[发明专利]一种仅利用辐亮度数据反演叶绿素荧光光谱的方法

说明书

本发明公开了一种仅利用辐亮度数据反演叶绿素荧光光谱的方法，包括以下步骤：步骤1：基于模拟和实测数据获取各种生态条件下的叶绿素荧光光谱曲线和无荧光光谱，组成训练光谱库；步骤2：分别对获取的两类光谱数据进行奇异向量分解，得到各自的奇异分量；步骤3：分别将前10个荧光光谱分量和无荧光光谱分量的组合输入模型，利用最小二乘方法进行拟合，逐个计算辐射传输模型中的未知数，同时计算对应的贝叶斯指数；步骤4：利用贝叶斯指数最小时所用的叶绿素荧光光谱分量和无荧光光谱分量个数作为模型输入，反演得到叶绿素荧光光谱。本发明只需辐亮度光谱数据即可反演得到叶绿素荧光光谱，不再受同步辐照度数据的限制。

技术领域

本发明属于植被日光诱导叶绿素荧光反演的技术领域，特别是涉及一种仅利用辐亮度数据反演叶绿素荧光光谱的方法。

背景技术

日光诱导叶绿素荧光是叶绿素分子吸收太阳辐射之后发出的在640-850nm范围内的电磁信号，它有两个发射峰，分别位于685nm(左峰)和740nm(右峰)。叶绿素荧光与植被光合固碳及热耗散同根同源，作为光合作用的副产品，它携带着大量的生物生理信息，并且可以作为光合作用状态的直接和非入侵性指标，能够用于估算植被出生总产总值并监测植物的早期胁迫等，具有重要的研究意义。

在之前的大多数研究中，都只反演了单波段或多宽波段处的叶绿素荧光(常用的吸收线有O²-A波段、O²-B波段和夫琅和费暗线等)，往往忽略了荧光发射范围内其他波段处的荧光信息。研究表明，叶绿素荧光发射范围内其他波长处的叶绿素荧光也很重要，如荧光峰值比与植被的叶绿素含量、光能利用率、胁迫状态等有关，荧光波谱两个峰对应的波长、半高宽和荧光关于波长的积分值与植被的养分胁迫有关等。因此，近年来有相关的学者对叶绿素荧光光谱的反演也进行了一些研究，并发展了一些全波段荧光光谱反演方法。现有的荧光光谱反演方法包括Fluorescence Spectrum Reconstruction(FSR)、advancedFluorescence Spectrum Reconstruction(aFSR)和Full-spectrum Spectral FittingMethod(F-SFM)等，这些方法均能实现全波段叶绿素荧光光谱的反演，但有一个共同的缺点，就是必须提供同步的太阳辐照度数据，这一缺陷在一定程度上限制了现有算法的推广性。

发明内容

为了解决上述技术问题中的不足之处，本发明提供了一种仅利用辐亮度数据反演叶绿素荧光光谱的方法，可以不再受同步辐照度数据的限制。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种仅利用辐亮度数据反演叶绿素荧光光谱的方法，包括以下步骤：

步骤1：基于模拟和实测数据获取各种生态条件下的叶绿素荧光光谱曲线和不包含叶绿素荧光信息的辐亮度光谱曲线，不包含叶绿素荧光信息的辐亮度光谱曲线简称无荧光光谱，组成训练光谱库；

步骤2：分别对训练光谱库中的两类光谱数据进行奇异向量分解，得到各自的奇异分量；

步骤3：分别将前10个荧光光谱分量和无荧光光谱分量的组合辐射传输输入模型，利用最小二乘方法进行拟合，逐个计算辐射传输模型中的未知数，同时计算对应的贝叶斯指数；

步骤4：利用贝叶斯指数最小时所用的叶绿素荧光光谱分量和无荧光光谱分量个数作为辐射传输模型输入，反演得到叶绿素荧光光谱；

所述的仅利用辐亮度数据反演叶绿素荧光光谱的方法，所述步骤1中，利用SCOPE模型、FluorWPS模型以及实测数据获取各种条件下的叶绿素荧光光谱和无荧光光谱，作为训练光谱库。

所述的仅利用辐亮度数据反演叶绿素荧光光谱的方法，所述步骤2中，对光谱库中的数据进行奇异向量分解的过程包括以下步骤：

步骤201：对叶绿素荧光光谱数据进行奇异向量分解，得到荧光光谱奇异分量；