极轨气象卫星遥感白天和夜间海雾的检测方法技术

本发明专利技术涉及一种极轨气象卫星遥感白天和夜间海雾的检测方法。利用极轨卫星资料，读入其原始数据文件，通过分析海雾和低云在光谱特征上的差异，综合应用多通道光谱资料、ＮＤＶＩ指数、ＮＤＳＩ指数、３０年月平均ＳＳＴ，采用三级判识方法先后滤出中高云、晴空水体、太阳耀斑水体、云阴影区、海冰雪盖、非暖性低云、暖性碎低云、云边缘，而得到海雾分布区，生成包括海雾检测结果的文件，即可用ＧＲＡＤＳ绘图软件，在微机上进行图像显示。本发明专利技术将海雾和低云分离，从而实现了海雾的实时监测。为海面上空飞行安全、海上交通运输、海港和沿海空港作业提供了实时监测的有效气象资料。

【技术实现步骤摘要】
极轨气象^M遥感白天和夜间海雾的检测方法狱领域本专利技术属于海洋环，测技术，具M^及一种极轨气象:EM遥感白天和夜间海雾的 检测方法。 背景狱根据中国气象局《地面气象观测规范》规定，雾指"大量微小水滴#^空中，常呈乳白色，^7jC平能见度小于1. 0km"。就微理本质而言，躬云都是空气中水汽凝结的 产物，所以雾升竊开地風M为云，而云斷氐至哋面辦尔其为雾。其中云可以细分为 雾、低云以及中高云等。中高云由于^S低，加上粒子相态与薪在默的区别，容易与雾区，来。低云由于^E星的各光谱ffliiLt的物理特性与雾十分接近，因此在海 雾识别过程中，干^ft大而影响区分或ii^iJ。第五代NOAA系列极轨气象卫星(N0M16-18)安装了，的甚高^}# 射计3型 (AVHRR/3), M6个可见光红外M。中国的极轨气象卫星FY-lD是6^t型的极轨气 象週，它的可见光红外扫鹏射itMit数为10个，包括4个可见^lit， 1^M红外， 2个近红外逝直，1个中波红外i!3t和2 ^:波红外，星下点的分辨率为1. lkm。国内外 #^1驢测都是齢利用以±3131资料，但是目前只能将海雾和低云(简写为海雾/ 低云)作为同一目标物进行判识。而海雾对人类海上胸有严驟响，低云的影响要小 得多。因此，显然有必要将海雾与低云分离以实5鹏雾的实时监测。
技术实现思路
本专利技术的目的是樹共一种极轨气象:&M遥感白天和夜间海雾的检测方法，以弥补现 有技术的不足。本专利技术是顿常的海雾/低云检测的基础上，进一步对海雾和低^s行分离。研究发现，海雾和低云的辐身辨寺性有以下不同在可见^r近红外波段，海雾具撤 高的反射率。在短波纟I^卜波段(如1.6nm波段)，海雾具有很高的反射率，甚至高于ME 可见光波段的反射率，因此海雾的归一fl^分积雪指数NDSI为负值。&6一和《.—分别为波长为o. 67 u m和1. 6 u m的反照率。在远红外波段，雾顶亮温 与周边晴空海域的亮温十分微(雾顶亮温与周边晴空海域的亮驢《3K)，而低云的云 顶亮温与周边晴空海域的亮驢要大于海雾， 一般高于3K。因此， !照可以作为海雾 刺氏云分离的有效依据。而在红外云图上，雾区与其邻近的地面几乎没有明显的热觀，两者图像颜色非常舰，有时甚至分不出哪慰也面，明隄雾区;而低云则相对明显。海雾 的纹理比较t繊，丽氐云的纹理比较清晰。本专利技术的技术路线是利用极轨气象巡FY-ID赫N0M16-18资料，读入其原始数 据文件(1A)， MJ^光谱分析得到的海雾和低云在光徽寺tEJi的差异，采用H^判识方法先后滤出中高低云、晴空tK体、太阳耀珍i;K体(简称耀梦i;Jc体)、海冰雪盖、云阴影 区，非暧性低云、暧性碎低云、云边缘滤除，最终检测出海雾区，顿包括海雾检测结果的文件。可用GRADS绘图软件，在微!TLhl行图像显示。