[发明专利]基于GSSIM的土壤湿度空间分布特征定量分析方法

摘要

本发明公开了基于GSSIM的土壤湿度空间分布特征定量分析方法，包括以下步骤：获取研究区NDVI和Ts数据；构建双抛物线型NDVI‑Ts特征空间散点图，获取双抛物线型NDVI‑Ts特征空间干湿边方程，即Tsmax和Tsmin；将Tsmax和Tsmin数据代入TVDI的计算公式，获得研究区TVDI影像图；利用梯度结构相似度GSSIM的计算公式，获取研究区两期TVDI数据的GSSIM影像图；根据GSSIM数值大小，定量分析研究区土壤湿度的空间分布特征和变化规律。本发明完善了以往研究中在对空间尺度土壤湿度进行评价时，仅考虑其表征指标在空间尺度上的数值大小的情况。

主权项

基于GSSIM的土壤湿度空间分布特征定量分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据遥感影像数据，获取研究区归一化植被指数NDVI与地表温度Ts数据，利用温度植被干旱指数TVDI计算公式获取每个像元的TVDI值；TVDI表达式为：TVDI=Ts-TsminTsmax-Tsmin---(1)]]>其中，Ts表示地表温度；Tsmin表示相同NDVI值对应的最小地表温度，是NDVI‑Ts特征空间中的湿边；Tsmax为研究区相同NDVI值对应的最大地表温度，代表特征空间中的干边；2)构建双抛物线型NDVI‑Ts特征空间散点图，并根据双抛物线型NDVI‑Ts特征空间获取TVDI中Tsmax、Tsmin算法表达式：Tsmax＝a1×NDVI2+b1×NDVI+c1Tsmin＝a2×NDVI2+b2×NDVI+c2   (2)其中，a1、b1、c1、a2、b2、c2为方程拟合系数；3)根据公式(1)和公式(2)得到研究区每个像元的TVDI值；4)计算研究区两期TVDI影像的梯度结构相似度，其包括亮度、对比度和结构3个方面，其计算公式：GSSIM(x，y)＝[l(x，y)]α[c(s，y)]β[g(x，y)]γ   (3)其中：l(x,y)=2μxμy+c1μx2+μy2+c1---(4)]]>c(x,y)=2σxσy+c2σx2+σy2+c2---(5)]]>g(x,y)=2ΣjΣiGx(i,j)Gy(i,j)+c3ΣjΣi[Gx(i,j)]2+ΣjΣi[Gy(i,j)]2+c3---(6)]]>式中，l(x，y)、c(x，y)和g(x，y)分别为两幅TVDI图像的亮度比较函数、对比度比较函数和结构度比较函数；μx、μy为两期图像X、Y的TVDI均值，反映图像的亮度信息；σx、σy为两期图像X、Y的TVDI方差，反映图像的对比度信息；Gx(i，j)，Gy(i，j)分别为两期图像X和Y在(i，j)处的TVDI梯度幅值；c1、c2、c3均为避免分母为零而设置的常数；参数α＞0，β＞0，γ＞0；一般取α＝β＝γ＝1，c1＝(K1L)2，c2＝(K2L)2，c3＝c2/2，K1≤1，L是图像中像素灰度的变化范围；梯度结构相似度的值越高，图像X和Y的TVDI值越相似，说明两期影像的土壤湿度越接近，土壤湿度状况变化不大；5)根据公式(3)、(4)、(5)和公式(6)得到研究区每个像元的GSSIM值；6)根据GSSIM大小，依据一定标准将GSSIM影像图进行划分，得到待监测地区的土壤湿度空间分布状况，为土壤湿度的评价提供依据。