基于MODIS光学数据的湖冰物候信息提取方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种基于MODIS光学数据的湖冰物候信息提取方法和装置，该方法包括：采集一段连续时间上的包括待观察湖面的MODIS光学图像；对每幅MODIS光学图像做湖面部分的湖水湖冰判别，得到对应于每天的图像中待观察湖面的湖水区域、湖冰区域和云覆盖区域；再确定对应于每天的图像中湖水、湖冰和湖面云的比例；将对应于每天的图像中湖面云的比例重新分配给湖水或湖冰或湖水湖冰的组合，得到无云条件下的湖水和湖冰的比例时间序列；基于无云条件下湖水和湖冰比例时间序列，提取湖冰物候信息。本发明专利技术实施例提供的方法和装置，能够减少提取湖冰物候信息时的监测误差，提高提取湖冰物候信息的准确性。

Method and device for extracting lake ice phenological information based on MODIS optical data

【技术实现步骤摘要】
基于MODIS光学数据的湖冰物候信息提取方法和装置
本专利技术涉及图像处理
，尤其涉及一种基于MODIS光学数据的湖冰物候信息提取方法和装置。
技术介绍
湖泊碳、水和能量等研究中的重要要素之一，在三极地区，湖泊分布众多，特别地湖泊作为水圈、冰冻圈的连接枢纽，是全球气候观测系统的关键性气候变量。湖冰物候是用来描述湖冰覆盖季节性循环变化的术语，包含湖泊冻结期、融化期以及湖冰覆盖时长。湖冰冻融变化物理过程的理解和表达，多采用湖泊冻结、融化日期的记录作为湖冰物候参数。湖冰冻融参数是全球变化的关键敏感因子之一，高山寒区和极地湖泊分布密集地区，湖泊对于气候变化非常敏感，特别是湖水融冻的时间点的判断和长年的变化规律，常被期望用来记录、揭示区域的气候变化特征。高寒区由于地理环境特点等原因，人迹罕至，湖泊监测站点缺少，使得湖泊冻融属性难以从地面监测获取，长时间系列的冻融信息严重缺乏，其湖冰物候信息的获取具有重要的意义。在监测手段方面，主要有地面观测与遥感监测，湖冰物候地面观测资料有的可以延伸至百余年前，多由人工观测所得。随着遥感技术的发展,已经开展了很多基于遥感数据的湖冰冻融反演,主要是利用高重访率的光学遥感与被动微波监测。星载被动微波数据具有全天候观测能力，受云雨天气状况影响较少，对地观测时空连续性强等特点，且对冰水相变的探测具有高敏特质，适用于冰雪冻融监测研究，被广泛的应用于陆表冻土变化监测、积雪的融冻监测、海冰变化监测。但由于被动微波辐射计分辨率粗糙，混合像元效应严重，致使其在湖泊冻融变化监测中受到了极大的限制，不能像中高分辨率光学数据一样监测大量湖泊冻融状况。采用光学数据，其云层的覆盖对于湖冰的融化高时间等特点，存在着较为极大的挑战，如青藏高原地区大气对流活跃，常有云层覆盖，影响光学传感器过境时有效获取湖冰冻融信息，如利用MODIS光学产品监测青藏高原的59个湖泊冻融情况时，出于对云污染的考虑，选择使用经去云处理的MYD10A2八天的无云积雪产品监测湖泊冻融，但选用该数据监测湖泊冻融状况存在着至少在8天以上甚至是16天的监测误差。因此，如何减少基于光学图像提取湖冰物候信息时的监测误差，提高提取湖冰物候信息的准确性，仍然是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种基于MODIS光学数据的湖冰物候信息提取方法和装置，用以解决现有的基于光学图像提取湖冰物候信息时监测误差较大，提取的湖冰物候信息的准确性得不到保证的问题。第一方面，本专利技术实施例提供一种基于MODIS光学数据的湖冰物候信息提取方法，包括：采集一段连续时间上的MODIS光学图像，保证每幅MODIS光学图像中包括完整待观察湖面；对每幅MODIS光学图像先做湖面无云部分的湖水湖冰判别，再做湖面有云部分的湖水湖冰判别，得到对应于每天的图像中待观察湖面的湖水区域、湖冰区域和云覆盖区域，其中，所述湖面有云部分的湖水湖冰判别包括基于时间连续性上的湖水湖冰判别和基于空间连续性上的湖水湖冰判别；基于对应于每天的图像中待观察湖面的湖水区域、湖冰区域和云覆盖区域，确定对应于每天的图像中湖水、湖冰和湖面云的比例；基于对应于每天的图像中湖水、湖冰和湖面云的比例将对应于每天的图像中湖面云的比例重新分配给湖水或湖冰或湖水湖冰的组合，得到无云条件下的湖水和湖冰的比例时间序列；基于无云条件下湖水和湖冰比例时间序列，提取湖冰物候信息。优选地，该方法中，所述采集一段连续时间上的MODIS光学图像，具体包括：每天上午下午各采集一幅采集一段连续时间上的MODIS光学图像。