一種提取植被排放甲烷量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于氣體排放信息提取技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種提取植被排放 甲烷量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前由于全球變暖而造成冰川和凍土消融，海平面上升等，不僅危害人類賴以生 存的自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，而且已經(jīng)威脅到人類的食物供應(yīng)和居住環(huán)境。引起了各國政府 和人民的廣泛關(guān)注，世界各國已經(jīng)認(rèn)識(shí)到需聯(lián)合起來，共同應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的全球氣候變化 問題。2015年12月，將有196個(gè)國家和地區(qū)參加在法國巴黎召開的第21次締約方大會(huì) (COP21)，此次大會(huì)將在全球氣候保護(hù)協(xié)定《聯(lián)合國氣候變化框架公約》下達(dá)成一個(gè)適用于 所有締約方、具有法律效力的協(xié)議。歐盟已經(jīng)決定到2030年將溫室氣體排放量與1990年 相比將減少40%。根據(jù)2011年歐盟提出的《歐盟2050低碳經(jīng)濟(jì)路線圖》，歐盟減排的最終 目標(biāo)是：相較于1990年的排放值，2050年實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排80%~90%。
[0003] 甲烷（CH4)是大氣中一種重要的溫室氣體，在全球氣候的增暖效應(yīng)中約占所有溫 室氣體總效應(yīng)的15%-20%，僅次于二氧化碳（C02)的作用。每摩爾CH4輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)比等 量C02要高得多。甲烷混合比的增加可能是導(dǎo)致氣候變化的一個(gè)因素?；谝酝脑鲩L(zhǎng)速 度，研宄者曾估計(jì)在今后100年甲烷輻射量占整個(gè)溫室效應(yīng)的14%。
[0004] 合成孔徑雷達(dá)（SAR)具有全天時(shí)、全天候、大面積成像的優(yōu)點(diǎn)，其穿透性對(duì)于提取 植被在生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生的甲烷氣體具有其他監(jiān)測(cè)技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢(shì)。隨著高分辨率SAR 圖像與高精度反演模型的出現(xiàn)，基于SAR數(shù)據(jù)提取植被甲烷排放信息具有較好的研宄價(jià)值 和使用價(jià)值。
[0005] 已有可查的文獻(xiàn)中，浙江大學(xué)的張遠(yuǎn)博士（張遠(yuǎn)，微波遙感水稻種植面積提取、生 物量反演與稻田甲烷排放模擬，杭州，浙江大學(xué)，2009)利用微波遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)生物量、利用 農(nóng)業(yè)模型模擬甲烷排放分別進(jìn)行過系統(tǒng)研宄，但是僅針對(duì)水稻高度和密度進(jìn)行了反演，并 未進(jìn)一步針對(duì)SAR數(shù)據(jù)對(duì)于甲烷排放量進(jìn)行直接提取。同時(shí)，基于統(tǒng)計(jì)理論的SAR數(shù)據(jù)較 少也影響反演精度，因此，二者的結(jié)合并沒有深入的研宄如何利用SAR的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，進(jìn)行 植被甲烷排放信息提取是目前研宄的重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提取植被排放甲烷量的方法， 以實(shí)現(xiàn)大面積和高實(shí)時(shí)性的提取植被甲烷氣體排放信息。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種提取植被排放甲烷量的方法，其特征在于，包括 以下步驟：
[0008] (1)、獲取原始SAR圖像
[0009] 在同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過星載SAR獲取被監(jiān)測(cè)區(qū)域中植被生長(zhǎng)的四個(gè)周期圖像，即
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提取植被排放甲烷量的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 、獲取原始SAR圖像 在同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過星載SAR獲取被監(jiān)測(cè)區(qū)域中植被生長(zhǎng)的四個(gè)周期圖像，即 /=丨/_ ={/;../> = ////.丨，并標(biāo)記為原始SAR圖像；其中，I栗 期時(shí)獲取的原始SAR圖像，該圖像包括四個(gè)極化化圖像4，即P=HH，HV，VH，VV四個(gè)極化 圖像； (2) 、圖像預(yù)處理 對(duì)原始SAR圖像依次進(jìn)行配準(zhǔn)和濾波，得到基準(zhǔn)SAR圖像，即
