专利汇可以提供考虑土壤水分的蒸散发时空特征融合方法及装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种考虑 土壤 水 分的蒸散发 时空 特征融合方法及装置,涉及遥感与生态 水文学 的技术领域,该方法包括构建输入数据集;获取遥感影像,并根据遥感影像确定滑动窗口和滑动窗口所包含的中心像元;滑动窗口包括遥感影像中的多个像元;根据输入数据集计算滑动窗口的每个像元的临界地表 温度 ,并根据临界地表温度和实际地表温度确定每个像元的土壤水分状态类别;将与中心像元的土壤水分状态类别相同的像元作为相似像元;根据输入数据集确定相似像元的权重;并根据输入数据集和权重生成目标地表蒸散发值。本发明可以得到目标时间对应的空间 分辨率 更高的目标地表蒸散发值。,下面是考虑土壤水分的蒸散发时空特征融合方法及装置专利的具体信息内容。
1.一种考虑土壤水分的蒸散发时空特征融合方法,其特征在于,包括:
构建输入数据集;所述输入数据集包括:第一遥感数据、第二遥感数据和地面观测数据,所述第一遥感数据的空间分辨率精度高于所述第二遥感数据的空间分辨率精度;
获取遥感影像,并根据所述遥感影像确定滑动窗口和所述滑动窗口所包含的中心像元;所述滑动窗口包括所述遥感影像中的多个像元;
根据所述输入数据集计算所述滑动窗口的每个像元的临界地表温度,并根据所述临界地表温度和实际地表温度确定每个像元的土壤水分状态类别;
将与所述中心像元的土壤水分状态类别相同的像元作为相似像元;
根据所述输入数据集确定所述相似像元的权重;并根据所述输入数据集和所述权重生成目标地表蒸散发值。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述构建输入数据集的步骤,包括:
获取原始第一遥感数据和原始第二遥感数据;
对所述原始第一遥感数据和所述原始第二遥感数据进行预处理,所述预处理包括以下至少一种:投影转换、影像空间配准、重采样、空间裁剪或滑动窗口大小确定;
将经过预处理的所述原始第一遥感数据、经过预处理的所述原始第二遥感数据和所述地面观测数据作为输入数据集。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述输入数据集计算所述滑动窗口的每个像元的临界地表温度的步骤,包括:
按照以下公式计算端元的温度:
其中,Tsd为干燥裸土端元的温度,Tvw为水分充足植被端元的温度,ρ为空气密度(kg/m3);Cp是定压比热(J/(m·K));γ为干湿球常数(kPa/℃);Δ为饱和水汽压对温度曲线的斜率(kPa/℃);VPD为水气压亏缺(kPa);Ta为近地表气温(K);rvw为供水充足的植被冠层阻抗(s/m);rav和ras分别为植被和土壤上层的空气动力学阻抗(s/m);Rn,s为土壤组分净辐射、Rn,v为植被组分净辐射、Gs为土壤热通量;
按照以下公式计算临界地表温度:
其中,T*为像元的临界地表温度,Tsd为干燥裸土端元的温度,Tvw为水分充足植被端元的温度,Fv为植被覆盖度。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述临界地表温度和实际地表温度确定每个像元的土壤水分状态类别的步骤,具体包括:
如果对应的温度满足TR,m≥T*m,TR,n≥T*n,确定像元的土壤水分状态类别为第一类;
如果满足TR,m≥T*m,TR,n
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述输入数据集确定所述相似像元的权重的步骤,包括:
按照以下公式计算低空间分辨率相似像元光谱向量和高空间分辨率相似像元光谱向量之间的第一相关系数:
Fi={F(xi,yi,tm,BS),F(xi,yi,tm,BSWIR),F(xi,yi,tm,BTIR),F(xi,yi,tn,BS),F(xi,yi,tn,BSWIR),F(xi,yi,tn,BTIR))
Ci={C(xi,yi,tm,BS),C(xi,yi,tm,BSWIR),C(xi,yi,tm,BTIR),C(xi,yi,tn,BS),C(xi,yi,tn,BSWIR),C(xi,yi,tn,BTIR))
其中,Si表示第一相关系数,Fi表示第i个相似像元不同波段构成的高空间分辨率光谱向量,Ci表示第i个相似像元不同波段构成的低空间分辨率光谱向量,Bs表示可见光波段的反射率数据,BSWIR代表短波红外波段的反射率数据,BNIR表示辐射亮度数据,(xi,yi)表示像元i的坐标数据;
按照以下公式计算相似像元地表状况向量与中心像元地表状况向量之间的第二相关系数;所述地表状况包括以下至少一种:植被指数、地表温度、蒸散发数据或相对土壤水分:
WSCi=corrcoef([F(xi,yj,NDVI),F(xi,yj,LST),F(xi,yj,ET)),F(xi,yj,SM)],[F(xw/2,yw/2,NDVI),F(xw/2,yw/2,LST),F(xw/2,yw/2,ET),F(xw/2,yw/2,SM)])