优选地，该方法中，所述基于时间连续性上的湖冰湖水判别，具体包括：上午下午数据合成、连续三天数据合成和连续五天数据合成，其中，所述上午下午数据合成，具体包括：若上午图像和下午图像中相同位置像素至少一个是湖水像素，则合成的对应于每天的图像中该相同位置像素为湖水像素；若上午图像和下午图像中相同位置像素都为湖冰像素，则合成的对应于每天的图像中该相同位置像素为湖冰像素；或者，若上午图像和下午图像中相同位置像素中一个为湖冰像素另一个为云像素，则合成的对应于每天的图像中该相同位置像素为湖冰像素；所述连续三天数据合成，具体包括：若前一日图像和后一日图像中相同位置像素都为湖冰像素，则当日图像中该相同位置像素的云像素更新为湖冰像素；或者，若前一日图像和后一日图像中相同位置像素至少一个是湖水像素，则当日图像中该相同位置像素的云像素更新为湖水像素；所述连续五天数据合成，具体包括：连续五天的图像中，若除第三天外的四天中四个相同位置像素都不是湖水像素且至少三个相同位置像素是湖冰像素，则第三天图像中的该相同位置像素的云像素更新为湖冰像素；或者，若除第三天外的四天中四个相同位置像素中至少三个为湖水像素，则第三天图像中的该相同位置像素的云像素更新为湖水像素；所述上午下午数据合成在基于空间连续性上的湖水湖冰判别之前进行，所述连续三天数据合成和所述连续五天数据合成依次在基于空间连续性上的湖水湖冰判别之后进行。优选地，该方法中，所述基于空间连续性上的湖水湖冰判别，具体包括：若云像素为靠近湖岸的像素且所述云像素的相邻八像素中除陆地像素外全为湖水像素，则判别所述云像素为湖水像素；若云像素为靠近湖岸的像素且所述云像素的相邻八像素中除陆地像素外全为湖冰像素，则判别所述云像素为湖冰像素；若云像素为非靠近湖岸的像素且所述云像素的相邻四像素中至少三个为湖冰像素，则判别所述云像素为湖冰像素；或者，若云像素为非靠近湖岸的像素且所述云像素的相邻四像素中至少三个为湖水像素，则判别所述云像素为湖水像素。优选地，所述基于对应于每天的图像中湖水、湖冰和湖面云的比例将对应于每天的图像中湖面云的比例重新分配给湖水或湖冰或湖水湖冰的组合，具体包括：若当天湖冰覆盖比例大于90％，则将云覆盖比例指定为湖冰部分；若当天湖水覆盖比例大于90％，则将云覆盖比例指定为湖水部分；或者，若当天湖水覆盖比例不超过90％且当天湖冰覆盖比例不超过90％，则按当天湖水与湖冰的覆盖比例处理云覆盖部分，使得云覆盖部分重新赋值为湖水部分和湖冰部分。第二方面，本专利技术实施例提供一种基于MODIS光学数据的湖冰物候信息提取装置，包括：采集单元，用于采集一段连续时间上的MODIS光学图像，保证每幅MODIS光学图像中包括完整待观察湖面；判别单元，用于对每幅MODIS光学图像先做湖面无云部分的湖水湖冰判别，再做湖面有云部分的湖水湖冰判别，得到对应于每天的图像中待观察湖面的湖水区域、湖冰区域和云覆盖区域，其中，所述湖面有云部分的湖水湖冰判别包括基于时间连续性上的湖水湖冰判别和基于空间连续性上的湖水湖冰判别；计算单元，用于基于对应于每天的图像中待观察湖面的湖水区域、湖冰区域和云覆盖区域，确定对应于每天的图像中湖水、湖冰和湖面云的比例；重新分配单元，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MODIS光学数据的湖冰物候信息提取方法，其特征在于，包括：/n采集一段连续时间上的MODIS光学图像，保证每幅MODIS光学图像中包括完整待观察湖面；/n对每幅MODIS光学图像先做湖面无云部分的湖水湖冰判别，再做湖面有云部分的湖水湖冰判别，得到对应于每天的图像中待观察湖面的湖水区域、湖冰区域和云覆盖区域，其中，所述湖面有云部分的湖水湖冰判别包括基于时间连续性上的湖水湖冰判别和基于空间连续性上的湖水湖冰判别；/n基于对应于每天的图像中待观察湖面的湖水区域、湖冰区域和云覆盖区域，确定对应于每天的图像中湖水、湖冰和湖面云的比例；/n基于对应于每天的图像中湖水、湖冰和湖面云的比例将对应于每天的图像中湖面云的比例重新分配给湖水或湖冰或湖水湖冰的组合，得到无云条件下的湖水和湖冰的比例时间序列；/n基于无云条件下湖水和湖冰比例时间序列，提取湖冰物候信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于MODIS光学数据的湖冰物候信息提取方法，其特征在于，包括：
采集一段连续时间上的MODIS光学图像，保证每幅MODIS光学图像中包括完整待观察湖面；
对每幅MODIS光学图像先做湖面无云部分的湖水湖冰判别，再做湖面有云部分的湖水湖冰判别，得到对应于每天的图像中待观察湖面的湖水区域、湖冰区域和云覆盖区域，其中，所述湖面有云部分的湖水湖冰判别包括基于时间连续性上的湖水湖冰判别和基于空间连续性上的湖水湖冰判别；
基于对应于每天的图像中待观察湖面的湖水区域、湖冰区域和云覆盖区域，确定对应于每天的图像中湖水、湖冰和湖面云的比例；
基于对应于每天的图像中湖水、湖冰和湖面云的比例将对应于每天的图像中湖面云的比例重新分配给湖水或湖冰或湖水湖冰的组合，得到无云条件下的湖水和湖冰的比例时间序列；
基于无云条件下湖水和湖冰比例时间序列，提取湖冰物候信息。


