(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210958979.8 (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 生态环境部南京环境科 学研究所 地址 210042 江苏省南京市玄武区蒋 王庙 街8号 (72)发明人 葛晓敏　吴延庆　胡亚萍　丁晖　 吴翼　周旭　陈水飞　郑笑　 王艺霏　王乐　雍凡　张文文　 (74)专利代理 机构 重庆市信立达专利代理事务 所(普通合伙) 50230 专利代理师 朱月明 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) G06F 17/11(2006.01)G06F 17/10(2006.01) G01S 17/89(2020.01) G01J 5/80(2022.01) G01J 5/00(2022.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种对森林生态系统蒸散量拆分的装置 (57)摘要 本发明属于对森林生态系统蒸散量拆分技 术领域， 公开了一种对森 林生态系统蒸散量拆分 的装置， 所述对森林生态系统蒸散量拆 分的装置 包括： 土壤湿度采集模块、 植被湿度采集模块、 中 央控制模块、 蒸散量计算模块、 拆分模块、 湿度变 化统计模块、 森 林生态健康评价模块、 显示模块。 本发明通过蒸散量计算模块在利用可见光波段 遥感数据计算森林能量平衡方程所需要的关键 参数， 结合得到的子像元温度数据计算得到森 林 尺度的森 林蒸散量； 本发明可以将森 林蒸散量由 低空间分辨率提高到森 林尺度， 从而能够准确表 达蒸散量的空间连续变化情况； 同时， 通过拆分 模块采用了基于同位素标记的方法计算蒸散量 并进行拆分， 拆分结果 准确， 实现简单。 权利要求书5页 说明书12页 附图2页 CN 115423265 A 2022.12.02 CN 115423265 A 1.一种对森林生态系统蒸散量拆分的装置， 其特征在于， 所述对森林生态系统蒸散量 拆分的装置包括： 土壤湿度采集模块、 植被湿度采集模块、 中央控制模块、 蒸散量计算模块、 拆分模块、 湿 度变化统计模块、 森林生态健康评价模块、 显示模块； 土壤湿度采集模块， 与中央控制模块连接， 用于通过湿度传感器采集森林土壤湿度数 据； 植被湿度采集模块， 与中央控制模块连接， 用于通过湿度传感器采集森林植被湿度数 据； 中央控制模块， 与土壤湿度采集模块、 植被湿度采集模块、 蒸散量计算模块、 拆分模块、 湿度变化统计模块、 森林生态健康评价模块、 显示模块连接， 用于控制各个模块 正常工作； 蒸散量计算模块， 与中央控制模块连接， 用于计算森林生态系统蒸散量； 拆分模块， 与中央控制模块连接， 用于通过森林生态系统蒸散水汽氧同位素组成、 土壤 蒸发水汽氧同位素组成和 植被蒸腾水汽氧同位素组成对森林生态系统植被蒸腾量占总的 蒸散量的比例、 土壤蒸发量占总的蒸散量的比例进行拆分； 湿度变化统计模块， 与中央控制模块连接， 用于通过统计程序统计蒸散后湿度的变化； 所述湿度变化统计模块统计方法： 通过在森林多位置布置湿度传感器， 实时记录森林 蒸散前后的湿度数据； 通过统计程序将获取的湿度数据进行 统计， 并绘制湿度变化曲线， 反 应蒸散后湿度的变化； 森林生态健康评价模块， 与中央控制模块连接， 用于通过评价程序根据蒸散量的变化 对森林生态健康程度进行评价； 所述森林生态健康评价模块评价方法： 统计历史森林生态蒸散量数据； 提取森林生态 健康状态对应的健康蒸散量数据； 并归纳确定健康蒸散量区间； 如果当前森林生态蒸散量 数值不在健康蒸散量区间， 评价森林生态健康程度差； 如果当前森林生态蒸散量数值在健 康蒸散量区间， 评价森林生态健康程度良好； 显示模块， 与中央控制模块连接， 用于通过显示器显示土壤湿度、 植被湿度、 森林生态 系统蒸散量、 湿度变化统计结果、 森林生态健康评价结果。 2.