深圳海域初级生产力遥感反演方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种深圳海域初级生产力遥感反演方法，包括：输入Landsat TM遥感影像数据；计算深圳海域的归一化差分植被指数数据NDVI；将NDVI数据进行线性压缩，得到NDVI′；计算上述得到的NDVI′数据的梯度值

Remote sensing retrieval method and system of primary productivity in Shenzhen sea area

The invention relates to a Shenzhen primary productivity in the sea water remote sensing methods, including: input Landsat TM remote sensing image data; calculating the Shenzhen sea normalized difference vegetation index data NDVI; data NDVI linear compression, NDVI '; the calculation of the gradient of NDVI' data value.

【技术实现步骤摘要】
深圳海域初级生产力遥感反演方法及系统
本专利技术涉及一种深圳海域初级生产力遥感反演方法及系统。
技术介绍
深圳市位于广东省南部沿海，陆域范围为22°26＇59＂——22°51＇49＂N，113°45＇44＂——114°37＇21＂，东临大亚湾和大鹏湾，西濒珠江口和伶仃洋，南隔深圳河与香港相望，北接东莞和惠州；海域连接南海与太平洋，主要划分为珠江口、深圳湾、大鹏湾和大亚湾四个海区，海岸线全长257公里，海域面积1145平方公里。属南亚热带海洋性季风气候，沿岸海区年均表层水温18～28℃，近岸海域主要污染物为石油类、无机氮和活性磷酸盐，近12年共发生赤潮62次，累积发生面积621.85km2，主要发生在2～6月，已成为该海域日益突出的生态问题。通过现有技术方法对深圳市大亚湾和珠江口等海区进行现场调查后发现，叶绿素和初级生产力的周年变化明显呈现双周期型，且珠江口的初级生产力远高于大亚湾。大亚湾叶绿素a与初级生产力在春夏季变化趋势较一致，而大鹏澳海区却没有明显的季节规律，虽然其叶绿素a含量在近岸养殖区较高，但季节上的变化却十分不明显。通过以往相关技术方法的研究可知，深圳市海域的净初级生产力在自然区域上呈现出较大的差别，因而采用同一标准进行深圳市海域的整体研究往往不能得到更为可靠的结果，所以适当划分研究海区，将深圳市海域化整为零不失为一种有效的处理手段。现有技术对海洋净初级生产力的估算主要集中在其估算模式、时空分布和影响因素等几个方面，相应的技术方法主要有较为传统的黑白瓶法、同位素固碳法、基于海洋卫星遥感的经验模型、半经验模型、BPM(BedfordProductivityModel)、LPCM(LaboratoiredePhysiqueetChimieMarines)、VGPM(VerticallyGeneralizedProductionModel)等估算模型。现有的方法大多采用传统的现场测定方法来研究海洋净初级生产力，并且其研究尺度多锁定在大亚湾等局部海湾，采样耗时长且难以做到大面积采样；另一方面，为了解决传统现场测定方法的效率问题，也有一些新的技术方法涌现，譬如利用遥感数据来反演海洋净初级生产力，虽然这些遥感反演技术的时间连续性较好且便于分析大尺度空间内海洋净初级生产力的分布特点，但是以VGPM模型为首的遥感反演手段的适用尺度往往差强人意，在面临小尺度的近海海域问题上往往不能得到很好的结果，再加上不但近海海域上情况复杂，连近海海域的不同海区也可能面临遥感反演上的差异性，除此之外，长时间序列的海洋净初级生产力估算难度较大，参与运算的参数繁多，模型十分复杂，因而对于以深圳海域为例的研究区域而言，现有的技术都存在着一定的局限性。基于以上原因，以往的相似技术方法也多选择东海、太湖、珠江口等区域为主要研究区，而关于深圳近岸海域的相关NPP遥感反演技术方法则较少。