一种基于边长和方位向差规则的黄海绿潮分布区及其漂移预测初始场制作方法技术

一种基于边长和方位向差规则的黄海绿潮分布区及其漂移预测初始场制作方法，利用人工在分布范围边界选择顶点作为预测初始场，利用此初始场分析建立了基于边长和方位向差约束的顶点提取规则，该方法获取初始场可以服务于业务或应急监测。业务或应急监测。业务或应急监测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边长和方位向差规则的黄海绿潮分布区及其漂移预测初始场制作方法


[0001]本申请涉及模型设计及预测
，具体的，本申请涉及一种基于边长和方位向差规则的黄海绿潮分布区及其漂移预测初始场制作方法。

技术介绍

[0002]绿潮的分布区信息和漂移趋势是绿潮拦截网布设以及打捞船只的调度的主要参考依据。
[0003]CN201911249340.7公开了一种绿潮生物量预报方法、装置、设备及介质。该方法包括：确定初始构建的绿潮生物量预估模型；其中，所述绿潮生物量预估模型包括至少一个待定参数；根据目标区域内绿潮生物量的参考分布数据，确定所述初始构建的绿潮生物量预估模型中包括的至少一个待定参数的数值，以得到定参后的绿潮生物量预估模型，其中，所述参考分布数据是根据卫星遥感图像确定的。
[0004]CN202210253275.0公开一种黄海绿潮中长期趋势预测方法，包括以下步骤：a确定黄海绿潮的研究区域(33
‑
37
°
N，119
‑
123
°
E)，并以35
°
N为界，将其划分为绿潮生成和发展两个关键区，确定影响绿潮生长和漂移的主要因子为气象和海洋因子；b获取绿潮多源监测数据和关键区域的气象和海洋要素观测数据；c分析绿潮卫星发现时间、绿潮主体漂移方向、绿潮最大分布面积三个指标的前期气象影响因子和海影响因子，并分别建立预测模型；d获取所需预测年度绿潮发生前期的气象要素值和海洋要素值，根据步骤c建立的预测模型，对当年黄海绿潮卫星发现时间、主体漂移方向和最大分布面积等指标进行中长期趋势预测，获得预测结果。
[0005]卫星遥感具有瞬时、大范围优势，是黄海绿潮监测的主要数据源，也是获取完整全面绿潮信息的唯一手段。黄海绿潮灾害应对中，是利用卫星影像监测绿潮覆盖信息，利用绿潮覆盖信息制作分布区，然后利用分布区的顶点作为初始场进行绿潮分布的漂移预测。
[0006]绿潮分布定义为浒苔覆盖区域的外包络面，现有的分布区域获取方法有两种：第一种是人工勾画，卫星遥感监测人员基于绿潮覆盖信息，沿着覆盖外沿勾画分布面。人工勾画优点是：分布多边形顶点数量大小适中，可以直接作为初始场，漂移预测计算耗时短，缺点是：主观性强，没有统一的标准，不同监测人员勾画分布面不同。第二种是缓冲区法，利用ArcGIS工具箱中的缓冲工具生成，通常将覆盖区往外缓冲一定距离形成包络面作为分布区，该种方法产生的分布区顶点数量巨大，往往从几万到十几万，需要进行稀疏处理，ArcGIS现有的稀疏化方法是等点数间隔提取顶点，当抽吸后顶点数与人工勾画顶点数相当时，分布多边形变形较大，会漏掉某些绿潮的覆盖点，需要进行人工修正。因此缓冲区法进行分布顶点提取，该种方法优点是能自动化形成统一规范的分布区，缺点是分布区顶点数量巨大，抽吸没有规范科学的方法。
[0007]考虑到现存两种方法分布区及其初始场制作各有优缺点，本申请在兼顾规范化和自动化两个方面，拟结合ArcGIS缓冲区分析和人工选择顶点两种方法各自优势，建立顶点
自动稀疏方法。该顶点稀疏化方法，达到稀疏化后的点能充分保持分布的形状，且点数降低到与人工选择点数相当，大大降低漂移预测计算量，提高运算效率。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的问题，本申请提供一种基于边长和方位向差稀疏规则的黄海绿潮分布区及其漂移预测初始场制作方法。该方法获取初始场有三个优势：第一，个数少，减少预测时间，第二，较少的个数能充分保持分布面的形状，第三，利用此方法可以自动获取规范统一结果，减少人力，节约时间，提高应急水平。本申请的方法可以服务于业务或应急监测。
[0009]一种基于边长和方位向差稀疏规则的黄海绿潮分布区及其漂移预测初始场制作方法，包括：
