评估沙尘暴强度的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供评估沙尘暴强度的方法和装置，该方法包括：a)获得影像；b)得出每个像素的反射率和辐射率；c)得出每个像素的亮度温度；d)从多个像素中取出那些像素，那些像素对应于沙尘暴区域；e)计算归一化沙尘指数，并判断每个归一化沙尘指数是否大于等于阈值，如果是，则得到对应的水平能见度，并进入步骤h)，如果否，则进入步骤f)；f)利用参数反演方法，确定定量反演关系式，并确定气溶胶光学厚度；g)根据确定的气溶胶光学厚度，得到与该每一个像素相对应的水平能见度；h)根据得到的水平能见度，确定与沙尘暴区域中各个像素相对应的区域的沙尘暴强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及遥感图像处理
，具体的说是一种使用卫星影像来评估沙尘暴 强度的方法和装置，适用于环境分析与处理领域。
技术介绍
随着信息技术的发展，遥感技术越来越多地被用来获取和分析各种信息。利用遥 感技术进行沙尘暴的监测已经成为研究的重点。 目前，沙尘暴监测评估技术主要包括地面网络监测和卫星遥感监测。由于卫星遥 感图像能够监测更大的连续的空间范围，光谱分辨率也越来越高，能够提取的信息也越来 越多，因此使用卫星遥感来监测沙尘暴的技术研究有着更为重要的意义。卫星遥感监测主 要使用多光谱传感器或中分辨率成像光谱仪（MODIS)获取的可见光及红外波段的数据为 基础，根据沙尘暴在可见光及红外波段的光谱特征来分析沙尘暴的区域范围和强度。《多源 遥感数据沙尘暴强度监测的信息可比方法》对NOAA卫星AVHRR图像的可见光红外波段的沙 尘特征进行了分析，并使用远红外11 μ m和12 μ m波段的阈值法和差值法提取沙尘暴的范 围；使用1.6 μ m波段的反射率构建归一化沙尘强度指数。《沙尘暴监测与预警技术研究》同 样使用NOAA数据，通过反射率阈值法及差值法提取沙尘暴范围；使用1. 6 μ m波段的反射率 构建归一化沙尘强度指数，并使用地面监测样本数据建立归一化沙尘强度指数与水平能见 度的对应关系，再依据水平能见度进行沙尘暴强度评估。 上述遥感图像沙尘分析方法，能够对沙尘范围进行提取，并对沙尘强度指数化进 行分析，但是对于以下情况，不能很好的适应。沙尘暴天气从轻度到重度对应的衡量指标能 见度的范围是从小于50米到大于10公里，而由于归一化沙尘指数与能见度在大于2公里 的时候相关性不高，因此不能在所需分析的能见度全部范围内建立对应关系，只适用于能 见度2公里范围以内的情况。
技术实现思路
为了解决基于遥感技术对沙尘暴的分析中存在的无法全部适应轻度、重度各种程 度沙尘天气能见度分析的问题，本专利技术提供一种评估沙尘暴强度的方法和装置，该方法和 装置基于遥感技术，不但能够准确地评估重度沙尘暴区域的强度，而且能够准确地评估轻 度沙尘暴区域的强度。 本专利技术提供一种评估沙尘暴强度的方法，该方法包括以下步骤： a)利用卫星传感器，对地表区域进行拍摄以获得所述地表区域的影像，所述影像 包含多个像素，所述多个像素中的每个像素具有灰度值，所述每个像素对应于多个光波段， 所述多个光波段中的每个光波段具有多个参数； b)根据所述灰度值和所述多个参数，得出所述每个像素对应的所述多个光波段中 的一部分光波段的各自的反射率、以及所述每个像素对应的所述多个光波段中的另一部分 光波段的各自的辐射率； c)根据所述辐射率，得出所述每个像素对应的所述另一部分光波段中的每一光波 段的亮度温度； d)从所述多个像素中取出与满足预定值范围的所述反射率和所述亮度温度相对 应的那些像素，所述那些像素对应于所述地表区域中的沙尘暴区域； e)对所述那些像素中的每个像素计算归一化沙尘指数，并判断计算出的每个归一 化沙尘指数是否大于等于阈值，如果是，则根据归一化沙尘指数得到对应的水平能见度，并 进入步骤h)，如果否，则进入步骤f); f)利用参数反演方法，从像素的气溶胶光学厚度随像素的亮度温度变化的多个函 数关系式中，确定一个函数关系式作为定量反演关系式，并根据所述定量反演关系式和与 小于所述阈值的归一化沙尘指数相对应的像素中的每一个像素的任一个相同光波段的亮 度温度，确定与该每一个像素相对应的气溶胶光学厚度； g)根据确定的气溶胶光学厚度，得到与该每一个像素相对应的水平能见度； h)根据得到的所述水平能见度，确定与所述沙尘暴区域中各个像素相对应的区域 的沙尘暴强度。 所述多个光波段至少包括可见光波段、近红外波段、中红外波段和远红外波段。 所述一部分光波段至少包括一个或多个所述可见光波段和一个或多个所述近红 外波段，所述另一部分光波段至少包括一个或多个所述中红外波段和一个或多个所述远红 外波段。 在步骤e)中，根据所述每个像素对应的所述一个或多个所述可见光波段和所述 一个或多个所述近红外波段中的同一个光波段的反射率，来计算所述每个像素的所述归一 化沙尘指数。 