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新疆大学马旭团队在遥感顶刊《Remote Sens. Environ》提出一种新的BRDF模型解决了传统模型的局限性

已有 827 次阅读 2026-1-24 18:20 |系统分类:论文交流

本文首发于“生态学者”公众号!

题目:A method to model the directional reflectance for desert shrub scenes in a general framework of kernel-driven BRDF model

作者:Henggang Zhang,Xu Ma

第一单位:College of Geography and Remote Sensing Sciences, Xinjiang University, Urumqi, 830046, China

文献链接:https://doi.org/10.1016/j.rse.2025.115152

导读

新疆大学地理与遥感科学学院马旭老师在《Remote Sensing of Environment》,SCI Q1发表了题为《A method to model the directional reflectance for desert shrub scenes in a general framework of kernel-driven BRDF model》的研究论文,本研究介绍了沙漠灌木场景中方向反射率建模的挑战,并提出了一种新的内核驱动BRDF模型(HLSRT)来解决传统模型在稀疏冠层和复杂背景下的局限性。通过现场测量和卫星数据验证,该模型在红光和近红外波段表现出色,提供了一个可靠的半经验工具支持沙漠环境的辐射传输模拟和参数反演。

摘要

在遥感领域,内核驱动模型(KDM)因其数学简单和计算高效而广泛用于反射建模,但沙漠灌木冠层中较大的木质组件违背了基于半透明叶片的Beer定律假设,且由沙子、砾石、盐碱地和生物结皮组成的背景进一步复杂化了应用;为应对这些挑战,本研究引入了基于单角度Gutschick-WiegelG-W)解析解的体积散射内核,以更好地表示稀疏沙漠冠层中的辐射传输,并使用覆盖参数调整稀疏灌木和异质生物结皮的几何光学内核权重,同时整合了地形因素和热点函数来考虑相干背散射和各向异性效应,从而提出热点Li-Sparse Roujean地形(HLSRT)模型,该模型通过现场测量和卫星观测进行了广泛验证,在红光和近红外波段实现了低平均偏差(bias=0.005)和低均方根误差(RMSE=0.0299),优于现有KDM,证明其作为沙漠复杂环境中辐射传输建模和反演研究的可靠半经验工具。

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结论

本研究提出的HLSRT模型在荒漠区域表现出色,特别是在处理稀疏灌木冠层和异质背景的复杂环境中,展示了显著的优越性。在算法评估和验证中,HLSRT要优于其他模型,如RTLSRRLKB。基于LESS模拟数据,HLSRT在红和近红外波段准确模拟反射率,偏差较小,尤其在不同FVC水平(20%-60%)下保持了高鲁棒性。在主平面和交叉主平面的验证中,HLSRT在整个观测范围内保持了精度和偏差的最佳平衡,能够有效捕捉热点区域的高反射和暗斑区域的低反射特征。基于实地测量数据,与RLKBRTLSR模型相比,HLSRT模型的偏差更小,有效捕捉了沙漠区域的反射率特征,包括地形引起的反射不对称和生物结皮的镜面反射。使用沙漠区域的多角度观测和模拟数据进行广泛验证,证实了模型的优越精度和鲁棒性,同时在精度和效率之间保持了良好的平衡。此外,该模型的计算效率高(约0.9s),使其适合大规模遥感应用,如植被覆盖监测和土地退化评估。总体而言,HLSRT为复杂沙漠环境的辐射传输模拟和参数反演提供了可靠的半经验工具,具有潜在的推广价值,可进一步扩展到其他干旱或稀疏植被区域,以支持生态恢复和气候变化研究。

作者团队

第一作者:张恒纲,新疆大学地理与遥感科学学院2022级硕士研究生,主要从事核驱动模型及荒漠场景反照率研究。

第一作者:马旭,新疆大学地理与遥感科学学院副教授,主要从事植被遥感反射率建模研究;植被结构及光学仪器测量算法研究;植被参数遥感反演研究;植被群落和气候变化研究。第一作者邮箱:maxu2020@xju.edu.cn;课题组网站:http://www.ma-lab.cn/

通讯作者:马旭,新疆大学地理与遥感科学学院副教授,主要从事植被遥感反射率建模研究;植被结构及光学仪器测量算法研究;植被参数遥感反演研究;植被群落和气候变化研究。第一作者邮箱:maxu2020@xju.edu.cn;课题组网站:http://www.ma-lab.cn/

通讯作者:张飞,教授,博士生导师,主要从事干旱区生态环境遥感应用研究。现为浙江师范大学地理与环境科学学院“双龙学者”特聘教授,选入国际科学组织Vebleo协会会士(Vebleo Fellow;中国海洋湖沼学会湖泊分会理事;中国地理学会环境遥感分会会员。通讯作者邮箱zhangfei3s@163.com



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