一种利用SAR图像估算油罐存储量的方法技术

本发明专利技术一种利用SAR图像估算油罐存储量的方法，步骤如下：步骤一：从SAR图像中识别出油罐；所述油罐为浮顶油罐；步骤二：采用阈值分割，识别出油罐顶、油罐底和油罐浮顶；步骤三：确定卫星观测时的方位角和入射角；步骤四：确定油罐的实际高度H；步骤五：计算油罐的容量V；步骤六：确定油罐浮顶的高度H’；步骤七：计算得到油罐存储率η和存储量V’。本发明专利技术解决了由于天气或者太阳光照条件制约无法获取光学卫星图像时，通过SAR图像进行拍摄。

【技术实现步骤摘要】
一种利用SAR图像估算油罐存储量的方法
本专利技术属于遥感图像处理领域，具体涉及根据SAR遥感卫星成像时的卫星姿态、雷达遥感散射特性和浮顶油罐的结构特点，结合几何原理估算油罐存储量的方法。
技术介绍
遥感技术与国民经济、生态保护和国防安全的关系紧密，在土地资源调查、生态环境监测、农业监测与作物估产、灾害预报与灾情评估、海洋环境调查等领域都有广泛应用。除此之外，与日常生活息息相关的天气预报、空气质量监测、电子地图与导航等活动中，遥感的重要性也逐渐提升。进入21世纪，遥感科技已显现出高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率的“三高”新特征，并开拓了更多的应用新领域。随着后期技术不断进步以及卫星数量的增多，在大宗商品的商业化服务中已经形成了一些应用场景，例如原油库存的检测等。这些数据为企业和政府提供了资源配置的参考，是产业升级以及经济调节的重要依据。遥感技术包括光学遥感、红外遥感和微波遥感等。SAR是英语SyntheticApertureRadar的缩写，意为合成孔径雷达。合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar)，是利用合成孔径原理，实现高分辨的微波成像，具备全天时、全天候、高分辨、大幅宽等多种特点，属于微波遥感的范畴。油罐是遥感图像中的典型地物之一，面积小但分布范围广，用遥感手段获取油罐分布是目前经济可行的方法。并且，全球原油中95％储存在浮顶油罐之中，若能通过遥感获取浮顶油罐的储油量，则可以估算出全球原油储量。目前有些专利已经提出油罐的检测方法和油罐的储量估计方法。针对已有遥感图像检测油罐的专利，存在以下问题：(1)已有的都是针对光学遥感图像检测油罐或者估算油罐存储量，方法可以借鉴，但并不完全适用于SAR卫星图像；(2)光学遥感图像获取途径受气象条件制约，在有雾的天气图像模糊；在雨雪天气，受云层遮档，不能获取到地面油罐信息。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于SAR图像估算油罐存储量的方法，由于天气或者太阳光照条件制约无法获取光学卫星图像时，通过SAR图像拍摄可以作为一种替代手段。而光学遥感图像和SAR遥感图像成像原理不同，直接照搬光学图像估算油罐存储量的方法并不能达到目的，因此本专利提出利用SAR遥感卫星成像时的卫星姿态、雷达遥感散射特性和浮顶油罐的结构特点，结合几何原理估算油罐存储量的新方法。本专利技术的技术方案是：一种利用SAR图像估算油罐存储量的方法，包括以下步骤：步骤一：从SAR图像中识别出油罐；所述油罐为浮顶油罐，油罐顶、油罐底和浮顶的边缘在SAR图像上灰度值高于其他地方，并且边缘上有三个点为灰度值最高的点，即为油罐顶、油罐底和浮顶；离卫星最近的圆弧为油罐顶在图像上的投影，其次为油罐底在图像上的投影，再次为油罐浮顶远离卫星那一半的投影；步骤二：采用阈值分割，识别出油罐顶、油罐底和油罐浮顶；通过采用动态阈值确定油罐边缘和重要点位；在SAR图像中采用低阈值提取出的信息，确定油罐的各个边缘，从边缘判断出卫星是左侧视还是右侧视，以及罐顶和罐底位置；在SAR图像中采用高阈值提取出的信息，确定罐顶离卫星最近的点，罐底离卫星最近的点，浮顶离卫星最远的点；步骤三：确定卫星观测时的方位角和入射角；罐顶和罐底的边缘为平行弧段；若弧段的圆心在左侧，则卫星是右侧视，最右侧的弧段是罐顶，最左侧的弧段是浮顶，中间弧段是罐底，且浮顶边缘与罐底边缘相交；若弧段的圆心在右侧，则卫星是左侧视，最左侧的弧段是罐顶，最右侧的弧段是浮顶，中间弧段是罐底，且浮顶边缘与罐底边缘相交；罐顶离卫星最近的点，罐底离卫星最近的点，浮顶离卫星最远的点三个点在一条直线上，该直线与卫星方位平行；卫星观测时的方位角为以罐顶离卫星最近的点为起点，浮顶离卫星最远的点为终点的矢量角；卫星入射角是卫星入射方向与天顶方向的夹角；步骤四：确定油罐的实际高度H；油罐高度在图像中的像素个数N为N＝P2–P1(1)式中，P1为罐底离卫星最近的点在剖面图的像素位置为；P2为罐底离卫星最近的点在剖面图的像素位置；油罐高度在图像中的空间距离h为h＝N×Re/cos(α-90)或者h＝N×Re/cos(α-270)(2)式中，N为油罐高度在图像中的像素个数，Re为SAR图像的空间分辨率，α为卫星方位角；油罐的实际高度H为H＝h×tanθ(3)式中，h为油罐高度在图像中的空间距离，θ为卫星入射角；步骤五：计算油罐的容量V；由求积公式计算出油罐容量V，计算公式如下：V＝π×R2×H(4)R为油罐半径，H为油罐的实际高度，π取值3.14；步骤六：确定油罐浮顶的高度H’；假设浮顶的高度为H’，计算公式如下：H’＝h’×tanθ(5)式中，h’为油罐浮顶高度在图像中的空间距离，θ为卫星入射角；步骤七：计算得到油罐存储率η和存储量V’；根据浮顶的高度和油罐的高度计算得到油罐的存储率η:η＝H’/H(6)式中，H’为浮顶的高度，H为油罐的实际高度；进而得到油罐的存储量V’V’＝V×η。(7)本专利技术相比现有技术的优点：(1)SAR卫星图像采集了地物后向散射系数，油罐顶的边缘尖锐，散射系数强，易于识别。(2)油罐底部和浮顶为二面角，在SAR图像上会出现强反射，对浮顶油罐的储量提取精度高，可以达到像素级精度。(3)SAR卫星成像时为侧视，角度大覆盖广，相比光学卫星不侧摆或者小角度侧摆，获取时间频率更高。(4)SAR图像为遥感卫星主动发射微波，不受天气和阳光因素影响，可以实现全天时、全天候数据采集。附图说明图1为本专利技术的计算流程；图2为本专利技术SAR卫星对浮顶油罐成像示意图；图3为SAR图像与光学图像油罐对比图；图4(1)为SAR图像原始数据，图4(2)为低阈值提取结果，图4(3)为高阈值提取结果。图5为SAR图像沿卫星方位角的剖面图；图6为求取弧半径示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作详细说明。参照附图1，利用SAR图像估算油罐存储量的分析方法步骤如下：步骤一：从SAR图像中识别出油罐。SAR成像方式是由卫星对地面发射连续的无线电脉冲，被地面目标反射回卫星，由卫星接收并记录每个脉冲的回波。卫星依靠无线电脉冲在路径上传输的时间来计算卫星与目标地物的距离，因此越高的物体收到的点脉冲信号会更早传回卫星，理论上在图像上的位置离卫星越近。油罐在SAR卫星图像中识别利用的就是这个原理。如附图2所示，假设卫星位于油罐东侧，卫星降轨从北往南飞行，采用右侧视成像。油罐为浮顶油罐，A点为罐顶离卫星最近的点，B点为罐底离卫星最近的点，E点为浮顶离卫星最远的点。油罐顶的边缘尖锐，散射系数强，油罐底部和浮顶为二面角，在SAR图像上会出现强反射，所以油罐顶、油罐底和浮顶的边缘在图像上灰度值较高，并且A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用SAR图像估算油罐存储量的方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一：从SAR图像中识别出油罐；所述油罐为浮顶油罐；/n步骤二：采用阈值分割，识别出油罐顶、油罐底和油罐浮顶；/n步骤三：确定卫星观测时的方位角和入射角；/n步骤四：确定油罐的实际高度H；/n步骤五：计算油罐的容量V；/n步骤六：确定油罐浮顶的高度H’；/n步骤七：计算得到油罐存储率η和存储量V’。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用SAR图像估算油罐存储量的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：从SAR图像中识别出油罐；所述油罐为浮顶油罐；
步骤二：采用阈值分割，识别出油罐顶、油罐底和油罐浮顶；
步骤三：确定卫星观测时的方位角和入射角；
步骤四：确定油罐的实际高度H；
步骤五：计算油罐的容量V；
步骤六：确定油罐浮顶的高度H’；
步骤七：计算得到油罐存储率η和存储量V’。


