基于夜间灯光卫星遥感数据光诱捕作业渔船数量估算方法技术

本发明专利技术涉及一种基于夜间灯光卫星遥感数据光诱捕作业渔船数量估算方法，包括以下步骤：从卫星整幅影像中裁切出渔场范围内的影像；将影像中可见光‑近红外波段的数字灰度值转换成实际观测辐射值；对影像中热红外波段进行云检测，采用迭代阈值分割的方法确定云像元的阈值；对得到的云掩膜后的可见光‑近红外波段的影像进行分块，并计算各个区块的方差和最大类间方差法阈值，据此来判定区块是否属于渔区；对于渔区使用最大类间方差法阈值区分渔船及噪声，并结合已知的船位数据，计算单艘光诱捕船的辐亮度值；计算该渔区光诱捕船的船只数量。本发明专利技术可在夜间进行有效的遥感监测，对区域作业渔船数量进行估算。

【技术实现步骤摘要】
基于夜间灯光卫星遥感数据光诱捕作业渔船数量估算方法
本专利技术涉及渔业遥感信息
，特别是涉及一种基于夜间灯光卫星遥感数据光诱捕作业渔船数量估算方法。
技术介绍
目前世界上人类所需求的近一半水产品主要来自于海洋捕捞作业。对渔船及捕捞活动进行有效的监测、控制和监督，有利于规范渔船生产，防止渔船进行违规作业；有利于提供安全救助；有利于科学组织管理调度渔船作业；有利于合理利用和保护渔业资源、生态环境；有利于专属经济区的保护、纷争的评判，维护海洋权益。对渔船数量的估算，属于船舶船位监测的范畴。随着现代航海技术的发展，船舶监测已成为保障安全航行不可缺少的内容之一。对船舶船位的监测，主要有三种方式：传统的现场监测，基于定位与无线通信技术的船舶监测系统和基于遥感技术的船舶属性识别及监测。传统的现场监测，通常具有较高的巡航成本高，对于远离陆地开展公海作业的渔船来说，难以开展；基于定位与无线通信技术的船舶监测系统如VMS等船舶监测系统自身存在一定局限性，设备经常会因为人为原因关闭，或因海上恶劣的工况设备故障无法正常工作；基于遥感技术的船舶属性识别及监测因为其大范围、动态、同步和快速观测的优势，得到了越来越广泛的应用。其遥感手段主要有：岸基雷达站、高分辨率的可见光遥感、合成孔径雷达。岸基雷达站由于作用距离仅15海里左右，仅仅适用于近海，无法覆盖到大洋。高分辨率的可见光遥感，由于价格较昂贵，不太适合于海洋大面积监测；对于合成孔径雷达，虽然精度高、可靠性强，但由于价格相对昂贵，检测面积小，大洋海域的SAR影像极其匮乏，且对于不产生尾流的静止作业渔船难以开展。通常来说,卫星传感器主要获取地表反射的太阳辐射信号,而夜间灯光卫星传感器采用光学倍增管，利用其很强的光电放大能力，可以探测到比通常可见光通道大约低4个数量级的辐射，从而在夜间工作可以采集夜间灯光、火光等产生的辐射信号。光诱捕作业方式是我国远洋渔业重要的捕捞作业方式，主要应用于头足类的捕捞，如我国在西北太平洋海域开展鱿鱼钓捕作业，以及我国南海区域近年来迅速发展的灯光罩网作业。光诱捕作业利用头足类的趋光和摄食习性，运用集鱼灯灯光，配合自动化钓机等捕捞渔具进行诱捕的一种渔业。目前光诱钓捕的鱿鱼产量约占头足类总产量的60％左右。光诱捕作业方式其作业时间一般是在夜晚，其作业方式是静止的钓钩作业或者是罩网作业，并不产生尾流。而在夜晚，可见光遥感无法检测到船舶，也无法检测到尾流。因此需要一种方法，针对夜间采用光诱捕方式进行捕捞作业的静止渔船，进行有效的遥感监测，对区域作业渔船数量进行估算。
技术实现思路
本专利技术提供一种利用夜间灯光卫星遥感数据，针对夜间采用光诱捕方式进行捕捞作业的静止渔船，对区域内该类型作业渔船数量进行估算的方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于夜间灯光卫星遥感数据光诱捕作业渔船数量估算方法，包括以下步骤：(1)从卫星整幅影像中裁切出渔场范围内的影像；(2)将影像中可见光-近红外波段的数字灰度值转换成实际观测辐射值；(3)对影像中热红外波段进行云检测，采用迭代阈值分割的方法确定云像元的阈值；(4)对得到的云掩膜后的可见光-近红外波段的影像进行分块，并计算各个区块的方差和最大类间方差法阈值，据此来判定区块是否属于渔区；(5)对于渔区使用最大类间方差法阈值区分渔船及噪声，并结合已知的船位数据，计算单艘光诱捕船的辐亮度值；(6)根据光诱捕船像素的总辐亮度和单艘光诱捕船的辐亮度值，计算该渔区光诱捕船的船只数量。所述步骤(2)中使用定标公式将影像中可见光-近红外波段的数字灰度值转换成实际观测辐射值，其中，Radiance为实际观测辐射值，DN为数字灰度值，gain为数据的增益参数。所述步骤(3)中将待测像元和晴空的观测辐射值进行比较，计算待测像元和晴空像元的亮度温度值，当其小于设置的阈值时，判别为云像元，实现云检测。所述步骤(3)中采用迭代阈值分割的方法确定云像元的阈值包括以下子步骤：首先，设置待分割图像的最大灰度值和最小灰度值，并令初始分割阈值为最大灰度值和最小灰度值的平均值；其次，根据初始分割阈值将图像分割为目标区域和背景区域；然后对目标区域和背景区域分别求取灰度均值，求目标区域的灰度均值和背景区域的灰度均值的平均值，该平均值为新的分割阈值，如此循环直至迭代结束。所述步骤(4)中采用局部阈值法或自适应阈值法对得到的云掩膜后的可见光-近红外波段的影像进行分块。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术根据光诱捕方式夜间作业的特点，对某一海域开展光诱捕作业的渔船开展大面积同步遥感观测，进行渔船数量的定量估算；提供第三方渔船监控数据，一定程度弥补我国现有船位监测数据库数据的缺失，还可补充其他国家光诱捕作业渔船数量的数据缺失，为准确把握渔业资源与环境变化的内在规律及渔情渔场预报提供有价值的参考。附图说明图1是本专利技术的流程图；图2是实施例中F1820110901西北太平洋鱿鱼渔场的OLS影像图；图3是实施例中的辐亮度影像的图像分块示意图；图4是实施例中类间方差和方差分布图；图5是实施例中用于计算单船幅亮度的5-8区图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术的实施方式涉及一种基于夜间灯光卫星遥感数据光诱捕作业渔船数量估算方法，如图1所示，包括以下步骤：从卫星整幅影像中裁切出渔场范围内的影像；将影像中可见光-近红外波段的数字灰度值转换成实际观测辐射值；对影像中热红外波段进行云检测，采用迭代阈值分割的方法确定云像元的阈值；对得到的云掩膜后的可见光-近红外波段的影像进行分块，并计算各个区块的方差和最大类间方差法阈值，据此来判定区块是否属于渔区；对于渔区使用最大类间方差法阈值区分渔船及噪声，并结合已知的船位数据，计算单艘光诱捕船的辐亮度值；根据光诱捕船像素的总辐亮度和单艘光诱捕船的辐亮度值，计算该渔区光诱捕船的船只数量。下面以一个具体的实施例来进一步说明本专利技术。利用DMSP-F18卫星/OLS微光数据，对西北太平洋海域渔场鱿钓渔船的船只数量进行估算，从卫星整幅影像中裁切出渔场范围内的影像(1800像素*1000像素)，见图2。该数据由四个波段组成：可见光波段、热红外波段及相对应的检测码波段和增益波段。可见光波段灰度值范围为：0-63。热红外波段灰度值范围为0-255。检测码波段取值为0,1,2,3,255，若某像元的检测码为0，表示该像元处于白天使用可见光镜头；若某像元的检测码为1，表示该像元使用光学倍增管的较低增益；若某像元的检测码为2，表示该像元使用光学倍增管的低增益；若某像元的检测码为3，表示该像元处于夜晚，使用光学倍增管的高增益；若某像元的检测码为255，表示该像元所在处数据缺失。增益波段是各种检测码模式下的模拟增益。从可见光图像中可以直观的看出，左侧带状白色区域是由于位于晨昏线附近，太阳光入射进入光学倍增管，所产生的眩光耀斑。中间点状分布的区域是鱿钓渔船作业时，集鱼灯发射出的灯光。(1)辐射定标对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于夜间灯光卫星遥感数据光透捕作业渔船数量估算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)从卫星整幅影像中裁切出渔场范围内的影像；(2)将影像中可见光‑近红外波段的数字灰度值转换成实际观测辐射值；(3)对影像中热红外波段进行云检测，采用迭代阈值分割的方法确定云象元的阈值；(4)对得到的云掩膜后的可见光‑近红外波的段影像进行分块，并计算各个区块的方差和最大类间方差法阈值，据此来判定区块是否属于渔区；(5)对于渔区使用最大类间方差法阈值区分渔船及噪声，并结合已知的船位数据，计算单艘光诱捕船的辐亮度值；(6)根据光诱捕船像素的总辐亮度和单艘光诱捕船的辐亮度值，计算该渔区光诱捕船的船只数量。

