多波段联合的极地昼间海雾/低云检测方法、设备及介质技术

本发明专利技术公开了一种多波段联合的极地昼间海雾/低云快速检测方法、设备及介质，方法包括：获取MODIS数据并进行预处理；将太阳天顶角数据与预处理后的MODIS数据进行融合，得到融合太阳天顶角的MODIS影像；构建基于多波联合的海雾/低云检测模型SFLDM，其中，利用太阳天顶角将影像划分为白天和晨昏分别检测；利用SFLDM模型提取MODIS影像中的海雾/低云。本发明专利技术解决了太阳天顶角变化对极地海雾/低云检测效果的影响，能准确、高效快速地实现极地昼间海雾/低云检测。海雾/低云检测。海雾/低云检测。

【技术实现步骤摘要】
多波段联合的极地昼间海雾/低云检测方法、设备及介质


[0001]本专利技术涉及环境监测与气象预报领域，特别涉及一种基于多波段联合的极地昼间海雾/低云检测方法、设备及介质。

技术介绍

[0002]随着全球气候变暖，北极海冰快速消融，气候模型预测2034年起将出现北极的无冰夏季年，为夏季北极航道的开辟带来了新机遇。然而，气温升高导致海面蒸发增强，航道上海雾与低云发生频率不断增加，对航行安全造成极大影响，成为海上运输安全中最危险的天气现象之一。因此，开展北极海雾/低云检测对保障北极航运安全具有重要意义。然而，当前北极地面观测站点、船舶、浮标等监测数据缺乏，难以支撑航道大范围海雾/低云监测需求，成为北极航道安全航行需解决的瓶颈性问题。
[0003]极轨遥感卫星在该地区具有较高的时间分辨率，同时具备观测范围大、成本低等特点，为北极大范围海雾/低云检测提供了丰富的潜在数据源。传统海雾/低云遥感监测算法多采用可见光
‑
近红外反射特征及红外辐射特性，在中低纬度地区海雾检测中得到较广泛应用。然而，上述方法在北极海雾/低云检测仍面临很大的挑战。相较于中低纬度，北极海雾/低云下垫面情况更为复杂，海冰与海水交错分布，加之北极地区纬度高、太阳辐射较弱，不同地物类型反射率差异较小且易受太阳天顶角影响，导致海冰/雪的反射率与海雾/低云极为接近。红外波段受太阳光照影响相对较小，不同角度下各对象的红外多波段反射和辐射差异相对较明显，有望为海雾监测提供另一种分析思路，然而相关技术仍鲜见报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种多波段联合的极地昼间海雾/低云检测方法、设备及介质，能准确、高效快速地实现极地昼间海雾/低云检测。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种多波段联合的极地昼间海雾/低云快速检测方法，包括：
[0007]步骤1，获取MODIS数据并进行预处理；
[0008]步骤2，将太阳天顶角数据与预处理后的MODIS数据进行融合，得到融合太阳天顶角的MODIS影像；
[0009]步骤3，构建基于多波联合的海雾/低云检测模型SFLDM，其中，利用太阳天顶角将影像划分为白天和晨昏分别检测；
[0010]步骤4，利用SFLDM模型提取MODIS影像中的海雾/低云。
[0011]进一步地，对MODIS数据进行预处理包括：
[0012]步骤A1.1，辐射定标：将获取的原始MODIS数据中的第1
‑
19、26波段定标为反射率、将第20
‑
25、27
‑
36波段定标为亮温；
[0013]步骤A1.2，几何定位：将定标后的MODIS数据统一转换到WGS
‑
84坐标系下，投影方式选择UTM投影，同时将数据空间分辨率重采样至1km；
[0014]步骤A1.3，陆地掩膜：借助标准北极陆地边界SHP文件对MODIS数据进行掩膜处理，将陆地部分的像素值赋0。
[0015]进一步地，将太阳天顶角数据与预处理后的MODIS数据进行融合的具体过程为：
[0016]步骤B1，太阳天顶角数据重采样：对原始获取的MODIS数据中的太阳天顶角数据进行重采样，统一将太阳天顶角数据的尺寸与预处理后MODIS数据尺寸采样至一致；
[0017]步骤B2，将经步骤B1后的太阳天顶角数据与预处理后的MODIS数据进行融合，具体步骤如下：
[0018]步骤B2.1，地理配准：配准方式选择GCP地面点控制法，将太阳天顶角数据中的像素点与MODIS影像中的像素点进行逐像素的匹配与对应；
[0019]步骤B2.2，太阳天顶角数据陆地掩膜：借助标准北极陆地边界SHP文件对太阳天顶角数据进行掩膜处理，将陆地部分的像素值赋0；
[0020]步骤B2.3，数据融合：将经步骤B2.2后的太阳天顶角数据与预处理后的MODIS数据融合，得到融合太阳天顶角的MODIS影像。
[0021]进一步地，所述海雾/低云检测模型SFLDM，根据白天和晨昏采用不同的检测方法；
[0022]对于白天的海雾/低云检测，具体步骤如下：
[0023]步骤C2.1，海水、海冰/雪去除：依次采用R
B7(2.130μm)
固定阈值和BTD
B20
‑
B31
固定阈值去除海水、海冰/雪；
[0024]步骤C2.2，中高云去除：依次采用SFLCRI动态阈值和BT
B31(11.030μm)
固定阈值去除中高云；
[0025]对于晨昏的海雾/低云检测，具体步骤如下：
[0026]步骤C3.1，海水、海冰/雪及中高云去除：采用SFLCRI固定阈值，初步去除海水、海冰/雪及中高云；
