第２６卷第２期
２０１２年６月
黑龍江工
程學院學報（自然科學版）
ｖｏ１．２６№．２
ｊｕｎ，２０１２
基於ｄａｒｔ模型森林結構引數反演
王強ｌ ，劉丹丹 ，張為成
（１．黑龍江工程學院測繪工程學院，黑龍江哈爾濱１５００５０；２．哈爾濱工業大學電子與資訊工程學院，黑龍江哈爾濱
１５０００１）
摘要：為充分發揮多角度遙感技術在森林資源監測過程中的作用，首先需要認識遙感訊號產生的機理，了解植被
冠層輻射傳輸的過程，建立合適的數學模型進行定量描述，最終達到從遙感訊號中提取植被資訊的目的。利用ｃｈｒｉｓ多角度遙感資料驗證ｄａｒｔ多角度物理模型，ｄａｒｔ多角度物理模型確定影響雙向反射率分布函式（ｂｒｄｆ）的不同敏感引數，根據試驗區的特點設計並正演建立查詢表，由平方差最小原則通過多角度遙感影象反演ｌａｉ。反演得到的ｌａｉ與樣地實測資料比較分析，結果表明多角度遙感反演精度滿足要求。
關鍵詞：多角度遙感；ｄａｒｔ模型；葉面積指數；反演中圖分類號：ｐ２３７
文獻標誌碼：ａ ．文章編號
與傳統的單一方向遙感相比，觀測方向增加使得遙感資訊量增加，如果能夠繼續增加觀測方向，通過對地面固定目標多個方向的觀察，將豐富對目標
的觀測資訊，就有可能提取地表更多或更精確的信
光學模型［引、輻射傳輸模型［、混合模型［５］、計算機模擬模型［７電］。其中：混合模型實際上是幾何光學和
息，使提取地面目標的三維空間結構引數更為詳細
可靠。近３０ ａ來，各國科學家對森林遙感冠層輻射傳輸的定量與模擬做了大量工作，目前已有的許多多角度遙感模型，按其理論基礎可歸納為四類：幾何
收稿日期
**專案：黑龍江省教育廳骨幹教師**專案黑龍江省
青年**專案黑龍江省教育廳面上專案
（ｆ２ｏ１２３４）
輻射傳輸模型結合的產物，而隨著研究的深入，越來
越多的模型不再侷限於採用單一的理論和方法。其中，每種模型都有各自的適用範圍和優缺點：幾何光學模型更適合於處理非均勻的植被群體，特別是低密度、大個體的稀疏群體，但是對於輻射植冠中的衰
減處理過於簡單，沒有考慮天空散射光和群體的多次散射作用，這使得幾何光學模型的精度受到影響；輻射傳輸模型一般適合於植被組分與群體密度相比很小的群體以及其他稠密、水平均勻的群體，但沒有考慮非葉器官的作用以及植被各組分間的空間距離和非隨機的分布現象；混合模型適用於任何非均勻
作者簡介：王強（１９８ｏ一），男，講師，博士，研究方向：遙感資訊分析
與應用．
第２期王強，等：基於ｄａｒｔ模型森林結構引數反演
程度群體，但是其計算量非常大；計算機模擬模型能完整地反映出自然植被的真實特徵，但是此方法計
算需要大量的試驗和重複，同時也受到群體結構變
量數量的限制。
本文基於長白山遙感試驗成果，利用ｄａｒｔ模
磊÷睦ｆ潦菇黴
ｏ２７型與多角度ｃｈｒｉｓ遙感影象對覆蓋區的森林ｌａｉ進行反演，並與地面實測資料比較分析驗證基於ｄａｒｔ多角度物理模型反演森林ｌａｉ的準確性。
１研究區域
９１ｆ＼二
長白山研究區位於中國吉林省的東南部，毗鄰圖１成像幾何關係
朝鮮。地貌型別多為火山成因的山地地貌，其中，白準，投影為橢球體選擇ｗｇｓ８４，雲峰是中國東北部最高的山峰，海拔２ ６９４ ｉｎ。長使得ｃｈｒｉｓ影象與ｔｍ／ｅｔｍ＋影象較好地配準，白山屬於受季風影響的大陸山地溫帶溼潤氣候，氣
誤差小於１個畫素。ｃｈｒｉｓ輻射亮度資料的大氣
候受地勢高低影響大。冬季漫長寒冷，夏季較短，溫
糾正採用基於ｍｏｄｔｒａｎ－４的輻射傳輸機理軟體暖濕潤。年平均溫度３～７℃，日照時間每年
∞如∞如加ｍ００ｍ加如柏卯∞
ａｔｃｏｒ＿３，該軟體可以考慮傾斜觀察的大氣路徑
２ ３００ ｈ，無霜期一般１００ ｄ，海拔較高的地方僅長度變化、透射率變化，並耦合地形資料及由其衍生
６０ ｄ，降水豐富，年平均降水量其的坡度、坡向、天空觀察因子、太陽照射等資料糾正中６ｏ ～７０ 集中在６～９月。在海拔較高的山地形效應［９］。這種方法的乙個特別之處在於ａｔ—峰，降水主要以雪的形式存在，冬天雪的厚度一般ｃｏｒ－３糾正程輻射亮度和鄰近效應，而不糾正半球５０ ｃｍ，有的地方超過７０ ｃｍ。
