国产自产21区,亚洲97,免费毛片网,国产啪视频,青青青国产在线观看,国产毛片一区二区三区精品

專利名稱：：一種改進(jìn)的遙感影像地形校正物理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬遙感
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及遙感數(shù)據(jù)的處理及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：在崎嶇的山地，地形對衛(wèi)星傳感器所接收信號的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面一是地形影響地面目標(biāo)所接收到的入射輻照度；二是地形改變了太陽、地表和衛(wèi)星傳感器三者所構(gòu)成的幾何結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響到地面目標(biāo)在衛(wèi)星傳感器方向上的反射率。相應(yīng)的地形校正也應(yīng)包括兩部分，首先將水平面像元所接收的總輻射轉(zhuǎn)換為坡面像元所接收的總輻射，稱為入射輻照度校正(坡面像元所接收的總輻射包括三部分太陽直射輻射、天空散射輻射和周圍地形的反射輻射；相應(yīng)的，入射輻照度校正也應(yīng)包括太陽直射輻射校正、天空散射輻射校正和周圍地形的反射輻射校正)。然后將坡面反射率轉(zhuǎn)換為水平面反射率，稱為反射率校正。消除或減少山區(qū)遙感影像中地形因素的影響是提高光譜反射率反演精度的必然要求。從20世紀(jì)70年代開始，國內(nèi)外學(xué)者就針對遙感影像的地形效應(yīng)問題展開研究，提出了不少遙感影像地形校正方法，如余弦校正，C校正，SCS校正方法等。其中最常用的是C地形校正方法。但是C方法的明顯不足是其基于朗伯體假設(shè)，僅考慮了地形起伏對像元接收入射輻照度的影響，并且它是一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑤в兄饔^性，對于不同的遙感影像得到的校正模型各不相同，不具有通用性，這就對其廣泛應(yīng)用造成了困難。隨著定量遙感技術(shù)的發(fā)展，對地形校正的要求也越來越高，本文在傳統(tǒng)地形校正方法的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的遙感影像地形校正方法，該方法的優(yōu)點(diǎn)是它同時(shí)考慮了地形對入射輻照度和地表反射率的影響，較高精度地計(jì)算了坡面像元所接收的天空散射輻射，在地形校正的同時(shí)考慮了大氣影響，而且它是一種物理模型，具有普適性，適用于所有的光學(xué)遙感影像。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的遙感影像地形校正物理方法，以克服現(xiàn)有地形校正方法的不足。利用本方法可以獲得更好的地形校正效果，從而促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域遙感應(yīng)用的發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的改進(jìn)的遙感影像地形校正方法為第一步、利用6S輻射傳輸模型計(jì)算水平面像元所接收的太陽直射輻射和水平面像元所接收的天空散射輻射。第二步、利用余弦校正計(jì)算坡面像元接收的太陽直射輻射。第三步、由Perez(1990)模型計(jì)算坡面像元接收的天空散射輻射。第四步、計(jì)算周圍地形的反射輻射。第五步、利用6S輻射傳輸模型對遙感影像進(jìn)行大氣校正。第六步、利用下面公式將星上輻射亮度轉(zhuǎn)換為大氣底部的輻射亮度。第七步、利用Dymond(1999)公式將坡面反射率轉(zhuǎn)換為水平面反射率，完成地形校正。具體實(shí)施例方式1.太陽直射輻射計(jì)算坡面像元所接收的太陽直射輻射可由其對應(yīng)的水平面像元所接收的直射輻射經(jīng)余弦校正轉(zhuǎn)換得到，具體轉(zhuǎn)換公式如下&=《^(式1)cosz式中Ed為坡面像元所接收的太陽直射輻射，Edh為水平面像元所接收的太陽直射輻射，由6S模型得到。i為坡面太陽入射角(太陽直射光與坡面法線的夾角)，z為太陽天頂角。為地形陰影系數(shù)，若坡面為陰影區(qū)(Cosi<0)，為0，否則為1;坡面太陽入射角i由式(2)得到:cos/=coszcosS+sinzsinScos(^—J)(式2)S為傾斜坡面的坡度角，伊為太陽方位角，A為傾斜坡面的坡向。太陽天頂角和太陽方位角可由影像頭文件得到，坡面坡度角和坡向可由DEM數(shù)據(jù)得到。2.天空散射輻射計(jì)算定量計(jì)算傾斜坡面所接收的天空散射輻射和周圍地形的反射輻射往往比較困難，在很多地形校正模型中，都沒有考慮這兩個(gè)因素的影響。文獻(xiàn)[高永年，張萬昌.