2.根据权利要求1所述的一种利用SAR图像估算油罐存储量的方法，其特征在于：所述步骤一中，油罐顶、油罐底和浮顶的边缘在SAR图像上灰度值高于其他地方，并且边缘上有三个点为灰度值最高的点，即为油罐顶、油罐底和浮顶；离卫星最近的圆弧为油罐顶在图像上的投影，其次为油罐底在图像上的投影，再次为油罐浮顶远离卫星那一半的投影。


3.根据权利要求1所述的一种利用SAR图像估算油罐存储量的方法，其特征在于：所述步骤二具体方法为：通过采用动态阈值确定油罐边缘和重要点位；在SAR图像中采用低阈值提取出的信息，确定油罐的各个边缘，从边缘判断出卫星是左侧视还是右侧视，以及罐顶和罐底位置；在SAR图像中采用高阈值提取出的信息，确定罐顶离卫星最近的点，罐底离卫星最近的点，浮顶离卫星最远的点。


4.根据权利要求1所述的一种利用SAR图像估算油罐存储量的方法，其特征在于：所述步骤三具体方法为：罐顶和罐底的边缘为平行弧段；若弧段的圆心在左侧，则卫星是右侧视，最右侧的弧段是罐顶，最左侧的弧段是浮顶，中间弧段是罐底，且浮顶边缘与罐底边缘相交；若弧段的圆心在右侧，则卫星是左侧视，最左侧的弧段是罐顶，最右侧的弧段是浮顶，中间弧段是罐底，且浮顶边缘与罐底边缘相交；罐顶离卫星最近的点，罐底离卫星最近的点，浮顶离卫星最远的点三个点...

【专利技术属性】
技术研发人员：易维，黄树松，苏文博，张永佳，史小金，
申请(专利权)人：中国资源卫星应用中心，
类型：发明
国别省市：北京;11