(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211354974.0 (22)申请日 2022.11.01 (71)申请人 天津师范大学 地址 300382 天津市西青区 宾水西道393号 (72)发明人 崔磊　戴逸群　张虎　 (74)专利代理 机构 天津企兴智财知识产权代理 有限公司 12 226 专利代理师 薛萌萌 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 17/15(2006.01) G06F 17/18(2006.01) (54)发明名称 基于多角度卫星观测数据的森林生物量反 演方法 (57)摘要 本发明提供了基于多角度卫星观测数据的 森林生物量反演方法， 属于空间信息技术领域， 包括以下步骤； 步骤S10： 利用半变异函数选择出 森林覆盖且均质的中等分辨率成像光谱仪 ‑ MODIS像元； 步骤S11： 基于一种热点校正的核驱 动模型重构均质MODIS像元在近红外波段的热点 观测方向反射率； 步骤S12： 基于最小二乘回归法 建立森林覆 盖且均质MODIS像元在近红外波段的 热点反射率与地面实测森林地上生物量 ‑AGB的 数学关系模 型， 基于该关系模型开展相关森 林类 型的AGB预测。 本发明能够实现地区或者全球尺 度森林地上生物量的制图， 绘制更为完整和全 面， 精度更高。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115544806 A 2022.12.30 CN 115544806 A 1.基于多角度卫星观测数据的森林生物量反演方法， 其特 征在于： 包括以下步骤； 步骤S10： 利用半变异函数选择出森林覆盖且均质的中等分辨率成像光谱仪 ‑MODIS像 元； 步骤S11： 基于一种热点校正的核驱动模型重构均质MODIS像元在热点观测方向的反射 率； 步骤S12： 基于最小二乘回归法建立森林覆盖且均质MODIS像元在近红外波段的热点反 射率与地面 实测森林地上生物量 ‑AGB的数学关系模型， 基于该关系模 型开展相关森林类型 的AGB预测。 2.根据权利要求1所述的基于多角度卫星观测数据的森林生物量反演方法， 其特征在 于： 在步骤S10中， 包括以下步骤， 步骤S101： MODIS像元均质性的评价基于地统计学中的半变异函数实现， 选择晴空条件 下的陆地卫星地表反照率产品作为半变异函数的输入参数， 当基于 半变异函数计算的基台 值小于5.0e‑04时， 相关MODIS像元为均质像元， 即像元被森林均匀覆盖； 半变异函数的数 学表达如下 其中， γE(h)代表Landsat地表反照率半变异函数估计值， zxi代表在位置xi处的 Landsat地表反照率像元值， zxi+h代表距离像元xi为h时 的Landsat地表反照率像元值， N(h) 为所有间距为h的有效像元对数目， 采样步长 h设置为5 0m； 步骤S102： 以步骤S101计算得到的半变异函数估计值γ(h)为输入， 利用球状模型拟合 半方差函数， 计算获取基台值， 球 状模型的具体 计算公式如下 所示： 其中， C0+C为基台值， 通过设置变程a， 并结合输入的半变异函数估计值γ(h)即可计算 获得基台值； 变程a设置为5 00m。 3.根据权利要求1所述的基于多角度卫星观测数据的森林生物量反演方法， 其特征在 于： 步骤S11中， 基于核驱动模型计算MODIS在近红外波段的热点观测方向反射率的具体过 程如下： 核驱动模型的通用表达为 其中， 是Λ波段的方向反射率， 涉及波段为近红外波段， fiso、 fvol和fgeo是核 驱动模型中决定BRDF形状的三个参数， 具体表示了同性散射、 体散射和几何光学散射所占 方向反射率的权重； 这三个参数由MODIS官方产品MCD43A1参数产品提供， Kgeo和Kvol分别是 体散射核和几何光学核， 二者均关于太阳和观测方向的角度函数， 描述了太阳天顶角为θ， 观测天顶角为 相对方位角为 时， 植被冠层内部的散射现象， 包括了多次散射和单次散 射， Kgeo和Kvol的数学表达公式如下 所示：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115544806 A 2其中， 是热点函数， C1和C2分别指热点高度和宽度， 对于近红外波段， C1＝0.6， C2＝3.3°； ξ 为太阳光入射方向和观测方向的夹角， 其计算公式如下 所示： 热点观测方向反射 率的几何配置参数为 θ ＝45°， 4.根据权利要求1所述的基于多角度卫星观测数据的森林生物量反演方法， 其特征在 于： 在步骤S12中， 以步骤S11计算获取的M ODIS在近红外波段的热点观测方向反射率和步骤 S12提供的MODIS像元内的地面观测AGB数据作为输入， 采用最小二乘回归法， 得到一个 关于 AGB和MODIS热点观测之间的一元线性回归关系公式： Y＝AX+B                         (8) 其中， Y为输出的AGB， X为输入的MODIS在近红外波段的热点方向反射率， A和B分别为基 于最小二乘法拟合获得的系数和常数项。 5.根据权利要求1所述的基于多角度卫星观测数据的森林生物量反演方法， 其特征在 于： 步骤S11和S12之间还包括一步， 根据步骤S10选择出的森林覆盖且均质的MODIS像元， 对 MODIS像元内的森 林进行采样测量， 测量获取树木的胸径， 即DBH； 根据采样的DBH， 基于生长 异速方程计算样地内树木的AGB； 最后， 将采样得到的所有 林木的AGB求和作为对应MODIS像 元的地面观测AGB。 6.根据权利要求5所述的基于多角度卫星观测数据的森林生物量反演方法， 其特征在 于： 以树木胸径DBH为输入， 基于生长异速方程计算 树木AGB的具体步骤如下： 生长异速方程的数 学表达为： AGB＝Exp(B0+B1(l n(DBH)))              (7) 输入测量的DBH获得相应树木的AGB； 其中， B0和B1为生长异速方程的计算系数， 由树种 类型决定： 对阔叶林： B0＝ ‑2.2094， B1＝2.3867； 对于针叶林： B0＝ ‑2.5356， B1＝2.4349。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115544806 A 3