先驗(yàn)地表反射率支持的動(dòng)態(tài)閾值法遙感數(shù)據(jù)云識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種先驗(yàn)地表反射率支持的動(dòng)態(tài)閾值法遙感數(shù)據(jù)云識(shí)別方法，包括步驟：a、先驗(yàn)地表反射率數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，收集全國(guó)的MODIS地表反射率數(shù)據(jù)，利用最小值合成技術(shù)合成MODIS高精度地表反射率數(shù)據(jù)集；b、基于6S輻射傳輸模型構(gòu)建動(dòng)態(tài)閾值檢測(cè)模型，通過(guò)利用6S輻射傳輸模型模擬在可見(jiàn)光與近紅外波段地表反射率在不同的大氣及觀測(cè)條件下表觀反射率的變化趨勢(shì)，得到在晴空像元所有可能的情況下表觀反射率變化的最小值與最大值，使用非線性最小二乘擬合，構(gòu)建動(dòng)態(tài)閾值云及云陰影檢測(cè)模型；c、針對(duì)HJ星CCD進(jìn)行數(shù)據(jù)云及云陰影檢測(cè)，使用構(gòu)建的動(dòng)態(tài)閾值檢測(cè)模型，進(jìn)行云識(shí)別和云陰影的信息提取實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明可以有效提高波段較少的衛(wèi)星數(shù)據(jù)的云識(shí)別精度。
【專利說(shuō)明】先驗(yàn)地表反射率支持的動(dòng)態(tài)閾值法遙感數(shù)據(jù)云識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種先驗(yàn)地表反射率支持的動(dòng)態(tài)閾值法遙感數(shù)據(jù)云識(shí)別方法，適用于波段較少，且波段設(shè)置主要集中在可見(jiàn)光及近紅外波段的陸地觀測(cè)衛(wèi)星。
【背景技術(shù)】
[0002]云在地球-大氣系統(tǒng)的能量平衡與水分循環(huán)中起著極為重要的作用。地氣系統(tǒng)的輻射收支平衡主要是由云的光學(xué)性質(zhì)決定的，同時(shí)，云在地氣系統(tǒng)水分循環(huán)中，也起重要的作用。為了能根據(jù)衛(wèi)星獲得的上行輻射數(shù)據(jù)估算地表參數(shù)、云參數(shù)、氣象參數(shù)，首先要判斷觀測(cè)像元屬于云還是晴空像元，即進(jìn)行云識(shí)別，也稱為云檢測(cè)，將遙感影像上的晴空像元下的地物與云覆蓋區(qū)域進(jìn)行分離，即區(qū)分有云(包括部分有云)像元與晴空像元。因此，云識(shí)別是遙感衛(wèi)星觀測(cè)資料定量應(yīng)用工作的基礎(chǔ)之一，是定量遙感信息提取中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。云識(shí)別結(jié)果直接影響到大氣參數(shù)或地表參數(shù)的反演結(jié)果。
[0003]目前云識(shí)別國(guó)內(nèi)外研究方法主要可以分為三大類:閾值法、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。其中閾值法作為使用最為廣泛的云識(shí)別方法，在三者當(dāng)中較成熟且易于實(shí)現(xiàn)，最易于業(yè)務(wù)化運(yùn)行。目前閾值法使用最廣泛主要有ISCCP方法(Rossow etal，1989), APOLLO方法(Saunders and Kriebel, 1988)、CO2 薄片法(Smith and Platt, 1978 ；ffylie andMenzel, 1989)等，以上方法主要利用云與典型地表物體反射率以及亮度溫度的差異，使用固定的閾值法來(lái)實(shí)現(xiàn)云與地表的識(shí)別，而對(duì)于薄云、碎云、云邊緣而言，像元反射率是云與地表混合作用的結(jié)果，固定的閾值法通常無(wú)法高精度識(shí)別該類型地表的云覆蓋。此外，閾值法都要求衛(wèi)星傳感器具有相當(dāng)數(shù)量的通道設(shè)置，且光譜范圍分布較寬，涉及到可見(jiàn)光、近紅夕卜、中紅外及熱紅外，但對(duì)于部分傳感器，特別是一些高分辨率的陸地觀測(cè)衛(wèi)星傳感器，如我國(guó)的HJ-1CCD，往往波段設(shè)置較少，且波段分布主要集中在可見(jiàn)光和近紅外一個(gè)相對(duì)較窄的范圍，傳統(tǒng)的云識(shí)別方法通常無(wú)法有效的對(duì)該類型傳感器進(jìn)行云檢測(cè)。