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种深圳海域初级生产力遥感反演方法及系统。本专利技术提供一种深圳海域初级生产力遥感反演方法，该方法包括如下步骤：a.输入LandsatTM遥感影像数据；b.根据输入的LandsatTM遥感影像数据，计算深圳海域的归一化差分植被指数数据NDVI；c.将计算得到的NDVI数据进行线性压缩，得到NDVI′；d.计算上述得到的NDVI′数据的梯度值e.在深圳的四大主体海域随机布设插值控制点作为一般控制点，其中：所述四大主体海域分别是珠江口海区、深圳湾海区、大鹏湾海区和大亚湾海区；f.按照从高到底的顺序，从上述四大主体海域上选择值较高的像元作为处理对象Δp，并在Δp上随机布设插值控制点作为纹理控制点；g.对输入的MODIS/AQUA数据中的月平均海表温度数据、月平均海水漫衰减系数数据、月平均海水光合有效辐射数据、月平均海水叶绿素a浓度数据，分别进行反距离加权插值运算；h.对输入的深圳海域反演时间当日的光照周期数据，进行反距离加权插值运算；i.根据步骤g、h中进行反距离加权插值运算的结果，利用OVGPM模型计算得到深圳海域初级生产力遥感反演结果PPeu。其中，所述LandsatTM遥感影像数据包括7个谱段：B1蓝绿谱段、B2绿谱段、B3红谱段、B4近红外谱段、B5近短波红外谱段、B6热红外谱段、B7近短波红外谱段。所述的步骤b具体包括：采用如下公式计算深圳海域的归一化差分植被指数数据NDVI：NDVI＝(B4-B3)/(B4+B3)其中，NDVI表示归一化差分植被指数；B3表示LandsatTM数据红谱段的亮度值；B4表示LandsatTM数据近红外谱段的亮度值。所述的步骤c具体包括：将NDVI数据的数据范围由NDVI∈[-1，1]调整为NDVI∈[0，1]，线性压缩公式为：NDVIi′＝(χi-χmin)/(χmax-χmin)，i＝1、2、3、…、n其中，NDVI′表示线性压缩后的NDVI值；χi表示每个像元的NDVI值；χmin表示所有像元中的NDVI的最小值；χmsx表示所有像元中的NDVI的最大值；n表示该NDVI数据的像元数量。所述的步骤d具体包括：利用公式：dx(i,j)＝NDVI′(i+1,j)-NDVI′(i,j)dy(i,j)＝NDVI′(i,j+1)-NDVI′(i,j)其中，表示NDVI′的梯度值；NDVI′表示该像元的NDVI′值；i、j表示该像元的位置。本专利技术提供一种深圳海域初级生产力遥感反演系统，该系统包括该系统包括输入模块、归一化模块、线性压缩模块、梯度值计算模块、控制点模块、插值运算模块以及反演结果模块，其中：所述输入模块用于输入LandsatTM遥感影像数据；所述归一化模块用于根据输入的LandsatTM遥感影像数据，计算深圳海域的归一化差分植被指数数据NDVI；所述线性压缩模块用于将计算得到的NDVI数据进行线性压缩，得到NDVI′；所述梯度值计算模块用于计算上述得到的NDVI′数据的梯度值所述控制点模块用于在深圳的四大主体海域随机布设插值控制点作为一般控制点，其中：所述四大主体海域分别是珠江口海区、深圳湾海区、大鹏湾海区和大亚湾海区；所述控制点模块还用于按照从高到底的顺序，从上述四大主体海域上选择值较高的像元作为处理对象Δp，并在Δp上随机布设插值控制点作为纹理控制点；所述插值运算模块用于对输入的MODIS/AQUA数据中的月平均海表温度数据、月平均海水漫衰减系数数据、月平均海水光合有效辐射数据、月平均海水叶绿素a浓度数据，分别进行反距离加权插值运算；所述插值运算模块还用于对输入的深圳海域反演时间当日的光照周期数据，进行反距离加权插值运算；所述反演结果模块用于根据步骤g、h中进行反距离加权插值运算的结果，利用OVGPM模型计算得到深圳海域初级生产力遥感反演结果PPeu。其中，所述的LandsatTM遥感影像数据包括7个谱段：B1蓝绿谱段、B2绿谱段、B3红谱段、B4近红外谱段、B5近短波红外谱段、B6热红外谱段、B7近短波红外谱段。