本专利技术具体的:^ 去步骤1 ^il31极轨卫難字可丰矿播系统，获取并读入1A文件； 步骤2飘1A文件利用常规方法进行繊页处理和质量控第鹏1B文件；再对1B 文件用通用的^t去ia《亍几何精校正，4^地的等经讳度投影i^集文件LDF;步骤3是一级判识，将目标t^刀步区分为包括含海雾和低云的云、含海^K^雪盖 信息的中高云、晴穷K体、耀飯JC体、云阴影；用海陆tl^繊将大陆与海洋分开；用 耀斑査^^繊将耀梦i7jC懒l滁；用长波红外亮湿可见光、近红外反照率以及中波红夕卜亮温特征阈值将包括海雾和低云的云、含海》恃n雪盖信息的中高云、云阴影区分，又禾,归一化植鄉旨数NDVI大于~0.05的像元剝科刀步滤除包括藻类信息的晴穷K体，完 成了一级判识；步骤魏J^一级判识结果中的包括含海雾和低云的云、含海^^口雪盖信息的中高 云进行J判识，判断是否满足海雾和低琉征即将中高云、海冰、雪盖以及部分晴 空水体的混合像淵滁，保留海雾和低云区；方》战娜海雾和晴空水体、海冰、中 高云的辐射特性，检测^^可见光反照tt0. 12 0. 15之间、归一化雪指数NDSI在 -0.1 0. l之间、光谱l. 6 U mM道的反照率大刊.15、 10. 3 u mai51的亮駄于270K的像 元、归一化植敏旨数NDVI大于K). 05剝牛的像元，判断为含低云的海雾；不满足则为中 高云，即可初步检测或识别出含低云的海雾，该海雾像元^i己为Fogl;晴空水体像元均 ^H己为CS，完成了二级判识；步骤5就于二级判识中含低云的海雾进行三级判识，即将海群低云分离首先将与^^驗相比明显佩氐的非暖性低云分离,得到的雾区标己为Fog2，考虑妾'jFog2还可能 包含暖性碎低云，为了将暖性碎低云从雾区中剔除，对于标己为Fog2的像元再用区鹏 长方法，进行空间拓展，将暖性碎低云从雾区中剔除，得至啲海雾检测,标己为Fog3; 然后将夹在海雾区中的云ii^滤除，再进一步将以上得到的海雾检测繊用纹理斜粉 析，方法是卿XN矩阵，N》11，如果矩阵中60-7(Fo的像元tP^ieFog3，则判识为海 雾；如果矩阵中只有30-4(Fo的像元禾私己为Fog3，贝,J识为云纖；这样就确定了低云区、 海雾区、中高云区和晴空区；:t^将结果按像元输出为制的海雾检测结果文件，荆诸存和显示。本专利技术的特点:本专利技术鹏了战多Mi星资料，并且餘利用J^海雾和低云的不同光i鶴身抖寺征，对海上目^iS行分级滤除，最终将海雾和低云分离，从而实现了海 雾的实时监测。为海面上空飞行^、海上 ^输、海港和沿海空港作^f共了实时 监测的有效气象资料。 附图说明图l、本专利技术的基^^程示意图。如图l，本专利技术的具体步骤如下1) 麵采集^Mt及轨气象:Mm字可Mr播系统(画)，获取iA文件(N0M16-18卫星)；或者1B文件(FY1D:EM)。2) 禾,常规对^ji^预处理MFYlD或者NOM卫星的f^集文件的头文件中读;v太阳天顶角、太阳;^位角、卫m^顶角、em^位角、iika定^w、定标 参数，对1B文件利用常规方法进行繊预处理和质量控制，包括去除条纹、繊定标邻定 位，经预处理和质量控制后的文件为HDF，再細F文件用通用的方法进t湾经讳度職 变换，^i^iW:影i^集文件LDF，其中LDF文件中包含了太阳天顶角、卫星天顶角和 太阳卫星相对方位角信,辩略M的光谱资料信息。3) 进行一级判识，将目标物初步区分为云(包括海雾/低云、t海冰雪盖信息的 中高云)、耀珍i/JC体、晴空水体、云阴影。