[0004]傳統(tǒng)的云像元檢測(cè)算法主要依靠可見(jiàn)光與近紅外波段的反射率與熱紅外波段的亮度溫度，該方法用于較少波段數(shù)據(jù)的云及陰影識(shí)別時(shí)，具有兩個(gè)主要的缺點(diǎn):一是由于缺少熱紅外波段的亮溫支持，在高反射率地區(qū)與冰雪覆蓋區(qū)域很容易造成誤判；二是現(xiàn)有的研究主要是多光譜綜合閾值方法來(lái)進(jìn)行云識(shí)別，由于地表類型的復(fù)雜性以及地物光譜的“同物異譜、同譜異物”特性，難以用統(tǒng)一的閾值來(lái)進(jìn)行云及陰影的識(shí)別，該方法難以有效用于大區(qū)域范圍云反演的業(yè)務(wù)化。為提高混合像元的云識(shí)別精度，解決傳統(tǒng)閾值法對(duì)于波段較少的陸地觀測(cè)衛(wèi)星云識(shí)別困難的問(wèn)題，需要提出一種實(shí)用與有效的云識(shí)別方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種先驗(yàn)地表反射率支持的動(dòng)態(tài)閾值法遙感數(shù)據(jù)云識(shí)別方法，基于現(xiàn)有的地表反射率數(shù)據(jù)，通過(guò)輻射傳輸模型模擬，設(shè)置動(dòng)態(tài)的云檢測(cè)閾值來(lái)識(shí)別云像元，實(shí)現(xiàn)稀少波段遙感數(shù)據(jù)的云檢測(cè)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:[0007]先驗(yàn)地表反射率支持的動(dòng)態(tài)閾值法遙感數(shù)據(jù)云識(shí)別方法，包括如下步驟:
[0008]a、先驗(yàn)地表反射率數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建
[0009]al、選取8天合成的MODIS地表反射率數(shù)據(jù)；
[0010]a2、對(duì)選取的每一景影像進(jìn)行幾何校正和拼接處理，在數(shù)據(jù)集構(gòu)建時(shí)，只選取和HJ星相對(duì)應(yīng)的波段，即MODIS紅光波段、藍(lán)光波段、綠光波段和近紅外波段；
[0011]a3、對(duì)于拼接出來(lái)的全國(guó)地區(qū)影像，利用最小值合成法合成每月的一景影像；
[0012]b、基于6S輻射傳輸模型構(gòu)建動(dòng)態(tài)閾值檢測(cè)模型
[0013]bl、從HYPERION高光譜數(shù)據(jù)中分別提取了與HJ-1C⑶四波段對(duì)應(yīng)波段上的云的表觀反射率，并且從ASTER地物波譜數(shù)據(jù)庫(kù)，利用HJ-1CCD傳感器的光譜響應(yīng)函數(shù)分別提取水泥地、植被、水體和土壤的表觀反射率；
[0014]b2、通過(guò)利用6S輻射傳輸模型模擬在可見(jiàn)光與近紅外波段地表反射率在不同的大氣條件、氣溶膠條件、氣溶膠光學(xué)厚度以及幾何條件下，表觀反射率的變化趨勢(shì)，得到在晴空像元所有可能的情況下表觀反射率變化的最小值與最大值，使用非線性最小二乘擬合，構(gòu)建動(dòng)態(tài)閾值云及云陰影檢測(cè)模型；
[0015]C、針對(duì)HJ星CXD數(shù)據(jù)進(jìn)行云及云陰影檢測(cè)
[0016]Cl、對(duì)HJ-1C⑶數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到其表觀反射率，并進(jìn)行幾何校正使其與MODIS數(shù)據(jù)在空間分辨率與投影方式實(shí)現(xiàn)一致；
