一种塔基遥感斜程大气透过率获取方法与流程

1.本发明涉及一种塔基遥感斜程大气透过率获取方法，属于高空生态遥感监测领域。


背景技术：

2.以铁塔作为基础平台,利用其上搭载的相机或其他传感器进行近地面观测被称为塔基遥感。塔基遥感具有不易受到云层遮挡等自然因素影响,可以全天候实时获取视频信息的特点,可有效填补航空航天遥感与地面观测网络之间的尺度空缺。
3.不论是塔基遥感还是卫星、机载观测，都需要对大气进行校正，以消除大气造成的辐射误差，卫星、机载观测采用的基于辐射传输的精确大气校正方法，都是以获取晴天情况下大气垂直光学厚度为主，过程中需要获取大气透过率。
4.但是相对于卫星、机载观测，塔基遥感为近地面大倾角的观测方式，导致塔基摇杆存在“长光程”现象，这就导致大气透过率获取困难，难以进行基于辐射传输的精确大气校正，目前只能采用基于图像自身特征等方式进行图像增强的方法进行粗略的大气校正，导致校正精度较低，进而影响多光谱、高光谱等传感器的定量化应用。
5.由于上述原因，有必要提出一种能够准确获得塔基遥感中斜程大气透过率的方法。


技术实现要素：

6.为了克服上述问题，本发明人进行了深入研究，设计出一种塔基遥感斜程大气透过率获取方法，该方法包括：在高塔上设置塔上靶标和光谱传感器，在地面设置地面靶标，通过光谱传感器分别测量塔上靶标辐亮度、地面靶标，根据塔上靶标辐亮度、地面靶标辐亮度值获得光谱传感器与地面靶标之间的斜程大气透过率。
7.在一个优选的实施方式中，所述靶标是指反射率已知且固定的漫反射体，具有各项同性的反射特性。
8.在一个优选的实施方式中，所述斜程大气透过率可以表示：t=（eb*ρa）/(e
a*
ρb)其中，ea表示塔上靶标辐亮度值，eb表示地面靶标辐亮度值，ρa表示塔上靶标的反射率，ρb表示地面靶标的反射率。
9.在一个优选的实施方式中，该方法还包括：获得不同波段光对应的斜程大气透过率；通过不同波段光对应的斜程大气透过率获得大气的
å
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ö
m指数。
10.在一个优选的实施方式中，所述光谱传感器至少具有两个，或所述光谱传感器为能够检测至少两个波段光谱下辐亮度的传感器，通过检测不同波段下的塔上靶标辐亮度值和地面靶标辐亮度值，获得对应波段的斜程大气透过率。
11.在一个优选的实施方式中，不同波段光对应的斜程大气透过率表示为：t
λi
=（e
bi
*ρ
ai
）/(e
ai
*ρ
bi
)其中，λi表示不同波段光的波长，ti表示λi波段光对应的斜程大气透过率，e
ai
表示λi波段光下的塔上靶标辐亮度值，eb表示λi波段光下的地面靶标辐亮度值，ρa表示塔上靶标对λi波段光的反射率，ρb表示地面靶标对λi波段光的反射率。
12.在一个优选的实施方式中，所述大气的
å
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ö
m指数表示为：其中，λi、λj表示任意两种不同波段光的波长。
13.在一个优选的实施方式中，该方法还包括：在区域内地面不同位置处设置地面靶标，获得不同位置处的斜程大气透过率，进而获得整个区域内的大气斜程透过率。
14.在一个优选的实施方式中，在区域内地面不同位置设置多个地面靶标，通过旋转或调整光谱传感器，以测量不同地面靶标辐亮度值，从而获得光谱传感器到地面不同位置处的斜程大气透过率。
15.在一个优选的实施方式中，通过插值法对不同位置处的斜程大气透过率处理，获取观测区域内的大气斜程透过率。
16.本发明所具有的有益效果包括：（1）简单方便，直接获取塔基传感器到观测目标的斜程大气透过率；（2）获取斜程大气参数透过率不依赖于整层大气透射率的获取，减少了参数获取过程中的不确定性。
附图说明
17.图1示出根据本发明一种优选实施方式的斜程大气透过率获取方法中斜程大气透过率获取示意图；图2示出根据本发明一种优选实施方式的斜程大气透过率获取方法中多位置测量示意图。
具体实施方式
18.下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
19.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
20.本发明提供的一种斜程大气透过率获取方法，在高塔上设置塔上靶标和光谱传感器，在地面设置地面靶标，通过光谱传感器分别测量塔上靶标辐亮度、地面靶标辐亮度，根据塔上靶标辐亮度、地面靶标辐亮度值获得光谱传感器与地面靶标之间的斜程大气透过率。
21.进一步地，所述靶标是指反射率已知且固定的漫反射体，具有各项同性的反射特
性。
