet为雨期土壤介电常数，ε 为干旱期土壤介电常
Cvrt = 2. 1561、C vv_2= 1.5584、Curi =2. 0089、Ctt_2= L 5561、木=1.165^^、A2 =2.6^31均为反演计算时的拟合系数。
6. -种基于单极化雷达数据的土壤含水量反演系统，其特征在于，所述系统包括： 图像选取单元，用于选取待测地区的干旱期图像和雨期图像，所述干旱起图像与所述 雨期图像具有相同的成像参数； 定标单元，用于对所述干旱期图像和所述雨期图像分别进行定标； 图像配准单元，用于将定标后的所述干旱期图像和雨期图像进行配准； 后向散射系数计算单元，用于计算所述配准后的干旱期图像的后向散射系数和所述配 准后的雨期图像的后向散射系数； 反演计算单元，使用预设的干旱期土壤介电常数、所述配准后的干旱期图像的后向散 射系数和所述配准后的雨期图像的后向散射系数进行反演计算，得到雨期的土壤介电常 数； 土壤含水量计算单元，用于将所述雨期土壤介电常数代入土壤水分反演模型，计算所 述待测地区的土壤含水量。
【专利摘要】本发明涉及一种基于单极化雷达数据的土壤含水量反演方法及系统，所述方法包括：S1、选取待测地区的干旱期图像和雨期图像；S2、对所述干旱期图像和所述雨期图像分别进行定标；S3、将定标后的所述干旱期图像和雨期图像进行配准，并计算所述配准后的干旱期图像的后向散射系数和所述配准后的雨期图像的后向散射系数；S4、使用预设的干旱期土壤介电常数、所述配准后的干旱期图像的后向散射系数和所述配准后的雨期图像的后向散射系数进行反演计算，得到雨期的土壤介电常数；S5、将所述雨期土壤介电常数代入土壤水分反演模型，计算所述待测地区的土壤含水量。本发明的方法能够有效利用多时相的单极化雷达数据获取干旱半干旱区土壤含水量分布。
【IPC分类】G01N22-04
【公开号】CN104865274
【申请号】CN201510164036
【发明人】熊文成, 聂忆黄, 孙中平, 屈冉, 娄启佳
【申请人】环境保护部卫星环境应用中心
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月8日