遙感影像地形校正研究進(jìn)展及其比較實(shí)驗(yàn).地理研究，2008，27(2):467-477.]對不同地形校正方法的校正效果進(jìn)行了比較分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)考慮到天空散射輻射和周圍地形的反射輻射的，地形校正效果就較好；未考慮的，效果則較差。因此為了提高地形校正模型的校正精度，需要考慮天空散射輻射和周圍地形的反射輻射的影響。Noorian(2008)等[NoorianAM，MoradiI，KamaliGA.Evaluationof12modelstoestimatehourlydiffuseirradiationoninclinedsurfaces.RenewableEnergy,2008，33:1406-1412.]對12種天空散射輻射計(jì)算模型進(jìn)行了對比研究，并利用實(shí)地測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Perez模型[PerezR，IneichenP，SealsR，etal.Modelingdaylightavailabilityandirradiancecomponentsfromdirectandglobalirradiance.SolarEnergy,1990，44(5):271-289.]的轉(zhuǎn)換效果最優(yōu)，本發(fā)明借鑒Noorian(2008)等的最新研究成果，利用Perez模型來計(jì)算坡面像元所接收的天空散射輻射。=《x{0.5x(l-A)[l+cosOS")]+巧x—)+F2xsinOS)}(式3)a=max(0，cosi)(式4)b=max(O.087，cosz)(式5)Ef是坡面像元所接收的天空散射輻射，Efh是水平面像元所接收的天空散射輻射，由6S模型模擬得到。a和b是中間變量。S為傾斜坡面的坡度角，z和i分別是太陽天頂角和坡面太陽入射角，&和F2是表征天空各向異性程度的系數(shù)，它們是天氣情況的函數(shù)。=Fn+F12XA+F13Xz(式6)F2=F21+F22XA+F23Xz(式7)A是天空亮度，由式(8)計(jì)算，A-《xw/五o(式8)E。是外大氣層太陽輻照度，m是相對大氣量[KastenF.Anewtableandapproximateformulaforrelativeopticalairmass.ArchivesofMeteorologyGeophysicsandBioclimatologySeriesB，1966，14(2):206-223.]m=[cosz+0.15X(93.885-z)—L253]—1(式9)Fu、F12、F13和F21、F22、F23根據(jù)天空清晰度)查表得到，天空清晰度(iO按下式石角定[PerezR，IneichenP，SealsR，etal.Modelingdaylightavailabilityandirradiancecomponentsfromdirectandglobalirradiance.SolarEnergy,1990，44(5):271-289.]:〃=[(《+《/cosz)/《+1.041xz3]/(l+1.041xz3)(式10)Edh為水平面上所接收的太陽直射輻射，z為太陽天頂角。3.計(jì)算周圍地形的反射輻射周圍地形的反射輻射(Ea)按照下式來計(jì)算[SandmeierS，IttenKI.Aphysically—basedmodeltocorrectatmosphericandilluminationeffectsinopticalsatellitedataofruggedterrain.IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing,1997，35(3):708-717.]:Ea=EhXpmeanXVt(式U)其中Eh為水平面所接收的總輻照度(Edh和Efh之和)，P_n表示周圍地形的平均反射率，取經(jīng)過6S大氣校正后的影像的平均反射率，Vt為地形可見因子，由下式獲得K=^^"^(式12)S為傾斜坡面的坡度角。4地形校正基于地表反射是各向異性的假定，地形起伏會引起太陽_地表_傳感器幾何關(guān)系的變化，從而改變了太陽光線的入射角和出射角，使得像元的反射率發(fā)生顯著變化。而對于水平面，不同像元的入射角和出射角相同，從而同類地物的水平面反射率相同。因此，為了消除地形起伏對像元反射率的影響，需要將坡面反射率轉(zhuǎn)換為水平面反射率。經(jīng)過地形校正的地表輻射亮度計(jì)算公式如下z=〃"〃A■/^(式13)兀其中，Ed、Ef和Ea分別代表坡面像元接收的太陽直射輻射、天空散射輻射和周圍地形的反射輻射。Pd為坡面對直射輻射的反射率，Pf為坡面對散射輻射的反射率，L為大氣底部的輻射亮度，由下式得到"W￡eOT(式14)Lsat為星上輻射亮度，可以由傳感器輻射定標(biāo)得到，Lp為程輻射，Lmv為環(huán)境輻射，t為大氣光學(xué)厚度，后三者可以從6S模型獲得。