春秋兩季冷空氣活動輻照度。根據已有的地形資料，用ａｔｃｏｒ－３對研
十分活躍，天氣多變，冷暖階段性變化顯著，春有「倒究區典型的針葉林像元進行大氣糾正，大氣糾正前
春寒」，秋有「小陽春」。土壤隨著氣候、地勢和海拔是輻射亮度，大氣糾正後是反射率，如圖２所示。由高度的不同而不同，海拔從低到高垂直分布４種類於相鄰影像之間的推掃方向相反，造成＋／一３６。
的型的土壤：海拔屬於暗棕色森林土，影象南北向顛倒，在幾何校正之前最好將影象翻轉分布棕色針葉土（山地棕色森林使用ｅｎｖｉ軟體即可實現。影象上的條帶效應是土為山地草甸森林土，２ ０００ ｍ以由溫度變化造成的定標誤差引起的，本文使用ｅｓａ上為山地苔原土。
提供的官方處理程式消除誤差。』
２ｃｈｒｉｓ資料獲取與預處理
遙感資料預處理一般包括幾何糾正和大氣糾正
兩部分，條帶雜訊嚴重時需要去條帶。本文利用遙感處理常用的ｅｎｖｉ軟體讀影象，利用軟體讀取的試驗資料成像時間，該地區實驗
資料成像時只得到３個觀測方向的資料，使用軟體讀取的試驗資料成像資訊如表１所
示。根據成像時間、星曆關係，計算太陽位置天頂角、方位角，如圖１所示。
圖２大氣糾正結果
表１試驗區資料成像資訊
３ ｄａｒｔ模型
等（１９９６年）建立的可模
擬異質性三維場景輻射傳輸的模型，是對ｋ—ｋ三維輻
本研究由具有地理編碼的ｔｍ／ｅｔｍ＋資料作射傳輸模型的改進＿１。ｄａｒｔ模型的主要模擬技為基準資料來校正無座標資訊的ｃｈｒｉｓ資料，採術特徵是光線跟蹤和離散座標方法，在模型中輻射集１２個控制點（ｇｃｐ）通過多項式擬合方法進行配
傳輸通過迭代程式跟蹤第ｉ次被散射體截留作第
第２期王強，等：基於ｄａｒｔ模型森林結構引數反演
曲線的變化趨勢是一致的。而且發現在背向
３５．６９。時反射率光譜值整體比其餘兩角度要高，
擬森林象元冠層的ｂｒｄｆ。同時也反映出多角度觀
測可以通過對植被多個方向的觀察獲得更多的植被資訊，使提取森林三維空間結構引數更為準確。
這是因為成像時太陽天頂角為方位角為
１５０．７６４。，背向一３５．６９。比其餘兩個角度接近「熱點」位置，由此驗證ｄａｒｔ模型能反應森林場景
５ 結束語
本文主要目的在於突出多角度遙感具有的優點。針對ｃｈｒｉｓ資料，考慮不同森林場景選擇適用於任何條件的ｄａｒｔ多角度混合模型基礎上，根據模型的不
ｂｒｄｆ的趨勢與特點。
４ 查詢表反演與分析
物理模型是從物理機理上對太陽光線在植被冠層內傳輸過程的描述與表達，由於過程的複雜性，表
同敏感引數和試驗區選擇的特點設計查詢表引數，並由模型正演建立查詢表，再根據插值的方法由遙感圖達模型所涉及的引數往往不止乙個，由於物理模型像的反射率值反演ｌ，ａｉ。最後同傳統單一角度方法反所涉及的地表引數很多，目前遙感資料能提供的信演的ｌ 與研究區實測ｌａｉ比較分析。結果表明多息量還不足以支撐這麼多引數的反演，模型要正確
角度遙感反演ｌ 滿足精度要求，因此，有必要尋找更反演，必需解決資訊量不足即病態反演的問題。解穩定、更準確、更能反映森林結構引數的指標，這些指
決方法之一就是根據模型中感興趣並且是敏感的參
標可能是角度間的組合，類似於波段之間的組合構成數正演建立查詢表，考慮所有敏感引數在其取值范的引數，以此來提高反演森林結構引數的精度。
圍內以一定步長變化時對冠層反射率的影響，由於物理模型涉及的引數過多，本研究針對指定的研究參考文獻
區域研究樹種固定一部分引數，以此簡化查詢表
根據ｃｈｒｉｓ多角度遙感資料利用平方差最小原則
游離查詢表反演研究區森林葉面積指數，圖８與
圖９分別為反演ｌａ１分布圖與實測樣地比較。
［２］李小文，汪駿發，王錦地．多角度與熱紅外對地遙感［ｍ］．北京：科學出版社
口１－２２２．
圖８ ｃｌｔｒｉｓ資料反演ｌａｉ
１－２２２．
２１４—２３１．
圖９ ｃｆｌｒｉｓ遙感資料反演結果與樣地實測比較
圖所示ｄａｒｔ模型反演
結果與樣地實測ｌａｉ結果接近，這說明ｄａｒｔ多
角度物理模型能準確地刻畫研究區森林場景，並模［責任編輯：郝麗英］
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