一种基于离散各向异性辐射传输模型的光线追踪算法

作     者：钱文 陆鑫 云挺 朱正礼 QIAN Wen;LU Xin;YUN Ting;ZHU Zhengli

作者机构：南京林业大学信息科学技术学、人工智能学院江苏南京210037 南京林业大学林草学院、水土保持学院江苏南京210037 

出 版 物：《西北林学院学报》 (Journal of Northwest Forestry University)

年 卷 期：2025年第40卷第1期

页      面：1-10页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(32371876,32071681) 江苏省自然科学基金面上项目(BK20221337) 江苏省农业自主创新项目(CX(22)3048) 自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室开放基金(KLSMNR-G202208) 

主　　题：光合有效辐射 盒方法 射线卡罗方法 射线追踪 蒙特卡洛 

摘      要：光合有效辐射是作物生产力模型、陆地生态系统模型和生物地化模型的一个重要参量,研究光合有效辐射对植物生长有重要意义。在如今,不同类型的模型可以模拟树林的激光雷达波形,即使用计算机模型来生成再树林中使用激光雷达时可观测到的波形,而半经验模型和几何模型精确度不够高。蒙特卡洛射线追踪(MCRT)模型虽有较高的精确度,但对计算需求很高。本研究提出了一种新的LiDAR光线追踪模型,基于在离散各向异性辐射传输(DART)模型中引入准蒙特卡洛射线跟踪方法。以实现了“盒方法和“射线卡罗方法这2种新方法的结合。在离散辐射传输中,加入模拟光子对光能的微小样本进行模拟;将俄罗斯轮盘赌思想加入蒙特卡洛射线追踪中,以便在达到精度要求的同时减少大量的计算需求;同时对场景模型进行网格化剖分,更加准确地对光线进行追踪。结果表明,6月中旬至7月期间,地表太阳辐射估计值与实际测量值的平均相对误差为3.8%~4.2%,光合有效辐射的估计值与实际测量值的平均相对误差为3.5%~3.9%,估算效果较好,其精确度相较于传统的蒙特卡洛算法提高了1.6%。对比实际测量与该算法模拟的拦截效率,得出误差率在1.66%~2.72%,精确度较高。试验结果对于研究植物生理过程具有重要意义。