[0017]c2、將HJ-1數(shù)據(jù)與MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行空間與時(shí)間方面的匹配，以MODIS數(shù)據(jù)為地表反射率底圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)閾值的計(jì)算，與HJ-1表觀反射率進(jìn)行對(duì)比，如若HJ-1表觀反射率大于MODIS數(shù)據(jù)所求的云閾值，則判定為云，如若小于MODIS數(shù)據(jù)所求的云陰影閾值，則判定為云陰影，否則判定為晴空像元。
[0018]上述步驟b2中，構(gòu)建的動(dòng)態(tài)閾值云及云陰影檢測(cè)模型為:
[0019]第一波段，
[0020]云檢測(cè)閾值模型為Ia15KModHb15I=Cos(A)5I=Cos(B)；
[0021]云陰影檢測(cè)閾值模型為=C15KModHd15I=Cos(A)5I=Cos(B)；
[0022]第二波段，
[0023]云檢測(cè)閾值模型為:a2*(Mod)+b2*cos (A) *cos (B)；
[0024]云陰影檢測(cè)閾值模型為:c2*(Mod)+d2*cos (A) *cos (B)；
[0025]第三波段，
[0026]云檢測(cè)閾值模型為:a3*(Mod)+b3*cos (A) *cos (B)；
[0027]云陰影檢測(cè)閾值模型為:c3*(Mod)+d3*cos (A) *cos (B)；
[0028]第四波段，
[0029]云檢測(cè)閾值模型為:a4*(Mod)+b4*cos (A) *cos (B)；
[0030]云陰影檢測(cè)閾值模型為:c4*(Mod)+d4*cos (A) *cos (B)；
[0031]其中，a1、匕、Ci, Cli為解算的模型系數(shù)，i=l、2、3、4 ；Mod為M0D09數(shù)據(jù)地表反射率值，A為太陽(yáng)天頂角值，B為衛(wèi)星天頂角值。
[0032]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0033]本發(fā)明針對(duì)以往方法的不足，提出了基于先驗(yàn)地表反射率數(shù)據(jù)支持的云檢測(cè)方法，通過(guò)設(shè)置動(dòng)態(tài)的云檢測(cè)閾值來(lái)識(shí)別云像元，由于本發(fā)明方法是基于地表反射率設(shè)置閾值，能夠有效避開(kāi)混合像元對(duì)云檢測(cè)能力的影響，對(duì)薄云、碎云、云邊緣具有更高的識(shí)別能力，可以有效提高波段較少的衛(wèi)星數(shù)據(jù)的云識(shí)別精度。另外，本發(fā)明方法對(duì)數(shù)據(jù)要求低，無(wú)須利用多波段的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，具有普適性、算法簡(jiǎn)單、運(yùn)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到高效云檢測(cè)的目的，同時(shí)能有效的控制云檢測(cè)過(guò)程中的檢測(cè)錯(cuò)誤，達(dá)到很好的效果。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是本發(fā)明中先驗(yàn)地表反射率支持的動(dòng)態(tài)閾值法遙感數(shù)據(jù)云識(shí)別方法的流程示意圖；
[0035]圖2是太陽(yáng)頂角為30°、觀測(cè)頂角為0°條件下氣溶膠光學(xué)厚度與表觀反射率的關(guān)系擬合不意圖；
[0036]圖3是太陽(yáng)頂角為30°、觀測(cè)頂角為20°條件下氣溶膠光學(xué)厚度與表觀反射率的關(guān)系擬合不意圖；
[0037]圖4是太陽(yáng)頂角為30°、觀測(cè)頂角為40°條件下氣溶膠光學(xué)厚度與表觀反射率的關(guān)系擬合不意圖；