2.根据权利要求1所述的基于MODIS光学数据的湖冰物候信息提取方法，其特征在于，所述采集一段连续时间上的MODIS光学图像，具体包括：
每天上午下午各采集一幅采集一段连续时间上的MODIS光学图像。


3.根据权利要求2所述的基于MODIS光学数据的湖冰物候信息提取方法，其特征在于，所述基于时间连续性上的湖冰湖水判别，具体包括：上午下午数据合成、连续三天数据合成和连续五天数据合成，其中，
所述上午下午数据合成，具体包括：
若上午图像和下午图像中相同位置像素至少一个是湖水像素，则合成的对应于每天的图像中该相同位置像素为湖水像素；
若上午图像和下午图像中相同位置像素都为湖冰像素，则合成的对应于每天的图像中该相同位置像素为湖冰像素；或者，
若上午图像和下午图像中相同位置像素中一个为湖冰像素另一个为云像素，则合成的对应于每天的图像中该相同位置像素为湖冰像素；
所述连续三天数据合成，具体包括：
若前一日图像和后一日图像中相同位置像素都为湖冰像素，则当日图像中该相同位置像素的云像素更新为湖冰像素；或者，
若前一日图像和后一日图像中相同位置像素至少一个是湖水像素，则当日图像中该相同位置像素的云像素更新为湖水像素；
所述连续五天数据合成，具体包括：连续五天的图像中，
若除第三天外的四天中四个相同位置像素都不是湖水像素且至少三个相同位置像素是湖冰像素，则第三天图像中的该相同位置像素的云像素更新为湖冰像素；或者，
若除第三天外的四天中四个相同位置像素中至少三个为湖水像素，则第三天图像中的该相同位置像素的云像素更新为湖水像素；
所述上午下午数据合成在基于空间连续性上的湖水湖冰判别之前进行，所述连续三天数据合成和所述连续五天数据合成依次在基于空间连续性上的湖水湖冰判别之后进行。


4.根据权利要求3所述的基于MODIS光学数据的湖冰物候信息提取方法，其特征在于，所述基于空间连续性上的湖水湖冰判别，具体包括：
若云像素为靠近湖岸的像素且所述云像素的相邻八像素中除陆地像素外全为湖水像素，则判别所述云像素为湖水像素；
若云像素为靠近湖岸的像素且所述云像素的相邻八像素中除陆地像素外全为湖冰像素，则判别所述云像素为湖冰像素；
若云像素为非靠近湖岸的像素且所述云像素的相邻四像素中至少三个为湖冰像素，则判别所述云像素为湖冰像素；或者，
若云像素为非靠近湖岸的像素且所述云像素的相邻四像素中至少三个为湖水像素，则判别所述云像素为湖水像素。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于MODIS光学数据的湖冰物候信息提取方法，其特征在于，所述基于对应于每天的图像中湖水、湖冰和湖面云的比例将对应于每天的图像中湖面云的比例重新分配给湖水或湖冰或湖水...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱玉宝，解鹏飞，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11