利用先验知识的反照率反演算法应用研究_吴浩然

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1、遥感定量反演算法研讨会利用先验知识的反照率反演算法应用研究——以黑河地区MODIS数据反演为例吴浩然1,2,杨华1,2,陈霞3,崔建恒31.北京师范大学地理学与遥感科学学院2.遥感科学国家重点实验室3.北京师范大学数学科学学院北京2010.07.11提纲1.引言2.先验知识的表达3.基于先验知识的反演算法4.反演算法的初步验证5.结论与讨论遥感定量反演算法研讨会1.引言反照率能够描述地表反射特性，也是控制地表辐射能量收支平衡的关键因素之一。反照率反演算法的研究现状：随着多角度遥感观测技术的发展，对于有足够观测的情况，已经较为成熟的模型能够很好地反演得到地表

2、反照率；而对于观测严重不足或观测方向有限的情况，地表反照率的反演算法仍需要进一步研究。因此，很多研究者致力于将先验知识应用于地表参数的反演，以增加可利用的信息，最大限度减小待反演参数的不确定性。遥感定量反演算法研讨会1.引言研究目的首先本文将介绍一种新的先验知识表达方法，然后基于这种先验知识的表达提出反演方案，并对反演方案进行验证。遥感定量反演算法研讨会2.先验知识的表达目前的遥感反演通常假设反演参数和误差的先验分布为正态分布，以均值和协方差矩阵确定反演参数的先验分布。获取先验知识的方法一般是采用最小二乘法从诸多先验数据中估计出参数值，将这些参数值的均值和协方

3、差矩阵作为反演参数先验分布的均值协方差矩阵。那么，核驱动模型的3参数是否呈正态分布呢？遥感定量反演算法研讨会2.先验知识的表达2.1核驱动模型3个参数的正态性检验BRDF模型：RossThick-LiTransit线性核驱动模型对质量较好的73组地面试验观测数据采用一般方法进20行反演，得到参数fiso，fvol和fgeo的分布。20直方图采用K-S检验，184拟合曲线卡方拟合优度检15x1010直方图16验以及PP偏度检15拟合曲线直方图直方图验发现三参数及14拟合曲线108拟合曲线误差均不为正态频数1210频数分布。1065频数8频数564假设参数及误04差

4、均为正态分00.10.20.30.40.50.60.70.80.912布是不合理的02-0.2-0.10fiso0.10.20.30.40.50.60.70fvol-0.3-0.20-0.100.10.20.30.4-0.50fgeo0.511.522.5误差遥感定量反演算法研讨会2.先验知识的表达2.2Bootstrap方法简介该方法是一种对随机变量的分布不做任何假设，通过对数据的重新抽样来直接估计随机变量的分布或特征。Bootstrap方法的基本步骤：（1）将73组先验数据视为总体；（2）从这个总体中有放回的抽取一个容量为m的样本(Y,Y,……Y)，其中Y

5、=(1,K,K,NIR),通过核驱动模12migeovol型计算出一组参数值X=(f,f,f)；iisogeovol（3）重复第二步N次，得到N组参数值(XXX)，1,2……N在此基础上计算均值与协方差阵。遥感定量反演算法研讨会2.先验知识的表达3.Bootstrap方法的优势（1）计算先验知识时，不再需要正态分布假设；（2）计算得到的先验均值和协方差矩阵更加充分的获取了先验数据的信息。遥感定量反演算法研讨会2.先验知识的表达分类后的Bootstrap方法先验知识计算结果避免抽样过程中，数据少的类型没有被使用。grasslandfarmlandforests

6、oil遥感定量反演算法研讨会3.基于先验知识的反演算法反演方案Bootstrap方法计算的先Tikhonov正则化验均值和协方差阵+反演方法代价函数：参数先验均值'2'1min{(AXY)(AXY)(XXC)(XX)}obsobsobsobsp正则化先验协方差阵参数解决观测不足的问题遥感定量反演算法研讨会4.反演算法的初步验证4.1用不同的反演方案计算5组Noaa-AVHRR数据反演结果比较方法残差平方和信息差相对信息提高%正态假设下0.0013-0.010226.86先验数据分类后正态假设下0.0015-0.021552.19先验数据分类后Boot

7、strap方法下0.0075-0.027599.31遥感定量反演算法研讨会4.反演算法的初步验证4.2MODIS影像数据反演结果采用分类后平均的先验知识使用RossThick-LiTransit线性核驱动BRDF模型MODIS反照率产品为基准，对反演方案进行验证。黑河流域土地利用示意图Lat/LonDominantLCTileNo.Datesparselyvegetated,97°-102.5°Eh25v04wetland,woody06/25-07/10,200837.5°N-43°Nh25v05savannas遥感定量反演算法