Dymond等[DymondJR，ShepherdJD.Correctionofthetopographiceffect6inremotesensing.IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing,1999，37(5):2618-2620.]提出了以下公式來考慮地形對太陽直射輻射反射率的影響「，；O，cos(i')+cos(e),j、^=~^-^(式15)pd為坡面對直射輻射的反射率，Pdh為水平面對直射輻射的反射率，i和e分別為直射輻射在坡面上的入射角和出射角，ih和eh分別為直射輻射在水平面上的入射角和出射角。由于衛(wèi)星傳感器所接收的信息大部分來源于地表對太陽直射輻射的反射，天空散射輻射和周圍地形的反射輻射相對較小，地形對它們反射率的影響也較小。為了簡化計(jì)算，假設(shè)/^="，于是"水/"齡五。)(式16)兀cos(z;)+cosOJ最終經(jīng)過地形校正后的地表反射率的計(jì)算公式為A一冗丄、^=&/"￡/+￡。(式18)5地形校正試驗(yàn)在下面的地形校正試驗(yàn)中，將本發(fā)明方法與常用的C地形校正方法進(jìn)行了對比分<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用2006年7月12日北京北部山區(qū)的Landsat5TM影像，試驗(yàn)所用DEM的分辨率為30米。對地形校正效果的驗(yàn)證，本發(fā)明借鑒實(shí)踐中常用的兩種定量評價(jià)方法，即"地表反射率和對應(yīng)太陽入射角余弦的相關(guān)性"和"標(biāo)準(zhǔn)差"。地形校正前，像素的地表反射率與太陽入射角余弦的相關(guān)性明顯，像素地表反射率明顯地隨著太陽入射角的變化而變化。經(jīng)過地形校正后，如果像素的地表反射率不再受因地形起伏引起的太陽入射角變化的影響，那么兩者的相關(guān)性應(yīng)該減弱，并且相關(guān)性越弱，表明地形校正的效果越好。另外經(jīng)過地形校正后，同類地物的地表反射率值更加接近，地物變得更加"均質(zhì)"，因此標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)該減小，并且標(biāo)準(zhǔn)差越小，表明地形校正的效果越好為了計(jì)算地表反射率和對應(yīng)太陽入射角余弦的相關(guān)性，將地形校正前后的地表反射率圖像和cosi圖像疊加，然后隨機(jī)選取采樣點(diǎn)，則這些采樣點(diǎn)線性回歸方程的斜率和相關(guān)系數(shù)表示地表反射率和cosi的相關(guān)性。斜率越大，相關(guān)性越強(qiáng)(指地表反射率受cosi變化的影響較大)；相關(guān)系數(shù)越大，相關(guān)性越強(qiáng)。地形校正前后各地表反射率與太陽入射角余弦cosi的相關(guān)性如表1所示(以TM第四波段為例)表1地形校正前后各地表反射率與cosi的相關(guān)性<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由表1可以看出，利用本發(fā)明方法進(jìn)行地形校正后，地表反射率與cosi之間的相關(guān)性(斜率和相關(guān)系數(shù))明顯減弱，表明了本發(fā)明方法的有效性。利用C校正方法校正后，地表反射率與cosi之間的相關(guān)性也明顯減弱，但斜率和相關(guān)系數(shù)大于本發(fā)明方法，表明本發(fā)明方法的校正效果好于C校正方法。為了進(jìn)一步驗(yàn)證地形校正的效果，在TM影像上選取森林樣區(qū)，然后分別統(tǒng)計(jì)地形校正前后TM第四波段反射率的標(biāo)準(zhǔn)差(表2)。表2地形校正前后標(biāo)準(zhǔn)差比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>—個(gè)好的地形校正方法使得地形校正后同類地物的標(biāo)準(zhǔn)差減小，本發(fā)明方法所得結(jié)果正好驗(yàn)證了這一點(diǎn)，經(jīng)過地形校正后，標(biāo)準(zhǔn)差明顯減小，表明同類地物的內(nèi)部變動變小，更能反映地表的實(shí)際狀況，并且本發(fā)明方法對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差小于C校正方法，表明本發(fā)明方法的校正效果優(yōu)于C校正方法。