22.在一个优选的实施方式中，所述塔上靶标或光谱传感器位置/角度可变，使得一个光谱传感器可分别测量塔上靶标、地面靶标的辐亮度值。
23.如图1所示，到达地面的太阳辐射为es，则塔基传感器处观测到地面靶标和塔上靶标处的辐亮度可以用如下公式表示：eb=es*ρb*tea= es*ρa其中：ea表示塔上靶标辐亮度值，eb表示地面靶标辐亮度值，ρa表示塔上靶标的反射率，ρb表示地面靶标的反射率；t表示斜程大气透过率。
24.进一步地，通过将塔上靶标辐亮度值ea与地面靶标辐亮度值eb比较，即可简单方便，直接能获取塔基传感器到地面目标之间的斜程大气透过率，并且该方法不依赖于整层大气透射率的获取，减少了参数获取过程中的不确定性。
25.并且，由于塔上靶标与地面靶标位置相近，所处位置太阳辐射值相同，故不受限于整层大气垂直透射率的获取影响，不受地表反射率复杂特征影响。
26.根据本发明，所述斜程大气透过率可以表示：t=（eb*ρa）/( e
a*
ρb)其中，t表示斜程大气透过率，ea表示塔上靶标辐亮度值，eb表示地面靶标辐亮度值，ρa表示塔上靶标的反射率，ρb表示地面靶标的反射率。
27.该方法还包括：获得不同波段光对应的斜程大气透过率；通过不同波段光对应的斜程大气透过率获得大气的
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m指数。
28.在本发明中，不同于传统方法，通过至少两个波段光对应的斜程大气透过率反演获得大气的
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ö
m指数。
29.在一个优选的实施方式中，所述光谱传感器至少具有两个，或，所述光谱传感器为能够检测至少两个波段光谱下辐亮度的传感器，例如所述光谱传感器为多光谱传感器或高光谱传感器，优选为多光谱相机或高光谱相机，通过检测不同波段下的塔上靶标辐亮度值和地面靶标辐亮度值，获得对应波段的斜程大气透过率。
30.在一个优选的实施方式中，所述光谱传感器为能够检测波长400-900nm之间波段光辐亮度值的传感器。
31.400-900nm波长范围包含了可见光-近红外波段，此波段范围是植被参数反演的重要波段，也是地表反射率特征的重要波段。
32.具体地，不同波段光对应的斜程大气透过率表示为：t
λi
=（e
bi
*ρ
ai
）/(e
ai
*ρ
bi
)其中，λi表示不同波段光的波长，ti表示λi波段光对应的斜程大气透过率，e
ai
表示λi波段光下的塔上靶标辐亮度值，eb表示λi波段光下的地面靶标辐亮度值，ρa表示塔上靶标对λi波段光的反射率，ρb表示地面靶标对λi波段光的反射率。
33.进一步优选地，在本发明中，所述波段光的波长是指该波段光的中心波长，可根据传感器的出厂特性获得。
34.在一个优选的实施方式中，通过以下方式根据不同波段光对应的斜程大气透过率获得大气的
å
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m指数。
35.所述大气的
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m指数表示为：其中，λi、λj表示任意两种不同波段光的波长。
36.根据本发明，大气
å
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ö
m指数的作用和大气透过率都是大气的重要特征，可以用于判断大气对太阳辐射的消光作用，是定量遥感中大气校正的重要输入参数。
37.在一个优选的实施方式中，在区域内地面不同位置设置多个地面靶标，通过旋转或调整光谱传感器，以测量不同地面靶标辐亮度值，从而获得光谱传感器到地面不同位置处的斜程大气透过率。
38.由于光谱传感器对辐亮度值的检测速度极快，这种方式，共用了一个光谱传感器，既能够降低检测成本，又能够实现所有辐亮度值的检测。
39.在一个优选的实施方式中，多个地面靶标形成多排，如图2所示，便于光谱传感器在逐个测量地面靶标时调整角度小，从而保证调整精度。
40.在一个优选的实施方式中，通过插值法对不同位置处的斜程大气透过率处理，获取观测区域内的大气斜程透过率。
41.区域内的大气斜程透过率一般不会出现突变，通过对已检测位置的斜程大气透过率进行插值，即可获得观测区域内的大气斜程透过率。
实施例
42.实施例1通过以下方法检测某地的斜程大气透过率：在高塔上设置塔上靶标和光谱传感器，在地面设置地面靶标，通过光谱传感器分别测量塔上靶标辐亮度、地面靶标，根据塔上靶标辐亮度、地面靶标辐亮度值获得光谱传感器与地面靶标之间的斜程大气透过率；获得不同波段光对应的斜程大气透过率；通过不同波段光对应的斜程大气透过率获得大气的
å
