一種基于starfm融合技術(shù)的遙感墑情監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于STARFM融合技術(shù)的遙感墑情監(jiān)測(cè)方法，該方法主要包括：步驟一、根據(jù)TM、ETM數(shù)據(jù)對(duì)HJ星CCD數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；步驟二、利用大氣輻射傳輸模型MODTRAN4實(shí)現(xiàn)HJ星的逐像元大氣校正；步驟三、對(duì)MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；步驟四、搜索相似像素，計(jì)算HJ星和MODIS數(shù)據(jù)的相似像素權(quán)重、轉(zhuǎn)化系數(shù)；步驟五、基于STARFM融合算法進(jìn)行預(yù)測(cè)。本發(fā)明通過STARFM融合方法綜合利用HJ星和MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，獲得時(shí)空較高分辨率的干旱監(jiān)測(cè)結(jié)果，克服了單一衛(wèi)星MODIS數(shù)據(jù)空間分辨率低和HJ星不能實(shí)現(xiàn)逐日觀測(cè)的難題，使得反演的時(shí)間分辨率提高到1天，墑情監(jiān)測(cè)的空間分辨率提高到30米，在農(nóng)業(yè)、水利、環(huán)保與生態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】-種基于STARFM融合技術(shù)的遙感墑情監(jiān)測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于STARFM融合技術(shù)的遙感墑情監(jiān)測(cè)方法，具體涉及一種綜合 利用HJ星和MODIS數(shù)據(jù)獲得較高時(shí)空分辨率的干旱監(jiān)測(cè)方法，屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 干旱是主要的自然災(zāi)害之一，由于其影響范圍大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，并且后續(xù)影響久等 特點(diǎn)使得干旱造成的經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他氣象災(zāi)害，因此對(duì)干旱狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí) 了解旱情信息，掌握干旱動(dòng)向，為相關(guān)部門提供科學(xué)合理的依據(jù)，對(duì)減少因干旱造成的損失 具有十分重要的意義。
[0003] 傳統(tǒng)的干旱監(jiān)測(cè)方法主要有土壤濕度計(jì)法、稱重法、電阻法等，雖然具有精度較高 的優(yōu)點(diǎn)，但是由于監(jiān)測(cè)花費(fèi)的人力物力大、監(jiān)測(cè)范圍有限、監(jiān)測(cè)速度較慢，難以滿足大范圍 的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，遙感技術(shù)因其寬廣的覆蓋范圍、較高的時(shí)空分辨率以及 獲取數(shù)據(jù)快捷等優(yōu)點(diǎn)，在干旱的監(jiān)測(cè)研究工作中作為大范圍內(nèi)信息獲取的有效手段得到了 廣泛的應(yīng)用，較傳統(tǒng)的干旱監(jiān)測(cè)方法有不可比擬的潛在優(yōu)勢(shì)。
[0004] 目前應(yīng)用較為廣泛的旱情遙感監(jiān)測(cè)評(píng)估方法主要有：基于土壤熱慣量的旱情監(jiān)測(cè) 方法、基于蒸散模型的旱情監(jiān)測(cè)方法和基于植被指數(shù)的旱情監(jiān)測(cè)方法。然而上述利用單一 衛(wèi)星遙感技術(shù)的監(jiān)測(cè)干旱方法雖然取得了一定成功，但由于單一衛(wèi)星本身的缺陷，如分辨 率低，周期長(zhǎng)等，無法完全滿足干旱監(jiān)測(cè)的需要。而基于多衛(wèi)星遙感的監(jiān)測(cè)利用不同衛(wèi)星 各自的特點(diǎn)，具有其優(yōu)勢(shì)：可以有目的對(duì)各變量參數(shù)采取遙感融合模型，提高反演的時(shí)空精 度，可以增大觀測(cè)范圍、增強(qiáng)觀測(cè)質(zhì)量、提高觀測(cè)頻率，彌補(bǔ)了單個(gè)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)造成區(qū)域旱情 監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)的缺陷。因此，基于多衛(wèi)星融合進(jìn)行干旱監(jiān)測(cè)，將能很大程度上提高干旱監(jiān)測(cè)的準(zhǔn) 確度。但是，目前基于多衛(wèi)星融合進(jìn)行干旱監(jiān)測(cè)的方案并不多見，反演的時(shí)間精度低，墑情 監(jiān)測(cè)的空間分辨率精度不高，干旱監(jiān)測(cè)結(jié)果并不理想。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)前述【背景技術(shù)】中的缺陷，綜合HJ星和MODIS數(shù) 據(jù)，提出一種耦合兩者數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行干旱監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)較高時(shí)空分辨率的干旱監(jiān)測(cè)結(jié) 果，提高干旱監(jiān)測(cè)水平。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種基于STARFM融合技術(shù)的遙感墑情監(jiān)測(cè)方法，通過STARFM融合方法綜合利用 HJ星和MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，得到干旱監(jiān)測(cè)結(jié)果，具體包括以下步驟：
[0008] 步驟1、根據(jù)TM、ETM數(shù)據(jù)對(duì)HJ星CCD數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
[0009] 步驟2、利用大氣輻射傳輸模型M0DTRAN4實(shí)現(xiàn)HJ星的逐像元大氣校正；
[0010] 步驟3、MODIS數(shù)據(jù)預(yù)處理；
[0011] 步驟4、搜索相似像素，計(jì)算HJ星和MODIS數(shù)據(jù)的相似像素權(quán)重、轉(zhuǎn)化系數(shù)；