具体对緣首先读入LD3文件，舰^^繊 中的太阳和，间的相对角度计算耀斑表 ，同时读入海陆*1^ 、30年月平均SST (海表面離) 。用海陆丰Ife繊将大陆与海洋分开；考虑至陏耀斑污染的水体， 在可见光、近红外以及短红外甚至中红外波段和轻雾的光i徵寺性十分舰，容易带来误 判，通常用耀斑査歸,将耀新Jc鵂i滁。云(包括海雾/低云、含海冰、雪盖信息的 中高云)、云阴影的i照购采用通用的长波红外亮^&可见光、近红外反照率以及中波红 夕卜亮温特征阈值的方法加以区分。禾,归一化植丰财旨数NDVI大T"0.05的像元剝牛，初 步滤除晴空7jC体(包括其中的藻类信息)，完成了一级判识；这里像元的定义为niM传 繊对地面景鹏亍扫描采样的最小单元。4 )再对步骤3中的云(包括海雾/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极轨气象卫星遥感白天和夜间海雾的检测方法，其特征在于步骤１是通过极轨卫星数字可视广播系统，获取并读入１Ａ文件；　步骤２是对１Ａ文件利用常规方法进行数据预处理和质量控制生成１Ｂ文件；再对１Ｂ文件用通用的方法进行几何精校正，生成局地的 等经纬度投影数据集文件ＬＤＦ；　步骤３是一级判识，将目标物初步区分为：包括含海雾和低云的云、含海冰和雪盖信息的中高云、晴空水体、耀斑水体、云阴影；用海陆模板数据将大陆与海洋分开；用耀斑查算表数据将耀斑水体剔除；用长波红外亮温及可见光、 近红外反照率以及中波红外亮温特征阈值将包括海雾和低云的云、含海冰和雪盖信息的中高云、云阴影区分，又利用归一化植被指数ＮＤＶＩ大于－０．０５的像元条件初步滤除包括藻类信息的晴空水体，完成了一级判识；　步骤４是对上述一级判识结果中的包括含 海雾和低云的云、含海冰和雪盖信息的中高云进行二级判识，判断是否满足海雾和低云特征：即将中高云、海冰、雪盖以及部分晴空水体的混合像元剔除，保留海雾和低云区；方法是：根据海雾和晴空水体、海冰、中高云的辐射特性，检测符合可见光反照率在０．１２～０．１５之间、归一化雪指数ＮＤＳＩ在－０．１～０．１之间、光谱１．６μｍ通道的反照率大于０．１５、１０．３μｍ通道的亮温大于２７０Ｋ的像元、归一化植被指数ＮＤＶＩ大于－０．０５条件的像元，判断为含低云的海雾；不满足则为中高云，即可初步检测或识别出含低云的海雾，该海雾像元标记为Ｆｏｇ１；晴空水体像元均标记为ＣＳ，完成了二级判识；　步骤５是对于二级判识中含低云的海雾进行三级判识，即将海雾与低云分离：首先将与海表温度相比明显偏低的非暖性低云分离，得到的雾区标记为Ｆｏｇ２，考虑到 Ｆｏｇ２还可能包含暖性碎低云，为了将暖性碎低云从雾区中剔除，对于标记为Ｆｏｇ２的像元再用区域增长方法，进行空间拓展，将暖性碎低云从雾区中剔除，得到的海雾检测数据标记为Ｆｏｇ３；　然后将夹在海雾区中的云边缘滤除，再进一步将以上得到的海雾 检测数据用纹理条件分析，方法是：取Ｎ×Ｎ矩阵，Ｎ≥１１，如果矩阵中６０－７０％的像元都标记Ｆｏｇ３，则判识为海雾；如果矩阵中只有３０－４０％的像元标记为Ｆｏｇ３，则判识为云边缘；这样就确定了低云区、海雾区、中高云区和晴空区；最后将结果按像元输出为二进制的海雾检测结果文件，并储存和显示。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓京，张苏平，李三妹，张莫生，任素玲，曹治强，刘应辰，
申请(专利权)人：国家卫星气象中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]