[0038]圖5是太陽(yáng)頂角為30°、觀測(cè)頂角為55°條件下氣溶膠光學(xué)厚度與表觀反射率的關(guān)系擬合示意圖；
[0039]圖6是地表反射率為0.2，觀測(cè)天頂角為10°，太陽(yáng)天頂角分別為10°、25°、40°、55°條件下表觀反射率的變化情況示意圖；
[0040]圖7是地表反射率為0.2，觀測(cè)天頂角為20°，太陽(yáng)天頂角分別為10°、25°、40°、55°條件下表觀反射率的變化情況示意圖；
[0041]圖8是地表反射率為0.2，觀測(cè)天頂角為30°，太陽(yáng)天頂角分別為10°、25°、40°、55°條件下表觀反射率的變化情況示意圖；
[0042]圖9是地表反射率為0.2，觀測(cè)天頂角為40°，太陽(yáng)天頂角分別為10°、25°、40°、55°條件下表觀反射率的變化情況示意圖；
[0043]圖10是地表反射率為0.01條件下表觀反射率在中緯度夏季及中緯度冬季的大氣模式下的變化情況示意圖；
[0044]圖11是地表反射率為0.1條件下表觀反射率在中緯度夏季及中緯度冬季的大氣模式下的變化情況示意圖；
[0045]圖12是地表反射率為0.2條件下表觀反射率在中緯度夏季及中緯度冬季的大氣模式下的變化情況示意圖；
[0046]圖13是地表反射率為0.4條件下表觀反射率在中緯度夏季及中緯度冬季的大氣模式下的變化情況示意圖；
[0047]圖14是地表反射率為0.6條件下表觀反射率在中緯度夏季及中緯度冬季的大氣模式下的變化情況示意圖；
[0048]圖15是地表反射率為0.8條件下表觀反射率在中緯度夏季及中緯度冬季的大氣模式下的變化情況示意圖；
[0049]圖16是地表反射率為0.01、氣溶膠光學(xué)厚度為0.2、太陽(yáng)天頂角為30°條件下表觀反射率的變化情況示意圖；
[0050]圖17是地表反射率為0.1、氣溶膠光學(xué)厚度為0.2、太陽(yáng)天頂角為30°條件下表觀反射率在大陸型、海洋型、城市型三種氣溶膠模式下的變化情況示意圖；
[0051]圖18是地表反射率為0.1、氣溶膠光學(xué)厚度為0.8、太陽(yáng)天頂角為30°條件下表觀反射率在大陸型、海洋型、城市型三種氣溶膠模式下的變化情況示意圖；
[0052]圖19是地表反射率為0.01、氣溶膠光學(xué)厚度為0.8、太陽(yáng)天頂角為30°條件下表觀反射率在大陸型、海洋型、城市型三種氣溶膠模式下的變化情況示意圖；
[0053]圖20是第一波段動(dòng)態(tài)閾值法擬合示意圖；
[0054]圖21是第二波段動(dòng)態(tài)閾值法擬合示意圖；
[0055]圖22是第三波段動(dòng)態(tài)閾值法擬合示意圖；
[0056]圖23是第四波段動(dòng)態(tài)閾值法擬合示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057]下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0058]如圖1所示，先驗(yàn)地表反射率支持的動(dòng)態(tài)閾值法遙感數(shù)據(jù)云識(shí)別方法，包括以下步驟:
[0059]首先是關(guān)于MODIS地表反射率數(shù)據(jù)集構(gòu)建:
[0060]I)這里選擇的地表反射率產(chǎn)品是M0DIS09地表反射率產(chǎn)品，以在可見(jiàn)光和近紅外波段具有四個(gè)通道的HJ-1CXD數(shù)據(jù)為例，選取2008?2012年五年間8天合成的MODIS地表反射率數(shù)據(jù)(M0D09A1)，每一年有46景數(shù)據(jù)；
[0061]2)對(duì)選取的每一景影像進(jìn)行幾何校正和拼接處理；
[0062]作為中緯度國(guó)家，為了使全國(guó)數(shù)據(jù)保持等面積特性，不發(fā)生面積上的變形，糾正后輸出影像均米用“Albers Conical Equal Area”投影,坐標(biāo)系為WGS-84,影像空間分辨率為500m。在數(shù)據(jù)集構(gòu)建時(shí)，只選取了和HJ星相對(duì)應(yīng)的波段，即MODIS紅光波段、藍(lán)光波段、綠光波段和近紅外波段；
