(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 202210770366.1 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 北京大学 地址 100871 北京市海淀区颐和园路5号北 京大学 (72)发明人 范闻捷　胡玲　彭乃杰　杨斯棋　 (74)专利代理 机构 北京君尚知识产权代理有限 公司 11200 专利代理师 余长江 (51)Int.Cl. G06F 16/9537(2019.01) G06F 16/2455(2019.01) G06F 16/215(2019.01) G01N 21/55(2014.01) G06F 30/27(2020.01) (54)发明名称 基于光谱不变理论的植被蓝天空反照率估 算方法及装置 (57)摘要 本发明提供了一种基于光谱不变理论的植 被蓝天空反照率估算方法及装置， 所述方法包 括： 获取目标地区的Sentinel ‑2数据与静止气象 卫星数据； 提取Sentinel ‑2数据中晴空的 Sentinel ‑2数据； 基于 晴空Sentinel ‑2数据， 确 定叶片单次散射反照率和土壤背景反射率； 计算 目标地区的植被生长节律， 并结合Sentinel ‑2数 据确定逐日植被叶面积指数时间序列； 基于所述 静止气象卫星数据， 确定逐小时天空散射光比 例； 基于叶片单次散射反照率、 土壤背景反射率、 逐日植被叶面积指数时间序列以及逐小时天空 散射光比例， 获取目标地区的植被蓝天空反照 率。 本发明使得植被反照率估算摆脱了对多角度 卫星观测数据的依赖， 并可以提供不同植被类 型、 不同天气条件下的十米级、 逐小时连续的植 被反照率数据。 权利要求书3页 说明书12页 附图4页 CN 115292616 A 2022.11.04 CN 115292616 A 1.一种基于光谱不变理论的植被蓝天空反照率估算方法， 所述方法包括： 获取目标地区的Senti nel‑2数据与静止气象卫星数据； 提取所述Sentinel ‑2数据中晴空的Sentinel ‑2数据， 并基于 晴空Sentinel ‑2数据， 确 定叶片单次散射反照率和土壤背景反射 率； 计算所述目标地区的植被生长节律， 并结合所述Sentinel ‑2数据， 确定逐日植被叶面 积指数时间序列； 基于所述静止气象卫星数据， 确定逐小时天空散射 光比例； 基于所述叶片单次散射反照率、 所述土壤背景反射率、 所述逐日植被叶面积指数时间 序列以及所述逐小时天空散射 光比例， 获取 所述目标地区的植被蓝天空反照率。 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述在所述Sentinel ‑2数据中晴空 Sentinel‑2数据， 包括： 在所述Senti nel‑2数据中获取云覆盖度小于设定值的Senti nel‑2数据； 对小于设定值的Sentinel ‑2数据进行预处理， 得到所述晴空S entinel‑2数据， 其中， 所 述预处理包括： 影 像的辐射定标、 几何校正和大气校正。 3.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述基于所述Sentinel ‑2数据中的晴空 Sentinel‑2数据， 确定叶片单次散射反照率， 包括： 针对所述晴空Sentinel ‑2数据在可见光波段的叶片单次散射反照率变化， 基于 PROSAIL模型建立叶绿素值为查找条件的查找表， 以确定可见光波段的叶片单次散射反照 率； 基于所述晴空Sentinel ‑2数据， 建立从红外土壤反射率、 植被覆盖度、 纯植被冠层近红 外反射率指数到所述叶片单次散射反照率的查找表， 以确定近红外波段的叶片单次散射反 照率； 根据叶片的等效水厚度与 所述在近红外波段的叶片单次散射反照 率， 得到在短波红外 波段的叶片单次散射反照率； 综合可见光波段、 近红外波段与短波红外波段的叶片单次散射反照率， 得到所述叶片 单次散射反照率。 4.