[发明专利]一种基于激光雷达的林窗太阳辐射监测方法

权利要求书

1.一种基于激光雷达的林窗太阳辐射监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：基于激光雷达ALS点云数据识别林窗，以确定林窗边缘；

步骤2：计算复杂地形条件下冠层上方接收到的局部入射角方向太阳辐射总量G_i；

步骤3：基于G_i计算得出林窗内不同位置的太阳辐射强度Global_gap；

步骤1中，识别林窗的模型如下：

式中，G(x，y)＝1，表示点(x，y)对应的位置为林窗；x，y分别为栅格(x，y)的横坐标和纵坐标，CHM(x，y)是栅格(x，y)上的冠层高度值；a为冠层边缘平均高度的判别阈值；

步骤2中：

G_i＝B_i+D_i；

式中，G_i为局部入射角方向太阳辐射总量，B_i,D_i分别为局部入射角方向太阳直射辐射量和散射辐射量；

局部入射角方向太阳直射辐射量的计算公式如下：

B_i＝I_n·δ_i·hillshade；式中δ_i为光线局部入射角，hillshade为山体阴影影响系数；

具体地，有：

光线局部入射角：

山体阴影影响系数：

hillshade＝(cosα·cosSlop)+[sinα·sinSlop·cos(α_s-Asp)]；

式中Slop为地形的坡度，Asp为地形的坡向，坡度是指坡面的倾斜程度，坡向是指地形坡面的朝向；

δ_s为太阳赤纬角，有δ_s＝23.45sin(360°·(284+N)/365)，式中N为积日；

L为地理纬度；

h_s为太阳时角；

局部入射角方向太阳散射辐射量D_i的计算方法如下：

考虑到周围山体可能对散射光的影响，计算山区地形中的D_i时，分为入射角方向上无山体遮挡δ_i0和有山体遮挡δ_i≤0两种情况：

式中变量说明：

(1)skyview为可视域范围内天穹比例；

(2)hillshade为山体阴影系数；

hillshade＝(cosα·cosSlope)+[sinα·sinSlope·cos(α_s-Asp)]；

(3)I_o为大气层外的太阳辐射量，I_o＝S₀·(1+0.0344cos(360°·N/365))，式中，S₀为太阳辐射常数1367(w/m²)，N为积日，指一年中的第几天；

(4)τ_b为晴朗天气太阳直射辐射的穿透率，τ_b＝0.56(e^-0.65M+e^-0.095M)，

式中，M为大气质量系数，具体有，M＝[1229+(614sinα)²]^1/2-614sinα

式中，α为太阳高度角；

(5)S_o为太阳辐射常数1367(w/m²)

(6)δ_i为光线局部入射角，有：

δ_i＝sinδ_s·(sinL·cosSlope-cosL·sinSlope·cosAsp)+cosδ_scosh_s·(cosL·cosSlope+sinL·sinSlope·cosAsp)+cosδ_s·sinSlope·sinAsp·sinh_s

式中Slope为地形的坡度；Asp为地形的坡向；

δ_s为太阳赤纬角，L为待测区域的地理纬度，h_s为太阳时角；

(7)α_s为太阳方位角；

(8)Slope为地形坡度；

(9)D_io为初始局部入射角方向太阳散射辐射强度：

D_io＝I_o·τ_d·(cosSlop)²/2sinα。