一種校正尺度效應的中低分辨率遙感產品真值獲取方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種中低分辨率遙感產品真值獲取方法，尤其涉及一種校正尺度效應 的中低分辨率遙感產品真值獲取方法。
【背景技術】
[0002] 20世紀六七十年代，隨著遙感技術的不斷發展，遙感科學為地表要素的區域測量 和估算提供了強有力的手段，可以說是從傳統的"點"測量向"面"測量發展的一次飛躍，遙 感技術逐步成為目前獲得區域尺度地表信息的唯一有效手段。然而，這光鮮的背后卻隱藏 著中低分辨率遙感產品真值獲取仍舊并非易事，特別對于非均一的地表。究其原因，主要是 因為遙感反演過程中使用的模型大多都是通過分析特定波長下實際地表參數同傳感器測 量的物理量之間的關系而建立起來的。簡言之，這些遙感模型大多都是從點源觀測發展而 來的，通常都只適合于地表下墊面均一的情況。在實際應用中，由于地表的非均一性，中低 分辨率像元多數都是混合像元。不加改正就使用這些遙感模型來反演地表參數勢必會因為 尺度的改變而帶來較大的反演誤差，造成所謂的尺度效應問題，影響了遙感產品地表真值 的高精度獲取，無法滿足各行各業決策對于地表參數遙感反演精度的需求。
[0003] 現有的獲取方法存在的缺陷是：
[0004] 中低分辨率遙感產品真值的估算脫離不了高分辨率數據。配套的高分辨率數據本 身獲取就較為棘手，成本代價較高。此外要求高分辨率數據和中低分辨率數據的成像時間、 觀測幾何等條件均近似保持一致，否則空間異質性的估算會帶來一定的偏差，進而影響到 中低分辨率遙感產品真值的獲取精度。這一局限性導致了在實際應用過程中由于高分辨率 數據的缺乏而使得中低分辨率的遙感產品真值無法有效精確獲取。
[0005] 在空間尺度效應的數學推導中，采用泰勒級數展開公式對空間尺度效應進行了定 量估算。這一過程要求遙感反演模型連續可導，因此當違背這一假設，即選擇的遙感反演模 型不連續或者不可導時，就無法估算空間尺度效應，從而無法獲取中低分辨率的遙感產品 真值。
[0006] 空間異質性決定了空間尺度效應的大小，但現有技術僅考慮了類內異質性導致的 尺度效應，而忽略了類間異質性導致的尺度效應。然而不同地表類型間這種明顯的類間異 質性才是決定空間尺度效應的關鍵因素，如果不能有效刻畫類間異質性的影響將無法保證 尺度效應校正的精度，進而影響中低分辨率遙感產品真值的獲取精度。
【發明內容】
[0007] 為了解決上述技術所存在的不足之處，本發明提供了一種校正尺度效應的中低分 辨率遙感產品真值獲取方法。
[0008] 為了解決以上技術問題，本發明采用的技術方案是：一種校正尺度效應的中低分 辨率遙感產品真值獲取方法，獲取方法分為以下步驟：
[0009] (1)、定量遙感產品生產：
[0010] 定量遙感產品生產具體分為5個步驟：第一、獲取公里級中低分辨率遙感數據r， 其中r是中低分辨率遙感傳感器多個通道的觀測值；第二、通過配套的地表下墊面的分類 圖估算不同地表類型的組分比例第三、根據地表下墊面的分類圖，針對不同的地表下 墊面d，選擇合適的遙感反演模型fd，通常地表下墊面類型不同，遙感反演模型的形式或者 模型系數也不同；第四、將遙感數據r輸入到對應的遙感反演模型匕中，直接獲取不同地表 下墊面組分對應的定量遙感產品pd，即：pd=fd(r);第五、通過面積加權的方式獲取中低分 辨率遙感產品的粗略值/(? ,即：
[0011](1)α=ι
[0012] 其中，c為地表不同下墊面類型的總個數；cod為不同地表類型的組分比例；fd(r) 表示對應的定量遙感產品；
[0013] (2)、模型二階導估算：
[0014] 遙感反演函數將被作為黑箱，采用離散求解的方式估算模型二階導和二階偏導匕 .〕，即：
[0015]
(2)
[0016] 其中，f是模型的一階導，可以表示為丨