所述同一个光波段是1. 6 μ m近红外波段。 所述沙尘暴区域包括重度沙尘暴区域和轻度沙尘暴区域，所述阈值用于划分所述 重度沙尘暴区域和所述轻度沙尘暴区域，其中，大于等于所述阈值的为所述重度沙尘暴区 域，小于所述阈值的为所述轻度沙尘暴区域。 在步骤f)中，所述参数反演方法如下：将至少三个像素的所述任一个相同光波段 的各自的亮度温度的实际测量值以及所述至少三个像素各自的气溶胶光学厚度的实际测 量值，分别代入所述多个函数关系式中进行反演计算，以确定每个函数关系式中的各个系 数值， 所述定量反演关系式的确定如下：利用所述至少三个像素各自的气溶胶光学厚度 的实际测量值、所述至少三个像素的所述任一个相同光波段的各自的亮度温度的实际测量 值、根据确定了所述各个系数值的所述每个函数关系式计算出的各个气溶胶光学厚度、以 及所述至少三个像素各自的气溶胶光学厚度的实际测量值的平均值，计算每个函数关系式 的拟合度，并将拟合度的值最大的一个函数关系式确定作为所述定量反演关系式。 所述多个函数关系式可以包括线性函数关系式、多项式函数关系式、指数函数关 系式、对数函数关系式、幂函数关系式。 所述任一个相同光波段是所述一个或多个远红外波段中的一个远红外波段。 本专利技术还提供一种评估沙尘暴强度的装置，该装置包括： 获取单元，所述获取单元利用卫星传感器，对地表区域进行拍摄以获得所述地表 区域的影像，所述影像包含多个像素，所述多个像素中的每个像素具有灰度值，所述每个像 素对应于多个光波段，所述多个光波段中的每个光波段具有多个参数； 预处理单元，包括反射率和辐射率计算部以及亮度温度计算部， 其中，所述反射率和辐射率计算部根据所述灰度值和所述多个参数，得出所述每 个像素对应的所述多个光波段中的一部分光波段的各自的反射率、以及所述每个像素对应 的所述多个光波段中的另一部分光波段的各自的辐射率， 所述亮度温度计算部根据所述辐射率，得出所述每个像素对应的所述另一部分光 波段中的每一光波段的亮度温度； 数据分析单元，包括沙尘暴区域取出部、水平能见度确定部、沙尘暴强度确定部， 其中，所述沙尘暴区域取出部，从所述多个像素中取出与满足预定值范围的所述 反射率和所述亮度温度相对应的那些像素，所述那些像素对应于所述地表区域中的沙尘暴 区域； 所述水平能见度确定部对所述那些像素中的每个像素计算归一化沙尘指数，并判 断计算出的每个归一化沙尘指数是否大于等于阈值， 如果大于等于所述阈值的归一化沙尘指数，则根据归一化沙尘指数得到对应的水 平能见度， 如果小于所述阈值，则利用参数反演方法，从像素的气溶胶光学厚度随像素的亮 度温度变化的多个函数关系式中，确定一个函数关系式作为定量反演关系式，并根据所述 定量反演关系式和与小于所述阈值的归一化沙尘指数相对应的像素中的每一个像素的任 一个相同光波段的亮度温度，确定与该每一个像素相对应的气溶胶光学厚度；再根据确定 的气溶胶光学厚度，得到与该每一个像素相对应的水平能见度； 沙尘暴强度确定部根据得到的所述水平能见度，确定与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种评估沙尘暴强度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a)利用卫星传感器，对地表区域进行拍摄以获得所述地表区域的影像，所述影像包含多个像素，所述多个像素中的每个像素具有灰度值，所述每个像素对应于多个光波段，所述多个光波段中的每个光波段具有多个参数；b)根据所述灰度值和所述多个参数，得出所述每个像素对应的所述多个光波段中的一部分光波段的各自的反射率、以及所述每个像素对应的所述多个光波段中的另一部分光波段的各自的辐射率；c)根据所述辐射率，得出所述每个像素对应的所述另一部分光波段中的每一光波段的亮度温度；d)从所述多个像素中取出与满足预定值范围的所述反射率和所述亮度温度相对应的那些像素，所述那些像素对应于所述地表区域中的沙尘暴区域；e)对所述那些像素中的每个像素计算归一化沙尘指数，并判断计算出的每个归一化沙尘指数是否大于等于阈值，如果是，则根据归一化沙尘指数得到对应的水平能见度，并进入步骤h)，如果否，则进入步骤f)；f)利用参数反演方法，从像素的气溶胶光学厚度随像素的亮度温度变化的多个函数关系式中，确定一个函数关系式作为定量反演关系式，并根据所述定量反演关系式和与小于所述阈值的归一化沙尘指数相对应的像素中的每一个像素的任一个相同光波段的亮度温度，确定与该每一个像素相对应的气溶胶光学厚度；g)根据确定的气溶胶光学厚度，得到与该每一个像素相对应的水平能见度；h)根据得到的所述水平能见度，确定与所述沙尘暴区域中各个像素相对应的区域的沙尘暴强度。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张岱，张学，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP