专利名称：测量土壤含水量的方法
技术领域：
本发明涉及土壤含水量检测技术领域，尤其涉及一种测量土壤含水量的方法。
背景技术：
随着遥感科学技术的不断发展，利用可见光、近红外和热红外遥感数据进行植被干旱监测得到广泛关注。其主要方法为(1)单一利用可见近红外数据，构建与植被自身水分亏缺相关的遥感指数，最终通过遥感指数来间接估算土壤干旱状况。此种方法受植被生理过程影响，在大多情况下这种间接关系难以成立，即植被表现良好时，可能地表土壤水分已经开始缺乏， 植被水分与土壤水分存在“时间差”，导致利用此种遥感指数难以有效估算土壤干旱情况。 此外，此种方法只能进行定性的、相对的土壤干旱表达，不能定量化到实际的土壤含水量， 使得干旱监测结果无法直接用于农业灌溉管理决策。( 单一利用热红外温度数据构建与植被、土壤温度相关的遥感指数。由于植被、土壤及大气三者温度差异导致蒸散发存在，直接影响土壤含水量变化。但是，与前者一样，本质上还是一种定性的表达，未与实际地表土壤含水量建立关联；且地表温度时空变化频率高，很难得到稳定的干旱监测结果。( 联合可见光、近红外遥感数据和热红外数据建立温度植被干旱指数。根据可见光、近红外数据构建的遥感指数，并对照热红外数据进行空间统计分析，得到地土壤水分变化-温度变化-植被指数变化三者间的规律，从而实现定性的土壤干旱监测。此种方法虽然考虑了土壤水分对温度和植被指数的影响，但仍然无法计算出地表土壤实际含水量。上述现有技术的主要缺陷为(1)现有基于可见光、近红外或热红外遥感数据的土壤干旱监测方法均是定性、相对趋势表达，无法获得实际土壤含水量。(2)缺少相关模型支持，得到的植被或土壤干旱结果精度较低，可靠性差、实用价值不高。(3)没有充分利用可见光、近红外与热红外遥感指数的特征空间信息。

发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何提供一种能够定量测量土壤含水量、精度高的土壤含水量测量方法。(二)技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了一种测量土壤含水量的方法，包括以下步骤Si、利用可见光、近红外及热红外波段的遥感数据计算温度干旱植被指数TVDI，得到第一 TVDI特征空间；S2、根据地面气象观测数据设定不同的土壤含水量，然后将所设定的土壤含水量数据输入生态过程模型，计算出不同土壤含水量条件下的植被温度和地表温度；S3、将植被结构参数及在步骤S2中所设定的土壤含水量输入辐射传输模型，计算出不同土壤含水量条件下植被的可见光和近红外波段反射光谱；S4、根据步骤S2中得到的植被温度和地表温度，以及步骤S3中得到的可见光和近红外波段反射光谱计算TVDI，得到第二 TVDI特征空间，然后对所述第二 TVDI特征空间进行等间隔的斜率划分；S5、根据步骤S4中的斜率划分结果，对所有土壤水分含量Y与其对应的斜率进行线性方程拟合，从而建立斜率与土壤含水量Y之间的定量关系方程；S6、把对所述第一 TVDI特征空间进行等间隔斜率划分后得到的斜率代入所述定量关系方程，得到空间连续覆盖的土壤含水量分布结果。其中，所述地面气象观测数据包括风速、太阳辐射度、大气能见度和降水量。其中，所述生态过程模型为CUPID模型。其中，所述辐射传输模型为SAIL模型。其中，步骤Sl和S4中计算TVDI的公式如下
权利要求
1.一种测量土壤含水量的方法，其特征在于，包括以下步骤51、利用可见光、近红外及热红外波段的遥感数据计算温度干旱植被指数TVDI，得到第一 TVDI特征空间；52、根据地面气象观测数据设定不同的土壤含水量，然后将所设定的土壤含水量数据输入生态过程模型，计算出不同土壤含水量条件下的植被温度和地表温度；53、将植被结构参数及在步骤S2中所设定的土壤含水量输入辐射传输模型，计算出不同土壤含水量条件下植被的可见光和近红外波段反射光谱；54、根据步骤S2中得到的植被温度和地表温度，以及步骤S3中得到的可见光和近红外波段反射光谱计算TVDI，得到第二 TVDI特征空间，然后对所述第二 TVDI特征空间进行等间隔的斜率划分；55、根据步骤S4中的斜率划分结果，对所有土壤水分含量Y与其对应的斜率进行线性方程拟合，从而建立斜率与土壤含水量Y之间的定量关系方程；56、把对所述第一TVDI特征空间进行等间隔斜率划分后得到的斜率代入所述定量关系方程，得到空间连续覆盖的土壤含水量分布结果。
2.如权利要求1所述的测量土壤含水量的方法，其特征在于，所述地面气象观测数据包括风速、太阳辐射度、大气能见度和降水量。
3.如权利要求1所述的测量土壤含水量的方法，其特征在于，所述生态过程模型为 CUPID模型。
4.如权利要求1所述的测量土壤含水量的方法，其特征在于，所述辐射传输模型为 SAIL模型。
5.如权利要求1所述的测量土壤含水量的方法，其特征在于，步骤Sl和S4中计算TVDI 的公式如下
6.如权利要求5所述的测量土壤含水量的方法，其特征在于，在步骤S4和S6中进行斜率划分的方法为根据Tmax对应的第一 TVDI特征空间或第二 TVDI特征空间中的点确定最大斜率，并根据Tmin对应的第一 TVDI特征空间或第二 TVDI特征空间中的点确定最小斜率； 根据该最大、最小斜率，将斜率等间隔划分。
7.如权利要求1 6任一项所述的测量土壤含水量的方法，其特征在于，所述植被结构参数包括叶面积指数、叶倾角和植被高度。
全文摘要
本发明公开了一种测量土壤含水量的方法，包括以下步骤S1、利用可见光、近红外及热红外波段的遥感数据计算TVDI，得到第一TVDI特征空间；S2、根据地面气象观测数据设定不同的土壤含水量，然后将土壤含水量数据输入生态过程模型，计算出不同土壤含水量条件下的植被温度和地表温度；S3、将植被结构参数及土壤含水量输入辐射传输模型，计算出不同土壤含水量条件下植被的可见光和近红外波段反射光谱；S4、根据植被和地表温度，及可见光和近红外波段反射光谱计算TVDI得到第二TVDI特征空间，然后对第二TVDI特征空间进行斜率划分；S5、建立斜率与土壤含水量Y之间的定量关系方程；S6、得到空间连续覆盖的土壤含水量分布结果。本发明能定量测量土壤含水量、精度高。
文档编号G01N21/31GK102455282SQ20101052586
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者宋晓宇, 徐新刚, 李存军, 杨小冬, 杨贵军, 王纪华, 赵春江, 陈红, 顾晓鹤, 黄文江 申请人:北京农业信息技术研究中心