權(quán)利要求一種改進(jìn)的遙感影像地形校正物理方法，其步驟為第一步、利用6S輻射傳輸模型計(jì)算水平面像元所接收的太陽直射輻射和水平面像元所接收的天空散射輻射；第二步、利用余弦校正計(jì)算坡面像元接收的太陽直射輻射；第三步、由Perez(1990)模型計(jì)算坡面像元接收的天空散射輻射；第四步、計(jì)算周圍地形的反射輻射；第五步、利用6S輻射傳輸模型對遙感影像進(jìn)行大氣校正；第六步、利用下面公式將星上輻射亮度轉(zhuǎn)換為大氣底部的輻射亮度；<mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>L</mi><mi>sat</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>L</mi><mi>p</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>L</mi><mi>env</mi></msub></mrow><mi>&tau;</mi></mfrac></mrow>第七步、利用Dymond(1999)公式將坡面反射率轉(zhuǎn)換為水平面反射率，完成地形校正。2.如權(quán)利要求1所述的地形校正物理方法，其中第二步的具體轉(zhuǎn)換公式如下cosz式中Ed為坡面像元所接收的太陽直射輻射，Edh為水平面像元所接收的太陽直射輻射，由6S模型得到；i為坡面太陽入射角，Z為太陽天頂角，為地形陰影系數(shù)，若坡面為陰影區(qū)，為O，否則為1;坡面太陽入射角i由下式得到cos/=coszcos51+sinzsincos(p—J)S為傾斜坡面的坡度角，伊為太陽方位角，A為傾斜坡面的坡向，太陽天頂角和太陽方位角可由影像頭文件得到，坡面坡度角和坡向可由DEM數(shù)據(jù)得到。3.如權(quán)利要求2所述的地形校正物理方法，其中第三步的詳細(xì)計(jì)算過程為=￡，x{0.5x(1—^)[1+cos(S)]+x(a/Z)+F2xsin(S)}a=max(0，cosi)b=max(O.087，cosz)Ef是坡面像元所接收的天空散射輻射，Efh是水平面像元所接收的天空散射輻射，由6S模型模擬得到，a和b是中間變量，S為傾斜坡面的坡度角，z和i分別是太陽天頂角和坡面太陽入射角，巳和F2是表征天空各向異性程度的系數(shù)，它們是天氣情況的函數(shù)；^=FU+F12XA+F13XzF2=F21+F22XA+F23XzA是天空亮度，由下式計(jì)算，△=xn/五0E。是外大氣層太陽輻照度，m是相對大氣量，m=[cosz+0.15X(93.885_z)—L253]—1Fn、F『^和F^、F22、F23根據(jù)天空清晰度(iO查表得到，天空清晰度(iO按下式確/cosz)/《+1.041x]/(l+1.041xz3)Edh為水平面上所接收的太陽直射輻射，z為太陽天頂角。4.如權(quán)利要求3所述的地形校正物理方法，其中第四步的具體計(jì)算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中Ea為坡面像元接收的周圍地形的反射輻射，Eh為水平面像元所接收的總輻照度(E和E,之和)，Pm^表示周圍地形的平均反射率，取經(jīng)過6S大氣校正后的影像的平均反射率，Vt為地形可見因子，由下式獲得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>S為傾斜坡面的坡度角。5.如權(quán)利要求4所述的地形校正物理方法，其中第七步的詳細(xì)計(jì)算過程為兀其中，Ed、Ef和Ea分別代表坡面像元接收的太陽直射輻射、天空散射輻射和周圍地形的反射輻射，Pd為坡面對直射輻射的反射率，Pf為坡面對散射輻射的反射率，L為大氣底部的輻射亮度，由下式得到二,-丄一丄,,<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>!^t為星上輻射亮度，可以由傳感器輻射定標(biāo)得到，Lp為程輻射，L^為環(huán)境輻射，t為大氣光學(xué)厚度，后三者可以從6S模型獲得；根據(jù)以下公式來考慮地形對太陽直射輻射反射率的影響—cos(Z)+cos(e)cos(!;)+cos(e》Pd為坡面對直射輻射的反射率，Pdh為水平面對直射輻射的反射率，i和e分別為直射輻射在坡面上的入射角和出射角，ih和eh分別為直射輻射在水平面上的入射角和出射角。假設(shè)^="，于是兀<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>最終經(jīng)過地形校正后的地表反射率的計(jì)算公式為全文摘要一種改進(jìn)的遙感影像地形校正物理方法，它同時(shí)考慮了地形對坡面接收的入射輻照度和地表反射率的影響，較高精度地計(jì)算了坡面像元所接收的天空散射輻射，在地形校正的同時(shí)考慮了大氣影響，本發(fā)明方法能夠得到較好的地形校正結(jié)果，而且該方法是一種物理方法，具有普適性，能夠應(yīng)用于各種光學(xué)遙感影像。文檔編號G01S7/48GK101718866SQ20091022358公開日2010年6月2日申請日期2009年11月24日優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日發(fā)明者何國金,張兆明申請人:中國科學(xué)院對地觀測與數(shù)字地球科學(xué)中心