其中,WSCi表示第二相关系数,corrcoef表示求向量间的相关系数,NDVI表示高空间分辨率像元(xi,yi)的归一化植被指数,LST表示高空间分辨率像元(xi,yi)的地表温度,ET表示高空间分辨率像元(xi,yi)的蒸散发数据,SM表示高空间分辨率像元(xi,yi)的相对土壤水分;
按照以下公式计算相似像元与中心像元之间的距离权重:
其中,(xi,yi)表示像元i的坐标数据,(xw/2,yw/2)表示中心像元的坐标数据,di表示距离权重,w表示中心像元的边长;
按照以下公式根据所述第一相关系数、所述第二相关系数和所述距离权重确定所述相似像元的空间权重:
其中,Wi表示空间权重,di表示距离权重,Si表示第一相关系数,WSCi表示第二相关系数,di表示距离权重;
按照以下公式根据相似像元在当前时间的蒸散发数据和在已知日期的蒸散发数据确定时间权重:
其中,ETC(xi,yi,tk)表示时间为k(k=m,n)时像元(xi,yi)的低空间分辨率地表蒸散发数据,ETC(xi,yi,tp)表示时间为p时像元(xi,yi)的低空间分辨率地表蒸散发数据。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法,其特征在于,所述根据所述输入数据集和所述权重生成目标地表蒸散发值的步骤,包括:
按照以下公式生成目标地表蒸散发值:
ETF(xw/2,yw/2,tp)=Tm×ETF,m(xw/2,yw/2,tp)+Tn×ETF,n(xw/2,yw/2,tp)其中,ETF(xw/2,yw/2,tp)是时间为p时的目标地表蒸散发值,ETF,k(xw/2,yw/2,tp)是利用k时刻高空间分辨率数据计算出的p时刻地表高空间分辨率蒸散发数据,其中,k=m或n,Tm是时间为m时的时间权重,Tn是时间为n时的时间权重,ETF(xw/2,yw/2,tk)是时间为k时的高空间分辨率地表蒸散发数据,ETC(xi,yi,tp)是时间为p时的低空间分辨率地表蒸散发数据,ETC(xi,yi,tk)是时间为k时的低空间分辨率地表蒸散发数据。
7.一种考虑土壤水分的蒸散发时空特征融合装置,其特征在于,包括:
构建模块,用于构建输入数据集;所述输入数据集包括:第一遥感数据、第二遥感数据和地面观测数据,所述第一遥感数据的空间分辨率精度高于所述第二遥感数据的空间分辨率精度;
获取模块,用于获取遥感影像,并根据所述遥感影像确定滑动窗口和所述滑动窗口所包含的中心像元;所述滑动窗口包括所述遥感影像中的多个像元;
类别模块,用于根据所述输入数据集计算所述滑动窗口的每个像元的临界地表温度,并根据所述临界地表温度和实际地表温度确定每个像元的土壤水分状态类别;
筛选模块,用于将与所述中心像元的土壤水分状态类别相同的像元作为相似像元;
计算模块,用于根据所述输入数据集确定所述相似像元的权重;并根据所述输入数据集和所述权重生成目标地表蒸散发值。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述构建模块,具体用于:
获取原始第一遥感数据和原始第二遥感数据;
对所述原始第一遥感数据和所述原始第二遥感数据进行预处理,所述预处理包括以下至少一种:投影转换、影像空间配准、重采样、空间裁剪或滑动窗口大小确定;
将经过预处理的所述原始第一遥感数据、经过预处理的所述原始第二遥感数据和所述地面观测数据作为输入数据集。
9.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述类别模块包括温度单元,所述温度单元用于:
按照以下公式计算端元的温度:
其中,Tsd为干燥裸土端元的温度,Tvw为水分充足植被端元的温度,ρ为空气密度(kg/m3);Cp是定压比热(J/(m·K));γ为干湿球常数(kPa/℃);Δ为饱和水汽压对温度曲线的斜率(kPa/℃);VPD为水气压亏缺(kPa);Ta为近地表气温(K);rvw为供水充足的植被冠层阻抗(s/m);rav和ras分别为植被和土壤上层的空气动力学阻抗(s/m);Rn,s为土壤组分净辐射、Rn,v为植被组分净辐射、Gs为土壤热通量;
按照以下公式计算临界地表温度:
其中,T*为像元的临界地表温度,Tsd为干燥裸土端元的温度,Tvw为水分充足植被端元的温度,Fv为植被覆盖度。
10.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述类别模块包括状态单元,所述状态单元用于:
如果对应的温度满足TR,m≥T*m,TR,n≥T*n,确定像元的土壤水分状态类别为第一类;
如果满足TR,m≥T*m,TR,n
其中,Tm为m时间对应的像元的临界地表温度,Tn为n时间对应的像元的临界地表温度,TR,m为m时间对应的像元的实际地表温度,TR,n为n时间对应的像元的实际地表温度。
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