如权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述基于所述晴空Sentinel ‑2数据， 建立从 红外土壤反射率、 植被覆盖度、 纯植被冠层近红外反射率指数到所述叶片单次散射反照率 的查找表， 包括： 基于所述晴空Sentinel ‑2的数据， 估算像元内有植被覆盖部分的植被贡献程度， 其中， 所述像元内包括 植物覆盖部分和土壤部分； 获取像元内的植被覆盖度； 根据所述 植被覆盖度与所述 植被贡献程度， 计算纯植被冠层近红外反射 率指数； 借助PROSAIL模型建立所述纯植被冠层近红外反射率指数和所述叶片单次散射反照率 的相关关系时， 模拟参数 的分布和固定值， 以确定各参数对所述叶片单次散射反照率的影 响， 从而得到红外土壤反射率、 植被覆盖度、 纯植被冠层近红外反射率指数到所述叶片单次 散射反照率的查找 表。 5.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述计算所述目标地区的植被生长节律， 包 括：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115292616 A 2获取一年中原始归一化差值植被指数的最大值NDVImax以及原始归一化差值植被指数 在上升阶段的最小值 NDVImin； 基于原始归一化差值植被指数的变化幅度， 提取生长季的动态阈值 τ； 根据所述 最大值NDVImax、 所述最小值NDVImin与所述动态阈值 τ， 计算返青期t； 计算枯黄期t′； 根据所述返青期t与所述 枯黄期t′， 得到所述 植被生长节律。 6.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述结合所述Sentinel ‑2数据， 确定逐日植 被叶面积指数时间序列， 包括： 利用云掩膜数据， 对所述Senti nel‑2数据进行异常值剔除； 基于异常值剔除后的Sentinel ‑2数据， 获取原始归一化差值植被指数时间序列， 并结 合所述植被生长节律， 重构所述原始归一化差值植被指数时间序列， 得到生长季的归一化 差值植被指数时间序列 与非生长季的归一 化差值植被指数时间序列； 针对所述非生长季的归一化差值植被指数时间序列， 进行逐日植被叶面积指数的设 定； 针对所述生长季的归一化差值植被指数时间序列， 基于BRDF统一模型并利用LUT方法 进行逐日植被叶面积指数的反演； 综合生长季与非生长季的逐 日植被叶面积指数， 得到离散的逐 日植被叶面积指数时间 序列； 针对所述离散的逐日植被叶面积指数时间序列， 采用时间序列重构算法进行重构， 得 到全年逐日的LAI时间序列。 7.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述基于所述静止气象卫星数据， 确定逐小 时天空散射 光比例， 包括： 基于所述静止气象卫星数据， 估算M公里分辨 率的下行直射辐射和下 行总辐射数据； 根据所述下行直射辐射和下行总辐射数据， 估算逐小时的天空散射光比例， 以得到逐 小时天空散射 光比例。 8.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述基于所述叶片单次散射反照率、 所述土 壤背景反射率、 所述逐日植被叶面积指数时间序列以及所述逐小时天空散射光比例， 获取 所述目标地区的植被蓝天空反照率， 包括： 设定光子被叶片散射后再次与叶片 发生碰撞的概率P， 并结合所述单次散射反照 率， 计 算单一方向入射的光子在和植被经元素过一次或多次碰撞后被植被吸收的概率ac_dir与半 球方向入射的光子在和植被经 元素过一次或多次碰撞后被植被吸 收的概率ac_diff； 设定描述冠层叶倾角分布的函数G与聚集指数ξ， 并结合所述逐日植被叶面积指数时间 序列， 计算每一日的冠层对单 方向入射 光子的拦截概 率i0； 计算所述 拦截概率i0在半球空间的积分， 得到冠层对半球方向入射 光子的拦截概 率 设定与叶片发生碰撞后被散射的光子向下逸出冠层的概率qd， 并结合所述单次散射反 照率与所述 概率P， 计算各个方向均匀入射 光子的植被散射反射 率 基于所述土壤背景反射率、 所述植被散射反射率 所述拦截概率 分别计算光子 经历土壤和植被之间的任意次碰撞后均未被吸收的概率Psr与光子经历土壤和植被之间的权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115292616 A 3