基于空天地一体化的温室气体监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于空天地一体化的温室气体监测方法及系统，涉及环境监测技术领域，其技术方案要点是：通过卫星遥感、无人机遥感和地面站点对温室气体浓度进行监测后对应获得梯度级别依次下降的天基观测数据、空基观测数据和地基观测数据；以梯度级别低的观测数据对梯度级别高的观测数据进行精度验证，并以通过精度验证后的梯度级别高的观测数据对梯度级别低的观测数据中缺失部分进行补充；将天基观测数据、空基观测数据和地基观测数据进行补充融合后可得到不同梯度级别下全覆盖范围的温室气体监测数据。本发明专利技术能提高温室气体浓度监测的精度、频率、范围以及时间空间上的连续性，并满足不同梯度级别的需求。并满足不同梯度级别的需求。并满足不同梯度级别的需求。

【技术实现步骤摘要】
基于空天地一体化的温室气体监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及环境监测
，更具体地说，它涉及基于空天地一体化的温室气体监测方法及系统。

技术介绍

[0002]温室效应引发的气候变暖一直是国际上关注的热点问题，大气中的二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)作为主要的温室气体，是引起温室效应的重要因素。为了研究大气CO2、CH4的分布和全球范围的CO2、CH4变化规律，制定合理的CO2、CH4减排政策，需要高精度的探测数据的支持。
[0003]根据观测平台所处的位置，大气CO2、CH4浓度观测的主要方法有基于地面的探测站点、基于空中的飞行平台(无人机、商用航空飞机等)和卫星等平台的观测手段。目前，国内监测温室气体的方法多数是基于地基、空基、天基中的一种或两种组合，没有将地基站点、航空平台和卫星遥感相结合的“空天地一体化”监测方法。基于地面站点的探测方法具有较高的测量精度，但是监测范围较小，在空间上不能连续观测，站点稀疏，且探测为单点测量，站点有限，无法实现大范围区域内的探测。某些空中的观测平台可以到达20km的探测高度，所以产品可以用来研究区域范围内大气CO2、CH4的变化特点，还可以成为验证卫星遥感反演CO2产品的数据源，但是不能在时间和空间上进行连续观测。地基与空基探测都存在探测范围狭小，数据量不足等问题，所以地基和空基观测方法无法满足全球气候变化研究对大气CO2、CH4的测量需求。基于天基测量的卫星遥感方法可以实现高频率的全球范围探测，但是探测精度相较于地基、空基差一些。
[0004]因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的基于空天地一体化的温室气体监测方法及系统是我们目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供基于空天地一体化的温室气体监测方法及系统，将卫星遥感、无人机遥感和地面站点相结合，并将天基观测数据、空基观测数据和地基观测数据进行综合监测分析，提高温室气体浓度监测的精度、频率、范围以及时间空间上的连续性，并满足不同梯度级别的需求，例如全球逐日温室气体浓度、局部区域按季度温室气体浓度或地面站点实时温室气体浓度，为碳排放、碳中和提供数据支持。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0007]第一方面，提供了基于空天地一体化的温室气体监测方法，包括以下步骤：
[0008]通过卫星遥感、无人机遥感和地面站点对温室气体浓度进行监测后对应获得梯度级别依次下降的天基观测数据、空基观测数据和地基观测数据；
[0009]以梯度级别低的观测数据对梯度级别高的观测数据进行精度验证，并以通过精度验证后的梯度级别高的观测数据对梯度级别低的观测数据中缺失部分进行补充；
[0010]将天基观测数据、空基观测数据和地基观测数据进行补充融合后可得到不同梯度
级别下全覆盖范围的温室气体监测数据。
[0011]进一步的，所述天基观测数据、空基观测数据和地基观测数据进行补充融合前：
[0012]将所有观测数据统一成相同栅格数据；
[0013]并将栅格数据进行坐标系投影转换定义，统一成相同坐标系投影；
[0014]以及将坐标系投影的数据空间插值为统一的空间分辨率。
[0015]进一步的，所述梯度级别低的观测数据对梯度级别高的观测数据进行精度验证的过程具体为：
[0016]从梯度级别高的观测数据中筛选出符合梯度级别低的观测数据所对应空间匹配范围和时间匹配范围的观测数据，作为待验证数据；
[0017]判断待验证数据与相应梯度级别低的观测数据之间是否符合精度要求标准，统计同一时间维度下所有待验证数据的达标概率；
[0018]若达标概率不低于概率阈值，则精度验证合格；
[0019]若达标概率低于概率阈值，则调整时间维度重新筛选出待验证数据进行精度验证，直至精度验证合格。