【技术特征摘要】
1.一种基于夜间灯光卫星遥感数据光诱捕作业渔船数量估算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)从卫星整幅影像中裁切出渔场范围内的影像；(2)将影像中可见光-近红外波段的数字灰度值转换成实际观测辐射值；(3)对影像中热红外波段进行云检测，采用迭代阈值分割的方法确定云像元的阈值；(4)对得到的云掩膜后的可见光-近红外波段的影像进行分块，并计算各个区块的方差和最大类间方差法阈值，得到各个区块的最大类间方差散点分布图，据此来判定区块是否属于渔区；当区块具有最大的方差和最大类间方差时，则判定为眩光耀斑区；当区块具有较大的方差和较大的类间方差判定为渔区；当区块具有很小的方差和很小的类间方差判定为非渔区；(5)对于渔区使用最大类间方差法阈值区分渔船及噪声，并结合已知的船位数据，计算单艘光诱捕船的辐亮度值；(6)根据光诱捕船像素的总辐亮度和单艘光诱捕船的辐亮度值，计算该渔区光诱捕船的船只数量，计算方式为其中，n表示渔船的船只数量；R表示渔场区域光诱捕船像素的总辐亮度值；r表示单艘光诱捕船的辐亮度值。2.根据权利要求1所述的基于夜间灯光卫星遥感数据光诱捕作业渔船数量估算方法，其特征在于，所述步骤(2)中使用定...

【专利技术属性】
技术研发人员：周为峰，程田飞，樊伟，吴祖立，王晓璇，纪世建，郑巧玲，
申请(专利权)人：中国水产科学研究院东海水产研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31