垄行结构玉米冠层方向亮温模型研究

基于热红外成像仪获取的玉米冠层图像,对垄行结构玉米的方向亮温(DBT)进行模型化描述并开展了初步验证工作。模型中假设某一方向上的冠层DBT是组分亮温及各组分在视场中所占面积权重的函数,它们在视场中的比例依赖太阳与传感器的几何位置关系,以及在作物行内,作物行与行之间孔隙的分布。对于玉米冠层的几何特征,简化为横截面是矩形的、其中有空隙透光的一组无限长的平行立方体;立方体内双向孔隙率的方向变化由Kuusk函数来描述。模型模拟表明,玉米亮温组分在视场中的权重具有垄行特性。中午前后,通过对中等密度的冠层DBT模拟,在DBT极坐标图形上发现了一个明显位于垄行方向的热条带的出现,热点出现在太阳位置的周围。最后,利用实地观测的结果与模型模拟结果作对比,对该模型的不足和以后的改进作了初步分析。

利用多角度热图像提取冠层组分温度和方向亮温

为了给热辐射方向性研究提供准确的组分温度分布和方向亮温数据,提出了一种新的基于热像仪的实用测量方法.该算法包括2个部分:1)采用“热像仪-定面积法”的改进方法“虚拟圈”结合“交叉点法”自动提取植被冠层方向亮度温度,并进行时间效应纠正;2)在假设发射率已知的条件下,利用“开放度”的概念去除多次散射和天空下行辐射的影响,给出更精确的组分温度分布信息.采用2006年4月20日北京小汤山小麦地的测量数据进行了初步分析.获取的方向亮温可以较好地反映地表热辐射方向性规律,热动力学温度提取误差均值小于1 K.

城市目标方向亮温观测的视场效应分析

基于简化的城市目标三维结构模型,利用计算机图形学中辐射度方法,对城市目标的热辐射方向性规律进行模拟。在传感器分别位于近地面和卫星轨道时,研究了城市目标各组分在视场内的权重随观测天顶角、方位角和观测距离改变的变化规律。结果表明:城市目标方向亮温地面辐射测量存在显著视场效应。当传感器位于近地面时,在垂直太阳主平面附近,视场效应达到最大。方向亮温随观测距离的改变有明显变化。随着观测距离的增加,视场效应急剧减小。将近地面测量得到的方向亮温与卫星影像计算所得的方向亮温对比时,视场效应是一个必须考虑的因素。

基于POV-ray的行播作物方向亮温仿真研究

利用POV-ray光线追踪方法,对植被真实结构模型(CLAMP)生成的复杂行播场景下的方向亮温(DBT)进行快速演算,并针对CLAMP模型中集聚指数,平均叶倾角和叶面积指数,对冠层方向亮温的影响做敏感性分析,得到在不同参数输入条件下DBT的一些规律。结果表明,集聚指数可以有效地控制叶片在空间的分布情况,对于DBT的结果有较大影响;平均叶倾角对DBT的各向异性特征影响明显;叶面积指数是表征作物生长阶段的关键参数,对DBT的影响很大。

垄行作物玉米方向亮温野外测量中视场角影响的简单分析

基于透视原理、地面试验中对于较高目标的观测存在着一定的偏差。这种偏差随传感器高度、观测角度、视场角大小、观测位置等多个因素改变。由于垄行作物空间结构和温度分布的复杂性 ,在采用较大视场角测量方向亮温的地面实验中 ,将不可避免地存在着误差。采用一个简化的三分量二维结构模型对这种误差进行初步的分析与估算。亮温三分量分别为植被、被阳光照到的亮土和植被阴影下的暗土。作物的结构简化为剖面为矩形的无限长平行体。通过对这三个分量在传感器视场中面积权重的计算来模拟目标结构、传感器高度、位置、视场角大小、观测角度等因素对测量结果产生的影响。模拟结果表明 ,在垂直观测中 ,视场中的植被权重往往被高估 ,偏差随传感器高度的降低急剧增加。在倾斜观测中 ,由于一种互补效应的产生 ,偏差被限制在一个较低的范围内。经过分析 ,减小误差的最有效办法是提高传感器高度。最后 ,实验数据与模拟结果进行了比较。恰当地选取模型输入 ,两种数据能非常好的吻合。