[0027]步骤C3.2，中高云再去除：使用BT
B31(11.030μm)
亮温阈值对中高云进行二次去除。
[0028]进一步地，其特征在于，晨昏和白天的划分方法为：利用太阳天顶角值将昼间的MODIS影像划分为白天和晨昏两类，其中，太阳天顶角为[0
°
,70
°
]的划分为白天影像，太阳天顶角为[70
°
,90
°
]的划分为晨昏影像。
[0029]进一步地，SFLCRI是海雾/低云检测指数，计算公式为：
[0030][0031]式中，R
B5(1.240μm)
和R
B18(0.936μm)
分别为MODIS影像MOIDIS B5和B18的波段反射率。
[0032]进一步地，步骤C2.2中去除中高云具体过程包括：
[0033]步骤C2.2.1，中高云初步去除：
[0034]采用OTSU方法确定海雾/低云的SFLCRI提取阈值T，若确定的SFLCRI提取阈值T在(1.7,2.3)区间之外时，将区分中高云与海雾/低云的固定阈值设为1.8，并将SFLCRI≤1.8划分为中高云进行去除，否则将SFLCRI≤T划分为中高云进行去除；。
[0035]步骤C2.2.2，中高云再去除：
[0036]使用亮温阈值BT
B31(11.030μm)
＝267K对步骤C2.2.1后海雾/低云的检测结果进行二次优化，将海雾/低云结果中BT
B31(11.030μm)
≤267K的像素划分为中高云进行再去除；
[0037]在步骤C2.2.1之后，步骤C2.2.2和步骤C2.2.3为并列关系；
[0038]步骤C2.2.3，薄海雾/低云提取：使用亮温阈值BT
B31(11.030μm)
＝269K对步骤C2.2.1后中高云的检测结果进行二次优化，将中高云检测结果中BT
B31(11.030μm)
>269K的像素划分为薄海雾/低云；
[0039]步骤C2.2.4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多波段联合的极地昼间海雾/低云快速检测方法，其特征在于，包括：步骤1，获取MODIS数据并进行预处理；步骤2，将太阳天顶角数据与预处理后的MODIS数据进行融合，得到融合太阳天顶角的MODIS影像；步骤3，构建基于多波联合的海雾/低云检测模型SFLDM，其中，利用太阳天顶角将影像划分为白天和晨昏分别检测；步骤4，利用SFLDM模型提取MODIS影像中的海雾/低云。2.根据权利要求1所述的海雾/低云快速检测方法，其特征在于，对MODIS数据进行预处理包括：步骤A1.1，辐射定标：将获取的原始MODIS数据中的第1
‑
19、26波段定标为反射率、将第20
‑
25、27
‑
36波段定标为亮温；步骤A1.2，几何定位：将定标后的MODIS数据统一转换到WGS
‑
84坐标系下，投影方式选择UTM投影，同时将数据空间分辨率重采样至1km；步骤A1.3，陆地掩膜：借助标准北极陆地边界SHP文件对MODIS数据进行掩膜处理，将陆地部分的像素值赋0。3.根据权利要求1所述的海雾/低云快速检测方法，其特征在于，将太阳天顶角数据与预处理后的MODIS数据进行融合的具体过程为：步骤B1，太阳天顶角数据重采样：对原始获取的MODIS数据中的太阳天顶角数据进行重采样，统一将太阳天顶角数据的尺寸与预处理后MODIS数据尺寸采样至一致；步骤B2，将经步骤B1后的太阳天顶角数据与预处理后的MODIS数据进行融合，具体步骤如下：步骤B2.1，地理配准：配准方式选择GCP地面点控制法，将太阳天顶角数据中的像素点与MODIS影像中的像素点进行逐像素的匹配与对应；步骤B2.2，太阳天顶角数据陆地掩膜：借助标准北极陆地边界SHP文件对太阳天顶角数据进行掩膜处理，将陆地部分的像素值赋0；步骤B2.3，数据融合：将经步骤B2.2后的太阳天顶角数据与预处理后的MODIS数据融合，得到融合太阳天顶角的MODIS影像。4.根据权利要求1所述的海雾/低云快速检测方法，其特征在于，所述海雾/低云检测模型SFLDM，根据白天和晨昏采用不同的检测方法；对于白天的海雾/低云检测，具体步骤如下：步骤C2.1，海水、海冰/雪去除：依次采用R
B7(2.130μm)
固定阈值和BTD
B20
‑
B31
固定阈值去除海水、海冰/雪；步骤C2.2，中高云去除：依次采用SFLCRI动态阈值和BT
B31(11.030μm)
固定阈值去除中高云；对于晨昏的海雾/低云检测，具体步骤如下：步骤C3.1，海水、海冰/雪及中高云去除：采用SFLCRI固定阈值，初步去除海水、海冰/雪及中高云；步骤C3.2，中高云再去除：使用BT
B31(11.030μm)
亮温阈值对中高云进行二次去除。5.根据权利要求4所述的海雾/低云快速检测方法，其特征在于，晨昏和白天的划分方法为：利用太阳天顶角值将昼间的MODIS影像划分为白天和晨昏两类，其中，太阳天顶角为
[0
°
,70
°
]的划分为白天影像，太阳天顶角为[70
°<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘增伟，马慧云，冉印泽，冯徽徽，陈长娟，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：