[0063]3)對(duì)于拼接出來(lái)的全國(guó)地區(qū)影像，30天之內(nèi)一般都有至少四景影像，對(duì)于這四景影像利用最小值合成法合成每月的一景影像；
[0064]合成方式如下描述:以2008年的第一月的M0D09GA數(shù)據(jù)為例，一般數(shù)據(jù)獲取的天數(shù)都為1、9、17、25四天。利用波段運(yùn)算對(duì)四景影像的相應(yīng)位置進(jìn)行最小值法數(shù)據(jù)合成，對(duì)于合成后仍然有云的數(shù)據(jù)區(qū)域，利用之后幾年同月份的相應(yīng)位置的無(wú)云區(qū)域數(shù)據(jù)修補(bǔ)，最終形成一景中國(guó)大陸區(qū)域內(nèi)的無(wú)云標(biāo)準(zhǔn)地表反射率產(chǎn)品。按照時(shí)間優(yōu)先級(jí)合成的數(shù)據(jù)可以將地表結(jié)構(gòu)變化所引起的誤差將之最小，這樣，便構(gòu)成了全年月合成的標(biāo)準(zhǔn)地表反射率產(chǎn)品，數(shù)據(jù)集中包含MODIS紅光波段、藍(lán)光波段、綠光波段和近紅外波段。
[0065]其次是基于6S福射傳輸模型構(gòu)建動(dòng)態(tài)閾值檢測(cè)模型:
[0066]I)參數(shù)模擬與分析
[0067]從HYPERION高光譜數(shù)據(jù)中分別提取與HJ-1C⑶四波段對(duì)應(yīng)波段上的云的表觀反射率，并且從ASTER地物波譜數(shù)據(jù)庫(kù)，利用HJ-1C⑶傳感器的光譜響應(yīng)函數(shù)分別提取云、水泥地、植被、水體和土壤的表觀反射率。由于云的表觀反射率明顯高于這些特征地物，對(duì)于這些地物進(jìn)行表觀反射率的模擬，模擬出在各種參數(shù)變化情況下表觀反射率變化的一個(gè)極值，構(gòu)建地物表觀反射率變化的模型，對(duì)不同波段的表觀反射率進(jìn)行對(duì)比，如若超出地物變化的極大值，則判定為云像元，若低于其變化的極小值，則為云陰影區(qū)域，否則為晴空像元。由于表觀反射率的變化與衛(wèi)星的幾何參數(shù)、太陽(yáng)的角度、影像獲取時(shí)的大氣條件、氣溶膠模式、氣溶膠光學(xué)厚度以及地表反射率密切相關(guān)，于是利用6S大氣福射傳輸模型來(lái)對(duì)其中各個(gè)參數(shù)進(jìn)行模擬，并分析他們與表觀反射率的關(guān)系。
[0068]圖2、圖3、圖4和圖5示出了當(dāng)太陽(yáng)天頂角為30°時(shí)且模擬觀測(cè)天頂角分別為0°、20°、40°和55°時(shí)氣溶膠光學(xué)厚度與表觀反射率之間的關(guān)系。由模擬結(jié)果可知，在一定角度條件下，氣溶膠光學(xué)厚度和表觀反射率之間可以有較好的一致性。當(dāng)氣溶膠光學(xué)厚度較小時(shí)，氣溶膠光學(xué)厚度的誤差所引起的表觀反射率的誤差不到1% ;當(dāng)氣溶膠光學(xué)厚度逐漸增大時(shí)，氣溶膠光學(xué)厚度的誤差引起了表觀反射率大概1%?3%的誤差；當(dāng)氣溶膠光學(xué)厚度較大時(shí)，氣溶膠光學(xué)厚度引起的誤差又逐漸變小。這說(shuō)明:表觀反射率在氣溶膠光學(xué)厚度較小和較大時(shí)會(huì)引起氣溶膠光學(xué)厚度反演較大的誤差。
[0069]圖6、圖7、圖8和圖9示出了在地表反射率為0.2時(shí)且在不同的模擬太陽(yáng)天頂角(10°、25°、40°、55° )、觀測(cè)天頂角(0°、20°、30°、40° )、氣溶膠光學(xué)厚度(0.01、
0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8)條件下表觀反射率的變化情況，其中，圖6、圖7、圖8和圖9上的每一條曲線代表了特定太陽(yáng)天頂角、觀測(cè)天頂角，隨氣溶膠光學(xué)厚度變化時(shí)表觀反射率的變化。由上述幾幅圖可知，表觀反射率的變化雖然都是隨光學(xué)厚度的增加而逐漸變小，但在不同角度條件下，變化趨勢(shì)都有一些差異?？梢钥闯鲈谔?yáng)天頂角為55°時(shí)，隨著觀測(cè)天頂角的增大，其表觀反射率逐漸呈增大趨勢(shì)，可以理解為光在大氣中隨著傳播路徑的增加,大氣散射效應(yīng)也逐漸增加。但是在角度一定的情況下，表觀反射率會(huì)隨著氣溶膠光學(xué)厚度的增大而逐漸減小。
