适用于山地森林冠层的新地形校正模型

The topographic correction of optical remote sensing image has been significantly affected by the non-Lambert forest canopies. Despite of a few studies about topographic correction models for forests on slope based on forest reflectance model inversion to take forest canopy structure and view angles into consideration, current forest reflectance models for forest on slopes are inadequate and topographic correction models based on them are also weak. Therefore, we propose to develop a new forest reflectance model for complex terrains based on forest reflectance model suitable for sloping terrains (GOST) to simulate radiative transfer process between forest slopes and within canopies. An inversion method using a lookup table is proposed to build the new topographic correction model considering canopy structures based on the new forest reflectance model. The results of the new topographic correction method and conventional topographic correction models will be compared with each other and evaluated by common evaluation methods. In addition, the forest canopy reflectance over flat terrains will be simulated by the new forest reflectance model after topographic factors transformation for quantitative evaluation of the topographic correction methods, and also for quantitative evaluation of the traditional topographic correction evaluation methods. The new topographic correction model will improve the theory and methods of the topographic correction methods, and provide effective techniques to improve the reliability of topographic correction results.

森林冠层的非朗伯体特性会显著影响光学遥感影像的地形校正效果，针对地形校正模型中难以考虑冠层结构和观测方位的问题，已有少量研究初步探索了反演森林反射率模型进行地形校正的方法。然而目前山地森林反射率模型并不完善，以此为基础的地形校正结果也存在很大的不确定性。为此，本项目将模拟坡面森林反射率的GOST模型完善为新山地森林反射率模型，使其可以模拟太阳直射光和天空散射光在山地坡面间和坡面冠层内的辐射传输过程。在此基础上，用查找表方法反演新山地森林反射率模型，开发考虑森林冠层结构的新地形校正模型，并开展新地形校正模型和多种常用地形校正模型的结果比较和常规评价工作。另外，还将在新森林反射率模型基础上通过地形参数转换获得平地森林反射率参考结果，用于定量评价地形校正效果和分析常规地形校正评价方法可能存在的不确定性。开发的新地形校正模型将进一步完善地形校正理论和方法，并为提高地形校正结果的可靠性提供有效技术。

大多数地形校正方法一般很少直接考虑由于坡面森林冠层结构变化导致的卫星遥感反射率变化。因此，森林冠层的非朗伯体特性会显著的影响光学遥感影像的地形校正效果。针对地形校正算法中难以考虑冠层结构和观测方位的问题，已有少量研究初步探索了通过反演坡面森林冠层反射率模型进行地形校正的方法。然而目前坡面森林冠层反射率模型并不完善，以此为基础的地形校正结果也存在很大的不确定性。为了解决这一难题，本项目主要研究：1）通过改善坡面冠层结构模拟方法，提高坡面冠层反射率模型GOST的计算速度；2）研究基于坡地冠层反射率模型的地形校正算法；3）研究针对地形校正结果的定量评价方法。取得的主要结果有：1）将模拟坡面森林冠层反射率的GOST模型完善为GOST2模型，使其能够更加准确和快速的模拟坡面冠层反射率；2）利用GOST2模型建立了冠层结构参数和坡地冠层反射率之间的查找表，为建立考虑冠层结构的地形校正方法和建立坡面冠层结构参数反演方法打下了扎实的基础；3）基于GOST2模型的查找表开发了考虑森林冠层结构的新地形校正算法，评价结果表明该方法相比12种常用地形校正方法具有更大的应用潜力；4）通过案例开展了新地形校正算法和12种常用地形校正算法结果的比较和评价；5）针对目视评价和相关性分析评价等常规地形校正评价方法可能存在的不确定性，提出了用地形校正后光谱反射率统计结果的玫瑰图对地形校正结果进行定量评价的方法。开发的新地形校正算法进一步加深了对坡面冠层结构及其光谱反射率关系的理解，丰富了植被定量遥感的应用，并为提高地形校正结果的可靠性提供了更为有效的技术。