所述的归一化模块具体用于：采用如下公式计算深圳海域的归一化差分植被指数数据NDVI：NDVI＝(B4-B3)/(B4+B3)其中，NDVI表示归一化差分植被指数；B3表示LandsatTM数据红谱段的亮度值；B4表示LandsatTM数据近红外谱段的亮度值。所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深圳海域初级生产力遥感反演方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：a.输入Landsat TM遥感影像数据；b.根据输入的Landsat TM遥感影像数据，计算深圳海域的归一化差分植被指数数据NDVI；c.将计算得到的NDVI数据进行线性压缩，得到NDVI′；d.计算上述得到的NDVI′数据的梯度值

【技术特征摘要】
1.一种深圳海域初级生产力遥感反演方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：a.输入LandsatTM遥感影像数据；b.根据输入的LandsatTM遥感影像数据，计算深圳海域的归一化差分植被指数数据NDVI；c.将计算得到的NDVI数据进行线性压缩，得到NDVI′；d.计算上述得到的NDVI′数据的梯度值e.在深圳的四大主体海域随机布设插值控制点作为一般控制点，其中：所述四大主体海域分别是珠江口海区、深圳湾海区、大鹏湾海区和大亚湾海区；f.按照从高到底的顺序，从上述四大主体海域上选择值较高的像元作为处理对象Δp，并在Δp上随机布设插值控制点作为纹理控制点；g.对输入的MODIS/AQUA数据中的月平均海表温度数据、月平均海水漫衰减系数数据、月平均海水光合有效辐射数据、月平均海水叶绿素a浓度数据，分别进行反距离加权插值运算；h.对输入的深圳海域反演时间当日的光照周期数据，进行反距离加权插值运算；i.根据步骤g、h中进行反距离加权插值运算的结果，利用OVGPM模型计算得到深圳海域初级生产力遥感反演结果PPeu。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LandsatTM遥感影像数据包括7个谱段：B1蓝绿谱段、B2绿谱段、B3红谱段、B4近红外谱段、B5近短波红外谱段、B6热红外谱段、B7近短波红外谱段。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤b具体包括：采用如下公式计算深圳海域的归一化差分植被指数数据NDVI：NDVI＝(B4-B3)/(B4+B3)其中，NDVI表示归一化差分植被指数；B3表示LandsatTM数据红谱段的亮度值；B4表示LandsatTM数据近红外谱段的亮度值。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步骤c具体包括：将NDVI数据的数据范围由NDVI∈[-1，1]调整为NDVI∈[0，1]，线性压缩公式为：NDVI′i＝(χi-χmin)/(χmax-χmin)，i＝1、2、3、…、n其中，NDVI′表示线性压缩后的NDVI值；χi表示每个像元的NDVI值；χmin表示所有像元中的NDVI的最小值；χmax表示所有像元中的NDVI的最大值；n表示该NDVI数据的像元数量。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的步骤d具体包括：利用公式：dx(i,j)＝NDVI′(i+1,j)-NDVI′(i,j)dy(i,j)＝NDVI′(i,j+1)-NDVI′(i,j)其中，表示NDVI′的梯度值；NDVI′表示该像元的NDVI′值；i、j表示该像元的位置。6.一种深圳海域初级生产力遥感反演系统，其特征在于，该系统包括输入模块、归一化模块、线性压缩模块、梯度值计算模块、控制点模块、...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩宇，陈劲松，张彦南，王久娟，易琳，姜小砾，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44