[0070]由于我國(guó)大部分地區(qū)處于中緯度地帶，在選擇大氣條件時(shí)就選擇了與我國(guó)相符的中緯度夏季和中緯度冬季兩種大氣模式。由圖10、圖11、圖12、圖13、圖14和圖15可知，在不同的大氣條件下，雖然表觀反射率的變化都呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)，但兩者在其他外界條件相同的情況下，表觀反射率仍相差在0.01-0.03之間。
[0071]從圖16、圖17、圖18和圖19中可以看出，在不同的氣溶膠模式下，當(dāng)氣溶膠光學(xué)厚度較小為0.2時(shí)，大陸型與城市型氣溶膠之間的表觀反射率平均絕對(duì)誤差不超過(guò)0.005，大陸型與海洋型氣溶膠之間的平均絕對(duì)誤差在0.005左右；當(dāng)氣溶膠光學(xué)厚度變大時(shí)(0.8),大陸型與城市型之間的平均絕對(duì)誤差不超過(guò)0.015，而大陸型與海洋型的氣溶膠之間的平均絕對(duì)誤差在0.02左右。氣溶膠模式的不同會(huì)給表觀反射率的反演帶來(lái)明顯的差異。從圖上也可以看出在觀測(cè)角度變化時(shí)，表觀反射率有明顯的變化，隨著觀測(cè)角度的增力口，表觀反射率值明顯升高，其中觀測(cè)天頂角為30°時(shí)有個(gè)明顯的波峰，這與模擬時(shí)設(shè)置太陽(yáng)天頂角為30°有關(guān)(發(fā)生了“熱點(diǎn)效應(yīng)”)。
[0072]2)動(dòng)態(tài)閾值模擬的時(shí)候6S參數(shù)設(shè)置情況如下:
[0073]由于我國(guó)大部分地區(qū)位于中緯度，大氣模式使用中緯度夏季與中緯度冬季兩個(gè)大氣模式，氣溶膠模式選擇為大陸型、城市型和海洋型三種。太陽(yáng)天頂角為10、20、30、40四個(gè)角度，衛(wèi)星觀測(cè)角為10、25、40、55四個(gè)角度，氣溶膠光學(xué)厚度為0.1,0.2,0.4,0.6、0.7五個(gè)條件，地表反射率為0.01,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8九個(gè)參數(shù)。模擬結(jié)果可以看出，不同的大氣條件、氣溶膠條件、幾何條件以及氣溶膠光學(xué)厚度情況下，地表反射率與表觀反射率的對(duì)應(yīng)變化情況不盡相同。其中，隨著氣溶膠光學(xué)厚度的增加，表觀反射率逐漸趨向一致。在一定幾何關(guān)系下，氣溶膠光學(xué)厚度和表觀反射率之間可以有很好的擬合趨勢(shì)。[0074]上述模擬結(jié)果，模擬了所有晴空條件可能出現(xiàn)的情況下地表表觀反射率的變化情況，從中找出所有可能情況下的表觀反射率最大值Rmax與最小值Rmin。由于表觀反射率既受觀測(cè)天頂角的影響也受太陽(yáng)高度角的影響，在使用非線性最小二乘擬合動(dòng)態(tài)閾值的時(shí)候應(yīng)該考慮到:DRmax與地表反射率與觀測(cè)天頂角和太陽(yáng)高度角的關(guān)系；2)Rmin與地表反射率與觀測(cè)天頂角和太陽(yáng)高度角的關(guān)系；擬合的結(jié)果即作為云檢測(cè)的閾值，高于Rmax值的為云，低于Rmin的為云陰影。
[0075]各個(gè)波段擬合示意圖如圖20、圖21、圖22和圖23所示，動(dòng)態(tài)閾值云及云陰影檢測(cè)模型:
[0076]第一波段，
[0077]云檢測(cè)閾值模型為:a#(Mod) +b^cos (A) *cos (B);
[0078]云陰影檢測(cè)閾值模型為=C15KModHd15IiCos(A)5IiCos(B);
[0079]第二波段，
[0080]云檢測(cè)閾值模型為:a2* (Mod) +b2*cos⑷*cos⑶；
[0081]云陰影檢測(cè)閾值模型為:c2*(Mod)+d2*cos(A)*cos(B);