如权利要求1所述对森林生态系统蒸散量拆分的装置， 其特征在于， 所述蒸散量计算 模块计算方法如下： 1)通过遥感设备获取监测目标的遥感数据； 对原始空间分辨率的热红外遥感数据与原 始空间分辨 率的可见光遥感数据进行空间配准； 2)利用经过空间配准后的热红外遥感数据和可见光遥感数据计算子像元温度； 利用原 始空间分辨率的可见光遥感数据计算森林参数， 所述森林参数包括反照率、 比辐 射率和植 被覆盖度； 3)根据所述反照率、 比辐射率及子像元温度计算森林净辐射通量； 利用所述森林净辐 射通量和植被覆盖度计算土壤热通量； 计算森林显热通量H， 并根据所述森林显热通量、 森 林净辐射通量和土壤热通 量以及森林能量平衡方程计算得到森林尺度的森林蒸散量。 3.如权利要求2所述对森林生态系统蒸散量拆分的装置， 其特征在于， 所述利用经过空 间配准后的热红外 遥感数据和可 见光遥感数据计算子像元温度具体包括： 对原始空间分辨率的可见光遥感数据进行重采样， 以使其空间分辨率与原始 空间分辨权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115423265 A 2率的热红外 遥感数据相同； 利用重采样后的可见光遥感数据计算植被指数NDVIL， 并建立该植被指数与原始空间 分辨率的热红外 遥感数据间的模型， 即式(1)、 (2)， 并求 解出模型系数a、 b、 c： T′＝a+bNDVI L+cNDVIL2(1) NDVIL＝(LBnir‑LBrd)(LBir+LBred)(2) T′指原始空间分辨率的热红外遥感数据对应的像元温度， LBnir和LBred分别代表原始空 间分辨率的可见光遥感数据中的近红外波段和红光波段； 利用原始空间分辨率的可见光遥感数据计算植被指数NDVIL， 并将植被指数NDVIL代入 公式(3)计算得到高分辨 率温度Ts； 计算热红外遥感温度Tr与T ′之差， 并将差值作为误差项补充到Ts中得到子像元温度 Tsub， 即根据式(3)计算子像元温度： Tsub＝Ts+(Tr ‑T′)(3) 其中， Tr为热红外遥感温度； T ′指原始空间分辨率的热红外遥感数据对应的像元温度； Ts为土壤蒸发表面的温度； Tsub为子像元温度； 得到子像元温度的空间分辨率与原始空间分辨率的可见光遥感数据的空间分辨率相 同。 4.如权利要求2所述对森林生态系统蒸散量拆分的装置， 其特征在于， 所述根据 所述反 照率、 比辐射率及子像元温度计算森林净辐射通量具体为： 根据所述反照率、 比辐射率及子 像元温度， 计算森林净辐射通量 Rn， 所述净辐射通量包括森林入射和反射短波辐射、 森林入 射和反射长波辐射： Rn＝Rs↓ ‑Rs↑+RL↓ ‑RL↑＝(1‑a)Q+(1‑a)P‑ε σ(Tsub)4   (4) 其中， Rs↓、 Rs↑分别为森林入射和反射短波辐射； RL↓、 RL↑分别为森林入射和反射长波辐 射； a为利用可见光遥感数据计算的反照率； Q为太阳总下行短波辐射； P为大气热辐射； ε为 利用原始空间分辨 率的可见光遥感数据计算的比辐射 率； σ 为波尔兹曼常数。 5.如权利要求2所述对森林生态系统蒸散量拆分的装置， 其特征在于， 所述对原始空间 分辨率的热红外遥感数据与 原始空间分辨率的可见光遥感数据的空间坐标进 行转换， 以使 得这两种数据的像素在空间位置上一 致； 在原始空间分辨率的可见光遥感数据中选择图像控制点， 并根据图像控制点求解热红 外遥感数据与可见光遥感数据像素之 间坐标转换的二次多项式系数， 然后利用所述二次多 项式系数将原始空间分辨率的热红外遥感数据像素进 行空间坐标转换， 转换到原始空间分 辨率的可见光遥感数据的地理投影空间， 得到经空间坐标转换后的热红外遥感数据Tr， 转 换公式如下： X＝a0+a1x+a2y+a3x2+a4y2+a5xy  (5) Y＝b0+b1x+b2y+b3x2+b4y2+b5xy  (6) 其中： x， y分别为热红外遥感数据像素的横坐标、 纵坐标； X， Y分别为可见光遥感数据像 素的地理空间横、 纵坐标a0， a1， a2...a5、 b0， b1， b2...b5分别为横、 纵坐标转换二次多项式系 数。 6.如权利要求2所述对森林生态系统蒸散量拆分的装置， 其特征在于， 所述利用所述森 林净辐射通量和植被覆盖度计算土壤热通 量具体为： 利用式(7)计算土壤热通 量：权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115423265 A 3