基于卫星的海冰监测方法和设备技术

本发明专利技术提供了一种基于卫星的海冰监测方法和设备。该方法包括：获取卫星图像；在所获取的卫星图像中确定待处理区域；以像元为单位，对卫星图像的待处理区域进行处理；以及根据处理的结果输出海冰分布信息。通过本发明专利技术，能够直观地获知航道上各个位置的海冰情况，为航运调度提供准确可靠的信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋监测领域，具体地，涉及一种基于卫星的海冰监测方法和设备。技术背景航道上存在的海冰威胁航道运输的安全。现代化的海洋运输对航道的安全提出了更高的要求，就要求能够对海冰进行有效监测，以为航运调度提供依据。现有技术中有一种通过卫星遥感来监测海冰的方法，但由于卫星照片的空间分辨率较低，只能得到小比例尺、大尺度范围(一般为几十万平方公里)的海冰情况。而进行航道船只调度所需的是大比例尺、小尺度范围的数据。如果要对小尺度(航道级别)的海冰进行监测，目前主要采用航拍的方法。但是这种方法成本高、效率低，难以满足航运需要。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于卫星的海冰监测方法以及系统，以至少解决上述现有技术中存在的问题之一。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于卫星的海冰监测方法，其中，该方法可以包括获取卫星图像；在所获取的卫星图像中确定待处理区域；以像元为单位，对所述卫星图像的所述待处理区域进行处理；以及根据处理的结果输出海冰分布信息。进一步地，所述确定待处理区域可以包括确定所述卫星图像中对应于航道中线的一排像元为中心线；选择所述中心线两侧数量相同的多排像元；以及确定由所述中心线以及所述多排像元组成的区域为所述待处理区域。进一步地，可以对所述卫星图像的所述待处理区域进行处理的步骤包括计算反射率。进一步地，对所述卫星图像的所述待处理区域进行处理的步骤之后，所述方法还可以包括生成反射率曲线图。进一步地，所述海冰分布信息可以包括以下至少之一者海冰类型、海冰厚度、海冰密集度、冰水划分、航道长度以及监测时间。进一步地，所述卫星图像可以是分辨率为10-30m的中分辨率卫星图像。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种基于卫星的海冰监测设备，其中，该设备可以包括信号接收单元，被配置为可以获取卫星图像；图像预处理单元，被配置为可以在所获取的卫星图像中确定待处理区域；图像处理单元，被配置为可以以像元为单位，对所述卫星图像的所述待处理区域进行处理；以及结果输出单元，被配置为可以根据处理的结果输出海冰分布信息。进一步地，所述图像预处理单元还可以被配置为确定所述卫星图像中对应于航道中线的一排像元为中心线；选择所述中心线两侧数量相同的多排像元；以及确定由所述中心线以及所述多排像元组成的区域为所述待处理区域。进一步地，所述图像处理单元还可以被配置为计算反射率。进一步地，该设备还可以包括曲线生成单元，被配置为生成反射率曲线图。进一步地，所述海冰分布信息可以包括以下至少之一者海冰类型、海冰厚度、海冰密集度、冰水划分、航道长度以及监测时间。进一步地，所述卫星图像可以是分辨率为10-30m的中分辨率卫星图像。根据本专利技术提供的海冰监测方法和设备，通过确定待处理区域，使图像处理和监测结果输出更具有针对性，提高运算分析速度、降低了成本；卫星图中每一个像元对应代表一个特定位置，以像元为单位进行图像处理，能够更直接地获得该位置的海冰情况；通过使用由亮度值计算出的反射率生成反射率曲线图，能够更直观地获知航道上各个位置的海冰情况，为航运调度提供准确可靠的信息。附图说明提供附图以便于对本专利技术原理的理解，在附图中图1是反映海雪、海冰、海水反射率的光谱曲线图2是根据本专利技术示例性实施方式的海冰监测方法流程图3是根据本专利技术优选实施方式的海冰监测方法流程图4是根据本专利技术示例性实施方式的海冰监测设备方框图5是根据本专利技术优选实施方式的光反射率与海冰类型关系图；以及图6是根据本专利技术优选实施方式生成的反射率曲线图。