；r是中 低分辨率遙感傳感器多個通道的觀測值；A巧和是一個足夠小的增量，如10 3;占表 示數學上求取函數的偏導數；f表示抽象的遙感反演模型；
[0017] (3)、空間異質性估算：
[0018] 首先根據配套的地表下墊面的分類圖，針對每一地表類型，采用分層隨機采樣的 方式，隨機布設采樣點，并依賴地面觀測實驗來獲取樣本；采樣點的個數需根據標準差、抽 樣誤差以及置信度的先驗知識來確定；在每一地表類型內，通過統計比較特定滯后距離分 隔的觀測變量的差異，計算相隔滯后距離h，然后觀測變量的變異性，獲取變異函數γ(h)， 即：
[0019]
[0020] 其中\是相隔滯后距離h的觀測變量數據對的個數；r(X)是觀測變量值；
[0021] 為了刻畫數據的多尺度特性，變異函數被認為是球狀模型和指數模型的線性組 合；通過對理論變異函數模型的擬合，獲取到描述變異函數的重要參數：球狀模型和指數 模型的權重、基臺值以及變程；相應的類內異質性可以表示為：
[0022]
(4)
[0023] 其中，Μ為根據地表下墊面分類圖獲取的像元尺度s內的某一地表類型的面積， X和y為像元內在水平和垂直方向上的空間位置的坐標，同時，類間異質性直接利用組分比 例《d來衡量；整個像元的空間異質性由類內異質性和類間異質性來共同表示；
[0024] (4)、空間尺度效應估算：
[0025] 通過繼續分析同一區域高分辨率數據和中低分辨率數據表達同一客觀事物的差 異，結合現有技術方法中對空間尺度效應的數學簡化近似和推導，尺度效應厶^^可以表示 為：
[0026] (5)
[0027] 其中，kd>1,,是下墊面d對通道i和j的模型二階偏導，Vhv是下墊面d在像元尺 度s下i和j通道的類間異質性；上式中組分比例cod解釋了類間異質性對尺度效應的影 響，和ν^·，7?解釋了模型非線性程度和類內異質性對尺度效應的影響；
[0028] (5)、空間尺度效應改正：
[0029] 結合公式⑴和（5)，利用像元內的組分比例就可以對中低分辨率反演獲取的遙 感產品進行空間尺度效應校正，獲取中低分辨率遙感產品像元尺度真值
[0030]
(6)
[0031] 當遙感反演模型在整個輸入參數分布區間內不連續或者不可導的時候，可根據遙 感反演模型不連續和不可導的位置，將輸入參數分布區間重新劃分為若干子區間，使得在 每個子區間內遙感反演模型連續且可導，并同時估算每個子分布區間所占的比例和等效參 數值，結合公式（6)估算中低分辨率遙感產品像元尺度真值；η為通道數。
[0032] 本發明擺脫了遙感產品真值獲取過程中對于配套高分辨率數據需求的束縛，突破 現有技術中要求遙感反演模型連續可導的限制，同時考慮類內異質性和類間異質性導致的 尺度效應問題，進一步提高中低分辨率遙感產品像元尺度真值的獲取精度，最終實現中低 分辨率遙感產品像元尺度真值的簡便精確獲取。
【附圖說明】
[0033] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0034] 圖1為本發明的流程圖。
【具體實施方式】
[0035] 本發明提出的中低分辨率遙感產品真值的獲取方法仍舊是結合遙感模型反演和 尺度效應校正來實現的。但對于尺度效應的校正，是通過結合下墊面地表覆蓋類型的分類 圖，在不同地表類型布設采用點的方式，利用地統計中的變異函數來估算地表空間異質性。 最后結合不同地表類型的組分比例，同時校正類內和類間異質性導致的尺度效應，進而獲 取到中低分辨率遙感產品像元尺度真值。本發明的總體技術流程圖如圖1所示，分為以下 五個步驟：1、定量遙感產品生產；2、模型二階導估算；3、空間異質性估算；4、空間尺度效應 估算；5、空間尺度效應改正。
[0036] 1、定量遙感產品生產：
[0037] 分為5個步驟：第一、獲取公里級中低分辨率遙感數據r，其中r是中低分辨率遙 感傳感器多個通道的觀測值；第二、通過配套的地表下墊面的分類圖估算不同地表類型的 組分比例cod;第三、根據地