采用热像仪测量玉米冠层半球方向亮温的四种方法比较

为了提高玉米冠层半球方向亮温(DBT)测量的准确性,对一套由工业用起重机平台和热红外成像仪组成的地面观测系统的四种测量方法进行了对比和评价。这些方法基于不同的测量原理:(1)通过移动起重机和平台,从不同的角度去测量一个样区的DBT;(2)固定起重机和平台的位置,通过旋转热像仪,从不同的区域收集不同角度的DBT;(3)对方法2的改进,转动热像仪朝向的同时,吊车沿作物垄行方向运动,得到大区域内平均的DBT;(4)当热像仪沿着垂直于垄行方向的起重机臂运动时,用高成像频率对目标热辐射进行采样。在对这些方法进行比较时,着重考虑了玉米冠层亮温分布的时间和空间变化所产生的影响,对本观测系统的优点和局限性进行了初步探讨。最后,本文从实际应用的角度,提出了一个基于这个系统且优化了的DBT测量方法。

组分权重方法对城市目标方向亮温模拟的影响

借鉴了现阶段二维垄行作物的组分权重确定方法并将其推广到三维城市地表,加上已有的针对城市地表的方法,得到了辐射度方法、水平面投影法、球面投影法和中心投影实验法4种方法。结果表明,当天顶角较小时,辐射度方法、球面投影法、中心投影实验法(通过数码像片勾绘统计计算得到组分权重)和水平面投影法都能较为精确地模拟方向亮温的空间分布。

热辐射方向性测量中的时间效应模拟

由于测量仪器的限制,热辐射方向性测量很难直接获得瞬时方向亮温分布,耗时较长,存在明显的时间效应。目前通常采用线性近似方法纠正,但是无法进行定量误差分析。以冬小麦为例,结合小气候模型CUPID和计算机真实结构模型RGM模拟测量过程中的组分温度和方向亮温变化,对采用线性近似算法进行时间效应纠正的误差进行了评估。结果表明,采用线性近似纠正可以满足测量要求,纠正误差(RMSE)小于0.3K。通过相关性分析得出结论:组分温度时间差异是方向亮温时间差异的主要影响因素。

遥感地面辐射观测中的视场效应问题研究

以典型的垄行作物玉米为研究对象,提出了一种新的视场效应分析方法:网格模型法。该方法将目标空间和测量空间网格化,然后在网格空间计算观测视场内的组分比例,进而确定组合信号值。本文采用网格模型法分析了垄行作物亮叶、暗叶、亮土、暗土四分量在传感器视场中面积权重变化、空隙率的变化、方向亮温的变化、红波段反射率的变化、红外波段反射率的变化以及植被指数NDVI的变化率,研究了不同观测角度情况下视场效应的变化。

广义地表热辐射方向性计算机模拟研究进展

地表温度反映了地球表面的能量变化与交换过程,是研究地球科学的一个重要指标。地表的几何结构和组分温度差异是地表热辐射在不同方向上存在差异性的主要原因,因此,大部分陆面都存在不同程度的热辐射方向性。介绍了广义热辐射方向性计算机模型的研究方法和研究现状,并从模型特点、模拟对象、模拟精度和时间复杂度等方面对常见模型进行评价,评述了耦合气候模型和地表热辐射方向性模型进行热辐射方向性研究中的应用情况,指出该领域尚未解决的问题并对未来的研究方向进行了展望。

城市地表热辐射方向性研究进展综述

热辐射方向性是指从不同方向观测同一目标地物时,测得的热辐射值各异的现象,通常体现为方向性辐亮度或亮温各异。随着高空间分辨率遥感数据的出现,面对高精度地表温度产品的需求,热辐射方向性效应不可忽视,如今已成为热红外遥感重点关注的问题之一。对于物质组成不均一、几何结构复杂的城市地表来说,热辐射方向性尤为显著。本文整理、分析了在城市地区开展的一系列热辐射方向性观测试验和正演模型,其中也包括一些对地表温度真值的有益探索;并对城市热辐射方向性强度的影响因素进行了归纳,包括观测季节与时间、地表几何结构、材料自身的物理属性、观测角度、视场角等,这些因素会使热辐射方向性的强度呈现出一定的时空规律性。最后,针对提高城市地表温度的反演精度、如何更好地开展城市热辐射方向性研究提出了5点展望。