一种考虑油菜花叶角果分层的全生育期微波散射特性测量方法和系统

本发明涉及油菜生长测量技术，更具体地，涉及一种考虑油菜花叶角果分层的全生育期微波散射特性测量方法和系统。

背景技术：

1、油菜是重要的油料作物，实时、动态、大范围的油菜长势监测对指导农业生产、维持粮油市场稳定等具有重大意义。油菜主产区天气多云雨，光学遥感监测有所限制。合成孔径雷达(synthetic aperture radar,sar)能够在各种天气条件下探测目标的散射信息，具有穿透能力。相比于光学遥感数据，sar数据有着不可替代的重要作用。

2、油菜植株具有特殊的形态和光合器官演替特征，其生长周期伴随着油菜花、角果、叶片的生长与衰落。水平冠层从叶变为油菜花，再变为角果。垂直结构高度不断升高，叶片、油菜花和角果交替出现。主要光合器官也由叶片演替为角果皮。油菜植株生育期内生长特征变化复杂，故对于油菜的微波散射特性研究不能单一的关注某个生育期和仅关注冠层，要考虑关键生育期，分生育期详细分析。且油菜植株高大，有明显的分层特点，在建立微波散射模型时需要考虑冠层、茎干层以及地面层的微波特征。

3、先前已有对作物的分生育期分层研究，主要集中在水稻和小麦等作物。水稻生长从幼苗期、分蘖期到抽穗期，水稻的茎秆长度、叶片均在不断变化，穗部从无到有；小麦与水稻也具有相似的随生育期变化的特征。基于此，研究者们对微波散射模型进行了改进，提出分生育期分层微波散射模型。水稻生育期一般分为3个阶段：幼苗期(单层)，分蘖期(双层：茎层、叶层)，抽穗期(茎层、叶-穗层)。考虑五种散射机制：叶散射、茎散射、土壤散射、叶-土壤相互作用、茎-土壤相互作用。以小麦为研究对象，根据小麦生育期的形态差异分别构建了双层离散、双层连续、三层离散模型，分别对应拔节期、抽穗期、成熟期。

4、但是这些模型都是基于低矮作物实现的，小麦、水稻的分层皆重点关注于穗部的出现，由单层模型发展为双层模型或三层模型。其他低矮作物茎叶分层不明显以及无冠层变化，探索分层特点必要性低。而高大作物，植株高度高、垂直结构变化复杂，伴随着生育期的变化冠层结构也有显著演变，比如油菜冠层从叶、花到角果，玉米冠层叶伸展到穗抽出。故高大作物的复杂性更需关注其微波分层特性，以期更细致的描绘作物的微波散射机理，实现作物参数高精度反演。

技术实现思路

1、针对背景技术中的问题，本发明提出一种考虑油菜花叶角果分层的全生育期微波散射特性测量方法，包括：s1，通过分层测量方法测量油菜生育期五个时期的微波散射特性，其中，所述油菜生育期五个时期包括：六叶期、30％开花、90％开花、初熟期和成熟期；s2，针对步骤s1获得的5个时期的微波散射特性进行分层剪裁测量，包括：针对于油菜六叶期和成熟期，利用双层水云模型测量作物层和土壤层的散射系数，所述双层水云模型包括作物层、土壤层的直接散射信息，作物层和土壤层之间的多次散射信息；针对于油菜30％开花期、90％开花期和初熟期，利用三层水云模型测量冠层、茎叶层和土壤层的散射系统，所述三层水云模型考虑了冠层、茎叶层、土壤层的直接散射信息，冠层、茎叶层与土壤层之间的多次散射信息。

2、本发明针对于油菜的独特生长特点提出一种分层微波特性测量方法，考虑油菜花、叶、角果的交替出现特征，探索复杂高大作物的分层微波特性，并根据其分层特点构建了分层模型来验证所提方案的有效性。

3、本发明从定性与定量两个角度分析了油菜关键生育期的微波特性，探索其分层散射特征。以期为后续构建油菜微波散射模型以及油菜作物参数反演模型奠定基础，以及为玉米、高粱等高大作物的微波散射测量和建模提供参考。

4、本发明针对于油菜生长特点，其垂直结构的复杂变化，油菜叶片、花、角果的交替出现以及光合器官的演替特征，创新性的提出其微波分层特性。本发明依托于室内微波暗室，首次提出裁剪实验来测量复杂作物的微波特性，分时期逐层裁剪、逐层测量微波数据。可为后续构建油菜微波散射模型以及油菜作物参数反演模型奠定基础，以及为玉米、高粱等高大作物的微波散射测量和建模提供技术路线支撑。

5、本发明的分层建模具有创造性。早期水云模型只关注单一散射，不考虑植被与土壤间的多次散射。本发明在此基础上结合油菜分层微波特性，改进了原始水云模型，使其具有分层特征，除考虑各层的微波散射系数外，还考虑了各层间的多次散射。本发明的方法扩宽了sar数据在农作物方面的应用，为高大作物的分层建模提供了思路。

技术特征：

1.一种考虑油菜花叶角果分层的全生育期微波散射特性测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在步骤s1中，

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在步骤s1中，

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述双层水云模型为：

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述三层水云模型为：

8.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，

9.一种考虑油菜花叶角果分层的全生育期微波散射特性测量系统，其特征在于，包括处理器，所述处理器包括计算机可执行程序，所述计算机可执行程序运行时完成权利要求1-8任一项所述的方法。

技术总结
本发明提出一种考虑油菜花叶角果分层的全生育期微波散射特性测量方法，包括：S1，通过分层测量方法测量油菜生育期五个时期的微波散射特性，其中，所述油菜生育期五个时期包括：六叶期、30％开花、90％开花、初熟期和成熟期；S2，利用双层水云模型和三层水云模型对五个时期的微波散射特性进行分层剪裁测量。本发明还提出一种考虑油菜花叶角果分层的全生育期微波散射特性测量系统。本发明结合油菜分层微波特性，改进了水云模型，使其具有分层特征，考虑了各层的微波散射系数和各层间的多次散射。

技术研发人员：吴尚蓉,赵荣坤,杨鹏
受保护的技术使用者：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18