[0082]第三波段，
[0083]云檢測(cè)閾值模型為:a3* (Mod) +b3*cos⑷*cos⑶；
[0084]云陰影檢測(cè)閾值模型為:c3*(Mod)+d3*cos(A)*cos(B);
[0085]第四波段，
[0086]云檢測(cè)閾值模型為:a4*(Mod)+b4*cos(A)*cos⑶；
[0087]云陰影檢測(cè)閾值模型為:c4*(Mod)+d4*cos(A)*cos(B);
[0088]其中，a1、匕、Ci, Cli為解算的模型系數(shù)，i=l、2、3、4 ；Mod為M0D09數(shù)據(jù)地表反射率值，A為太陽(yáng)天頂角值，B為衛(wèi)星天頂角值。 [0089]最后是針對(duì)HJ星CCD數(shù)據(jù)進(jìn)行云及云陰影檢測(cè)，具體為使用構(gòu)建的動(dòng)態(tài)閾值的檢測(cè)模型，進(jìn)行云識(shí)別和云陰影的信息提取實(shí)驗(yàn)。
[0090]I)對(duì)HJ-1C⑶數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到其表觀反射率，并進(jìn)行幾何校正使其與MODIS數(shù)據(jù)在空間分辨率與投影方式實(shí)現(xiàn)一致；
[0091]2)將HJ-1數(shù)據(jù)與MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行空間與時(shí)間方面的匹配，以MODIS數(shù)據(jù)為地表反射率底圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)閾值的計(jì)算，之后與HJ-1表觀反射率進(jìn)行對(duì)比，如若HJ-1表觀反射率大于MODIS數(shù)據(jù)所求的云閾值，則判定為云，如若小于MODIS數(shù)據(jù)所求的云陰影閾值，則判定為云陰影，否則，如若HJ-1表觀反射率位于云陰影閾值與云閾值之間，則判定為晴空像元。圖1中，Riu是環(huán)境星的反射率，Rm是MODIS的反射率，Tmax是最大的閾值，即MODIS數(shù)據(jù)所求的云閾值，Tmin是最小的閾值，即MODIS數(shù)據(jù)所求的云陰影閾值。
[0092]3)云檢測(cè)精度評(píng)價(jià)
[0093]從檢測(cè)結(jié)果可以看出本發(fā)明提出的方法對(duì)于不同類型的云都有較好的識(shí)別，無(wú)論是碎云、薄云、卷云等，對(duì)于固定閾值無(wú)能為力的冰雪以及高反射率地區(qū)也能有很好的檢測(cè)效果，對(duì)于云陰影區(qū)域也有較好的檢測(cè)效果。
[0094]本發(fā)明方法可以有效實(shí)現(xiàn)高反射率、冰雪地區(qū)的云識(shí)別，對(duì)于薄云覆蓋的情況下也能做到有效的識(shí)別，適用于波段較少傳感器數(shù)據(jù)的云識(shí)別。另外，可以將本發(fā)明運(yùn)用在環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小衛(wèi)星(HJ星)的云檢測(cè)上，利用動(dòng)態(tài)閾值設(shè)置達(dá)到從波段較少的遙感數(shù)據(jù)中高精度提取云像元的目的。
[0095]當(dāng)然，以上說(shuō)明僅僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說(shuō)明書(shū)的教導(dǎo)下，所做出的所用等同替代、或明顯變形形式，均落在本說(shuō)明書(shū)的實(shí)質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明的保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1.