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BRDF模型对遥感定量反演的影响研究

刘佳  
【摘要】: BRDF模型的研究是多角度遥感资料定量解译的理论基础,可以更精确地反演植被冠层更丰富的结构参数。本文主要研究卫星有角度观测时BRDF对反射率的影响大小;对比分析了考虑BRDF的反射率与不考虑BRDF的反射率进行叶面积指数(LAI)反演结果的差别,为后续研究提供参考依据。 在详细分析BRDF模型算法机制的基础上,确定了BRDF模型的选择规则:对于地形起伏的情况,采用几何光学模型;对于地势平坦的情况,选用辐射传输模型或GORT混合模型;对于BRDF决定性因素不清的混合像元,选择半经验模型。 通过对MODIS数据的分析与处理,将图像分出三种地类,即人造地物、森林和水体,在此基础上讨论了MODIS数据的BRDF特征,可知在不同的观测方向,三种地类的反射率都是随着观测天顶角的增加而增加;地物的“热点”出现在观测角与太阳同侧,即后向散射方向;可见光波段的光谱变化显著,近红外波段的反射率受角度的影响较小;不同类别的BRDF特征存在一定的差异,森林的碗边效应表现的比较明显,而水体在可见光波段的镜面反射明显高于其他地类,人造地物在可见光各个波段的反射率要高于其他地类,说明人造地物内部的非均一性较高;由此可以证明多角度观测可以带来更多关于地表三维的信息。 对经过处理的MODIS图像,分别用考虑BRDF的反射率图像和不考虑BRDF的反射率图像进行LAI的反演。对5SCALE模型进行敏感性分析,确定神经网络的输入参数,并且引入了土壤反射指数替代模型中较难确定的土壤背景反射率参数,将反演结果与实测LAI数据进行比较。结果表明,用考虑BRDF的反射率反演的LAI值与实测的LAI拟合效果更好,这是因为考虑BRDF的反射率消除了地面反射率各向异性的影响,使其更接近地面实际情况,以上的结果也可以说明考虑BRDF影响是必要的。无论是用考虑BRDF的反射率和还是不考虑BRDF的反射率反演LAI,当LAI<3时,反演的LAI与实测的LAI比较一致,相差不大;但当LAI>3时,反演的LAI误差比较大,其原因可能是LAI>3时冠层反射率对LAI敏感度降低。


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