[发明专利]一种提取植被排放甲烷量的方法

摘要

本发明公开了一种提取植被排放甲烷量的方法，通过图像处理和陆基散射计分别测量到被监测区域中植被的后向散射系数，再根据陆基散射计测量的后向散射系数和下垫面模型，反演出下垫面参数，再结合实际甲烷排放的点测量结果，得到甲烷排放模型，最后根据图像处理得到的后向散射系数，计算出植被在每个生长时期的甲烷排放量，从而得到整个监测周期内植被排放甲烷的总量。

主权项

一种提取植被排放甲烷量的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、获取原始SAR图像在同一监测点，通过星载SAR获取被监测区域中植被生长的四个周期图像，即并标记为原始SAR图像；其中，Iⁱ表示第i个周期时获取的原始SAR图像，该图像包括四个极化化图像即P＝HH,HV,VH,VV四个极化图像；(2)、图像预处理对原始SAR图像依次进行配准和滤波，得到基准SAR图像，即其中，I^i'表示第i幅原始SAR图像Iⁱ经图像预处理后的基准SAR图像；(3)、通过分类算法提取基准SAR图像中的植被区域A_plt和非植被区域A_nonplt；(4)、获取基准SAR图像的后向散射系数设像元点Q_xy＝{(x,y)∈A_plt}，(x,y)表示该像元点的坐标；将像元点Q_xy在四个基准SAR图像I^i′的灰度值转换为后向散射系数其中，第i个基准SAR图像I^i′的植被区域内第i个像元点的后向散射系数为${\mathrm{\σ}}_i^{*}=\left\{\right\{{\mathrm{\σ}}_i^{*}{\left(\mathrm{HH}\right)}_j,{\mathrm{\σ}}_i^{*}{\left(\mathrm{HV}\right)}_j,{\mathrm{\σ}}_i^{*}{\left(\mathrm{VH}\right)}_j,{\mathrm{\σ}}_i^{*}{\left(\mathrm{VV}\right)}_j\},j\∈A_{\mathrm{plt}}\};$(5)、利用陆基散射计测量后向散射系数在同一监测点，在获取原始SAR图像的同时，利用陆基散射计测量被监测区域中植被的后向散射系数，从而得到四组后向散射系数，标记为σ′_i(P)，P＝HH,HV,HV,VV；(6)、反演下垫面参数根据陆基散射计测量的后向散射系数σ′_i(P)和下垫面模型计算出下垫面参数D＝{Dⁱ,i＝1,2,3,4}，其中，i是陆基散射计测量的时间序号，为第i次测量时的植被生物量，LAIⁱ为第i次测量时的植被的叶面积指数，为第i次测量时的水深度，其计算公式如下：$\left\{\begin{array}{c}{W}_{\mathrm{Biomass}}^i=a_1({\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{HH}\right)+{\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{VV}\right))+b_1({\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{HH}\right)-{\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{VV}\right))+c_1({\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{HV}\right)+{\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{VH}\right))+d_1\\ {\mathrm{LAI}}^i=a_2({\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{HH}\right)+{\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{VV}\right))+b_2({\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{HH}\right)-{\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{VV}\right))+c_2({\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{HV}\right)+{\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{VH}\right))+d_2\\ C_{\mathrm{Water}}^i=a_3({\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{HH}\right)+{\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{VV}\right))+b_3({\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{HH}\right)-{\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{VV}\right))+c_3({\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{HV}\right)+{\mathrm{\σ}}_i^{\′}\left(\mathrm{VH}\right))+d_3\end{array}\right\}$其中，a₁，a₂，a₃，b₁，b₂，b₃，c₁，c₂，c₃和d₁，d₂，d₃均为常数；(7)、获取甲烷排放模型利用步骤(6)中反演出的下垫面参数D＝{Dⁱ,i＝1,2,3,4}和实际甲烷排放的点测量结果，得到甲烷排放模型R；R＝aW_Biomass+bLAI+cC_Water+d其中，a,b,c,d为常数；(8)、提取植被排放甲烷量(8.1)、根据(4)中的植被区域提取出的后向散射系数以及甲烷排放模型，分别对四个基准SAR图像I^i′的植被区域A_plt内的像元点Q_xy进行遍历，得到每个生长周期时甲烷的排放量结果Rⁱ；${R^i}_{A_{\mathrm{plt}}}=\underset{(x,y)\∈\mathrm{Aplt}}{\mathrm{\Σ}}{R^i}_{Q_{\mathrm{xy}}}=a_0\left({\mathrm{\σ}}_i^{*}{\left(\mathrm{HH}\right)}_{\mathrm{xy}}\right)-b_0\left({\mathrm{\σ}}_i^{*}{\left(\mathrm{HV}\right)}_{\mathrm{xy}}\right)\left({\mathrm{\σ}}_i^{*}{\left(\mathrm{VV}\right)}_{\mathrm{xy}}\right)+c_0\left({\mathrm{\σ}}_i^{*}{\left(\mathrm{HV}\right)}_{\mathrm{xy}}\right)+d_0$其中，为第i个生长周期时植被区域内所有像元点的甲烷排放量，为第i个生长周期时像元点Q_xy的甲烷排放值，a₀,b₀,c₀,d₀为常数；(8.2)、计算植被的甲烷总排放量$R=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{R^i}_{A_{\mathrm{plt}}}*T$其中，T指第i次排放量测量时对应植被生长期的天数。