先驗(yàn)地表反射率支持的動(dòng)態(tài)閾值法遙感數(shù)據(jù)云識(shí)別方法，其特征在于包括如下步驟: a、先驗(yàn)地表反射率數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建 al、選取8天合成的MODIS地表反射率數(shù)據(jù)； a2、對(duì)選取的每一景影像進(jìn)行幾何校正和拼接處理，在數(shù)據(jù)集構(gòu)建時(shí)，只選取和HJ星相對(duì)應(yīng)的波段，即MODIS紅光波段、藍(lán)光波段、綠光波段和近紅外波段； a3、對(duì)于拼接出來(lái)的全國(guó)地區(qū)影像，利用最小值合成法合成每月的一景影像； b、基于6S福射傳輸模型構(gòu)建動(dòng)態(tài)閾值云檢測(cè)模型 bl、從HYPERION高光譜數(shù)據(jù)中分別提取了與HJ-1CCD四波段對(duì)應(yīng)波段上的云的表觀反射率，并且從ASTER地物波譜數(shù)據(jù)庫(kù)，利用HJ-1CCD傳感器的光譜響應(yīng)函數(shù)分別提取水泥地、植被、水體和土壤的表觀反射率； b2、通過(guò)利用6S輻射傳輸模型模擬在可見(jiàn)光與近紅外波段地表反射率在不同的大氣條件、氣溶膠條件、氣溶膠光學(xué)厚度以及幾何條件下，表觀反射率的變化趨勢(shì)，得到在晴空像元所有可能的情況下表觀反射率變化的最小值與最大值，使用非線性最小二乘擬合，構(gòu)建動(dòng)態(tài)閾值云及陰影檢測(cè)模型； C、針對(duì)HJ星CCD數(shù)據(jù)進(jìn)行云及云陰影檢測(cè) Cl、對(duì)HJ-1CCD數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到其表觀反射率，并進(jìn)行幾何校正使其與MODIS數(shù)據(jù)在空間分辨率與投影方式實(shí)現(xiàn)一致； c2、將HJ-1數(shù)據(jù)與MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行空間與時(shí)間方面的匹配，以MODIS數(shù)據(jù)為地表反射率底圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)閾值的計(jì)算，與HJ-1表觀反射率進(jìn)行對(duì)比，如若HJ-1表觀反射率大于MODIS數(shù)據(jù)所求的云閾值，則判定為云，如若小于MODIS數(shù)據(jù)所求的云陰影閾值，則判定為云陰影，如若HJ-1表觀反射率位于云陰影閾值與云閾值之間，則判定為晴空像元。
2.先驗(yàn)地表反射率支持的動(dòng)態(tài)閾值法遙感數(shù)據(jù)云識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟b2中，構(gòu)建的動(dòng)態(tài)閾值云及云陰影檢測(cè)模型為: 第一波段， 云檢測(cè)閾值模型為 Ia15KModHb15I=Cos(A)5I=Cos(B)； 云陰影檢測(cè)閾值模型為=C15KModHd15I=Cos(A)5I=Cos(B)； 第二波段， 云檢測(cè)閾值模型為:a2* (Mod)+b2*cos (A) *cos (B)； 云陰影檢測(cè)閾值模型為:c2* (Mod)+d2*cos (A) *cos (B)； 第二波段， 云檢測(cè)閾值模型為:a3* (Mod)+b3*cos (A) *cos (B)； 云陰影檢測(cè)閾值模型為:c3* (Mod)+d3*cos (A) *cos (B)； 第四波段， 云檢測(cè)閾值模型為:a4* (Mod)+b4*cos (A) *cos (B)； 云陰影檢測(cè)閾值模型為:c4* (Mod)+d4*cos (A) *cos (B)； 其中，Ci, Cli為解算的模型系數(shù)，i=l、2、3、4 ；Mod為M0D09數(shù)據(jù)地表反射率值，A為太陽(yáng)天頂角值，B為衛(wèi)星天頂角值。
【文檔編號(hào)】G01S7/48GK103901420SQ201410155933
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】孫林, 王健 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)