[0012] 步驟5、基于STARFM融合算法進(jìn)行預(yù)測(cè)：基于STARFM融合方法獲取同一時(shí)間的較 高分辨率的HJ星CCD數(shù)據(jù)與較低分辨率MODIS數(shù)據(jù)，通過計(jì)算影像間空間分布的差異，結(jié) 合另一時(shí)間較低分辨率的MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)時(shí)間較高分辨率的HJ星CCD數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)。
[0013] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于STARFM融合技術(shù)的遙感墑情監(jiān)測(cè)方法，所述步驟1具體 包括步驟：
[0014] (I. 1)對(duì)TM、ETM、HJ星CXD數(shù)據(jù)進(jìn)行鑲嵌處理并裁剪；
[0015] (1.2)根據(jù)裁剪出的TM、ETM底圖作為基準(zhǔn)圖像校正HJ星C⑶數(shù)據(jù)，控制校正誤 差；
[0016] a 3)對(duì)HJ星C⑶數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)，并計(jì)算表觀反射率。
[0017] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于STARFM融合技術(shù)的遙感墑情監(jiān)測(cè)方法，所述步驟2具體 包括：利用M0DTRAN 4模型模擬輻射傳輸過程及對(duì)應(yīng)大氣參數(shù)下的表觀輻亮度，建立大氣 校正查找表，對(duì)HJ數(shù)據(jù)進(jìn)行逐像元校正，其中輻射傳輸方程為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于STARFM融合技術(shù)的遙感墑情監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，通過STARFM融合方法 綜合利用HJ星和MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，得到干旱監(jiān)測(cè)結(jié)果，具體包括以下步驟： 步驟1、根據(jù)TM、ETM數(shù)據(jù)對(duì)HJ星C⑶數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理； 步驟2、利用大氣輻射傳輸模型M0DTRAN4實(shí)現(xiàn)HJ星的逐像元大氣校正； 步驟3、MODIS數(shù)據(jù)預(yù)處理； 步驟4、搜索相似像素，計(jì)算HJ星和MODIS數(shù)據(jù)的相似像素權(quán)重、轉(zhuǎn)化系數(shù)； 步驟5、基于STARFM融合算法進(jìn)行預(yù)測(cè)：基于STARFM融合方法獲取同一時(shí)間的較高分 辨率的HJ星CCD數(shù)據(jù)與較低分辨率MODIS數(shù)據(jù)，通過計(jì)算影像間空間分布的差異，結(jié)合另 一時(shí)間較低分辨率的MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)時(shí)間較高分辨率的HJ星CCD數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于STARFM融合技術(shù)的遙感墑情監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所 述步驟1具體包括步驟： (I. 1)對(duì)TM、ETM、HJ星CXD數(shù)據(jù)進(jìn)行鑲嵌處理并裁剪； (1.2)根據(jù)裁剪出的TM、ETM底圖作為基準(zhǔn)圖像校正HJ星C⑶數(shù)據(jù)，控制校正誤差； (1. 3)對(duì)HJ星CCD數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)，并計(jì)算表觀反射率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于STARFM融合技術(shù)的遙感墑情監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所 述步驟2具體包括：利用M0DTRAN 4模型模擬輻射傳輸過程及對(duì)應(yīng)大氣參數(shù)下的表觀輻亮 度，建立大氣校正查找表，對(duì)HJ數(shù)據(jù)進(jìn)行逐像元校正，其中輻射傳輸方程為：
其中Lm表示接收的表觀輻亮度，Ltl表示路徑輻射既程輻射，T表示地表到傳感器的透 過率，s為大氣底層球面反照率，P為像元反射率，F(xiàn)d為到達(dá)地表的下行輻射通量密度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于STARFM融合技術(shù)的遙感墑情監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所 述步驟3中MODIS數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括幾何校正、圖像裁剪、大氣校正。
5. 根據(jù)權(quán)利1所述基于STARFM融合技術(shù)的遙感墑情監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟 4中搜索相似像素包括搜索HJ衛(wèi)星和MODIS數(shù)據(jù)成像時(shí)間相同或相近的圖像，計(jì)算HJ星和 MODIS數(shù)據(jù)的相似像素權(quán)重函數(shù)如下： cijk) / 丨 C講) 其中，wiA為權(quán)重系數(shù)，Cuk是由窗口中心點(diǎn)的預(yù)測(cè)像元與窗口中其它像元的光譜距離、 時(shí)間距離、空間距離計(jì)算的結(jié)果，W是窗口的大小，n代表輸入已知圖像對(duì)的數(shù)目。
6. 根據(jù)權(quán)利1所述基于STARFM融合技術(shù)的遙感墑情監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟 5基于STARFM融合算法進(jìn)行預(yù)測(cè)，其計(jì)算公式如下： L(xwfl, ywn J,) = 其中，Uxw/2, yw/2, T2)是預(yù)測(cè)的T2時(shí)刻的高分辨像元值，W是窗口的大小，n代表輸入已 知圖像對(duì)的數(shù)目，Wijk為權(quán)重系數(shù)，（xw/2，yw/2)是窗口中間的像元，M(X i, yi，T2)是窗口位置 (Xi, yi)處在T2時(shí)刻的低分辨率像元值，L(Xi，yi，T 1)和M(Xi，yi，T1)則分別是高分辨率蒸散 發(fā)ET和低分辨率蒸散發(fā)ET在T1時(shí)刻的相應(yīng)像元值。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK104360040SQ201410626333
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】楊濤, 何祺勝, 師鵬飛, 崔同, 李振亞, 周旭東, 王曉燕 申請(qǐng)人:河海大學(xué)