本发明专利技术提供了一种中分辨率遥感影像中塑料大棚(Plastic Greenhouse，PG)提取及盖度反演的方法。主要步骤包括：1)遥感影像大气纠正，获取地表真实反射率；2)归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)及归一化城建指数(Normalized Difference Building Index，NDBI)阈值处理，去除浓密植被及大部分人造地表；3)塑料大棚指数(Plastic Greenhouse Index,PGI)处理，提取PG区域；4)PG盖度估算，预测像元内PG盖度(影像像元内PG的比例)。本发明专利技术提供的方法不仅可以有效的利用中分辨率遥感影像进行PG覆盖区的检测，同时可以对像元内PG盖度进行有效的估算，大大提高PG覆盖监测的精度。
【技术实现步骤摘要】
一种中分辨率遥感影像中塑料大棚提取及盖度反演的方法
本专利技术涉及一种塑料大棚提取的新方法，特别是针对利用中分辨率遥感影像进行塑料大棚空间覆盖的提取以及影像像元内塑料大棚盖度的反演，属于图像处理领域。
技术介绍
自19世纪50年代，日本及欧洲国家利用塑料膜进行植被温床栽培的实验取得成功以来，塑料大棚(PlasticGreenhouse，PG)农业种植获得了空前发展，并迅速遍及世界各地。截止到2016年，全世界PG农业的种植面积已经达到了3.019×106公顷。参见Briassoulis,D.,Dougka,G.,Dimakogianni,D.,Vayas,I.,2016.Analysisofthecollapseofagreenhousewithvaultedroof.BiosystemsEngineering.151,495-509,(《拱形大棚倒塌分析》，Briassoulis,D等，生物系统工程杂志，2016年)。作为传统农业向精细化农业的一种转变方式，塑料大棚材料具有良好的保温保湿作用，从而可以有效协助农作物避免不利的生长条件，提高农作物的生产量。然而，大量的塑料制品的使用给区域环境带来了极大的压力，例如产生大量的塑料垃圾、破坏农业种植区的生物多样性、造成不良的视觉影响等。此外，由于塑料材质特殊的物理特征(光学透射性、气密性以及高反射性)，PG农业的大范围覆盖能够改变能量与水汽循环，从而影响区域气候。其对气候的影响机理主要表现在三个方面。1)增强地表的反射率：PG农业中广泛使用的白色透明塑料膜具有较高的反射率，因此可以大大增加地表反射，减少地表吸收的能量。2)减少PG内部辐射能量的向外扩散：来自PG内部农作物或土壤反射的太阳光能量或地物发射的长波辐射能量会部分被反射回PG底部，经多次散射或反射而最终被吸收，从而减少PG内能量向大气中的扩散。3)隔断蒸散发向大气中的扩散：塑料膜具有很好的气密性，能够完全阻止植被蒸腾或地表蒸发作用产生的水分向大气中的扩散，从而达到保湿的效果。基于以上几方面的作用，PG农业覆盖区上空极易形成干燥的上升气流，从而影响当地的气候(降水、温度等)，参见Campra,P.,Garcia,M.,Canton,Y.,Palacios-Orueta,A.,2008.SurfacetemperaturesoutheasterncoolingtrendsandnegativeradiativeforcingduetolandusechangetowardgreenhousefarminginSpain.JournalofGeophysicalResearch:Atmospheres.113(D18)(《西班牙大棚农业发展引起地表温度东南冷却及负面辐射强迫》，Campra,P等，大气圈杂志，2008年)。因此，准确的掌握PG农业的空间分布以及时间变化对于最大化其经济效益同时最小化其环境影响具有深远意义。近年来，利用高分辨率影像进行PG农业的监测与制图受到了一定程度的重视。譬如，Levin等(2007)利用实测光谱数据对PG农业材料的光谱特征进行了分析；并前瞻性的研究了利用遥感技术对PG农业区进行检测与制图的可行性。参见Levin,N.,Lugassi,R.,Ramon,U.,Braun,O.,Ben-Dor,E.,2007.Remotesensingasatoolformonitoringplasticultureinagriculturallandscapes.Internationaljournalofremotesensing.28(1),183-202(《以遥感为手段对塑料农业进行检测》，Levin等，国际遥感杂志，2007年)。Koc-San等(2013)基于高分辨率影像，评价了不同分类方法对于PG农业提取的效果。参见Koc-San,D.,2013.EvaluationofdifferentclassificationtechniquesforthedetectionofglassandplasticgreenhousesfromWorldView-2satelliteimagery.JournalofAppliedRemoteSensing.7(1),073553-073553(《评价不同分类技术对于从WorldView-2遥感影像中检测玻璃与塑料大棚的效果》，Koc-San，应用遥感杂志，2013年)。Aguilar等(2014)提出了一种面向对象的方法用于高分辨率影像的PG检测与制图。