，I1'表示第i幅原始SAR圖像I圖像預(yù) 處理后的基準(zhǔn)SAR圖像； (3) 、通過分類算法提取基準(zhǔn)SAR圖像中的植被區(qū)域Aplt和非植被區(qū)域A_plt; (4) 、獲取基準(zhǔn)SAR圖像的后向散射系數(shù) 設(shè)像元點(diǎn)Qxy= {(x，y)GAplt}，（x，y)表示該像元點(diǎn)的坐標(biāo)；將像元點(diǎn)Qxy在四個(gè)基 準(zhǔn)sar圖像F的灰度值CT;?(P)轉(zhuǎn)換為后向散射系數(shù)= (夂〇， 其中，第i個(gè)基準(zhǔn)SAR圖像f的植被區(qū)域內(nèi)第i個(gè)像元點(diǎn)的后向散射系數(shù)為
(5) 、利用陸基散射計(jì)測(cè)量后向散射系數(shù) 在同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在獲取原始SAR圖像的同時(shí)，利用陸基散射計(jì)測(cè)量被監(jiān)測(cè)區(qū)域中植被 的后向散射系數(shù)，從而得到四組后向散射系數(shù)，標(biāo)記為i(P)，P=HH，HV，HV，W; (6) 、反演下墊面參數(shù)
枏抿陸某散射計(jì)測(cè)量的后向散射系數(shù)〇' i(P)和下墊面模型1，計(jì)算出下墊面參數(shù)0={0^1 = 1，2,3,4}，其中，1是陸基散射 計(jì)測(cè)量的時(shí)間序號(hào)，為第i次測(cè)量時(shí)的植被生物量，LAI1為第i次測(cè)量時(shí)的植被的葉 面積指數(shù)，CU,為第i次測(cè)量時(shí)的水深度，其計(jì)算公式如下：
其中，，bl，bg，bg，。1，。2，和d1，dg，dg均為吊數(shù)； (7) 、獲取甲烷排放模型 利用步驟（6)中反演出的下墊面參數(shù)D= {D\i= 1，2, 3, 4}和實(shí)際甲烷排放的點(diǎn)測(cè) 量結(jié)果，得到甲烷排放模型R; R=affB iomass+bLAI+cCffater+d 其中，a,b,c,d為常數(shù)； (8)、提取植被排放甲烷量 (8.1)、根據(jù)⑷中的植被區(qū)域提取出的后向散射系數(shù)<(〃)，以及甲烷排放模型，分別 對(duì)四個(gè)基準(zhǔn)SAR圖像F的植被區(qū)域Aplt內(nèi)的像元點(diǎn)Qxy進(jìn)行遍歷，得到每個(gè)生長(zhǎng)周期時(shí)甲 烷的排放暈結(jié)果RS
其中，為第i個(gè)生長(zhǎng)周期時(shí)植被區(qū)域內(nèi)所有像元點(diǎn)的甲烷排放量，#a，為第i個(gè)生 長(zhǎng)周期時(shí)像元點(diǎn)Qxy的甲烷排放值，amk，C(l，屯為常數(shù)； (8. 2)、計(jì)算植被的甲烷總排放量
其中，T指第i次排放量測(cè)量時(shí)對(duì)應(yīng)植被生長(zhǎng)期的天數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提取植被排放甲烷量的方法，其特征在于，所述的步驟（3) 中，提取基準(zhǔn)SAR圖像中的植被區(qū)域Aplt和非植被區(qū)域A_plt的方法為： (2. 1)、先從四幅基準(zhǔn)SAR圖像中任意選取三幅基準(zhǔn)SAR圖像，再將選取的基準(zhǔn)SAR圖 像的HH極化圖像通過彩色合成方法組合為一幅RGB彩色圖像IKeB; (2. 2)、通過監(jiān)督分類方法對(duì)圖像進(jìn)行地物分類 (2. 2. 1)、人工選取N個(gè)代表不同地物類別的樣本，構(gòu)成樣本圖像S; (2. 2. 2)、根據(jù)樣本圖像S，利用ENVI軟件中的支持向量機(jī)（SVM)分類算法，將樣本圖像S中的地物分為四個(gè)類型：植被區(qū)、水域、城鎮(zhèn)和居民區(qū)、其它區(qū)域，并將植被區(qū)標(biāo)記為Aplt， 將水域、城鎮(zhèn)和居民區(qū)、其它區(qū)域標(biāo)記為植被區(qū)A_plt; (3. 2. 3)、根據(jù)樣本圖像S中地物的區(qū)域分類結(jié)果，將圖像分類為植被區(qū)Aplt和非植 被區(qū)A_plt。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提取植被排放甲烷量的方法，通過圖像處理和陸基散射計(jì)分別測(cè)量到被監(jiān)測(cè)區(qū)域中植被的后向散射系數(shù)，再根據(jù)陸基散射計(jì)測(cè)量的后向散射系數(shù)和下墊面模型，反演出下墊面參數(shù)，再結(jié)合實(shí)際甲烷排放的點(diǎn)測(cè)量結(jié)果，得到甲烷排放模型，最后根據(jù)圖像處理得到的后向散射系數(shù)，計(jì)算出植被在每個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期的甲烷排放量，從而得到整個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)植被排放甲烷的總量。
【IPC分類】G06K9-62, G06K9-46
【公開號(hào)】CN104809462
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510198683
【發(fā)明人】陳彥, 譚龍飛, 童玲
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月24日