应用植被角度指度反演植被生物物理参数的研究与应用

地表植被呈现各向异性的反射特征，该特征与植被生物物理参数密切相关。利用植被冠层各向异性反射特征反演植被生物物理参数，多年来一直是定量遥感研究的一个重要方向。在应用多角度遥感数据反演植被生物物理参数的方法中，利用植被各向异性反射角度指数（简称植被角度指数），推断植被生物物理参数，是近年来植被参数反演的新方法。本项目将基于植被冠层各向异性反射特征，拟从硬件架构、算法研究和软件集成与可视化三方面，针对典型研究区域，进行方法研究和应用示范，具体内容包括（1）设计和架构多角度观测平台，进行典型植被二向性反射的精确控制测量；（2）基于核驱动模型系列，应用地表和星载观测数据，构造植被角度指数，进而反演植被生物物理参数的方法研究；（3）实现植被生物物理参数反演算法与核驱动模型的集成与可视化。该项目将为遥感用户提供多角度观测设备，参数反演方法，以及软件集成与可视化三方面成果，具有重要的研究意义和应用价值。

考虑地球表面各向异性的反射特征，对提高某些地表生物物理参数的反演精度（如，地表反照率）有重要作用。在考虑地表各向异性反射特征的生物物理参数反演方法中，利用各向异性反射角度指数（简称角度指数）推断地表参数，是近年来地表参数反演的一个新方向。在此背景下，本项目深入探索通过构造角度指数，提取和积累地表各向异性先验知识，针对遥感应用中存在的实际问题，发展新算法，较好地执行项目申请时的设计内容，取得了以下三方面成果：（1）设计和架构多角度观测平台，进行典型地物二向性反射的室内和室外的精确控制测量与对比；（2）基于核驱动模型系列，应用地表和星载观测数据，构造地表各向异性平整指数（AFX），通过该各向异性指数，对已收集的地表多角度数据和全球EOS地表核心验证点的MODIS BRDF产品，提取BRDF原型并验证，针对小角度机载观测数据发展新算法，并应用这些BRDF原型，初步解决遥感实验中小角度机载反照率反演的病态问题；（3）实现反演算法与核驱动模型的集成与可视化。通过该项目的实施，我们（1）收集了一些BRDF数据，包括国内外一些大型遥感实验积累的BRDF数据，以及利用MODIS BRDF/反照率的业务化运行算法提取多景MODIS多角度观测数据；（2）从这些BRDF数据中提取了BRDF原型，形成BRDF原型库。该项目实施的重要意义在于（1）积累了多角度硬件设备设计经验，通过分析现有多角度观测设备的优缺点，为下一步进行便携式多角度观测设备的设计和实现提供了可能；（2）提取了BRDF原型，发展了基于BRDF原型的反照率反演新算法，初步将这些BRDF原型作为先验知识，用于机载小角度观测数据的反照率反演，对这些BRDF原型进行了应用示范；（3）将核驱动模型进行了集成与可视化，简化了模型操作，便于用户应用。该项目在硬件设计，算法发展和软件集成方面三方面提供了研究成果，具有重要的科学意义和应用价值。