[0020]进一步的，所述空间匹配范围具体为：
[0021]梯度级别高的基点空间位置与梯度级别低的基点空间位置之间纬度差不超过
±
0.5
°
以及经度差不超过
±
0.5
°
；
[0022]或，梯度级别高的基点空间位置与梯度级别低的基点空间位置之间纬度差不超过
±2°
以及经度差不超过
±
2.5
°
。
[0023]进一步的，所述时间匹配范围具体为：梯度级别高的数据观测时间与梯度级别低的数据观测时间之间时间差不超过前后1h。
[0024]进一步的，所述待验证数据与相应梯度级别低的观测数据之间是否符合精度要求标准的判断过程具体为：
[0025]将待验证数据与相应梯度级别低的观测数据进行线性拟合，得到线性相关系数和拟合优度；
[0026]根据待验证数据与相应梯度级别低的观测数据计算出绝对偏差；
[0027]根据线性相关系数、拟合优度和绝对偏差综合判断待验证数据是否符合精度要求标准。
[0028]进一步的，所述精度要求标准包括第一阈值、第二阈值和第三阈值范围；
[0029]若线性相关系数不小于第一阈值、拟合优度不小于第二阈值、绝对偏差在第三阈值范围内三个同时满足，则待验证数据符合精度要求标准。
[0030]进一步的，所述精度要求标准为综合匹配度；
[0031]通过对线性相关系数、拟合优度以及绝对偏差的倒数绝对值进行权重计算，得到实际匹配度；
[0032]若实际匹配度不小于综合匹配度，则待验证数据符合精度要求标准。
[0033]进一步的，所述温室气体浓度包括CO2浓度和CH4浓度。
[0034]第二方面，提供了基于空天地一体化的温室气体监测系统，包括：
[0035]数据采集模块，用于通过卫星遥感、无人机遥感和地面站点对温室气体浓度进行监测后对应获得梯度级别依次下降的天基观测数据、空基观测数据和地基观测数据；
[0036]验证补充模块，用于以梯度级别低的观测数据对梯度级别高的观测数据进行精度验证，并以通过精度验证后的梯度级别高的观测数据对梯度级别低的观测数据中缺失部分进行补充；
[0037]数据融合模块，用于将天基观测数据、空基观测数据和地基观测数据进行补充融合后可得到不同梯度级别下全覆盖范围的温室气体监测数据。
[0038]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0039]1、本专利技术提出的基于空天地一体化的温室气体监测方法，将卫星遥感、无人机遥感和地面站点相结合，并将天基观测数据、空基观测数据和地基观测数据进行综合监测分析，提高温室气体浓度监测的精度、频率、范围以及时间空间上的连续性，并满足不同梯度级别的需求，例如全球逐日温室气体浓度、局部区域按季度温室气体浓度或地面站点实时温室气体浓度，为碳排放、碳中和提供数据支持；
[0040]2、本专利技术在天基观测数据、空基观测数据和地基观测数据进行补充融合前，通过对数据格式、坐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于空天地一体化的温室气体监测方法，其特征是，包括以下步骤：通过卫星遥感、无人机遥感和地面站点对温室气体浓度进行监测后对应获得梯度级别依次下降的天基观测数据、空基观测数据和地基观测数据；以梯度级别低的观测数据对梯度级别高的观测数据进行精度验证，并以通过精度验证后的梯度级别高的观测数据对梯度级别低的观测数据中缺失部分进行补充；将天基观测数据、空基观测数据和地基观测数据进行补充融合后可得到不同梯度级别下全覆盖范围的温室气体监测数据。2.根据权利要求1所述的基于空天地一体化的温室气体监测方法，其特征是，所述天基观测数据、空基观测数据和地基观测数据进行补充融合前：将所有观测数据统一成相同栅格数据；并将栅格数据进行坐标系投影转换定义，统一成相同坐标系投影；以及将坐标系投影的数据空间插值为统一的空间分辨率。3.根据权利要求1所述的基于空天地一体化的温室气体监测方法，其特征是，所述梯度级别低的观测数据对梯度级别高的观测数据进行精度验证的过程具体为：从梯度级别高的观测数据中筛选出符合梯度级别低的观测数据所对应空间匹配范围和时间匹配范围的观测数据，作为待验证数据；判断待验证数据与相应梯度级别低的观测数据之间是否符合精度要求标准，统计同一时间维度下所有待验证数据的达标概率；若达标概率不低于概率阈值，则精度验证合格；若达标概率低于概率阈值，则调整时间维度重新筛选出待验证数据进行精度验证，直至精度验证合格。4.根据权利要求3所述的基于空天地一体化的温室气体监测方法，其特征是，所述空间匹配范围具体为：梯度级别高的基点空间位置与梯度级别低的基点空间位置之间纬度差不超过
±
0.5
°
以及经度差不超过
±
0.5
°
；或，梯度级别高的基点空间位置与梯度级别低的基点空间位置之间纬度差不超过
±2°
以及经度差不超过
±
2.5

【专利技术属性】
技术研发人员：王芮，崔肖林，杨学海，
申请(专利权)人：四川天奥空天信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：