一种基于卫星遥感影像的赤潮浒苔一体化监测方法技术

本发明专利技术提出一种基于卫星遥感影像的赤潮浒苔一体化监测方法，包括：输入监测区域内的影像数据，获得赤潮浒苔遥感信息待处理数据；分别利用赤潮遥感信息提取算法和浒苔遥感信息提取算法对所述待处理数据提取，获得赤潮浒苔遥感信息提取结果；基于所述赤潮浒苔遥感信息提取结果结合监测需求区域使用二值图像计算赤潮浒苔的覆盖面积，以及利用散点抽稀方法提取赤潮浒苔遥感信息提取结果获取散点数据，并进行计算获得赤潮浒苔的分布面积；对所述赤潮浒苔的覆盖面积和分布面积进行数据处理获得结果并输出。本发明专利技术减少人工主观参与和误判，提高监测过程的自动化和监测结果的规范化能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于卫星遥感影像的赤潮浒苔一体化监测方法
本专利技术属于卫星影像处理
，涉及一种基于卫星遥感影像的赤潮浒苔一体化监测方法。
技术介绍
作为近些年频繁发生的海洋生态灾害，赤潮/浒苔大面积爆发时，会严重影响海洋环境，破坏海洋渔业和海洋生态系统平衡，生态恢复的过程也极其漫长。因此，必须对其开展及时有效的监测，这具有重要的现实意义。近年来，针对海洋污染监测的迫切需求，国内外相关学者先后开展了多方面的研究，传统的海上污染监测有闭路电视、照相监视系统定点传感器监测等，但是不适合大范围、全天候的海上污染监测。遥感监测技术是大范围区域监测的最佳手段，能够全天候、瞬时、大范围对海面污染分布情况进行监测。赤潮是海洋中某些原生动物、浮游藻类或细菌，在特定的环境条件下，短时间爆发性繁殖、聚集而引起的海洋水体变色的一种有害生态异常现象。浒苔亦称“苔条”、“苔菜”。绿藻纲，石莼科。藻体鲜绿色，由单层细胞组成，围成管状或粘连为带状。管状膜质，丛生，主枝明显，分枝细长，藻体直立，高可达1米。基部以固着器附着在岩石上，生长在中潮带滩涂，石砾上。在目前常规的海洋污染遥感监测业务中，其数据处理与信息提取通过专业的遥感软件实现；GIS作为赤潮/浒苔空间数据处理的必要手段，可以实现赤潮/浒苔分布信息的提取与业务产品的制作，其功能实现同样依赖于专业的GIS软件。由于遥感监测、空间数据处理等操作需要分别通过商业的遥感与GIS软件实现，目前尚无完全针对赤潮/浒苔监测业务的一体化监测方法，导致了整个处理过程繁琐，需要大量的人工交互操作，导致监测标准主观性较强，出错率高，处理时间长，执行效率总体较低。开展快速有效的海洋污染监测，及时规范地发布海洋污染监测信息对污染处理以及海洋生态环境恢复都有重要的意义。因此，开展海洋污染监测业务化应急监测技术研究，提出基于卫星遥感影像的赤潮浒苔监测方法实现业务一体化，实现赤潮/浒苔空间分布信息遥感提取算法和监测产品自动制作，以便更好地对海洋污染事故应急处置及防灾减灾提供辅助支持。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题是，克服现有赤潮浒苔监测无法满足大面积监测且处理主观性强、过程繁琐的不足。用于解决课题的技术手段是，本专利技术提出一种基于卫星遥感影像的赤潮浒苔一体化监测方法，考虑处理图像的普遍适用性和我国近海区域赤潮浒苔信息提取的效果，提升监测效果。本专利技术提出的一种基于卫星遥感影像的赤潮浒苔一体化监测方法，包括如下步骤：输入监测区域内的影像数据，获得赤潮浒苔遥感信息待处理数据；分别利用赤潮遥感信息提取算法和浒苔遥感信息提取算法对所述待处理数据提取，获得赤潮/浒苔遥感信息提取结果；基于所述赤潮浒苔遥感信息提取结果结合监测需求区域使用二值图像计算赤潮/浒苔的覆盖面积，以及利用散点抽稀方法基于赤潮浒苔遥感信息提取结果获取稀疏分散的提取信息结果数据，并进行计算分别获得赤潮/浒苔的分布面积；对所述赤潮浒苔的覆盖面积和分布面积进行制图处理获得结果；将制图处理后的结果输出。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述方法中还包括对输入监测区域内的影像数据进行几何校正获得待处理数据。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述方法中赤潮遥感信息提取算法采用波段比值法进行赤潮遥感信息提取。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述方法中浒苔遥感信息提取算法采用归一化植被指数方法和漂浮浒苔指数方法进行浒苔遥感信息提取。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述方法中散点抽稀方法采用基于K-均值聚类算法进行散点抽稀。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述方法中计算获得赤潮浒苔的分布面积包括：提取获得散点数据的分布范围面积；对所提取的散点数据的分布范围面积经过距离分析、逻辑运算、膨胀腐蚀运算，得到赤潮浒苔的分布面积。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述方法采用分布轮廓线自动提取算法提取散点数据获得分布范围面积。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述方法中采用欧式距离方法进行距离分析。