具体实施方式以下结合附图对根据本专利技术的基于卫星的海冰监测方法和设备进行说明。通过卫星能够获取地表图像，而对所获取图像中的地表物质进行识别则主要是通过计算光谱反射率来实现的。图1是反映海雪、海冰、海水反射率的光谱曲线图。为便于对本专利技术的原理进行理解，以下以环境一号卫星(HJ-1A/1B星)C⑶第一波段(0. 43-0. 52 μ m) 为例，参考图1进行说明。从图1可以看出光场内雪的反射率最高，达80% ；海冰反射率在10-60%之间；海水反射率在10%以下。雪、海冰、海水的光反射有20%的差异，因此，应用HJ-1A/1B星CCD多波段数据对海水、海冰、雪的定性处理准确。通过卫星图像获取海冰的反射率可以使用如下的方法首先，利用绝对定标系数将卫星C⑶图像灰度DN值转换为图像的辐亮度L，如下公式⑴Γ π T DN τL =——+ L0(1)A上式中A为绝对定标系数增益，L0为绝对定标系数偏移量，转换后辐亮度单位为 W · m_2 · Sr"1 · πΓ1 (瓦特/平方米·微米·球面度)，DN是经过辐射校正后的图像灰度值。然后，利用得到影像的辐亮度值，再通过如下公式(2)计算表观反射率Ptoa = π · LAd2/Ex · cos( θ J (2)以便通过计算出的表观反射率P TQA针对影像大气校正的效果进行定量对比验证。 其中，La为表观辐射亮度；Ελ为λ波段处的平均太阳辐照度(单位W*nT2 ^ynT1) ； 为太阳天顶角，可从影像头文件中获取；d为日地距离，以天文距离(AU)为单位，计算公式(3)d = 1+0. 0167sin (3)其中，式中，D为数据获取日期距1月1日的天数。最后，利用本
中常用的模型进行大气校正，例如，可以利用ENVI软件中的FLAASH模块对经过辐射定标的影像进行大气校正。以使用HJ-1A/1B星的CXD数据为例在FLAASH模块中输入经辐射定标的HJ-1A/1B的CXD数据之后，需要输入 HJ-1A/1B星CCD影像的相关参数，包括影像的中心坐标，数据采集具体时间，遥感器的高度、地面高程以及像元大小，这些参数都可以从影像自身的头文件中获取。依据影像的纬度以及获取数据的季节信息选择对应的大气模型。然后根据影像的地理特征进行选择和设置适当的大气校正气溶胶模型。最后，由于FLAASH模块中不提供HJ-1A/1B星CCD的光谱响应函数，需要制作HJ-1A/1B星CCD数据的光谱库文件作为FLASSH大气的输入条件。 HJ-1A/1B星CXD的光谱响应函数可以从资源卫星应用中心网站上获取，利用资源卫星中心提供HJ-1A/1B星CXD的光谱曲线信息，制作HJ-1A/1B星CXD的波谱库。通过以上步骤就可以在FLAASH模块中进行HJ-1A/1B星CXD影像大气校正。从而，得到经过大气校正的最终的海冰地表反射率。图2是根据本专利技术示例性实施方式的海冰监测方法流程图。如图2所示根据本专利技术的一种基于卫星的海冰监测方法，包括获取卫星图像0 ；在所获取的卫星图像中确定待处理区域04)；以像元为单位，对所述卫星图像的所述待处理区域进行处理06)；以及根据处理的结果输出海冰分布信息08)。需要说明的是，以上所说的处理不仅包括上面提到的公式和模块计算过程，还包括常用的图像处理方法等。根据本专利技术的上述方法，通过确定待处理区域，使图像处理和监测结果输出更具有针对性，提高运算分析速度、降低了成本；卫星图中每一个像元对应代表一个特定位置，以像元为单位进行图像处理，能够更直接地获得该位置的海冰情况。图3是根据本专利技术优选实施方式的海冰监测方法流程图。如图3所示，在图2中示出的在所获取的卫星图像中确定待处理区域04)进一步分为确定所述卫星图像中对应于航道中线的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟淑英，李晓琴，王瑞国，管海晏，肖薇，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，神华地质勘查有限责任公司，
类型：发明
国别省市：