参见Aguilar,M.A.,Bianconi,F.,Aguilar,F.J.,Fernández,I.,2014.Object-basedgreenhouseclassificationfromGeoEye-1andWorldView-2stereoimagery.Remotesensing.6(5),3554-3582(《一种从GeoEye-1和WorldView-2立体影像对中提取大棚的面向对象分类方法》，Aguilar等，遥感杂志，2014年)。但是目前高分辨率遥感影像的获取较为困难，数据公开程度低，空间覆盖范围有限，导致难以对PG区域进行实时的大范围检测。因此，具有更大空间覆盖范围与更高时间观测频率的中分辨影像被认为更有利于及时准确的大范围PG监测。例如，Zhang等(2004)基于Landsat影像发展了一个PG农业提取指数(VI)，并利用该指数对山东青州的塑料农业区进行了提取。参见Zhao,G.,Li,J.,Li,T.,Warner,T.,2004UtilizingLandsatTMimagerytomapgreenhousesinQingzhou,ShandongProvince,China.Pedosphere,14(3),363-369。(《在中国山东青州区域，利用LandsatTM影像提取大棚》，Zhao等，土壤圈杂志，2004年)。此外Aguilar等(2015)通过结合面向对象方法与决策树影像分类方法，实现了对PG农业的大区域检测与制图。参见Aguilar,M.A.,Vallario,A.,Aguilar,F.J.,Lorca,A.G.,Parente,C.,2015.Object-Basedgreenhousehorticulturalcropidentificationfrommulti-temporalsatelliteimagery:AcasestudyinAlmeria,Spain.RemoteSensing.7(6),7378-7401。(《利用多时期遥感影像进行面向对象的大棚农作物提取》，Aguilar等，遥感杂志，2015年)。然而，现存的方法缺乏对PG光谱变异性的充分考虑；且都只能得到二值化的PG提取结果(即影像像元内是否存在PG)。考虑到中分辨率遥感影像空间分辨率的不足，估测影像像元内PG盖度显得异常重要。
技术实现思路
为此本专利技术提供了一种中分辨率遥感影像中塑料大棚提取及盖度反演的方法，该方法可以有效减少或避免前面提到的问题。为解决上述问题，本专利技术提供的一种中分辨率遥感影像中塑料大棚提取方法，所述方法包括如下步骤：步骤A，对遥感影像进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种中分辨率遥感影像中塑料大棚提取方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤A，对遥感影像进行辐射定标与大气纠正，获取地表的真实反射率；步骤B，利用NDVI与NDBI阈值进行影像的初步处理，去除影像中的浓密植被及大部分人造地表区域；其中所使用的阈值为NDVI>0.73，NDBI>0.005，两者其一符合上述阈值的像元即被认为是非塑料大棚覆盖区域；NDVI与NDBI的定义如下：
【技术特征摘要】
1.一种中分辨率遥感影像中塑料大棚提取方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤A，对遥感影像进行辐射定标与大气纠正，获取地表的真实反射率；步骤B，利用NDVI与NDBI阈值进行影像的初步处理，去除影像中的浓密植被及大部分人造地表区域；其中所使用的阈值为NDVI>0.73，NDBI>0.005，两者其一符合上述阈值的像元即被认为是非塑料大棚覆盖区域；NDVI与NDBI的定义如下：其中，Rred、Rnir、Rsw1分别为红光、近红外与短波红外波段的真实地表反射率；步骤C，对每一个像元定义一个PGI指数，利用所述像元的PGI指数对步骤B处理后的遥感影像进行塑料大棚区域的提取，所述PGI指数定义如下：其中，Rblue、Rgreen、Rred、Rnir分别为蓝光、绿光、红光、近红外段的真实地表反射率；当像元的PGI∈[1.3,6.7]时，认为该像元内存在塑料大棚；否则认为该像元内不存在塑料大棚。2.如权利要求1所述的塑料大棚提取方法，其特征在于，所述像元的上述阈值所对应的可检测塑料大棚的盖度范围为12％～100％。3.一种中分辨率遥感影像中塑料大棚盖度反演的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤A，对遥感影像进行辐射定标与大气纠正，获取地表的真实反射率；步骤B，利用NDVI与NDBI阈值进行影像的初步处理，去除影像中的浓密植被及大部分人造地表区域；其中所使用的阈值为NDVI>0.73，NDBI>0.005，两者其一符合上述阈值的像元即被认为是非塑料大棚...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈晋，杨德地，陈学鸿，郭正飞，曹鑫，崔喜红，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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