专利技术效果是，本专利技术的监测方法考虑处理图像的普遍适用性和我国近海区域赤潮浒苔信息提取的效果，方法的建立和提高体现在以下二个方面：(1)基于我国近海赤潮、浒苔发生情况构建算法模型，提升监测效果；(2)形成一体化监测流程，减少人工主观参与和误判，提高监测过程的自动化和监测结果的规范化能力。附图说明图1为本专利技术的方法流程示意图。图2表示散点抽稀前数据。图3表示散点抽稀后数据。图4表示自动轮廓线提取流程。图5为表示浒苔分布面积的计算过程的示意图，其中(a)表示经过浒苔遥感信息提取后的二值影像，(b)表示对二值影像做了渲染处理的结果的图，(c)表示手动绘制感兴趣区域，(d)表示将整幅二值影像依照感兴趣区域裁剪为小幅影像后的图，(e)表示采用欧氏距离分析中的欧式距离方法的结果，(f)表示距离分析影像与逻辑运算成果面的叠加显示结果。具体实施方式以下，基于附图针对本专利技术进行详细地说明。如图1所示，本专利技术提出了一种基于卫星遥感影像的赤潮浒苔一体化监测方法，包括如下步骤：步骤1、输入监测区域内的影像数据，获得赤潮浒苔遥感信息待处理数据；本方法默认输入MODISL1B级别，优选对MODIS进行几何校正后作为赤潮浒苔遥感信息待处理数据。步骤2、根据监测需求利用赤潮、浒苔在部分光谱波段与植被相似这一特性，结合植被研究的相关原理，分别利用赤潮遥感信息提取算法和浒苔遥感信息提取算法对所述待处理数据提取，获得赤潮浒苔遥感信息提取结果。步骤2(1)、针对输入的监测区域内具有红光、近红外和短波红外等通道的赤潮遥感影像数据，使用不同的波段比值方法实现赤潮的监测。所述赤潮遥感信息提取算法优选采用波段比值法进行赤潮遥感信息提取。具体过程如下：步骤2(1.1)赤潮水体与非赤潮水体光谱相比具有明显的吸收峰和反射峰，这些特征在卫星遥感探测上则会表现出在相应波段的离水辐射率发生不同程度的增强或减弱，而非赤潮水体在相应波段的变化较小。因此，可以利用赤潮水体的这一特性作为判定赤潮是否发生的一个条件。步骤2(1.2)MODIS第3通道(459～479nm)遥感信息中含有赤潮水体的吸收信息，第4通道(545～565nm)遥感信息中含有赤潮水体的反射信息，因此，利用上述两通道反射率的比值建立如下算法用于提取海水中赤潮水体的信息。R4/R3＞Cr(1)步骤2(1.3)，其中，R3、R4分别是MODIS第3通道和第4通道的反射率，Cr是常数，其值的大小与发生赤潮的海区和赤潮藻种有关。上式的比值在一定程度上表明海水表层浮游藻类的聚集程度，也是水体中叶绿素a浓度的一种反映，它随着水体藻类细胞密度的增加而增大。因此，可以据此提取海水中的赤潮信息。步骤2(1.4)利用VIIRS数据进行赤潮监测，同样可采取比值方法进行，对应的波段为增益波段，波段号为M3*、M4*。步骤2(1.5)对自营养型赤潮，当赤潮发生时，海水中叶绿素a(chla)的含量会有不同程度的升高。利用赤潮水体的这一特性，建立判据提取海水中的赤潮信息。由于我国的海洋赤潮大都发生在近岸，而近岸海域的海水属于比较浑浊的二类水体，对这类水体的叶绿素a(chla)浓度反演误差较大。因此，我们利用一种类似于叶绿素指数方法建立如下算法，用于提取海水中赤潮水体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于卫星遥感影像的赤潮浒苔一体化监测方法，其特征在于，包括如下步骤：输入监测区域内的影像数据，获得赤潮浒苔遥感信息待处理数据；分别利用赤潮遥感信息提取算法和浒苔遥感信息提取算法对所述待处理数据提取，获得赤潮/浒苔遥感信息提取结果；基于所述赤潮浒苔遥感信息提取结果结合监测需求区域使用二值图像计算赤潮/浒苔的覆盖面积，以及利用散点抽稀方法基于赤潮浒苔遥感信息提取结果获取稀疏分散的提取信息结果数据，并进行计算分别获得赤潮/浒苔的分布面积；对所述赤潮浒苔的覆盖面积和分布面积进行制图处理获得结果；将制图处理后的结果输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星遥感影像的赤潮浒苔一体化监测方法，其特征在于，包括如下步骤：输入监测区域内的影像数据，获得赤潮浒苔遥感信息待处理数据；分别利用赤潮遥感信息提取算法和浒苔遥感信息提取算法对所述待处理数据提取，获得赤潮/浒苔遥感信息提取结果；基于所述赤潮浒苔遥感信息提取结果结合监测需求区域使用二值图像计算赤潮/浒苔的覆盖面积，以及利用散点抽稀方法基于赤潮浒苔遥感信息提取结果获取稀疏分散的提取信息结果数据，并进行计算分别获得赤潮/浒苔的分布面积；对所述赤潮浒苔的覆盖面积和分布面积进行制图处理获得结果；将制图处理后的结果输出。2.根据权利要求1所述的基于卫星遥感影像的赤潮浒苔一体化监测方法，其特征在于，所述方法中还包括对输入监测区域内的影像数据进行几何校正获得待处理数据。3.根据权利要求1所述的基于卫星遥感影像的赤潮浒苔一体化监测方法，其特征在于，所述方法中赤潮遥感信息提取算法采用波段比值法进行赤潮遥感信息提取...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玮哲，邹同元，丁火平，李娜，马亚斌，高涛，邵靖净，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11