[0010]第1步，利用卫星影像计算归一化植被指数NDVI，然后用阈值法提取绿潮覆盖点，
[0011]其中，利用标准假彩色图像B432(R
‑
nir G
‑
rB
‑
g)结合归一化植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)阈值分割半自动化地完成绿潮灾害信息提取；
[0012]第2步，利用覆盖点采用缓冲空间分析方法生成分布区，采用半径为1
‑
5km对绿潮覆盖点制作缓冲区，将缓冲区合并作为绿潮分布区；
[0013]第3步，利用基于相邻顶点间边长
‑
方位向变化约束的顶点稀疏规则对分布边界稀疏化；考虑到取小的弧线距离能保证简化后的吻合度，顶点方位向变化小也有利于吻合度的保持，用相同方位向变化具有最短弧线的样本，同时将顶点方位向变化限制在80
°
之内，形成多边形简化模型，公式如下：
[0014][0015]式中y表示相临顶点间的距离，x表示相临顶点切线方位向变化；
[0016]第4步，对稀疏后的顶点附加X、Y经纬度坐标，形成漂移预测初始场。
[0017]进一步的，第1步中，利用卫星采集绿潮初期、发展期、暴发期、衰亡期的影像。
[0018]进一步的，第1步中，归一化植被指数基于绿藻红波段和近红外波段独特的光谱特征，公式为：NDVI＝(R
nir
‑
R
red
)/(R
nir
+R
red
)，其中R
nir
、R
red
是近红外、红波段反射率；
[0019]进一步的，第1步中，利用NDVI阈值法，针对绿潮区域进行绿潮信息提取，开展绿潮区影像直方图分析，确定NDVI阈值，阈值在0附近浮动；通常情况下NDVI阈值取0，在有薄云雾干扰情况下，微调NDVI阈值；
[0020]进一步的，通过总面积误差(overall error)，和代数面积误差(algebraic error)评估顶点稀疏后分布多边形与原来分布多边形的吻合程度。总面积误差定义为简化后多边形与原多边形差异部分面积除以原来多边形面积。其中差异部分包括增加面积S
i
和减少面积S
d
之和。代数面积误差定义为简化后多边形与原多边形面积差除以原来多边形面积。误差计算公式如下：
[0021]oe＝(S
i
+S
d
)/S0[0022]ae＝(S
‑
S0)/S0[0023]该方法获取初始场有以下优势：
[0024]第一，顶点个数少，减少预测时间。
[0025]第二，兼顾规范化和自动化两个方面，拟结合ArcGIS缓冲区分析和人工选择顶点两种方法各自优势，建立顶点自动稀疏方法。
[0026]第三，较少的个数能充分保持分布面的形状。
[0027]第四，利用此方法可以自动获取规范统一结果，减少人力，节约时间，提高应急水平。
[0028]本申请的黄海绿潮分布区及其漂移预测初始场制作方法可以服本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边长和方位向差规则的黄海绿潮分布区及其漂移预测初始场制作方法，包括：第1步，利用卫星影像计算归一化植被指数NDVI，然后用阈值法提取绿潮覆盖点，其中，利用标准假彩色图像B432(R
‑
nirG
‑
rB
‑
g)结合归一化植被指数NDVI(NormalizedDifferenceVegetationIndex)阈值分割半自动化地完成绿潮灾害信息提取；第2步，利用覆盖点采用缓冲空间分析方法生成分布区，采用半径为1
‑
5km对绿潮覆盖点制作缓冲区，将缓冲区合并作为绿潮分布区；第3步，利用基于距离
‑
角度约束的顶点稀疏规则(DACR，distance
‑
angle constraintrule)对分布边界稀疏化；考虑到取小的弧线距离能保证简化后的吻合度，顶点方位向变化小也有利于吻合度的保持，用相同方位向变化具有最短弧线的样本，同时将顶点方位向变化限制在80
...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁一，高松，黄娟，高宁，辛蕾，王宁，靳熙芳，王炜荔，
申请(专利权)人：国家海洋局北海预报中心国家海洋局青岛海洋预报台国家海洋局青岛海洋环境监测中心站，
类型：发明
国别省市：