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ö
m指数；其中，不同波段光对应的斜程大气透过率表示为：t
λi
=（e
bi
*ρ
ai
）/(e
ai
*ρ
bi
)所述大气的
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ö
m指数表示为：其中，光谱传感器为能够测量波段的多光谱相机，斜程大气透过率检测的结果为0.84。
43.采用传统的斜程大气透过率方法（参见文章郭健,刘良云,刘新杰,胡姣婵,竞霞. 基于查找表的塔基平台 o
２-a波段大气校正方法研究，2019），同一时间对该地进行斜程大
气透过率检测，检测数值为0.84，与上述方法测量结果相似，表明上述检测方法可靠。但是上述方法与传统方法相比，不依靠复杂的辐射传输方程或者查找表，不依赖于整层的大气透过率，获取更方便。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接普通；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种塔基遥感斜程大气透过率获取方法，其特征在于，该方法包括：在高塔上设置塔上靶标和光谱传感器，在地面设置地面靶标，通过光谱传感器分别测量塔上靶标辐亮度、地面靶标，根据塔上靶标辐亮度、地面靶标辐亮度值获得光谱传感器与地面靶标之间的斜程大气透过率。2.根据权利要求1所述的斜程大气透过率获取方法，其特征在于，所述靶标是指反射率已知且固定的漫反射体，具有各项同性的反射特性。3.根据权利要求1所述的斜程大气透过率获取方法，其特征在于，所述斜程大气透过率表示为：t=（e
b
*ρ
a
）/(e
a*
ρ
b
)其中，e
a
表示塔上靶标辐亮度值，e
b
表示地面靶标辐亮度值，ρ
a
表示塔上靶标的反射率，ρ
b
表示地面靶标的反射率。4.根据权利要求1所述的斜程大气透过率获取方法，其特征在于，该方法还包括：获得不同波段光对应的斜程大气透过率；通过不同波段光对应的斜程大气透过率获得大气的
å
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ö
m指数。5.根据权利要求4所述的斜程大气透过率获取方法，其特征在于，所述光谱传感器至少具有两个，或所述光谱传感器为能够检测至少两个波段光谱下辐亮度的传感器，通过检测不同波段下的塔上靶标辐亮度值和地面靶标辐亮度值，获得对应波段的斜程大气透过率。6.根据权利要求4所述的斜程大气透过率获取方法，其特征在于，不同波段光对应的斜程大气透过率表示为：t
λi
=（e
bi
*ρ
ai
）/(e
ai
*ρ
bi
)其中，λi表示不同波段光的波长，t
i
表示λi波段光对应的斜程大气透过率，e
ai
表示λi波段光下的塔上靶标辐亮度值，e
b
表示λi波段光下的地面靶标辐亮度值，ρ
a
表示塔上靶标对λi波段光的反射率，ρ
b
表示地面靶标对λi波段光的反射率。7.根据权利要求6所述的斜程大气透过率获取方法，其特征在于，所述大气的
å
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ö
m指数表示为：其中，λi、λj表示任意两种不同波段光的波长。8.根据权利要求1所述的斜程大气透过率获取方法，其特征在于，该方法还包括：在区域内地面不同位置处设置地面靶标，获得不同位置处的斜程大气透过率，进而获得整个区域内的大气斜程透过率。9.根据权利要求1所述的斜程大气透过率获取方法，其特征在于，在区域内地面不同位置设置多个地面靶标，通过旋转或调整光谱传感器，以测量不同地面靶标辐亮度值，从而获得光谱传感器到地面不同位置处的斜程大气透过率。10.根据权利要求8所述的斜程大气透过率获取方法，其特征在于，通过插值法对不同位置处的斜程大气透过率处理，获取观测区域内的大气斜程透过率。

技术总结
本发明公开了一种塔基遥感斜程大气透过率获取方法，该方法包括：在高塔上设置塔上靶标和光谱传感器，在地面设置地面靶标，通过光谱传感器分别测量塔上靶标辐亮度、地面靶标，根据塔上靶标辐亮度、地面靶标辐亮度值获得光谱传感器与地面靶标之间的斜程大气透过率。本发明提供的斜程大气透过率获取方法，简单方便，不依赖于整层大气透射率的获取，直接获取塔基传感器到观测目标的斜程大气透过率。塔基传感器到观测目标的斜程大气透过率。塔基传感器到观测目标的斜程大气透过率。


技术研发人员：张玉环 高吉喜 申文明 李正强 陈兴峰 王莉莉 史园莉 申振 肖桐 陈绪慧 史雪威 张宏伟 刘思含
受保护的技术使用者：生态环境部卫星环境应用中心
技术研发日：2022.12.23
技术公布日：2023/7/12